CN106415198A - 坐标测量机中图像记录模拟 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟通过用于检查待测量对象(11)的坐标测量机(10)中的光学传感器进行的图像记录的方法(60)，所述方法包含以下步骤：提供(62)表示待测量对象(11)的模型的第一数据集、表示待测量对象(11)的光照(36)的模型的第二数据集、以及表示光学传感器(12)的光学系统(13)的模型的第三数据集；以及基于所述第一数据集、所述第二数据集和所述第三数据集渲染(64)图像堆栈(34)，所述图像堆栈包含待测对象(11)的至少一个子区域的多个虚像，每一个虚像至少通过另一第二和/或另一第三数据集渲染。本发明还涉及一种优化通过坐标测量机进行的图像记录的方法。

Description

坐标测量机中图像记录模拟
技术领域
本发明涉及一种模拟到用于检查测量对象的坐标测量机的光学传感器上的成像的方法。此外，本发明涉及一种优化具有光学传感器的坐标测量机中测量对象的光照的方法。
背景技术
坐标测量机本身普遍已知。它们被使用在工业应用中，例如用于质量保证、或测量翻新(retro-fit)工艺中的部件，或者被使用在其他应用中。通过坐标测量机，以高精确度测量为了以上目的的部件的几何形状和尺寸。大体上分为所谓触觉(tactile)测量法和光学测量法的各种测量方法可以用于确定部件的坐标。
触觉测量法在测量过程期间通过探测元件探测部件。例如，探测元件是附接到探针一端的探测球。具有探测球的探针通常可以通过结构设计布置并在测量区域内的任意方向上对准(align)。例如，为此已知的有龙门(gantry)设计、水平臂设计或台式设计。
光学测量法无接触地运行，即，待测量部件(测量对象)通过光学传感器(例如照相机)记录，并且如此获得的图像数据被评价。多种光学测量法是已知的，它们不仅图像记录的方式不同，而且光照布置的方式也不同。例如，偏折法、干涉法或颜色(chromatic)法(例如白光传感器法)是已知的。光学测量法经常伴随以电子图像处理和评价，以便从图像记录提取所需数据。光学传感器也可以通过结构设计(例如龙门设计、水平臂设计或台式设计)在测量区域内以可自由移动和定向的方式布置。
上述全部类型的坐标测量机和测量方法应仅作为例子理解，并且作为本发明技术领域的介绍。本发明涉及使用光学传感器的坐标测量机。
在这样的具有光学传感器的坐标测量机的情况中，测量对象的光照对于精确度且进而对于测量质量有很高重要性。为能够以最高可能的对比度检测测量对象的全部细节，通常在图像记录的整个区域之上尽量达到合适亮度的均匀光照。此情况中，被视为合适的亮度范围取决于光学传感器的类型以及其能处理的亮度范围。
然而，实践中光照的设置需要坐标测量机的操作人员的部分的高度经验，否则非常耗时，这是由于可能最初进行具有不良光照的一个或多个测量通例(pass)以便迭代地近似于最佳光照。因此，在达到仅产生刚好可用的测量结果的合适光照前，操作员必须进行多次尝试。因此通常尽量最小化设置最佳光照所需的先验知识和时间消耗。
文件DE 10 2009 025 334A1公开了断定(ascertain)部件(例如车体部件)的涂漆表面的理想外观的方法。它提出：将被提供多层漆的部件被拍照，并且它们的假想喷漆后的光学影像(impression)通过渲染程序计算和表示。然后，意图对此计算的光学影像被分类为有吸引力或无吸引力的效果进行评价。然后，基于此评价，意图通过可能要进行的重计算，修改并且评价要施加的涂漆的参数，直到光学影像被分类为“有吸引力”为止。
发明内容
本发明的目的是指出简化具有光学传感器的坐标测量机中光照设置的可能性。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种模拟通过用于检查测量对象的坐标测量机的光学传感器进行的图像记录的方法，包含以下步骤：
-提供表示测量对象的模型的第一数据集、表示测量对象的光照的模型的第二数据集、以及表示光学传感器的光学器件的模型的第三数据集，以及
-基于第一数据集、第二数据集和第三数据集渲染图像堆栈，其中图像堆栈具有测量对象的至少部分区域的多个虚像，其中至少以不同的第二和/或不同的第三数据集渲染每一个虚像。
