CN105247352A

CN105247352A - 用于确定透明对象的折射力的方法以及相应装置

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Publication number: CN105247352A
Application number: CN201480029766.0A
Authority: CN
Inventors: P·魏格特
Original assignee: Isra Glass Vision GmbH
Current assignee: Isra Glass Vision GmbH
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2034-05-27
Also published as: US20160109363A1; EP3004851B1; WO2014191401A1; DE102013105570A1; CN105247352B; EP3004851A1; JP2016524708A; JP6454332B2; US9797833B2

Abstract

本发明涉及一种用于确定大面积透明对象(10)例如挡风玻璃、助视器具、驾驶舱玻璃、安全帽玻璃或诸如此类的折射力的方法。本发明的突出之处在于，可以借助于摄像机(16)在每个部位自动化地并以小的易出错性确定该透明对象的折射力。为此，借助于摄像机(16)在对象的至少一个预定部位上检测第一线网格(14、14’)透过所述对象(10)的第一成像，接着借助于计算单元根据第一成像在所述至少一个预定部位上确定所述第一成像的线间隔和/或线相对于所述第一线网格(14、14’)的旋转度，并由此确定在对象(10)的至少一个预定部位(11、11.1、11.2、11.3)上的折射力。本发明还涉及一种用于确定大面积透明对象(10)的折射力的相应装置。

Description

用于确定透明对象的折射力的方法以及相应装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定透明对象例如挡风玻璃、助视器具、驾驶舱玻璃、头盔遮护玻璃或诸如此类的折射力/折射能力的方法以及相应装置。

背景技术

在挡风玻璃(WSS)中最大允许的折射力在法律规定如ECE-R43或欧盟准则2001/92/EG中规定并且必须被玻璃或相应车辆的制造商遵循。

为了测量这种玻璃的折射力，已知如下方法，在该方法中将具有多个以例如24毫米的固定间隔设置的、具有例如8毫米直径的圆盘的格栅/光栅透过挡风玻璃投影到屏幕上。在该方法中，被投影的亮的圆盘的变形的大小是对折射力的存在于玻璃中的空间分布的度量。在透过具有非球形的透镜(一般情况)的玻璃进行投影时，格栅的每个圆盘畸变为转动了角度的椭圆。换言之，圆盘沿一个方向例如压缩并且沿另一方向伸长。圆盘7变形为椭圆9的情形在图1中示出。在球形透镜的情况下，圆盘被放大或缩小。

利用该已知的圆形格栅方法可以通过测量椭圆轴或圆直径直接确定在挡风玻璃的被选择用于对圆盘进行投影的点中折射力的极值。非球形透镜的位置通过同样可测的角度给出。透镜坐标系相对于测量坐标系转动了角度

然而该已知方法的缺点在于，如上所述，圆盘相互间具有特定的预先给定的间隔，即，为了测量整个挡风玻璃必须在使格栅相对于挡风玻璃移动的情况下实施多个测量。在此检测人员尝试手动地如此确定圆盘的位置，使得其检测具有折射力极值的区域。紧接着借助于屏幕上的模板确定：在挡风玻璃的相应点处挡风玻璃的折射力是否有别于要求。这是具有高的易出错性的非常费事的方法。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种方法，该方法通过简单的方式自动化地并且以小的易出错性确定透明对象的折射力。本发明的目的还在于，实现一种用于实施这种方法的相应装置。

上述目的通过具有权利要求1的特征的方法实现。

按照本发明，借助于摄像机在对象(例如挡风玻璃)的至少一个预先确定的部位处检测第一直线格栅透过所述对象所成的第一图像，接着借助于计算单元(或中央处理单元)根据在所述对象的所述至少一个预先确定的部位处的第一图像确定所述第一图像的线间隔和/或线相对于所述第一直线格栅的旋转度并由此确定在对象的所述至少一个预先确定的部位处的折射力。特别是，在对象的至少一个预先确定的部位处(在相应的体积元中)的折射力的确定包括确定在该部位的任意方位角方向上的折射力连同折射力的极值。特别优选地，按照本发明，确定第一图像的与第一直线格栅的线横向的线间隔，并由此在考虑线的旋转度的情况下确定在对象的至少一个预先确定的部位处的折射力。

在此优选假定：例如线形的或条形的直线格栅的第一图像通过对象的线形的或条形的区域、亦即通过对象的多个设置在线上或设置在条带中的部位同时生成。为了检测在整个对象的每个部位处的折射力，直线格栅的图像通过对象的所有并排的线区域或条带区域依次生成。

