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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung, insbesondere zur metrischen Vermessung spiegelnder Oberflächen, in einem vorgegebenen Koordinatensystem, bei dem an einer Leuchtfläche mehrere Muster, insbesondere mehrere Streifenmuster, erzeugt werden, welche an der spiegelnden Oberfläche reflektiert und mit einer Sensorfläche einer Kamera erfasst werden, wobei aus den von der Sensorfläche erfassten Messdaten, aus den bekannten Koordinaten der Leucht- und Sensorfläche und aus dem Abstand zwischen der Sensorfläche oder der Leuchtfläche und wenigstens einem, auf der spiegelnden Oberfläche angeordneten Stützpunkt in dem vorgegebenen Koordinatensystem die Koordinaten von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche und/oder die Oberflächennormalen von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems bestimmt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Verfahren und Systeme dieser Art sind im Stand der Technik bekannt und werden eingesetzt, um die Formgestalt beliebiger spiegelnder Oberflächen automatisiert erfassen und vermessen zu können. Es handelt sich um sogenannte deflektometrische bzw. reflektometrische Verfahren bzw. Systeme, bei denen es das Ziel ist, die 3D-Raumkoordinaten und/oder die Oberflächennormalen einer spiegelnden Oberfläche in im Wesentlichen jedem Punkt, zumindest jedem solchen Punkt, der durch das Verfahren bzw. das System optisch erfassbar ist, zu bestimmen.
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Es können so die mathematischen und/oder grafischen durch Daten gegebenen Repräsentationen solcher beliebigen spiegelnden Oberflächen weiteren Anwendungen zugeführt werden. Beispielsweise können Fehlstellen auf spiegelnden Oberflächen mit Hilfe dieser Verfahren und Systeme ermittelt werden.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen
DE 103 45 586 B4 und
DE 10 2004 020 419 B3 bekannt. Bei diesen Verfahren, die zum allgemeinen Fachwissen zählen, werden üblicherweise an einer Leuchtfläche mehrere Muster mit verschiedenen Peridozitäten/Frequenzen und Phasen erzeugt, wie beispielsweise Streifenmuster.
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Es kann sich dabei bevorzugt um periodische Streifenmuster handeln, die eine sinusförmige Grauwertverteilung aufweisen. Leuchtmuster dieser Art werden dabei mit mehreren verschiedenen Frequenzen und bei jeder dieser Frequenzen mit mehreren Phasenlagen an einer Leuchtfläche erzeugt. Dabei können sowohl horizontale als auch vertikale Streifenmuster dieser Art nacheinander erzeugt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist dabei, dass jeder Punkt auf der Leuchtfläche auf einer Geraden, die senkrecht zu den erzeugten Streifen verläuft, durch die Kombination von Frequenz und Phasenlage in den mehreren Muster eindeutig, insbesondere durch die zugeordneten Grauwerte in den Messdaten, die von der Sensorfläche erfasst werden, charakterisiert bzw. identifiziert werden kann. Dies Verfahren nennt sich Absolutphasenmessung. Beschrieben ist dieses Verfahren z. B. in der Veröffentlichung von
Thorsten Bothe, Wansong Li, Christoph von Kopylow, Werner Jüptner, "High Resolution 3D Shape Measurement an Specular Surfaces by Fringe Reflection", SPIE. 5457, (2004) Es kann so mit bereits im Stand der Technik hinlänglich bekannten Verfahren mathematisch festgestellt werden, welcher Punkt einer Leuchtfläche in welchen Punkt einer Sensorfläche einer Kamera durch Reflektion an der spiegelnden Oberfläche abgebildet wird.
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Da diese Abbildung über eine Reflektion des von dem Punkt einer Leuchtfläche ausgehenden Lichtes an der spiegelnden Oberfläche erfolgt, ergibt sich aufgrund des Reflektionsgesetzes hieraus eine Information über den Reflektionswinkel und somit eine eindeutige Information über die Oberflächennormale am Ort der Reflektion oder der Oberfläche, sofern der Abstand dieses Ortes der Reflektion an der spiegelnden Oberfläche von der aufnehmenden Sensorfläche oder von der Leuchtfläche bekannt ist.