这样使得可以使用基于来自CAD数据的测量技术中已知的对象性质的渲染方法，进行对象或对象区域的图像记录的完整模拟。此测量可以被一个或多个真实测量支持，如下面将解释的。
渲染方法本身是已知的。术语“渲染”是熟悉的，并且通过商业上可自由获取的产品的对应实施是可能的。对于理论基础，可以参考例如2010年Matt Pharr和Greg Humphreys在出版商Morgan Kaufmann的书籍“基于物理上的渲染—从理论到实践(Physically Based Rendering–from Theory toImplementation)”第二版。
关于本申请中提及的光学传感器的镜头(lens)或光学器件的实施，此外可以参考1995年Kolb、Mitchell和Hanrahan在ACM SIGGRAPH的Computer Graphics(计算机图形学)(“Proceedings of SIGGRAPH”95)中第317页至324页的技术文献“用于计算机图形学的现实照相机模型(A RealisticCamera Model for Computer Graphics)”。
此外，关于波前处理或所谓的“相位复原(phase-retrieval)”，可参考1993年J.R.Fienup在Applied Optics(应用光学)第32卷第10号第1737页至1746页的技术文献“用于复杂光学系统的相位复原算法(Phase-RetrievalAlgorithms for a Complicated Optical System)”。
因此，第一步骤涉及提供表示测量对象的模型的第一数据集、表示测量对象的光照的模型的第二数据集、和表示光学传感器的光学器件的模型的第三数据集。这三个数据集含有用于模拟到坐标测量机的光学传感器上的成像的、渲染所需的基本参数。第一数据集可以通过例如测量对象的CAD(计算机辅助设计)数据集的形式提供。表示光学传感器的光学器件或镜头的第三数据集可以通过例如关于镜头的所使用的透镜元件和/或反射镜元件的位置和组成、光学传感器的位置和情况、以及影响光学成像路径的其他变量的指示的形式提供。例如，对曲率半径、各个表面之间的距离、和使用的具有折射率和阿贝数(Abbey number)的材料的通常的表格指示是可能的，如Kolb等人的文献中提出的。描述坐标测量机的光照的第二数据集可以通过例如光源的位置和组成、它们的发光角度、光强度分布等提供。在渲染的步骤中，从而可以计算测量对象的虚像，所述虚像以预定义的光照成像到坐标测量机的光学传感器上。
此外，可以附加地提供第四数据集，所述第四数据集表示入射到光学传感器上的光子通量或光到电信号的转换的模型，其中电信号尤其是可图形地表示、可以计算机辅助方式处理、以及可存储的电信号。通过第四数据集，从而可以在光学成像之上考虑测量信号的处理。例如，以此方式，可以考虑光学传感器的停格(pixilation)、光学传感器的灵敏度的波依赖性、和影响光学成像和电信号之间的传输路径的其他变量。
术语“光学传感器”指用于空间解析地(resolved)和/或方向解析地检测从被光照的测量对象产生的光子通量的单元。
此外，计算图像堆栈成为可能。这样的“图像堆栈”是同一测量对象或测量对象的同一部分区域的多个图像的集合，在对于第二数据集、第三数据集和第四数据集中的至少一个的不同参数集的情况下计算所述多个图像的集合。例如，通过改变镜头的聚焦设置和/或、通过改变镜头和测量对象之间的距离，可以在此改变作为参数的焦平面位置。
这样使得可以分别用图像记录的不同参数计算多个相应图像记录。如果仅执行了空间参数的改变，则此图像堆栈可以例如沿着镜头的光轴以延伸的方式延伸，其中每一个情况中图像都垂直于光轴(前提是像平面未倾斜，例如用以遵循Scheimpflug条件)。然而，可替换地或累积地，也可以实现例如光照的参数、光学传感器相对于测量对象的定位的参数、测量对象的部分区域的尺寸和位置等的改变。