在本发明的范围内，对象的部位理解为对象的体积元，该体积元具有特定的折射力。优选为盘形的对象(该对象相应地沿一个空间方向(沿盘厚度的方向)具有比较小的伸展尺寸)的体积元从对象的前侧延伸直至后侧并且占据对象的整个厚度。整个对象由多个体积元组合而成，这些体积元的行为表现如以下要示出的那样近似于透镜的模型。

本发明的出发点如下：即任意形状的透镜的曲率可以通过其在透镜的经过椭圆轴的每个点上的主曲率k₁、k₂来描述，而椭圆轴关于固定的两维测量坐标系5(坐标x、y)的方位角位置可以通过角度来描述(参见图2)。这样的具有表面曲率k₁、k₂的透镜的折射力(折射值)例如可以通过以下适用于双凸透镜的公式来近似：

\frac{1}{f} = (n - 1) \cdot [\frac{1}{r_{1}} + \frac{1}{r_{2}}] = (n - 1) \cdot [k_{1} + k_{2}] - - - (1)

在此，f是透镜的焦距，n是折射率，而变量r₁、r₂描述透镜表面的曲率半径。折射力是1/f而曲率是1/r。如果对于球形透镜k₁＝k₂＝k并且对于玻璃假设折射力n＝1.5，那么例如有：

\frac{1}{f} = \frac{1}{r} = k - - - (2)

对于玻璃因此折射力1/f等于曲率k。对于曲率适用欧拉公式：

k＝k₁·cos²γ+k₂·sin²γ(3)

其中角度γ是在透镜坐标系中的角度，其中对于γ＝0，k＝k₁，而对于γ＝90°，k＝k₂。

本发明利用来自欧拉公式(等式(3))和图2的认知，即为了完整地描述任意透镜的曲率的特征并因此为了描述在每个部位上(在具有厚度h的每个体积元中)的折射力的特征，两个主曲率k₁、k₂和透镜相对于位置固定的坐标系5的取向必须是已知的。在图3中作为用于将对象分解为多个体积元的例子示出透明体10的一个部段，例如挡风玻璃的一个部段，其中，该部段分解为10×7个体积元11。

按照本发明的方法此外还基于如下认知，即直线格栅的线通过非球形的透镜按照方位角旋转并且改变其线间隔。这意味着，直线格栅的图像根据在各个部位上的折射力而具有与(原始的)直线格栅不同的线间隔并且所成图像的线附加地相对于(原始的)直线格栅旋转。这在直线格栅透过透镜所成的图像中可以看见。

示例性地对于该效应在图4中示出直线格栅透过圆柱透镜在所选角度下所成的图像。如果圆柱透镜的轴线示出为沿格栅线的方向，那么仅发生线间隔的变化。如果圆柱轴线垂直于格栅线，那么格栅线不变。在所有其他情况下发生与折射力有关的线间隔的变化和旋转。

上述效应按照本发明用在格栅方法中，借助于该格栅方法逐个元素地或逐个部位地检测整个透明对象。借助于摄像机实现对第一直线格栅的图像的逐个部位的检测。计算单元根据所成图像确定线间隔和/或线相对于直线格栅的旋转度。由此可以通过计算单元确定在对象的每个部位处的折射力，如以下要示出的。

在本发明的描述的范围内，将线间隔表示为交替地并列的黑(暗)线或黑(暗)条带和/或白(亮)线或白(亮)条带的沿横向于线的方向的线宽。在本发明中，在测量直线格栅透过对象所成的图像时优选垂直于用于测量的相应直线格栅的线来确定线间隔。

在图7中现象地示出倾斜延伸的直线格栅透过非球形透镜(k₁≠k₂)所成的图像。透镜在格栅线前方按照方位角旋转。可以看出，格栅线根据转角不仅改变其方向而且改变其间隔。仅在例外情况下方向和间隔保持不变。

详细地，在图7中可看到具有相对于位置固定的坐标系5的主轴x’和y’(坐标系25)的透镜。透镜将直线格栅13成像，该直线格栅相对于位置固定的坐标系5旋转了角度σ。透镜所成的图像使直线格栅13旋转，从而所成图像的直线格栅23与位置固定的坐标系5形成角β。原始的直线格栅13的线间隔g在所成图像的坐标系25中变为d。此外在原始的直线格栅13上的点(e，s)以因子ν和μ转变为在图像的直线格栅23上的点(νe，μs)。点(0，s)成像到(0，μs)上。由图7于是可以看出以下关系式：