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Es besteht so auf mathematisch bekannte Art und Weise die Möglichkeit, ausgehend von einem solchen Ort, dessen Abstand zur Sensorfläche bekannt ist, die Oberflächennormalen zu bestimmen und insbesondere durch Integrationsverfahren, ausgehend von dieser Stützstelle, aus den Messdaten und den daraus ermittelten Oberflächennormalen den Formverlauf einer spiegelnden Oberfläche zu rekonstruieren und damit auch die 3D-Koordinaten jedes Punktes der spiegelnden Oberfläche im Rahmen der gegebenen Auflösung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung in einem Koordinatensystem, beispielsweise einem metrischen Koordinatensystem, zu bestimmen.
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Wie eingangs erwähnt, ist es wesentlich für das Verfahren bzw. ein System dieser Art, dass in zumindest einer Stützstelle der Abstand der spiegelnden Oberfläche zu einer Sensorfläche, beispielsweise der lichtempfindlichen Fläche einer Kamera, wie z. B. einer CCD-Kamera oder zur Leuchtfläche, z. B. einem Projektionsschirm oder einem LCD-Bildschirm, bekannt ist.
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Die im Stand der Technik bekannten Verfahren bzw. Systeme haben den Nachteil, dass dieser Abstand bekannt sein muss und einem System zur Durchführung der mathematischen Berechnung vorgegeben sein muss. Soll demnach eine spiegelnde Oberfläche durch ein solches Verfahren in dem Koordinatensystem vermessen werden, so ist zunächst die Notwendigkeit gegeben, diese spiegelnde Oberfläche entweder in einem vorbestimmten Abstand zu der Sensorfläche, beispielsweise einer Kamera, oder der Leuchtfläche zu positionieren oder aber den Abstand zwischen Sensorfläche/Leuchtfläche und einer positionierten spiegelnden Oberfläche zu vermessen.
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Dies setzt eine manuelle Tätigkeit voraus, da entweder durch eine bedienende Person die spiegelnde Oberfläche als zu vermessendes Objekt wunschgemäß platziert werden muss oder aber dass durch eine bedienende Person der Abstand zwischen Sensorfläche und einer Stützstelle, d. h. einer ausgezeichneten Position auf der spiegelnden Oberfläche, gemessen wird.
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Es sind hierbei auch Verfahren bekannt geworden, die dieses Einstellen eines bestimmten Abstandes zwischen Sensorfläche und spiegelnder Oberfläche erleichtern, beispielsweise dadurch, dass das Messsystem zwei Laserpointer umfasst, deren erzeugte Laserstrahlen sich in einem vordefinierten Abstand zur Sensorfläche einer Kamera oder zur Leuchtfläche im Raum kreuzen, so dass hier eine Erleichterung insoweit gegeben ist, als dass von einer bedienenden Person die spiegelnde Oberfläche in den Kreuzungspunkt der Laserstrahlen platziert wird, was aufgrund der einfachen visuellen Rückkopplung durch die Betrachtung der Laserstrahlen auf der Oberfläche vereinfacht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System der vorgenannten, gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu bilden, dass für die Durchführung des Verfahrens keine besondere Positionierung der spiegelnden Oberfläche relativ zu einer Sensorfläche, beispielsweise einer Kamera, oder einer Leuchtfläche benötigt wird bzw. dass ein vorheriges Vermessen des Abstandes zwischen Sensorfläche/Leuchtfläche und einer Stützstelle auf der spiegelnden Oberfläche entfallen kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die an der Leuchtfläche erzeugten Muster mit den Sensorflächen von wenigstens zwei beabstandeten Kameras erfasst werden und in den erfassten Messdaten der wenigstens zwei Sensorflächen wenigstens ein markanter Punkt auf der spiegelnden Oberfläche bestimmt wird, der gleichzeitig durch die Messdaten der Sensorflächen der wenigstens zwei Kameras repräsentiert ist, wobei die Koordinaten des wenigstens einen markanten Ortes in dem vorgegebenen Koordinatensystem stereophotogrammetrisch aus den Messdaten und den bekannten Koordinaten der wenigstens zwei Sensorflächen/Kameras ggfs. unter Berücksichtigung von deren Ausrichtung ermittelt werden und der wenigstens eine markante Ort als ein Stützpunkt ausgewählt wird, dessen Abstand zu wenigstens einer der Sensorflächen oder der Leuchtfläche aus den zuvor bestimmten Koordinaten des Stützpunktes und den gegebenen Koordinaten der Sensorfläche und/oder Leuchtfläche bestimmt wird.