这样使用户可以“滚动”通过图像堆栈，并且观察改变的效果。例如，用特定预定义的虚拟光照，于是可以沿镜头的光轴滚动，并且在不同平面中观察检测的测量对象的部分区域、或测量对象整体。此外，以此方式，使得可以关于测量可用性对记录进行(特别是自动的)评估。从而用户可以不仅选择所需的参数组合(composition)(例如实际测量中的焦平面位置)，而且也可以修改(或引起自动修改)虚拟光照的设置或所检测的部分区域的尺寸，直到模拟的虚像的质量呈现为充分良好为止。关于图像记录的质量，从而(尤其是)识别可呈现的图像记录的质量的优化的不同收敛范围成为可能。然后，可以在实际坐标测量机中接受计算之下潜在(underlying)的设置，并且实际测量可以基于此进行。因此，这样使得可以避免依赖于用户在实际坐标测量机上的经验和能力的耗时的设置方法。
根据本发明的第二方面，提供一种优化通过光学传感器对坐标测量机中测量对象进行的图像记录的方法，包含以下步骤：
-提供表示测量对象的模型的第一数据集、表示测量对象的光照的模型的第二数据集、和表示光学传感器的光学器件的模型的第三数据集，
-通过基于第一数据集、第二数据集和第三数据集渲染，模拟成像在光学传感器上的测量对象的至少一个虚像的图像记录，以及
-基于测量对象的至少一个模拟的虚像设置测量对象的图像记录。
根据本发明的第二方面的方法从而涉及首先提供第一、第二和第三数据集，其中提供的步骤对应于根据第一方面的方法的步骤。在此，也可以附加地提供上述第四数据集。然后同样地实现通过渲染来模拟图像记录的过程。在此情况中，计算成像在光学传感器上的至少一个虚像。用户可以观察所述至少一个虚像、或对其进行自动化评价，并且测量对象的光照可以基于此被设置或改变。以此方式，在不必在实际坐标测量机上进行设置的情况下，能够在坐标测量机上更高效地且在不需要操作坐标测量机的经验的情况下进行光照的设置成为可能。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于检查测量对象的坐标测量机，其包括光学传感器并且包括用于控制坐标测量机的数据处理设备，其中数据处理设备配置为执行根据本发明第一方面或它的一种配置的方法，或者执行根据本发明第二方面或它的一种配置的方法。
本发明的第四方面还提供一种包含程序代码的计算机程序产品，其中所述程序代码当在数据处理设备上执行时，尤其是在坐标测量机的数据处理设备上执行时，执行根据本发明第一方面或它的一种配置的方法、或者根据本发明第二方面或它的一种配置的方法。
因此，根据第三方面的坐标测量机和根据第四方面的计算机程序产品具有与根据本发明第一方面的方法或根据本发明第二方面的方法相同的优点。
因此完全达到最初陈述的目的。
在根据第一方面的方法的一种配置中，还执行以下步骤：
-确定表示图像堆栈的每一个虚像中的图像记录的质量的参数，
-断定表示图像记录的质量的参数取最优值的虚像，以及
-定义所述虚像的图像记录之下潜在的第二和/或第三数据集为最佳图像记录设置。
因此，在图像堆栈的每一个虚像中，首先确定了表示图像记录的质量的参数。所述参数可以是例如聚焦、亮度和/或对比度，但原则上对此可以形成任意参数，特别是以在优化领域中已知的“优值函数”的形式。这可能涉及用于评估图像记录的常用方法的输出值。在聚焦作为质量的参数的情况中，例如可以选择垂直于待观察边缘的线，并且确定沿此线的亮度梯度。然后将进而包含沿此线的亮度梯度的极值的图像评估为具有最佳聚焦设置的图像。
以此方式，于是可以断定具有表示图像记录的质量的参数的最优值的虚像。然后可以定义此虚像的聚焦设置为最佳图像记录设置。以此方式，可以通过例如以纯计算方式模拟成像的方法，进行图像记录的优化。
在本方法的另一配置中，可以进行下面的步骤：
将最佳图像记录设置至少应用到坐标测量机的光学器件和/或光照。
以此方式，用户然后可以应用输出到实际坐标测量机的设置，并且从而以最佳图像记录设置进行测量。
在根据第一方面的方法的另一配置中，可以提出通过所述光学传感器记录所述测量对象的实像，并且从相对于所述最佳图像记录设置对所述实像的图像记录设置出发，实现坐标测量机的光学器件和/或光照的图像记录设置。
以此方式，也可以在坐标测量机上以直接自动化方式进行最终设置、或对于最佳图像记录平面应用断定的设置的过程。例如，如以下解释的，可以通过将实像与渲染的图像堆栈的图像相比较，断定实像之下潜在的图像记录设置，并且然后可以从此设置出发以自动化方式进行对于最佳图像记录平面的设置。不言而喻，也可以设想到其他的可能性。例如，还可以在光学传感器的测量区域中布置参考对象，其中关于图像记录平面的位置的说明可以根据所述参考对象在光学传感器上的成像。