其中，参数具有以下含义：

σ＝原始的直线格栅13(虚线)相对于位置固定的坐标系5的角度；

＝透镜(透镜坐标系25)相对于位置固定的坐标系5的转角；

β＝被成像的直线格栅23相对于位置固定的坐标系5的角度。

因子ν和μ由透镜的成像公式得到：

\begin{matrix} μ = \frac{1}{1 - a \cdot k_{1}} \\ ν = \frac{1}{1 - a \cdot k_{2}} \end{matrix} - - - (5)

这里，a是在格栅与要测量的对象之间的间距(参见图5)。因此也清楚的是，其不涉及Moiré方法，而是确定条带的由于借助于透镜的成像而导致的旋转和条宽。

对于在透镜坐标系中的点(νe，μs)现在应找到在位置固定的坐标系中的坐标(x、y)。坐标系相对彼此旋转了角度从而得到如下关系式：

通过透镜成像的直线格栅23与位置固定的坐标系形成角度β并且d是被成像的格栅的线宽。对于d而言，在或90°的情况下得到临界部位。随后适用第一等式或第二等式。

对于水平的格栅，有：σ＝0。因此得到：

对于球形透镜，有：ν＝μ。在该情况下人们得到：

d＝μ·g

因为β＝σ，原始格栅透过球形透镜没有旋转。在水平格栅的情况下，垂直于原始格栅的格栅线扫描线间隔。因为原始格栅由于通过透镜的成像而旋转，所以在检测线间隔时优选垂直于第一直线格栅的线(垂直扫描)不测量d而是测量d_s。如下关系式成立：

d_{s} = \frac{d}{c o s β} - - - (9)

作为用于水平格栅的测量值M_h，应限定被成像的直线格栅的垂直测量的线宽与原始直线格栅的线宽的偏差。亦即如下关系式成立：

对于作为对象的球形透镜，如上已经所述，μ＝ν＝m并因此β＝σ＝0。由等式(10)因此对于球形透镜有：

M_h＝d_s-g＝[m-1]·g(11)

因此在球形透镜的测量中，按照本发明，检测第一直线格栅的图像并且关于线间隔的变化进行分析处理就足够了。

对于任意的对象形状、即任意的透镜形状，需要关于主曲率k₁、k₂和角度的值，因此三个独立的、依次或同时实现的测量是必需的。为了获得三个独立的测量，可以将水平格栅旋转特定的、确定的角度，其中，线的间隔优选与格栅装置的相应的用于测量的格栅的格栅线相垂直地确定。在同时的测量中需要可以区分不同直线格栅的图像，以便获得独立的测量。这可以例如由下述方式实现，使得直线格栅的照明利用不同波长的光实现并且摄像机相应地仅检测相应图像的波长范围并且对于其他直线格栅的波长是不灵敏的，从而其他直线格栅的图像不造成干扰。

在一个优选实施例中，因此按照本发明实施如下方法，在该方法中借助于摄像机附加地检测在至少一个预先确定的部位处第二直线格栅透过对象所成的第二图像和/或第三直线格栅透过对象所成的第三图像，其中，在必要时第二直线格栅的线与第一直线格栅的线成不等于0°(或180°)的角度，和/或在必要时第三直线格栅的线与第一直线格栅的线成不等于0°(或180°，优选也不等于90°)的角度且必要时与第二直线格栅的线成不等于0°(或180°且优选也不等于90°)的角度，接着借助于计算单元根据第二图像和/或第三图像分别确定第二图像和/或第三图像的线间隔和/或线相对于相应的直线格栅的旋转度，并附加地调用这些数据用以确定在对象的至少一个预先确定的部位处的折射力。优选地，确定第二图像和/或第三图像的关于相应的直线格栅的线间隔，并由此在考虑图像中的线相对于原始直线格栅的旋转的情况下确定在对象的至少一个预先确定的部位上的折射力。

优选地，在第二图像中垂直(横向)于第二直线格栅的线确定线间隔，而在第三图像中垂直(横向)于第三直线格栅的线确定线间隔。

与等式(10)类似地得到关于第二直线格栅和第三直线格栅的图像的相应测量值M_r和M_l(分别为相应成像的直线格栅的垂直测量的线宽与相应原始直线格栅的线宽的偏差)，其中，第二直线格栅例如相对于第一直线格栅旋转了角度ε₁，而第三直线格栅相对于第一直线格栅旋转了角度ε₂。备选地，第一直线格栅和/或第二直线格栅和/或第三直线格栅可以(在相对彼此旋转了的直线格栅的情况下)彼此平行延伸或者设置在一个共同平面中。该测量布置结构的优点在于，对于对象的每个部位实施三个测量，这三个测量仅仅在对象进给方面不同，该对象进给相当于各直线格栅间的距离。在经旋转的直线格栅的情况下必须附加地考虑格栅相对彼此的转角。

