Computer Vision Based Realtime Opto-Mechatronic Tracking System

Zum Zweck der hochpräzisen Bilddatenerfassung von bewegten Objekten mit Kamerasystemen mit einer endlichen Verschlusszeit ist es notwendig, dass das Beobachterkoordinatensystem den Objekten mit einer Nachführung folgt, da diese ansonsten unscharf dargestellt werden. Diese Nachführung kann eine einachsige, zweiachsige oder mehrachsige Nachführkinematik mit einer feststehenden Position im Raum und gleichbleibender Kameraposition sein oder eine variable Position von Nachführung und Kamera haben, die es notwendig machen, das System zu kalibrieren. Die Kalibration berechnet den Zusammenhang der Bewegung eines Objekts, der Kameraorientierung und der Kinematik der Nachführung. In dieser Arbeit wird für Versuchszwecke eine bestehende, zweiachsige sogenannte parallaktische Nachführung zur Verfolgung astronomischer Objekte, wie beispielsweise Sterne und Satelliten, verwendet. Dazu wird eine exakte Lösung der Vorwärtskinematik berechnet, welche die Transformation der Projektion astronomischer Objekte, die den Kameradaten entsprechen, auf das Montierungskoordinatensystem vollzieht. Für eine weitere allgemeine Anwendung der Objektverfolgung mittels einer zweiachsigen Kinematik wird aus dieser Transformation eine vereinfachte Rückwärtskinematik abgeleitet. Um die Nachführung mit zweiachsiger Kinematik zu steuern, wird eine optimierte Mehrfach-Objektserkennungssoftware entwickelt, welche die zweidimensionale Abweichung am Beobachtungsbild in die gegebene kalibrierte Kinematik umrechnet. Zu diesem Zweck werden optimierte Computervision-Algorithmen in Verbindung mit einer speziellen und hochempfindlichen Astrokamera, einem System-on-a-Chip System und einem eigens entwickelten elektronischen Steuer-Interface verwendet.