此外，在根据本发明第一方面的方法的一种配置中，可以提出在渲染步骤之前，通过光学传感器记录测量对象的至少一个实像，并且将其用作渲染步骤的支持点。
以此方式，在渲染步骤中，可以凭借以下事实实现对到光学传感器上的成像的改善的模拟：例如可以预定义特定图像的实际值，然后可以基于其实现计算。
根据本发明第一方面的方法的另一种配置，可以提出每一个实像的图像记录设置是预先已知的。
例如，可以提出基于光学传感器的镜头的位置、和/或光学传感器的镜头中的光学元件或光学器件的布置，存储此图像记录设置。以此方式，在关于坐标测量机的每一个实像的图像记录设置的记录期间，所述图像记录设置是已知的，并且可以将所述图像记录设置分配给此图像，以使得所述图像记录设置在进一步使用期间是预先已知的。
此外，根据本发明第一方面的方法的另一种配置，可以提出在渲染的步骤之后，通过与图像堆栈的虚像关联，将每一个实像纳入到图像堆栈之中，并且可以由此断定实像的图像记录设置。
以此方式，即使不通过以关联的方式(例如逐像素关联)比较实际记录的图像和图像堆栈的虚像来预先已知图像设置，也可以找到最佳对应关系，并且虚像的相关图像记录设置可以被接受作为实像的图像记录设置。
在根据第一方面的方法的另一种配置中，可以提出通过光学传感器记录测量对象的实像，即，在渲染的步骤之后，通过与图像堆栈的虚像关联，将实像纳入到图像堆栈中，并且由此断定实像与图像堆栈的对应虚像的偏差。“纳入”意为基于实像的图像记录设置将实像分类到虚像序列之中。例如通过插入在比如具有z2＝+9mm和z3＝+11mm的两个虚像之间，来排序具有焦距z1＝+10mm的实像。
以此方式，在渲染的步骤期间改善计算质量同样成为可能。如上面已经描述的，基于与图像堆栈的虚像关联，可以将实像纳入到图像堆栈中。在所述关联的上下文中具有最佳对应关系的虚像于是与实像相比较。实像与虚像之间的偏差可以此方式断定，并且用于例如改善渲染的步骤(如果渲染的步骤被再次进行)。此外，还可以为改善的目的将偏差应用到虚像。
例如，在另一种配置中，可以提出通过考虑偏差而渲染具有最佳图像记录设置的最佳虚像。
已经记录的实像不必须具有最佳图像记录设置。图像堆栈的渲染确实可以产生具有不同潜在图像记录设置的不同图像具有最佳图像记录设置的结果。因此可以首先断定实像和对应关联的虚像之间的偏差，然后将偏差应用到具有最佳图像记录设置的虚像，以提供具有最佳图像记录设置的改善的虚像。例如，然后这可以进一步特别用于优化光照设置。
在本方法的另一种配置中，可以提出通过考虑偏差而渲染作为具有图像堆栈中任意图像记录设置的平面的测量平面中的虚像。
意图进行测量的像平面不需是具有最佳图像记录设置的像平面。尽管这是通常的情况，但并非强制。在这方面，也可以基于断定的偏差以改善的方式计算具有与最佳图像记录设置不同的图像记录设置的任意不同测量平面。
在本方法的另一种配置中，可以提出第三数据集已经预先检测到光学传感器的光学器件的像差，所述像差特别地以Zernike多项式形式存储，并且在渲染最佳虚像或测量平面中的虚像期间减除像差。
不言而喻，用于描述像差的Zernike多项式应仅理解为例子。其他用于描述光学传感器镜头或光学器件的波前像差的多项式方法、级数展开或积分展开也是可能的，例如Chebychev多项式。可以事先使用例如波前像差仪在实际光学传感器上测量像差，然后从最佳虚像或测量平面中的虚像减除像差。不言而喻，对于任意其他计算的虚像，也可以进行这样的像差减除。
为此目的，例如，在渲染的步骤中，可以应用另一配置，例如前面提到的相位复原应用，以能够对应地减除像差，所述的像差以例如Zernike多项式的形式存储。
在本方法的另一配置中，可以提出测量对象的渲染多个虚像的区域比测量对象的记录实像的区域更大。
因此，大体上，为了成功关联，仅需要实像与计算的虚像具有足够大的重叠。因此，一个实像也足以支持计算中多个渲染的虚像堆栈。此外，例如还可以已经假设光学传感器平行于图像记录平面的平移位移，以计算彼此相邻的多个虚像堆栈，然后最终将它们在计算中结合到一起，以形成比测量对象的记录实像的区域更大的虚像。
可以通过本身已知的图像数据融合方法，例如，所谓的“拼接(stitching)”方法或其他方法，进行将虚像或虚像堆栈结合到一起。
在根据本发明第二方面的方法的另一配置中，可以进行下面的步骤：