为了确定测量值M_r、M_l和M_h，对象优选依次在第一直线格栅、必要时第二直线格栅和必要时第三直线格栅旁边移动通过，并且连同分别所属的摄像机。备选地也可以使直线格栅移动。

由三个测量值M_r、M_l、M_h借助于迭代方法(例如Excel求解器)单值地计算出透镜的三个参数k₁、k₂和转角单值性优选可以由下述方式产生，即附加地应用条件

“当M_l<M_r时，而当M_l>M_r时，”(12)。

如果在位置固定的坐标系中的主曲率k₁、k₂及其方位角位置可获得，那么透镜的折射力可以在每个任意的交角下借助于欧拉公式(等式(3))来计算出。

对于直线格栅的成像所需的光强度可以由下述方式实现，使得在第一直线格栅和/或必要时第二直线格栅和/或必要时第三直线格栅后面设置光源，该光源将光(优选白光)穿过相应的直线格栅投射到摄像机上。

备选地，按照本发明的装置可以具有照明壁，该照明壁具有由光源元件组成的阵列，这些光源元件优选构造成LED或OLED。借助于该照明壁可以依次地、例如通过切换而产生第一直线格栅和/或第二直线格栅和/或第三直线格栅，从而不再需要另外的光源。备选地，也可以同时通过不同颜色的LED或OLED产生直线格栅。光源元件为此如此被驱控，使得光源元件的第一部分构成白线或亮线，而光源元件的第二部分构成分别位于两个白线之间的黑线或暗线。线宽因此限定为光源元件的宽度。

例如基于已存在的标准规程可能需要，将透明对象不仅垂直于摄像机的光轴线设置，而且例如倾斜地(该透明对象也以该倾斜度应用在产品中)进行检查。例如可能需要，在挡风玻璃与水平线(＝经常是光轴)成倾斜角ξ的情况下确定挡风玻璃的折射力，该挡风玻璃以该倾斜角应用在车辆中。在这种情况下需要，考虑对象相对于摄像机光轴的倾斜度，特别是在两个方面。首先，折射力随着对象的倾斜而增大。为此可以在计算中考虑相应的放大因子，该放大因子对于确定的材料对于对象的确定的倾斜角范围可以事先确定。其次，对象与相应直线格栅的间距沿着对象变化。因此要考虑对象的各部位与相应直线格栅的间距a(参见等式(5))。

如果对象倾斜了角度ξ，例如绕x轴(参见图10)，那么在对象的确定部位上折射力相对于角度λ₁和λ₂的分量e₁和e₂增大，其中，该角一般小于ξ，对于λ₁采用角ξ。

图10示出平面E1(在x-y-z坐标系中)，该平面相应于图7的x-y平面，亦即竖直放置的对象。平面E₁绕x轴倾斜了角度ξ并通过这种方式变为具有x-y”-z”坐标系的平面E₂。向量e₁和e₂位于平面E₁中。向量e”₁和e”₂位于在平面E₂中并且由向量e₁和e₂绕x轴的旋转得到。向量e₁与e”₁之间的角λ1以及在向量e₂与e”₂之间的角λ₂依赖于转角和倾斜角ξ。

相应的放大因子计算为：

V (λ_{1}) = \frac{\sqrt{n^{2} - \sin^{2} λ_{1}} - {cosλ}_{1}}{(n - 1) \cdot {cosλ}_{1}}

和

V (λ_{2}) = \frac{\sqrt{n^{2} - \sin^{2} λ_{2}} - {cosλ}_{2}}{(n - 1) \cdot {cosλ}_{2}} - - - (13),

其中，

和(13a)

由此可以如下计算对于格栅的成像重要的因子μ和ν：

\begin{matrix} μ = \frac{1}{1 - a \cdot V (λ_{2}) \cdot k_{1}} \\ ν = \frac{1}{1 - a \cdot V (λ_{1}) \cdot k_{2}} \end{matrix} - - - (14) .