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Der wesentliche Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht somit darauf, nunmehr automatisiert aus den Messdaten von wenigstens zwei verschiedenen Sensorflächen wenigstens zweier Kameras, die in verschiedenen Betrachtungsrichtungen die spiegelnde Oberfläche erfassen, den Abstand eines Stützpunktes, der sich auf der spiegelnden Oberfläche befindet und von beiden Kameras gesehen wird, zu wenigstens einer der Sensorflächen oder auch zu beiden/allen Sensorflächen zu ermitteln und erfindungsgemäß auch den Stützpunkt und dessen Koordinaten als einen markanten Ort aus den Messdaten zu bestimmen.
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Ist ein markanter Ort auf einer spiegelnden Oberfläche in den Messdaten der wenigstens zwei Sensorflächen von zwei Kameras ermittelt, so können die Koordinaten dieses markanten Ortes stereophotogrammetrisch, beispielsweise durch das Verfahren der sogenannten Triangulation bestimmt werden, welchem zugrunde liegt, dass von zwei bekannten Positionen im Raum, nämlich hier den Positionen der Sensorflächen bzw. der wenigstens zwei Kameras, welche die Sensorflächen umfassen, der festgestellte markante Ort unter bestimmten Betrachtungswinkeln erfassbar ist, so dass im Raum durch die beiden Positionen der Sensorflächen/Kameras und durch den markanten Ort ein Dreieck aufgespannt ist, von dem zwei Ecken (Sensorflächen bzw. Kameras) und die an diesen Ecken eingeschlossenen Winkel vorgegeben sind, so dass aus diesen vorgegebenen Daten sodann die fehlende Raumkoordinate des dritten Punktes, hier des festgestellten markanten Ortes auf der spiegelnden Oberfläche, ermittelbar ist.
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Mit den so in dem vorgegebenen Koordinatensystem festgestellten Koordinaten des markanten Punktes, der als Stützpunkt gewählt wird, lässt sich dann zu jeder der Sensorflächen oder der Leuchtfläche, deren Koordinaten ebenso bekannt sind, der Abstand berechnen, um sodann das eingangs genannte gattungsgemäße Verfahren mit einer der Sensorflächen/Kameras und dem festgestellten wenigstens markanten Ort/Stützpunkt oder auch mit mehreren Sensorflächen/Kameras und dem wenigstens einen festgestellten markanten Ort/Stützpunkt durchzuführen.
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Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf die Verwendung von zwei Sensorflächen bzw. zwei Kameras beschränkt, sondern es können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Sensorflächen und Kameras eingesetzt werden sowie auch mit zwei oder mehr Kameras die Koordinaten von mehr als nur einem markanten Ort ermittelt werden, wodurch sich Überbestimmungen der Messdaten ergeben, die die Berechnung der Koordinaten der Oberflächenpunkte bzw. der Oberflächennormalen von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems erleichtern.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass gegenüber dem Stand der Technik, bei dem lediglich eine Sensorfläche/Kamera vorgesehen ist, um die mehreren Muster zu erfassen, nunmehr wenigstens zwei Sensorflächen/Kameras zum Einsatz kommen, die aus zwei verschiedenen Richtungen die Muster erfassen, so dass neben der automatischen Bestimmung markanter Orte und deren Koordinaten sowie Abstände zu den Sensorflächen/Leuchtfläche sich auch der Vorteil erschließt, dass der Erfassungsbereich des Verfahrens bzw. eines erfindungsgemäßen Systems gegenüber dem Stand der Technik vergrößert ist, da nunmehr auch die Auswertung der Messdaten mehrerer Sensorflächen erschlossen wird, welche die spiegelnde Oberfläche in verschiedenen Richtungen erfassen. So kann eine mathematische/grafische Repräsentation der spiegelnden Oberfläche aus mehreren Teilrepräsentationen zusammengesetzt werden, die sich jeweils aus den Messdaten einer Sensorfläche ergeben.
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Es besteht die Möglichkeit, in einem ersten Verfahrensschritt die Erzeugung der Muster und deren Erfassung lediglich zum Zweck der Feststellung markanter Orte und deren Koordinatenbestimmung mit den wenigstens zwei Sensorflächen durchzuführen, wonach sodann in Kenntnis des Abstandes zwischen der spiegelnden Oberfläche und den Sensorflächen/der Leuchtfläche eine neue Messreihe aufgenommen werden kann, bei welcher mehrere Muster an der Leuchtfläche mit wenigstens einer der Sensorflächen erfasst werden, um sodann in Kenntnis des Abstandes die Koordinaten von Oberflächenpunkten und/oder die Oberflächennormalen von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems zu bestimmen aus den Messdaten der jeweiligen Sensorfläche zu bestimmen. Dabei können bei den beiden Verfahrenschritten auch verschiedene Arten von Mustern verwendet werden.