-通过从所述至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示质量的参数的值，断定测量对象的图像记录的质量，
-将参数的值与限值比较，以及
-如果比较为负，则改变至少第二数据集和/或第三数据集，并且重复模拟、断定和比较的步骤，
-或者，如果比较为正，则使用用以由坐标测量机设置图像记录的第二数据集。
以此方式，以自动化的方式确定测量对象的图像记录的质量。可以如所述地适当选择表示测量对象的图像记录的质量的参数。例如，还可以使用平均图像亮度、和/或可以要求图像内亮度范围之间特别小的差别。
本方法然后可以自动化方式反复操作。例如以光源的地点和位置和/或数量、其光强、其发光角度等的改变的形式，可以实现第二数据集的改变。
在本方法的另一配置中，可以提供下面的步骤：
-通过从所述至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示质量的参数的值，断定测量对象的图像记录的质量，
-在预定的优化范围内改变至少第二数据集和/或第三数据集，并且重复模拟和断定的步骤，
-使用表示质量的参数取最优值的、用以由坐标测量机设置图像记录的第二数据集。
以此方式，相比于前面的配置(其当满足限值标准时，终止第二数据集的改变)，从头至尾运行并且参数地完整模拟特定优化范围。对于全部渲染的图像，确定表示图像记录的质量的参数，然后选择达到最佳质量的该图像记录设置。“最优值”是最大值或最小值取决于表示质量的参数的类型。例如，如果使用图像内多个亮度之间的差异，则其将是最小值。
在另一配置中，可以提出模拟成像到光学传感器上的测量对象的至少一个虚像的图像记录的步骤是根据本发明第一方面或它的一种配置的方法。第一和第二方面还可以以此方式有利地组合。
不言而喻，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以分别指示的组合使用，也可以以其他组合使用或单独使用，而不背离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例在附图中图示，并且在下面的描述中更详细节解释。在附图中：
图1示出坐标测量机和计算机程序产品的示意框图，
图2示出用于优化坐标测量机的图像记录设置的方法的一个实施例的示意框图，
图3示出用于优化坐标测量机的图像记录设置的方法的其他的实施例，
图4示出模拟通过坐标测量机的光学传感器对测量对象进行的图像记录的方法的第一实施例，
图5示出模拟通过坐标测量机的光学传感器对测量对象进行的图像记录的方法的第二实施例，
图6示出模拟通过坐标测量机的光学传感器对测量对象进行的图像记录的方法的第三实施例，以及
图7示出模拟测量对象到坐标测量机的光学传感器上的图像记录的方法的第四实施例。
具体实施方式
图1示出坐标测量机10。坐标测量机10用来进行测量对象11的图像记录。为此目的，坐标测量机10具有光学传感器12。光学传感器12是例如照相机，也即，捕捉测量对象11的平面(也即，二维的)记录的光学传感器12。
坐标测量机10还具有光学成像系统或光学器件13，其是光学传感器12的一部分，并且用来以合适的方式将从测量对象11入射到光学传感器12上的光成像到光学传感器12上。
坐标测量机10还具有数据处理设备14，其用于评价由光学传感器12捕捉的图像。
光学传感器12具有捕捉区域15，所述捕捉区域15在图1中示意性地示出的视图中的平面X-Y中延伸。被光学传感器12捕捉的图像从而在捕捉区域15中平行于X-Y平面。被光学传感器12清晰地捕捉的像平面或焦平面通过光学工作距离16与光学传感器12间隔开。因此，通过改变光学成像系统的设置，从而改变光学工作距离16，可以影响在Z方向上相对于测量对象11的位置。然而，在保持光学工作距离16的同时，也可以实现光学传感器12和测量对象11相对于彼此的机械运动，以影响记录的图像相对于测量目标11的位置。在此情况中，测量对象11和/或光学传感器12可以移动。为了对测量对象11进行光照，坐标测量机10具有光照设备36。
数据处理设备14具有可以进行计算操作的中央数据处理单元17。此外，数据处理设备14具有存储单元18，其中可以存储图像数据集。可以安装计算机程序产品20，其在数据处理设备14上执行下面详细描述的方法。
