DE102011006910A1 - Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera sowie entsprechende Justierprüfvorrichtungen - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera sowie entsprechende Justierprüfvorrichtungen Download PDF

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Uwe Apel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera (40; 140) mit den Schritten Ausrichten (S11) eines Laserstrahls (31; 130a–c) einer Laserquelle (11; 120) mittels einer Justierprüfvorrichtung (1, 100) auf ein von der optischen Kamera (40; 140) aufzunehmendes Kamerabild, auf dem durch den Laserstahl (31; 130a–c) ein sichtbares Laserbild gebildet wird, wobei die Justierprüfvorrichtung (1, 100) eine Kamerahalterung (14, 15; 123a, 123b) zum lagerichtigen Einbau der optischen Kamera (40; 140) aufweist, und Aufnehmen (S12) des Kamerabildes durch die lagerichtig eingebaute optische Kamera (40; 140) und Bestimmen von Koordinaten des in dem Kamerabild aufgenommen Laserbildes und Ermitteln einer Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von einer Sollposition des Kamerabildes und darauf basierend Ableiten der Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera (40; 140).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera sowie entsprechende Justierprüfvorrichtungen.
  • Stand der Technik
  • Die DE 102 46 066 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kalibrierung wenigstens eines Bildsensorsystems eines Kraftfahrzeuges, mittels wenigstens eines Kalibrierobjektes, wobei das Bildsensorsystem eine erste Bildinformation des Kalibrierobjektes erzeugt, vorzugsweise in Form wenigstens eines Bilddatensatzes, und wobei die Ausrichtung des Bildsensorsystems bezüglich der geometrischen Fahrachse des Kraftfahrzeuges bestimmt wird.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Fahrerassistenzsysteme basierend auf optischen Kameras, die das Vorfeld eines Fahrzeugs überwachen, durch Funktionen wie Querführung und Objekterkennung den Fahrer des Fahrzeuges unterstützen können und die Sicherheit erhöhen können.
  • Ein wesentliches Leistungsmerkmal, das solche Fahrerassistenzsysteme dafür aufweisen müssen, ist die korrekte Bestimmung der Objektkoordinaten in der 3-dimensionalen Welt, wie etwa Fahrspurmarkierungen und Positionen von Fußgängern, aus den 2-dimensionalen Bilddaten, die von der optischen Kamera erfasst werden.
  • Eine weitere Forderung an solche Fahrerassistenzsysteme ist, dass die Blickrichtung der optischen Kamera als eine Symmetrielinie des Erfassungskegels mit der Fahrachse des Fahrzeugs möglichst gut in Übereinstimmung gebracht ist, da ein Schiefblicken den Erfassungsbereich der optischen Kamera reduziert und damit die Funktion einschränkt.
  • Entsprechend ist die Ausrichtungsprüfung, bei der die Abweichung der Blickrichtung der Kamera von der nominalen Blickrichtung bestimmt wird, eine der kritischsten optischen Endprüfungen.
  • Die Bestimmung der Gerätefähigkeit von Messeinrichtungen setzt voraus, dass es zu einer Messgröße ein Normal, also ein Referenzmaß gibt. Für die Bestimmung der Blickrichtung einer Kamera ist bislang kein direkt einsetzbares Normal verfügbar, da die Blickrichtung jeweils in Bezug zu den Befestigungs- oder Anschlagpunkten einer Kamera bestimmt werden muss. Das heißt, dass für jede Gehäuseform und für jeden Erfassungsbereich einer Kamera, der aus den Objektiv- und Bildsensordaten bestimmt ist, ein eigenes Normal erforderlich wäre.
  • Bislang wird diese Aufgabenstellung in der Prüftechnik so gelöst, dass die Kameras in einem Prüfstand, der die Prüflinge mit einer bekannten Ausrichtung relativ zu einem Testpunktfeld eingespannt werden. Das in dieser Einspannung aufgenommen Bild des Testpunktfeldes wird mittels einer speziellen Bildverarbeitungsroutine so ausgewertet, dass die Blickrichtung der Kamera und die Verzeichnungsparameter des Objektivs bestimmt werden können. Diese Daten werden dann in dem Prüfling gespeichert.
  • Die Ausrichtung der Kamera in der Einspannung des Prüfstands wird relativ zu den Punktkoordinaten auf dem Testpunktfeld über zwei Hilfsschritte aus dem Bereich der Vermessungstechnik ermittelt. In einem ersten Schritt werden mittels der Vermessung auf einer 3D-Koordinatenmessmaschine die Anlagepunkte der Halterung, an der die zu prüfende Kamera positioniert wird, bestimmt. Ferner wird die Lage von speziellen Reflektor-Marken – Hubbs-Marken oder Reflectance Spheres – bestimmt.