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In einer demgegenüber bevorzugten Weiterbildung kann es jedoch ebenso vorgesehen sein, dass mit denselben Messdaten wenigstens einer der wenigstens zwei Sensorflächen, die zur Bestimmung der Koordinaten eines Stützpunktes verwendet wurden, welcher durch den markanten Ort gegeben ist, die Koordinaten von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche und/oder die Oberflächennormalen von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird demnach mit jeder der Sensorflächen nur eine Messreihe erstellt, wobei in jeder dieser Messreihen mehrere Muster erzeugt werden, d. h. beispielsweise Streifenmuster mit mehreren Frequenzen und bei jeder Frequenz mit mehreren Phasen, um in einem ersten erfindungsgemäßen Schritt aus den Messdaten der wenigstens zwei Sensorflächen den Abstand der jeweiligen Sensorfläche oder der Leuchtfläche zu der spiegelnden Oberfläche an einem Stützpunkt zu bestimmen und sodann in einem zweiten Schritt aus denselben, bereits zuvor benutzten Daten von wenigstens einer, bevorzugt jeder der Sensorflächen, unter Benutzung des berechneten Abstandes die konkrete Vermessung in den Maßeinheiten des Koordinatensystems vorzunehmen.
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Erfindungsgemäß schließen sich demnach unter Benutzung derselben Daten zwei aufeinander aufbauende Verfahrensschritte aneinander an.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es dabei auch vorgesehen sein, dass nicht nur ein markanter Ort, sondern bevorzugt mehrere markante Orte auf der spiegelnden Oberfläche als Stützpunkte hinsichtlich ihrer Koordinaten und Abstände zu wenigstens einer der Sensorflächen/zur Leuchtfläche bestimmt werden. Die Verwendung mehrerer solcher markanten Orte als Stützpunkte hat dabei den Vorteil, dass hierdurch die Berechnung genauer wird, da bezüglich der markanten Orte definitiv festgelegt ist, dass es sich um solche auf der spiegelnden Oberfläche handelt. Die von einem solchen markanten Ort als Stützpunkt ausgehende Integration zur Berechnung der Oberflächenform kann somit mathematisch an mehreren dieser Stützpunkte vorgenommen werden.
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Um aus den Messdaten der wenigstens zwei Sensorflächen bestimmte Ort als markant und somit als Stützpunkte auszuwählen, kann es in einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen sein, dass aus den Messdaten einer Sensorfläche in Abhängigkeit der erzeugten Muster ein Datensatz gebildet wird, in welchem diejenigen Orte der Leuchtfläche zu denjenigen Orten der Sensorfläche zugeordnet werden, die bei der Reflektion aufeinander abgebildet werden, wobei durch eine räumliche Differenziation der Daten des erzeugten Datensatzes zu jedem Ort einer Sensorfläche ein Gradient gebildet wird.
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Diese Differentiation kann in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen durchgeführt werden und aus beiden Gradienten zu beiden Richtungen ein Gradient als Gesamtwert gebildet werden.
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Diese Gradienten zu jedem Ort einer Sensorfläche können beispielsweise als Graustufenbild visualisiert werden und stellen eine optische Repräsentation der Oberflächenkrümmung eines Flächenbereiches der spiegelnden Oberfläche dar, welche durch die betrachtete Sensorfläche und somit durch die diese umfassende Kamera erfasst wurde. Orte, die eine höhere Krümmung aufweisen, können beispielsweise dunkler, alternativ heller in einer solchen Abbildung dargestellt werden und können somit optisch visualisiert als ein markanter Ort auf der spiegelnden Oberfläche dargestellt werden.
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Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass es im Rahmen des Verfahrens nicht zwingend einer optischen Visualisierung des Differenziationsergebnisses des erzeugten Datensatzes bedarf, sondern dass die Möglichkeit besteht, lediglich mathematisch aus diesem Differenziationsergebnis bestimmte Orte als markante Orte und somit als für einen Stützpunkt geeignete Orte auszuwählen, um diese sodann nachfolgend hinsichtlich ihrer konkreten Raumkoordinate stereophotogrammetrisch zu vermessen.