此外，坐标测量机10具有输入设备22，通过其可以执行用户到坐标测量机10的数据处理设备14的输入。可以通过显示设备(例如屏幕24)和/或通过打印设备26，将测量值结果输出给用户。显示设备24和/或打印设备26形成输出设备28。
图2示出用于优化坐标测量机中测量对象的光照的方法的第一实施例。所述方法通常由参考符号40识别。
开始之后，首先进行步骤42，即提供表示测量对象11的模型的第一数据集、表示测量对象11的光照36的模型的第二数据集、以及表示光学传感器12的光学器件13的模型的第三数据集。
之后，进行步骤44，即通过基于第一数据集、第二数据集和第三数据集进行渲染，模拟成像到光学传感器12上的测量对象11的至少一个虚像。之后，在一种配置中，然后可以直接进行步骤46，即基于测量对象11的至少一个模拟的虚像设置测量对象11的光照。
以此方式，利用通过实际光照设备36和实际坐标测量机10对实际测量对象11进行的实际评价的设置方法被替换为完全虚拟的处理，所述完全虚拟的处理通过测量对象的CAD模型、具有其光照的坐标测量机的模型、以及到光学传感器上的作为结果的成像的渲染进行。
代替在步骤44之后直接前进至步骤46，在这两个步骤之间还可以首先执行步骤48，即通过从至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示质量的参数的值，断定测量对象的光照的质量。之后，可以进行步骤50，即在预定的优化范围内改变第二数据集，并且重复模拟和断定的步骤。例如，可以以在特定的位置范围和对准角度范围内从头至尾运行光照设备36的位置和对准的这样的方式，实现在预定的优化范围内改变第二数据集。不言而喻，对于要提供的多于一个光照设备36，可以进行规定。在此情况中产生另外的可变参数。
之后，可以进行步骤52，即使用表示质量的参数取最优值的、用于由坐标测量机设置光照的该第二数据集。
之后，仍可以进行步骤46，并且可以通过表示质量的参数取最优值的第二数据集设置测量对象11的光照。
图3示出方法40的一种可能的第二实施例。
首先，进行相同的步骤42和步骤44。之后，步骤48涉及通过从至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示的质量的参数的值，断定测量对象的光照的质量。
在接下来的步骤54中，进行所述参数与限值的比较。如果讯问(interrogation)为负，则改变第二数据集(即光照设置)，并且重复模拟的步骤44和断定的步骤48。如果讯问为正，则以所述设置进行之后的步骤46，并且进行在实际坐标测量机10上对测量对象的光照的所断定的设置。
图4示出模拟到用于检查测量对象11的坐标测量机10的光学传感器上的成像的方法60的一个实施例。
首先进行步骤62，即提供表示测量对象11的模型的第一数据集、表示测量目标11的光照36的模型的第二数据集、和表示光学传感器12的光学器件13的模型的第三数据集。
之后，进行步骤64，即基于第一数据集、第二数据集和第三数据集渲染图像堆栈34，其中图像堆栈具有测量对象11的至少一个部分区域的多个虚像，其中至少以不同的第二数据集和/或不同的第三数据集渲染每一个虚像。
以此方式，从已知的预定义的光学器件13、已知的预定义的光照以及测量对象11的CAD模型，模拟整个图像堆栈以进一步使用。对于渲染的步骤64，可以使用例如商业上可获取的3D引擎，例如基于MC射线追踪的3D引擎。可以特别地为光学系统的模拟进行蒙特卡洛模拟。
如果合适，则对于一种配置中的渲染，可以生成实像，并且通过关联将实像纳入到图像堆栈34中，以通过此方式支持计算，如下面将解释的。
图5示出方法60的另一配置。在此，例如可以首先进行上面描述的步骤62和64。
然后，步骤66涉及确定表示图像堆栈34的每一个虚像中的图像记录的质量的参数。之后，步骤68涉及断定表示图像记录的质量的参数取最优值的虚像，而之后步骤70涉及定义此虚像的图像记录设置为最佳图像记录设置。例如，图像记录设置可以涉及聚焦、对比度、亮度、亮度分布的均匀度或一些其他参数。