格栅线的旋转tgβ和测量值M_h于是可以根据等式(7)和(10)类似地确定。

上述目的此外还通过具有权利要求7的特征的装置来实现。

该装置特别是具有摄像机、优选条形的或线形的第一直线格栅和计算单元，其中，摄像机逐个部位地、优选在一线形的或条形的区域中检测第一直线格栅透过对象所成的第一图像，计算单元紧接着根据第一图像确定第一图像的线间隔和/或线相对于所述第一直线格栅的旋转度，并由此确定在对象的相应部位上(在相应体积元中)的折射力。优选地，根据第一图像检测第一图像的沿横向于第一直线格栅的线的方向的线间隔并由此在考虑线的旋转的情况下确定在对象的相应部位上(在相应体积元中)的折射力。

这种装置的优点在上文已关于按照本发明的方法阐述过了。

如上文已经说过的，有利的是，附加地设有用于透过对象产生第二图像的第二直线格栅和/或用于在相应部位上透过对象产生第三直线格栅的第三成像的第三直线格栅，其中在必要时第二直线格栅的线与第一直线格栅的线成不等于0°(或者180°，优选也不等于90°)的角度，和/或在必要时第三直线格栅的线与第一直线格栅的线成不等于0°(或者180°，优选也不等于90°)的角度并且在必要时与第二直线格栅的线成不等于0°(或者180°并且优选也不等于90°)的角度，借助于计算单元紧接着根据第二图像和/或第三图像分别确定第二图像和/或第三图像的线间隔和/或线相对于相应直线格栅的旋转度，并附加地调用这些数据用以确定在对象的相应部位上的折射力。优选地关于相应的直线格栅确定第二图像和/或第三图像的线间隔并由此在考虑线的旋转的情况下确定在对象的至少一个预先确定的部位上的折射力。

此外有利的是，所述摄像机被构造成阵列式摄像机或线扫描摄像机/行摄像机，并且本发明装置优选对于第一直线格栅、必要时第二直线格栅和必要时第三直线格栅的相应成像具有单独的摄像机，其中优选地，如此布置摄像机并且如此运行计算单元，使得垂直于相应的直线格栅确定线宽度。

附图说明

以下根据实施例参照附图进一步阐明本发明。在此所有所描述的和/或图示的特征单独地或任意组合地、还独立于其在权利要求中的概括或其引用关系地形成本发明的主题。其中：

图1示意性示出根据按照现有技术的方法圆盘由于透明对象的折射力畸变为椭圆的情形；

图2示意性示出在一个位置固定的坐标系中在具有两个主曲率k₁、k₂的对象的任意部位上透镜模型的性能；

图3在从侧面看的透视图中示意性示出透明对象例如挡风玻璃的一个部段，该部段分解为多个部位(体积元)；

图4示意性示出在圆柱透镜与水平线成不同角度地设置(参见头行)的情况下对于水平格栅(a)、斜向右转的格栅(b)和斜向左转的格栅而言直线格栅透过圆柱透镜所成的图像的摄像；

图5示意性示出按照本发明的装置的一个实施例的侧视图；

图6在从摄像机的方向看的视图中示意性示出在按照本发明的方法的第一实施例中的做法的原理草图；

图6a在前视图中示意性示出条形的直线格栅；

图7示意性地详细示出按照本发明方法直线格栅透过透镜所成的图像；

图8在从摄像机的方向看的视图中示意性示出用于本发明方法的在图6中示出的第一实施例的按照本发明的装置；

图9在从摄像机的方向看的视图中示意性示出按照本发明的方法的第二实施例；

图10示意性示出在对象倾斜的情况下在透镜坐标系中的一个点上在两个平面中的位置向量的变化；

图11示意性示出水平的格栅、右边的格栅和左边的格栅的、以[m^-1]为单位的被计算出的折射值随对象的一个部位上的透镜所能占据的方位角变化的曲线，其中，扫描方向分别垂直于格栅线(对于M_l<M_r，对于M_l>M_r，)；

图12示意性示出按照图10的图示，然而其中k₁＝0.6m^-1；

图13在按照图10的图示中示意性示出按照图11的曲线，然而其中在直线格栅与透明对象之间的间距a为0.4米；

图14示意性示出对于球形透镜而言的按照图10的图示，其中k₁＝k₂＝0.08m^-1；

图15示意性示出用于确定折射力的放大因子随由具有折射率n＝1.5的玻璃制成的透明对象的倾斜角ξ变化的曲线；以及

图16示意性示出按照图11的曲线，其中k₁＝0.08m^-1，k₂＝-0.02，格栅旋转度ε₁＝45°，ε₂＝-45°，并且倾斜度ξ＝50°以及a＝1米。

具体实施方式

本发明装置的在图5中示出的实施例示出一透明的对象，其形式例如为用于机动车的挡风玻璃10，该挡风玻璃设置在水平的条形的直线格栅14与摄像机16之间。水平的直线格栅14在与挡风玻璃10相对置的侧上由光源12照明，该光源例如为发光物质管的形式，该发光物质管在其长度上具有恒定的强度。直线格栅14的图案在挡风玻璃上中断并且成像到摄像机16上。在这样的测量中所使用的条形直线格栅在图6a中更详细地示出。