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Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Ort einer Sensorfläche, dessen Krümmung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, als ein solcher markanter Ort ausgewählt wird, der mittels der Kamera von der spiegelnden Oberfläche auf die Sensorfläche abgebildet wird. Dabei kann aufgrund der bekannten Koordinaten der Sensorfläche/Kamera und dem Ort auf der Sensorfläche ggfs unter Berücksichtigung der Erfassungsrichtung der Kamera berechnet werden, unter welchen Winkel relativ zur Verbindungsrichtung zwischen beiden Kameras/Sensorflächen dieser markante Ort der spiegelnden Oberfläche von der Kamera gesehen wird. woraus sich alle nötigen Informationen zur stereophotogrammetrischen Auswertung ergeben.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es dabei wesentlich, dass die vorbeschriebene Differenziation nicht nur zu dem Datensatz aus den Messwerten einer Sensorfläche, sondern zu wenigstens zwei Sensorflächen durchgeführt wird, um sodann festzustellen, ob in diesen Datensätzen beider Sensorflächen ein gemeinsamer markanter Ort aufzufinden ist, also ein solcher Ort, der von beiden Sensorflächen bzw. Kameras gleichzeitig erfasst wird.
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Beispielsweise kann auf einen markanten Ort geschlossen werden, der von wenigstens zwei Kameras gleichzeitig auf der spiegelnden Oberfläche erfasst wird, wenn das Differenziationsergebnis der Datensätze beider Sensorflächen an diesem Ort einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder der Gradient beider festgestellter Orte innerhalb eines Toleranzbereiches gleich ist. Hieraus kann beispielsweise geschlossen werden, dass von beiden Kameras bzw. Sensorflächen derselbe markante Ort auf der spiegelnden Oberfläche erfasst wurde. Ein solcher markanter Ort kann demnach als Stützpunkt ausgewählt werden, um dessen Koordinate in dem vorgegebenen Koordinatensystem zu bestimmen, wie es eingangs beschrieben wurde, beispielsweise durch das Triangulationsverfahren.
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In einer anderen alternativen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, ein wiederkehrendes Datenmuster in den Messdaten zweier Sensorflächen oder daraus gebildeter Daten als einen markanten Ort auszuwählen, der mittels beider Kameras von der spiegelnden Oberfläche auf die jeweilige Sensorfläche abgebildet wird.
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Wesentlich ist es für das erfindungsgemäße Verfahren lediglich, einen gemeinsamen markanten Ort in den Messdaten wenigstens zweier Sensorflächen zu ermitteln. Dies kann auch durch andere Bildverarbeitungsmaßnahmen hier nicht genannter Art erfolgen.
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Ist in den Messdaten der beiden Sensorflächen und somit im Wesentlichen in den Kamerabildern der wenigstens zwei Kameras ein solcher gemeinsamer markanter Ort ermittelt, so ergibt sich aus der Position dieses markanten Ortes auf der Sensorfläche die beispielsweise für den Vorwärtsschnitt benötigte Information, unter welchem Winkel dieser Ort durch die jeweilige Kamera erfasst wird. Da der Ort der erfassenden Kamera wiederum im Koordinatensystem bekannt ist, lassen sich demnach die Koordinaten dieses von beiden Kameras erfassten markanten Ortes wie vorbeschrieben bestimmen, um sodann in Kenntnis des daraus ermittelten Abstandes zwischen einem solchen Stützpunkt und einer Sensorfläche oder der Leuchtfläche das eingangs genannte gattungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Leuchtflächen um eine spiegelnde Oberfläche herum angeordnet werden, mit denen jeweils mehrere Muster, insbesondere mehrere Streifenmuster erzeugt werden, welche an der spiegelnden Oberfläche reflektiert und mit den Sensorflächen von wenigstens zwei Kameras erfasst werden und aus den Messdaten aller Sensorflächen in dem vorgegebenen Koordinatensystem die Koordinaten von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche und/oder die Flächennormalen von Oberflächenpunkten der spiegelnden Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems bestimmt werden.
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Gerade die Verwendung von mehreren Leuchtflächen vergrößert den gesamten Erfassungsbereich eines erfindungsgemäßen Systems zur Vermessung spiegelnder Oberflächen, da beispielsweise für den Erfassungsbereich einer oder mehrerer Sensorflächen einer oder mehrerer Kameras die Muster an einer der genannten Leuchtflächen erzeugt werden, hingegen für eine oder mehrere andere Sensorflächen von einer oder mehreren anderen Kameras an einer anderen Leuchtfläche. Dabei können die Muster an den Leuchtflächen zeitlich nacheinander oder auch gleichzeitig erzeugt werden. Es kann dabei für jede der Leuchtflächen das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, so dass bezüglich jeder der Leuchtflächen die spiegelnde Oberfläche in den Maßeinheiten des Koordinatensystems vermessen und aufgrund der Messwerte mathematisch rekonstruiert wird, woraufhin sodann nach Durchführung dieser Verfahrensschritte für jede der Leuchtflächen die erzeugten Messwerte, vereinigt werden.