基于此，然后在步骤72中可以将最佳图像记录设置应用于坐标测量机10的光学器件13。在配置中，在步骤74中开始时，可以将测量对象11的至少一个实像记录并且用作渲染的步骤的支持点。此外，在一种配置中，在渲染的步骤64之后，可以通过与图像堆栈的虚像关联而将每一个实像纳入到图像堆栈中，并且由此断定实像的图像记录设置。如果合适，则其可以使用在渲染的步骤64的另一通例中，步骤64之后再次进行步骤66、68、70和72。然而，仅当在步骤74期间，如果每一个实像的图像记录设置不是之前已知的，步骤76才是必要的。
图6示出方法60的其他的实施例。首先，步骤62和64如上面描述的进行。之后，进行步骤78，其涉及使用光学传感器22记录测量对象的实像，在渲染的步骤之后，通过与图像堆栈的虚像关联，将所述实像纳入到图像堆栈中。然后在接下来的步骤80中，断定实像与图像堆栈的对应虚像之间的偏差。然后这使得可以在步骤82中通过考虑之前确定的偏差而渲染最佳虚像。可替换地，在步骤82中，也可以用图像堆栈内的任意图像记录设置渲染任意测量平面的不同虚像。
作为配置，在步骤85中，除了最佳图像记录平面之外，还可以计算图像堆栈内的其他平面。
这样的方法仅预先假设关于光照的对准的所需布置、坐标测量机10在3个平移和旋转(如果合适)维度上的定位和对准的信息、以及关于光学传感器22的光学器件13的信息。特别地，可以在实际测量之前进行概述的渲染过程，其允许对应的计算使用、以及计算的高精确度。此外，如初始已经概述的，甚至可以使用小的实像来支持渲染和/或纳入实像堆栈、以及断定偏差，所述图像比最终渲染的图像或虚拟视野更小。
然而，图7也示出方法60的第四实施例。
首先，在步骤84中，通过测量(例如通过波前像差仪)，确定坐标测量机的镜头或光学器件的像差，并且将其存储为例如Zernike多项式的形式。
从而如上面描述的，可以实现提供的步骤62。之后，在步骤86中可以记录至少一个实像，以支持渲染的步骤64。例如通过使用至少一个实像作为起始值以及相位复原，来进行渲染的步骤。
接下来在步骤88中，于是将至少一个实像纳入到步骤64中渲染的图像堆栈中，并且将像差从对应的虚像减除。在步骤82中，当确定具有最佳图像记录设置的图像、或者图像堆栈内的测量平面中的任意不同图像时，可以同样地断定并且考虑实像与对应虚像之间剩余的偏差。
以此方式，例如在步骤86中，将实像纳入到虚像堆栈中并且确定它的图像记录参数成为可能。然后，根据镜头像差的信息，可以使此实像不受像差影响，并且可以断定在此实像与虚像之间剩余的残留偏差。然后基于此，例如在最佳图像记录设置中，对于模拟的图像，可以再次使其经历光学器件像差的偏差，以在此平面中产生尽可能真实的图像。不言而喻，也可以通过最佳图像记录设置(例如最佳焦平面)，使此图像不受图像记录中已知的像差的影响，并且对假定的理想光学器件或理想镜头将其输出。这样也可以获得最佳图像记录的平面(例如最佳焦平面)的上游的和/或下游的改善的聚焦深度。
最终地，也可以设想提供新计算的在光路中具有虚拟光学元件的图像，而不是将它们转换为理想光学器件。例如，可以将不透明的或部分透明的或漫散射介质虚拟地布置在光路中，并且可以通过它们或者通过它们的边界层观察测量对象。

Claims (18)

1.一种模拟通过用于检查测量对象(11)的坐标测量机(10)的光学传感器进行的图像记录的方法(60)，包含以下的步骤：
-提供(62)表示所述测量对象(11)模型的第一数据集、表示所述测量对象(11)的光照(36)的模型的第二数据集、以及表示所述光学传感器(12)的光学器件(13)的模型的第三数据集，以及
-基于所述第一数据集、所述第二数据集和所述第三数据集渲染(64)图像堆栈(34)，其中所述图像堆栈具有所述测量对象(11)的至少部分区域的多个虚像，其中至少以不同的第二和/或不同的第三数据集渲染每一个虚像。
2.如权利要求1所要求的方法，其特征在于以下步骤：
-确定(66)表示所述图像堆栈中每一个虚像中所述图像记录的质量的参数，
-断定(68)表示所述图像记录的质量的参数取最优值的所述虚像，以及
-定义(70)所述虚像的图像记录之下潜在的所述第二和/或第三数据集为最佳图像记录设置。
3.如权利要求2所要求的方法，其特征在于以下步骤：
-将所述最佳图像记录设置至少应用(72)到所述坐标测量机(10)的所述光学器件(13)和/或所述光照。
4.如权利要求3所要求的方法，其特征在于，通过所述光学传感器记录所述测量对象(11)的实像，并且从相对于所述最佳图像记录设置对所述实像的图像记录设置出发，实现所述坐标测量机(10)的所述光学器件(13)和/或所述光照的图像记录设置。
