Kaeser, F.

Mesqui, F.

Niederer, P.

Schlumpf, M.

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Hochgeschwindigkeits-Cinephotogrammetrie zur Vermessungsimulierter Fahrzeug-Fußgänger-KollisionenNiederer, P. (Zürich), Schlumpf, M., Mesqui, F., Kaeser, F.Institut für Biomedizinische Technik der Universität und Zürich,Moussonstr. 18, CH-8044 ZürichBei realen Fahrzeug-Pussgänger-Koll is ionen ent-stehen im allgemeinen komplizierte räumliche Be-wegungen des angefahrenen Fussgängers, deren Ana-lyse und Klassierung ein wichtiges Problem derbiomechanisehen Traumaforschung darstel len. Häuf igsind die Bewegungen zudem sensitiv in bezug aufdie Anfangsbedingungen, indem bereits eine k le ineAenderung in den Anstossbedingungen eine wesent-l iche Aenderung der Bewegungsmuster bewirken kann.In diesen Fällen ist auch eine experimentelle odertheoretische Simula t ion der zu untersuchenden Kol-lisionstypen auf der Basis einer ebenen Approxi-mation der Trajektorien nicht mögl ich ; die Bewe-gungen müssen vielmehr in ihrem räumlichen Ver-lauf erfasst und klassiert werden.Die Vermessung rascher räumlicher Bewegungen ge-l ing t mit H i l f e der Hochgeschwindigkeits-Cine-photogrammetrie. Zu diesem Zweck wird der simu-l ierte A n p r a l l von vier 16 mm Filmkameras ausverschiedenen Richtungen mit 500 Bildern/sec. auf-genommen. Die hier angewandte photogrammetrischeMethode beruht auf der "Direkten Linearen Trans-formation", wobei die zentralperspektivischen Ab-bildungseigenschaften der Kameras anhand eines vordem Experiment aufgenommenen Präzisionsgitters be-stimmt werden (sog. "on-the-job-calibration").Die Rekonstrukt ion der räumlichen Position einerzuvermessenden Markierung auf dem angefahrenen Fuss-gängersurrogat erfordert dann, dass diese in jedemZeitpunkt von mindestens zwei Kameras gleichzeitigsichtbar ist. Da sich das Surrogat bewegt, musszusätzl ich die Synchronität der Aufnahmesequenzengewährleistet sein, da zur photogrammetrisehenAuswertung nur gleichzei t ig aufgenommene Bilderverwendet werden dürfen.Bei einem typischen Test werden pro Fi lm ca.300 Bilder, welche je ca. 10 Marken enthalten,ausgewertet. Die dazu notwendigen Vermessungen,die Eichverfahren, sowie die photogrammetrisehenRechnungen sind derart zeitaufwendig, dass dazuein automatisiertes System entwickelt wurde.Dieses besteht aus e inem TI 990/4 Mikrocomputer-system, einem steuerbaren Einzelbildprojektor,einem Videodissektor mit einer Auflösung von4096 x 4096 Punkten zur Bi lddigi ta l i s ierung, undeinem Bildspeicher mit Darstellungseinheit(Figur 1). Bei bekannten Trajektorien einer genü-genden Anzahl von Marken auf der Oberfläche einesKörperteils, beispielsweise des Kopfes, kann dieTrajektorie des zugehörigen Schwerpunktes, sowie-die räumliche Orientierung des Teilkörpers be-rechnet werden (Figur 2).Die gesuchten Trajektorien werden im allgemeinenmit einer Genauigkeit von 5 mm in jeder Raumkoor-dinate rekonstruiert, wobei die aufgenommene Szeneeinen Durchmesser von ca. 8 m hat. Durch Vergleichmit l inearen Beschleunigungsmessungen kann die Ge-nauigkeit der photogrammetrisehen Methode zusätz-l ich nachgewiesen werden. Die Bewegung des Kopfesund insbesondere der Kopfanpral l auf der Motor-haube können damit mit genügender Auflösung ana-lysiert werden.Als Ergänzung und zur Erweiterung der Kollisions-experimente wird die mathematische Modell ierungvon Körperbewegungen eingesetzt. Diese beruhtauf der Annahme, dass der menschliche Körper fürdie Bewegungsanalyse als System starrer, in visko-elastischen Gelenken miteinander verbundener Teil-glieder dargestellt werden kann. Die Bewegungfolgt durch Integration von Impuls- und Drallsatzunter Berücksichtigung der Nebenbedingungen. DieKol l is ionskräf te werden aufgrund relativ einfacherempirischer Kraft-Deformationsmodelle aus dergegenseitigen Durchdringung von Körper- und Fahr-zeugteilen simuliert .Die Bedingungen für eine vom Standpunkt derTraumabiomechanik optimalen Fahrzeugfront wurdenaufgrund von etwa 100 experimentellen Koll is ions-versuchen bis zu einer Anprallgeschwindigkeit von40 km/h und umfangreichen theoretischen Simula-tionsstudien untersucht. Die Wirkungsweise einer'experimentellen, nach den dabei gefundenen Krite-rien entwickelten Front zeigte schliesslich dieGült igkei t der Resultate.Biomedizinische Technik Band 30 · Ergänzungsband · 1985 September— 233 —Fig. 1: Rechnerunterstütztes Filmauswertesystem:l: TMS 990 / 42: I/O3: RAM4: Bildspeicher5: Kamerasteuerung6: VDT7: Diskettenlaufwerk8: Disketten9: Drucker10: Plotter11: Lightpen12: Monitor13: Dissektor14: Projektor200 HSECFig. 2: Typischer Anpra l l mit 25 km/ha) Phasen des Beweounosablaufes in Inter-val len von 100 msec. nach Beginn desAnpral lesb) Schematische Dars te l lung des Kopfessowie der Trajektorie seines Schwer-punktes.Biomedizinische Technik Band 30 · Ergänzungsband · 1985 September— 234 —

Hochgeschwindigkeits-Cinephotogrammetrie zur Vermessung simulierter Fahrzeug-Fußgänger-Kollisionen

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