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Dabei können z. B. mit einer Leuchtfläche und bezüglich dieser ausgerichteter Sensorflächen bzw. Kameras Bereiche einer spiegelnden Oberfläche erfasst werden, die mit einer anderen Leuchtfläche und dieser zugeordneten Sensorflächen oder Kameras nicht erfasst werden können. Es kann sodann ein gesamter Datensatz, umfassend alle erfassbaren Oberflächenbereiche der spiegelnden Oberfläche aus den Einzelsystemen von jeweils einer Leuchtfläche und dem dieser zugeordneten Sensorflächen bzw. Kameras gebildet werden.
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In einer Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass mehrere Leuchtflächen um ein Objekt mit wenigstens einer spiegelnden Oberfläche angeordnet werden, beispielsweise so, dass die Leuchtflächen aneinander angrenzend einen geschlossenen Rahmen bilden, in dessen Inneren das Objekt angeordnet ist, wobei die Muster jeder Leuchtfläche von wenigstens zwei Sensorflächen von wenigstens zwei Kameras erfasst werden. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass jeder Leuchtfläche zumindest wenigstens zwei Kameras zugeordnet sind, wobei eine Kamera gleichzeitig auch mehreren Leuchtflächen zugeordnet sein kann.
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In einer bevorzugten Anwendung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einem System aus wenigstens einer Leuchtfläche und wenigstens zwei Sensorflächen die spiegelnde Oberfläche eines Kraftfahrzeugs vermessen wird. Beispielsweise ergibt sich eine Anwendung bei der Bestimmung der Anzahl von Hagelschäden in der Oberfläche dieses Kraftfahrzeugs. Es besteht so die Möglichkeit, die Hagelschäden nicht nur zu zählen, sondern auch konkret zu vermessen. Hierdurch wird eine automatische Schadensbegutachtung ermöglicht.
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Der Stand der Technik sowie die Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 den bekannten Stand der Technik
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2 ein System gemäß der Erfindung
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3 eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung
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Die 1 verdeutlicht das im Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Verfahren, bei welchem mit einer Kamera 1' das an einer Leuchtfläche 2 erzeugte Streifenmuster 3, welches an einer spiegelnden Objektoberfläche 4 reflektiert wird, aufgenommen wird.
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Das Streifenmuster 3 wird hier beispielsweise nacheinander an der Leuchtfläche 2, beispielsweise einem Projektionsschirm oder einem LCD-Schirm mit verschiedenen Phasen und Frequenzen erzeugt, um in den aufgenommenen Messdaten jeden Ort der Leuchtfläche 2 eindeutig in den Messdaten der Sensorfläche 1 der Kamera 1' identifizieren zu können.
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Die zeigt hierbei, dass aufgrund der Oberflächenstrukturierung des spiegelnden Objektes 4 ein bestimmter Ort 2a der Leuchtfläche 2 aufgrund der Reflektion an der spiegelnden Objektoberfläche 4 auf einen bestimmten Ort 1a auf der Sensorfläche 1 der Kamera 1' abgebildet wird. In Kenntnis des Abstandes L zwischen dem Ort der Reflektion an dem spiegelnden Objekt 4 und der Sensorfläche 1 bzw. der Leuchtfläche 2 kann exakt der Reflektionswinkel Alpha aufgrund des Reflektionsgesetzes bestimmt werden, so dass hierdurch die Oberflächennormale an dem Ort der Reflektion der spiegelnden Oberfläche 4 bestimmt ist.
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In gleicher Weise kann diese Bestimmung der Oberflächennormalen zu jedem anderen Punkt der spiegelnden Oberfläche bestimmt werden, wenn diese Bestimmung ausgehend von dem vorherig genannten Stützpunkt integrativ in Kenntnis der zuvor bestimmten Oberflächennormale erfolgt. Es können so ausgehend von dem Stützpunkt alle Oberflächenpunkte des spiegelnden Objektes mathematisch rekonstruiert und demnach ausgemessen bzw. hinsichtlich deren Koordinaten bestimmt werden.