5.如权利要求1至4中任一项所要求的方法，其特征在于，在所述渲染(64)的步骤之前，所述测量对象(11)的至少一个实像被所述光学传感器记录，并且被使用(74)作为所述渲染的步骤的支持点。
6.如权利要求4或5所要求的方法，其特征在于，每一个实像的图像记录设置是之前已知的。
7.如权利要求4或5所要求的方法，其特征在于，在所述渲染(64)的步骤之后，通过与所述图像堆栈(34)的虚像关联而将每一个实像纳入到所述图像堆栈(34)中，并且从而断定(76)所述实像的图像记录设置。
8.如权利要求1或2所要求的方法，其特征在于，所述测量对象(11)的实像被所述光学传感器记录，在所述渲染的步骤之后，通过与所述图像堆栈的虚像关联而将所述实像纳入(78)到所述图像堆栈中，并且断定(80)所述实像与所述图像堆栈的对应虚像之间的偏差。
9.如权利要求2或8所要求的方法，其特征在于，通过考虑所述偏差而渲染(82)具有所述最佳图像记录设置的最佳虚像。
10.如权利要求8所要求的方法，其特征在于，通过考虑所述偏差而渲染(82)测量平面中的虚像，其中所述测量平面是具有所述图像堆栈中的任意图像记录设置的平面。
11.如权利要求8至10中任一项所要求的方法，其特征在于，所述第三数据集具有所述光学传感器(12)的光学器件(13)的之前检测的像差，所述像差特别地存储为Zernike多项式的形式，并且在渲染所述最佳虚像、或测量平面中的所述虚像期间减除所述像差。
12.如权利要求1至11中任一项所要求的方法，其特征在于，所述测量对象(11)的渲染所述多个虚像的区域比所述测量对象(11)的记录所述实像的区域更大。
13.一种优化通过光学传感器对坐标测量机(10)中测量对象(11)进行的图像记录的方法，包含以下步骤：
-提供(42)表示所述测量对象(11)的模型的第一数据集、表示所述测量对象(11)的光照(36)的模型的第二数据集、和表示所述光学传感器(12)的光学器件(13)的模型的第三数据集，
-通过基于所述第一数据集、所述第二数据集和所述第三数据集进行渲染，模拟(44)成像到所述光学传感器上的所述测量对象(11)的至少一个虚像的图像记录，以及
-基于所述测量对象(11)的至少一个模拟的虚像，设置(46)所述测量对象(11)的图像记录。
14.如权利要求13所要求的方法，其特征在于以下步骤：
-通过从所述至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示质量的参数的值，断定(48)所述测量对象(11)的图像记录的质量，
-将所述参数的值与限值相比较(54)，以及
-如果所述比较为负，则改变(56)至少所述第二数据集和/或所述第三数据集，并且重复所述模拟、断定和比较的步骤，
-或者，如果所述比较为正，则使用(46)用以由所述坐标测量机(10)设置图像记录的所述第二数据集。
15.如权利要求13所要求的方法，其特征在于以下步骤：
-通过从所述至少一个渲染的虚像中的至少一个确定表示质量的参数的值，断定(48)所述测量对象(11)的图像记录的质量，
-在预定的优化范围内改变(50)至少所述第二数据集和/或所述第三数据集，并且重复所述模拟和断定的步骤，
-使用(52)表示所述质量的参数取最优值的、用以由所述坐标测量机(10)设置图像记录的所述第二数据集。
16.如权利要求13至15中任一项所要求的方法，其特征在于，模拟成像到所述光学传感器上的所述测量对象(11)的所述至少一个虚像的图像记录的步骤是如权利要求1至12中任一项所要求的方法(60)。
17.一种用于检查测量对象(11)的坐标测量机(10)，包括光学传感器，并且包括用于控制所述坐标测量机(10)的数据处理设备，其特征在于，所述数据处理设备配置为执行如权利要求1至16中任一项所要求的方法(40、60)。
18.一种包含程序代码的计算机程序产品(20)，所述程序代码当在数据处理设备(14)上执行时，特别地当在坐标测量机(10)的数据处理设备(14)上执行时，进行如权利要求1至16中任一项所要求的方法(40、60)。
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