为了确定在整个挡风玻璃10(该挡风玻璃如在图3中在一局部片段上所示地由多个部位(体积元)11组合而成)上的局部折射力，在按照本发明的方法的第一实施例中应用三个相对彼此旋转了的条形的直线格栅13、14和15，这些直线格栅在图6和8中示出。右边的直线格栅13相对于水平的直线格栅转动了角度ε₁＝-30°，而左边的直线格栅15相对于水平的直线格栅转动了角度ε₂＝30°。直线格栅13、15的线分别也相对于水平线转动了相同的角度。

用于这样的测量的条形的直线格栅14也在图6a中示出。条形的直线格栅13、15也类似地构成，所述直线格栅仅相对于直线格栅14旋转了。

如以上在一般的描述部分中详细所述的那样，为了确定曲率k₁、k₂和角度或者说折射力，对于挡风玻璃10的每个部位11，依次或同时基于三个相对彼此旋转了的直线格栅实施三个独立的测量(参见图6和8)，这三个直线格栅设置在一个平面中。为此将挡风玻璃10以特定的、预先给定的速度在并列设置的或相叠设置的直线格栅13、14、15旁边引导通过。在图8所示的情况下，挡风玻璃已经出于分析目的移动了路程V1。挡风玻璃10的运动方向在图8中以箭头27表示。对于水平的直线格栅14，部位11.1位于格栅位置y₁以及玻璃进给V1处。以下关系式由图8的几何关系得到：

L 2 = \frac{y_{1}}{\cos ϵ}

S2＝y₁·tgε(14)。

L 3 = \frac{y_{1}}{c o s λ}

S3＝y₁·tgλ

在右边的直线格栅13上的从属于部位11.2的测量值在位置L2和进给Vr＝V1-S2处获得。在左边的直线格栅上在位置L3和进给Vl＝V1+S3处进行测量。

另选地，可以在水平的格栅14’附近(如图9所示)也借助于斜线格栅13’、15’测量折射力。在该实施例中，直线格栅13’、15’平行于直线格栅14’延伸，然而各格栅的线相对彼此旋转了。在该情况下，借助于阵列式摄像机在垂直于直线格栅13’、15’的格栅线的每个部位上确定(扫描)出在通过挡风玻璃10成像之后的线间隔。相应的扫描方向通过在相应的直线格栅13’、14’、15’中心处的一个或多个线28、29、30来表示。这样的布置结构所具有的优点在于，对于挡风玻璃10的每个部位11可以实施三个测量，这三个测量仅仅在玻璃进给方面不同，该玻璃进给对应于直线格栅13’、14’、15’的间距。

另外另选地，可以借助于可开关的光学技术器件在一部位上产生直线格栅13’、14’、15’并且在该部位上拍摄三个相应图像。在该实施例中，例如可以在水平直线格栅14’的部位上利用可开关的光学技术器件在时间上依次地还产生两个斜线格栅13’、15’。借助于阵列式摄像机那么必须同样也在时间上依次地拍摄三个图像。这些图像可以根据期望的扫描方向被分析处理。

在图8中应具有ε₁＝ε₂＝ε。在透镜在格栅前方旋转时，左边的直线格栅15将不会如在水平情况下那样在开始测量，而是在时开始测量。在右边的直线格栅13中测量在时开始(在图9中右边的直线格栅15’和左边的直线格栅13’相对于图8交换)。

基于在图9中的关系，对于每个部位根据以下方程由测量值M_h、M_l和M_r计算出折射力：

在下文中要图形示出测量值，其中应用以下参数：

ε₁＝ε₂＝ε；

k₁＝0.080；

k₂＝-0.020；

a＝1米

g＝1毫米。

因此得到图11的曲线，在该图中测量值M_r的曲线设有附图标记33，测量值M_h的曲线设有附图标记34，而测量值M_l的曲线设有附图标记35，其中，M_l<M_r时对于M_l>M_r的情况，图11的图的x轴32表示在相应部位上形成的单位为[°]的透镜转角，而y轴31表示单位为[m^-1]的测量值M_h、M_r或M_l。

如果采用k₁＝0.6m^-1，那么曲线畸变，如由图12得知的那样。如果透镜的焦距等于在直线格栅13’、14’、15’与挡风玻璃10之间的间距a，那么测量不再有意义。间距a应小于透镜的焦距。间距a的及时缩短因此在变大的折射力的情况下是合适的。

如果在直线格栅13’、14’、15’与挡风玻璃10之间的间距a缩短到0.4米，那么避免所述畸变。这可在图13的曲线中看到。

对于球形透镜，如果直线格栅13’、14’、15’的线间隔是相等的，那么所有测量值相同。这在图14中示出。用于计算图11中的曲线的参数组的变化在于：k₁＝k₂＝0.08m^-1。