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Die 1 zeigt hierbei deutlich, dass als wesentliche Voraussetzung für die Durchführbarkeit dieses im Stand der Technik bekannten Verfahrens der Abstand L zwischen einem Stützpunkt auf der spiegelnden Oberfläche 4 und der Sensor- bzw. Leuchtfläche 1, 2 zwingend benötigt wird, da ansonsten die Formgestaltung des Objektes nicht in Maßeinheiten und Koordinaten des gewählten Koordinatensystems von Kamera 1' und Leuchtfläche 2 bestimmt werden kann.
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Wie die 2 zeigt, setzt an dieser Problematik die Erfindung an, gemäß welcher nunmehr im Unterschied zum Stand der Technik die an dem Leuchtschirm 2 in bekannter Art erzeugten Muster nunmehr nicht mit einer Kamera 1', sondern mit zwei oder mehr Kameras 1' erfasst werden, wobei beide Kameras 1' jeweils Sensorflächen 1 umfassen, die in verschiedenen Erfassungsrichtungen die an der spiegelnden Oberfläche 4 reflektierten Streifenmuster 3 erfassen.
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In den so aus wenigstens zwei Richtungen erfassten Messdaten der Sensorflächen 1 der Kamera 1' wird erfindungsgemäß wenigstens ein markanter Ort 5 ermittelt, der in den Messdaten beider Kameras 1' repräsentiert ist. Wie im allgemeinen Ausführungsteil beschrieben, kann dieser Ort beispielsweise durch räumliche Differenziation eines Datensatzes bestimmt werden, welcher für jede der Sensorflächen der Kamera 1 in Beziehung setzt, welcher Ort auf einer Leuchtfläche 2 in welchen Ort der jeweiligen Sensorfläche 1 abgebildet wird, was wie eingangs beschrieben, in bekannter Weise durch die nacheinander folgende Mustererzeugung mit verschiedenen Phasen und Frequenzen ermittelt wird.
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Dieses Verfahren wird als sogenanntes Phasen-Shift-Verfahren bezeichnet und ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Mit der beispielsweise durchgeführten erfindungsgemäßen Differenziation eines solchen erzeugten Datensatzes werden markante Punkte in den Daten der Sensorfläche 1 festgestellt, deren Krümmung beispielsweise einen Schwellwert überschreitet. Solche, in den Messdaten zu beiden Sensorflächen 1 auftretenden Orte können als ein markanter Ort 5 und somit als ein Stützpunkt 5 gewertet werden, der von beiden Kameras 1' auf der Oberfläche des spiegelnden Objektes 4 erfasst wird.
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Da die Koordinaten X1, Y1, Z1 der einen Kamera 1' sowie die Koordinaten X2, Y2, Z2 der zweiten Kamera 1' bekannt sind und damit der Abstand der beiden Kameras 1 zueinander, ebenso wie die Winkel Beta 1 und Beta 2, unter denen die jeweilige Kamera 1' den als markant festgestellten Ort 5 erfasst, lässt sich bezogen auf das gewählte Koordinatensystem auch die Raumkoordinate X3, Y3, Z3 dieses markanten Ortes 5 ermitteln.
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In Kenntnis dieser Koordinaten des wenigstens einen so ermittelten markanten Ortes 5, der sodann als Stützpunkt 5 dienen kann, kann der Abstand von diesem Ort 5 zu einer der Sensorflächen 1 wenigstens einer der Kameras 1' oder zur Leuchtfläche 3 berechnet werden und sodann die beispielsweise metrische Vermessung bzw. Rekonstruktion des spiegelnden Objektes 4 in den Maßeinheiten des gewählten Koordinatensystems durchgeführt werden, so wie es zu der 1 zum Stand der Technik beschrieben wurde.
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Dabei ergibt sich für das erfindungsgemäße Verfahren der weitere Vorteil, dass zu beiden eingesetzten Kameras 1' jeweils vollständige Datensätze, insbesondere sogenannte Phasenmessdaten vorliegen, zu denen jeweils das im Stand der Technik bereits bekannte Verfahren der Koordinaten- und/oder Formermittlung des spiegelnden Objektes durchgeführt werden kann. Dabei wird durch die Erfindung der weitere Vorteil erschlossen, dass beispielsweise durch die verschiedenen eingesetzten Kameras 1' auch verschiedene, gegebenenfalls nicht überlappende Oberflächenbereiche des spiegelnden Objektes 4 erfasst werden und sich somit insgesamt der erfassbare Bereich des Gesamtsystems vergrößert gegenüber dem Einsatz von nur einer Kamera 1'.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat demnach den Vorteil, dass ein Abstand L des spiegelnden Objektes 4 zum Messsystem nicht vorgegeben werden muss, sondern aus den Messdaten selbst ermittelbar ist und mit denselben Messdaten sodann die metrische Auswertung und Rekonstruktion des spiegelnden Objektes 4 durchgeführt werden kann.