目前为止所述的方法涉及在竖直格栅前方竖直放置的玻璃的测量。在很多情况下需要的是，测量例如在安装状态下倾斜的挡风玻璃10。为此的测量布置结构在图5中示出。图11还示出在对象绕具有x轴、y轴和z轴的三维坐标系的x轴倾斜了角度ξ的情况下一部位处的透镜的折射力的变化。

对于具有折射率n＝1.5的玻璃，可以借助于上述方程(12)计算放大因子V，该放大因子在图14中以在轴42上变化的曲线47示出，其中，轴42表示挡风玻璃10的倾斜角ξ。该倾斜角在通过未示出的计算单元确定在挡风玻璃12的部位11上的折射力时被考虑。再者由图5可知，由于挡风玻璃10相对于光轴17的倾斜，挡风玻璃10与直线格栅14在上边缘射束18的区域中的间距a_o经由在光轴17的区域中的间距a一直变化至在所成图像的下边缘射束19的区域中的间距a_u。倾斜的挡风玻璃10在其整个高度上的这个间距变化在公式中已经考虑了。

从平面E₁旋转到平面E₂中的透镜可以如在平面E₁中的透镜那样占据所有可能的方位位置。为了说明可能的测量值，使透镜转过角度借助于垂直扫描(M_h)人们可获得比借助于在旋转了的角度下的扫描(M_r、M_l)更大的极值。人们仅借助于垂直扫描来测量具有最大旋转度的主曲率。如果玻璃没有倾斜，那么极值对于所有测量都是相同的。

图16相应于具有以下参数的上述图11：

·k₁＝0.08，k₂＝-0.02，

·格栅旋转度ε₁＝45°(曲线33””)和ε₂＝-45°(曲线34””)，

·玻璃倾斜度ξ＝50°，以及

·格栅与玻璃中心的间距a＝1米，

其中，对象(玻璃)相对于光轴倾斜了角度ξ。在此在玻璃中心处进行测量。具有附图标记35””的曲线相应于利用竖直格栅进行的测量。在此曲线33””和34””的极值是相同的，因为格栅关于竖直格栅对称地旋转了相同的角度。然而极值小于利用竖直格栅进行的测量的极值(参见曲线35””)。垂直扫描的极值和利用旋转了的格栅进行的扫描的极值的不同由如下原因产生：当圆柱透镜在E₂平面中旋转时，仅竖直格栅在最大旋转度时扫描到主曲率。利用旋转了的格栅，不是在最大旋转度时扫描到主曲率。

附图标记列表：

5位置固定的坐标系

7圆盘

9椭圆

10挡风玻璃

11挡风玻璃10的部位(体积元)

11.1,11.2挡风玻璃10的部位(体积元)

11.3挡风玻璃10的部位(体积元)

12光源

13,14,15直线格栅

13’,14’,15’直线格栅

16摄像机

17摄像机16的光轴

18,19边缘射束

23所成图像的直线格栅

25所成图像的坐标系

27箭头

28,29,30方向，沿该方向确定所成图像中的相应直线格栅的线间隔

31y轴(单位为m^-1的测量值)

32x轴(单位为°的转角)

33,33’测量值M_r的曲线

33”,33”’测量值M_r的曲线

33””测量值M_r的曲线

34,34’测量值M_h的曲线

34”,34”’测量值M_h的曲线

34””测量值M_h的曲线

35,35’测量值M_l的曲线

35”,35”’测量值M_l的曲线

35””测量值M_l的曲线

41y轴(放大因子)

42x轴(单位为°的倾斜角)