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Die 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere Leuchtflächen 2a, 2b sowie hier nicht weiter gezeichnete Leuchtflächen 2d und 2e ein Objekt 4, nämlich hier ein symbolisiert dargestelltes Kraftfahrzeug insbesondere rahmenförmig umgeben, wobei die Leuchtflächen 2 aneinander angrenzen können, aber nicht zwingend müssen.
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Jeder der Leuchtflächen 2a, 2b, 2c, 2d sind wenigstens zwei Kameras 1' zugeordnet, mit denen das an einer Leuchtfläche 2 erzeugte Muster 3 nach Reflektion an der Oberfläche des hier dargestellten Kraftfahrzeuges 4 erfasst werden kann. Hier können auch mehr als 2 Kameras 1' zum Einsatz kommen, z. B. an jeder der Ecken der Leuchtfläche 2 eine, ggfs. auch mittig an einer oder mehrerer Kanten.
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Es erschließt sich hier demnach die Möglichkeit, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu jeder der eingesetzten pro Leuchtfläche 2 wenigstens zwei Kameras 1' den Abstand wenigstens eines markanten Ortes, wie beispielsweise eines Defektes auf der Lackoberfläche des Autos 4, festzustellen und sodann mit den Messdaten jeder einzelnen Kamera 1' die von dieser Kamera 1' erfassten Oberflächenbereiche des Fahrzeugs mathematisch/grafisch zu rekonstruieren.
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Dabei ist es ersichtlich, dass vom Erfassungsbereich einer Kamera 1' abgewandte Bereiche von der betreffenden Kamera 1' nicht erfasst werden können und demnach auch zu solchen Oberflächenbereichen eine Rekonstruktion bzw. Vermessung nicht stattfinden kann.
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Da jedoch das hier gewählte Objekt, beispielsweise ein Kraftfahrzeug 4, allseitig von Leuchtflächen 2 umgeben ist und von jeder der Leuchtflächen 2 die darauf erzeugten Muster in Reflektion mit zugeordneten Kameras 1' erfasst werden, besteht die Möglichkeit, das gewählte Objekt in seiner Gänze zu erfassen, da die einzelnen Messdaten bzw. die aus diesen rekonstruierten Oberflächenbereiche in einen gemeinsamen Datensatz integriert werden können, der die Gesamtoberfläche des Objektes 4 rekonstruiert.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist weiterhin erkennbar, dass das gewählte Objekt, hier ein Kraftfahrzeug, auf einer erhöhten Plattform 6 angeordnet ist, wobei unterhalb der Plattform 6 Projektoren 7 vorgesehen sind, von denen aus das benötigte Muster auf eine zugeordnete Leuchtfläche 2 projiziert wird. Die Anordnung von Projektoren 7, hier von je einem Projektor 7 pro Leuchtfläche 2, unterhalb des beobachteten Objektes 4 hat den Vorteil, dass die Muster 3 ohne Abschattung durch das Objekt 4 auf die dem Objekt gegenüberstehende Leuchtfläche 2 projiziert werden können. Alternativ können Projektoren 7 auch über einem Objekt 4 angeordnet werden, um die Leuchtflächen 2 mit Mustern 3 zu beleuchten. Die Leuchtflächen 2 können auch selbstleuchtend z. B. als LCD- oder Plasma-Bildschirme ausgebildet sein. Auch besteht die Möglichkeit Leuchtflächen 2 zu verwenden an denen die Muster 3 durch Rückprojektion erzeugt wird.
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Das vorbeschriebene Verfahren kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass nacheinander zu jeder der Leuchtflächen 2 die Generierung der Muster 3 und Aufnahme der reflektierten Muster mit den jeweiligen wenigstens zwei Kameras 1' pro Leuchtfläche 2 erfolgt. Dies kann auch gleichzeitig erfolgen.
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Die Erzeugung der Muster 3 und die Aufnahme der Messdaten von den Sensorflächen 1 kann von ein und derselben Datenverarbeitungsvorrichtung oder mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen vorgenommen werden. Diese kann auch die weiteren Berechnungen durchführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10345586 B4 [0004]
- DE 102004020419 B3 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Thorsten Bothe, Wansong Li, Christoph von Kopylow, Werner Jüptner, ”High Resolution 3D Shape Measurement an Specular Surfaces by Fringe Reflection”, SPIE. 5457, (2004) [0005]