47玻璃(折射率1.5)的放大因子的曲线

a,a_o,a_u挡风玻璃10与直线格栅14的间距

d所成图像的直线格栅23的线间隔

d_s沿垂直于直线格栅13的方向测得的图像的直线格栅23的线间隔

e,e₁,e₁”直线格栅13上的一点的坐标

e₂,e₂”,s直线格栅13上的一点的坐标

F放大因子

f透镜的焦距

g直线格栅13的线间隔

k曲率

k1,k2沿主轴方向的曲率

L2,L3距离

M_h,M_l,M_r直线格栅所成图像的测量值

n折射率

S2,S3距离

V1,Vr,Vl移动的距离

x,x’,x”,y,y’,y”,z,z”坐标

β所成图像的直线格栅23相对于位置固定的坐标系的转角

γ在位置固定的坐标系5中的角度

ξ挡风玻璃10相对于光轴17的倾斜角

ε,ε₁,ε₂直线格栅13相对于水平的直线格栅14的转角

透镜相对于位置固定的坐标系5的转角

λ,λ₁,λ₂直线格栅15相对于水平的直线格栅14的转角

ν,μ所成图像的因子

σ直线格栅13相对于位置固定的坐标系5的转角

Claims

1.一种用于确定大面积的透明对象(10)的折射力的方法，所述透明对象例如为挡风玻璃、助视器具、驾驶舱玻璃、头盔遮护玻璃或诸如此类，其特征在于，借助于摄像机(16)在对象的至少一个预定部位上检测第一直线格栅(14、14’)透过对象(10)所成的第一图像，接着借助于计算单元根据第一图像在所述至少一个预定部位上确定所述第一图像的线间隔和/或线相对于第一直线格栅(14、14’)的旋转度，并由此确定在对象(10)的所述至少一个预定部位(11、11.1、11.2、11.3)上的折射力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于摄像机附加地检测第二直线格栅(13、13’)透过对象(10)所成的第二图像和/或第三直线格栅(15、15’)透过对象所成的第三图像，其中，第二直线格栅(13、13’)的线与第一直线格栅(14、14’)的线成不等于0°的角度，和/或第三直线格栅(15、15’)的线与第一直线格栅(14、14’)的线成不等于0°的角度并且与第二直线格栅(13、13’)的线成不等于0°的角度，接着借助于计算单元根据第二图像和/或第三图像分别确定第二图像的和/或第三图像的线间隔和/或线相对于相应直线格栅的旋转度，并附加地调用这些数据用以确定在对象(10)的每个部位上的折射力。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，线间隔的确定在第一图像中垂直于第一直线格栅(14、14’)进行，在第二图像中垂直于第二直线格栅(13、13’)进行，而在第三图像中垂直于第三直线格栅(15、15’)进行。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对象(10)依次在第一直线格栅(14、14’)、必要时第二直线格栅和必要时第三直线格栅(15、15’)旁边移动经过，并在相应的摄像机(16)旁边移动经过，其中优选地，第一直线格栅(14、14’)和/或第二直线格栅(13、13’)和/或第三直线格栅(15、15’)相互平行延伸。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过具有由光源元件组成的阵列的照明壁来产生第一直线格栅(14、14’)和必要时第二直线格栅(13、13’)和必要时第三直线格栅(15、15’)，所述光源元件优选被设计成LED或OLED。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，附加地考虑对象(10)相对于摄像机(16)光轴的倾斜度。

7.一种用于借助于摄像机(16)确定大面积的透明对象(10)的折射力的装置，所述透明对象例如为挡风玻璃、助视器具、驾驶舱玻璃、头盔遮护玻璃或诸如此类，其特征在于，所述装置具有第一直线格栅(14、14’)和计算单元，其中，摄像机(16)逐个部位地检测第一直线格栅(14、14’)透过对象(10)所成的第一图像，接着所述计算单元根据第一图像在相应部位上确定第一图像的线间隔和/或线相对于第一直线格栅(14、14’)的旋转度，并由此确定在对象(10)的每个部位(11、11.1、11.2、11.3)上的折射力。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置附加地具有第二直线格栅(13、13’)和/或第三直线格栅(15、15’)，其中，在必要时第二直线格栅(13、13’)的线与第一直线格栅(14、14’)的线成不等于0°的角度，其中，在必要时第三直线格栅(15、15’)的线与第一直线格栅(14、14’)的线和与第二直线格栅(13、13’)的线成不等于0°的角度，其中，所述摄像机在必要时检测第二直线格栅(13、13’)透过对象(10)所成的第二图像和/或第三直线格栅(15、15’)透过对象所成的第三图像，接着所述计算单元根据第二图像和/或第三图像分别确定相应图像的线间隔和/或线相对于相应直线格栅的旋转度，并附加地调用这些数据用以确定在各个部位(11、11.1、11.2、11.3)上的折射力。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，优选地，第一直线格栅(14、14’)和/或第二直线格栅(13、13’)和/或第三直线格栅(15、15’)相互平行地延伸或者设置在一个共同的平面中。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述摄像机被构造成阵列式摄像机或线扫描摄像机，优选地，所述装置为第一直线格栅(14、14’)、必要时第二直线格栅(13、13’)和必要时第三直线格栅(15、15’)中的每个直线格栅均具有单独的摄像机(16)。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有照明壁，该照明壁具有由光源元件组成的阵列，所述光源元件优选被设计成LED或OLED，其中，所述照明壁通过切换依次产生第一直线格栅(14、14’)、必要时第二直线格栅(13、13’)以及必要时第三直线格栅(15、15’)。