  • Auf der Grundlage der CAD-Daten der zu prüfenden Kamera können aus den Koordinaten der Anlagepunkte der Prüflingsaufnahme die Position des Hauptpunktes und die Blickrichtung der nominalen optischen Kamera berechnet werden. Ausgehend von diesem Punkt werden anschließend die Koordinaten der speziellen Reflektor-Marken – Hubbs-Marken oder Reflectance Spheres – im Koordinatensystem des Prüflings bestimmt. Darauf aufbauend werden in einem zweiten Schritt die Positionen der Referenz-Reflektormarken auf dem Test-Chart des Prüfstand mit Bezug auf das Koordinatensystem der Kamera mittels einer photogrammetrischen Messung bestimmt.
  • Die Ergebnisse der zwei Vermessungsschritte des Prüfstands müssen in einer Koordinaten-Transformation zusammen geführt werden, um den Parametersatz für die Bildverarbeitungsroutinen zu ergeben, die bei der Vermessung der Einzelkameras eingesetzt wird. Das Berechnungsergebnis der Koordinatentransformation wird als Kalibrierung herangezogen, infolge der indirekten Bestimmung der Messgrößen ist damit jedoch kein Kalibriernormal ableitbar.
  • Eine Kamera, die exakt den nominalen Entwurfsdaten entspricht, ist aufgrund der relativ großen Einflüsse geringster mechanischer Abweichungen nicht herstellbar. Zum Beispiel ergibt sich aus den Anforderungen, dass Kameras für die Nachtsichtanwendung eine Winkelauflösung von 30 Pixel (entsprechend 168 μm) pro Winkelgrad bei einer Brennweite des Objektivs von 10 mm haben sollen, und dass die maximale Abweichung von der nominalen Blickrichtung +/–1° nicht überschreiten darf.
  • Damit wird erkennbar, dass schon geringste Abweichungen, etwa bei der Platzierung des Bildsensors auf der Leiterplatte, einen signifikanten Fehlerbeitrag ergeben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In Anspruch 1 ist ein Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera definiert, wobei ein Laserstrahl einer Leserquelle mittels einer Justierprüfvorrichtung auf ein von der optischen Kamera aufzunehmendes Kamerabild ausgerichtet wird, auf dem durch den Laserstahl ein sichtbares Laserbild gebildet wird, wobei die Justierprüfvorrichtung eine Kamerahalterung zum lagerichtigen Einbau der optischen Kamera aufweist. Ferner wird bei dem Verfahren das Kamerabild durch die lagerichtig eingebaute optische Kamera aufgenommen. Ferner werden Koordinaten des in dem Kamerabild aufgenommen Laserbildes bestimmt und eine Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von einer Sollposition des Kamerabildes ermittelt und darauf basierend erfolgt ein Ableiten der Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera.
  • In Anspruch 14 ist eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Winkelabweichungen einer optischen Kamera definiert, umfassend eine Kamerahalterung für eine Referenz-Kamera, welche Auflageelemente zum Einbau der Referenz-Kamera in die Kamerahalterung und eine Auflagefläche für einen Planspiegel aufweist, und eine Laserquelle, welche derart in der Justierprüfvorrichtung angeordnet ist, dass ein Laserstrahl an einer Stelle einer optischen Achse der Justierprüfvorrichtung auf den Planspiegel justiert ist und ein reflektierter Laserstrahl deckungsgleich zu dem Laserstrahl justiert ist.
  • In Anspruch 15 ist eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Winkelabweichungen einer optischen Kamera definiert, umfassend eine Projektionsfläche, auf welcher eine Linie projizierbar ist und welche von der optischen Kamera abbildbar ist, eine Laserquelle, welche zur Projektion der Linie auf der senkrecht vor der optischen Achse der optischen Kamera angeordneten Projektionsfläche vorgesehen ist, und eine Wippeinheit, welche zur drehbaren Lagerung der Laserquelle vorgesehen ist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das in Anspruch 1 definierte Verfahren und die in Anspruch 14 und 15 definierten Justierprüfvorrichtung haben den Vorteil, dass zum Bespiel die Lagewinkel einer optischen Kamera im Bezug zu einer externen Aufhängung am Gehäuse der Kamera mit einem vereinfachten Aufbau ermittelt werden können.
  • Diese Bestimmung erfolgt unabhängig von der Ermittlung anderer Kenngrößen, wie etwa den intrinsischen Kalibrierparametern der optischen Kamera. Sie ist ebenfalls unabhängig von den mechanischen Maßen der optischen Kamera, diese müssen nur hinreichend genau bekannt sein.
  • Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des betreffenden Gegenstandes der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden bei dem Verfahren vor dem Ausrichten des Laserstrahls die folgenden Schritte ausgeführt: Bereitstellen einer Referenz-Kamera, welche Auflageelemente zum Einbau der Referenz-Kamera in die Kamerahalterung der Justierprüfvorrichtung und eine Auflagefläche für einen Planspiegel aufweist und als Teil der Justierprüfvorrichtung verwendet wird und Bestücken der Auflagefläche der Referenz-Kamera mit dem Planspiegel und Einspannen der Referenzkamera in die Kamerahalterung. Der Vorteil dabei ist, dass damit auf direkte und auf einfache Weise Lagewinkel einer optischen Kamera im Bezug zu einer externen Aufhängung am Gehäuse bestimmt werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung erfolgt bei dem Verfahren das Ausrichten des Laserstrahls in der Prüfvorrichtung derart, dass der Laserstrahl an einer Stelle einer optischen Achse der Prüfvorrichtung auf den Planspiegel trifft und ein reflektierter Laserstrahl deckungsgleich zu dem Laserstrahl reflektiert wird, wobei die Referenz-Kamera durch die optische Kamera ersetzt wird. Mittels des Ausrichtens des Laserstrahls wird die Genauigkeit der Messung weiter verbessert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werde als Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera Nick- und/oder Gierabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera ermittelt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Filterelement in den Strahlengang des Laserstrahls derart eingebracht, dass keine Überbelichtung der optischen Kamera erfolgt. Durch geeignetes Filtern mit dem Filterelement kann die Form und Größe des Laserbildes und somit die Genauigkeit der Messung weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden beim Ausrichten des Laserstrahls der Laserquelle in der Justierprüfvorrichtung Aperturelemente zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls verwendet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit eine Überblendung der optischen Kamera vermieden wird. Zudem wird die Ausrichtung des einfallenden und reflektierten Strahls vom Planspiegel verbessert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus der Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von der Sollposition des Kamerabildes in X-Richtung eine Gierwinkelabweichung der optischen Kamera berechnet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus der Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von der Sollposition des Kamerabildes in Y-Richtung eine Nickwinkelabweichung der optischen Kamera berechnet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
  • 4 eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In einem ersten Schritt S11 des Verfahrens wird ein Laserstrahl 31, 130a–c einer Laserquelle 11, 120 mittels einer Justierprüfvorrichtung 1, 100 auf ein von der optischen Kamera 40, 140 aufzunehmendes Kamerabild ausgerichtet. Die Ausrichtung erfolgt beispielsweise im Bezug zu einer mechanisch genau gefertigten Nachbildung des optischen Kameragehäuses, das einen Planspiegel an der Sensorposition enthält, nach erfolgter Ausrichtung des Laserstrahls wird diese Nachbildung durch eine optische Kamera 40, 140 mit Sensor ersetzt, auf dem durch den Laserstahl 31, 130a–c ein sichtbares Laserbild gebildet wird, wobei die Justierprüfvorrichtung 1, 100 eine Kamerahalterung 14, 15, 123a, 123b zum lagerichtigen Einbau der optischen Kamera 40, 140 aufweist.
  • In einem zweiten Schritt S12 des Verfahrens wird das Kamerabild durch die lagerichtig eingebaute optische Kamera 40, 140 aufgenommen. Ferner werden Koordinaten des in dem Kamerabild aufgenommen Laserbildes bestimmt und eine Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von einer Sollposition des Kamerabildes ermittelt und darauf basierend erfolgt ein Ableiten der Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera 40, 140.
  • Das Verfahren erlaubt neben der Bestimmung von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips der der optischen Kamera 40, 140 auch die Bestimmung von Justierungsabweichungen eines weiteren optischen Systems der Kamera 40, 140 wie beispielsweise eines Objektivs.
  • 2 zeigt eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In 2 ist eine Justierprüfvorrichtung 1 gezeigt, welche eine Kamerahalterung 14, 15 für eine Referenz-Kamera 20 umfasst, welche Auflageelemente 22a, 22b zum Einbau der Referenz-Kamera 20 in die Kamerahalterung 14, 15 und eine Auflagefläche 21 für einen Planspiegel aufweist. Ferner umfasst die Justierprüfvorrichtung 1 eine Laserquelle 11, welche derart in der Justierprüfvorrichtung 1 angeordnet ist, dass ein Laserstrahl 31 an einer Stelle einer optischen Achse der Justierprüfvorrichtung 1 auf den Planspiegel justiert ist und ein reflektierter Laserstrahl 32 deckungsgleich zu dem Laserstrahl 31 justiert ist.
  • Beispielsweise sind die mechanischen Maße der Referenz-Kamera 20 sowie die festgelegte optische Achse der Justierprüfvorrichtung 1 aus Designdaten bekannt.
  • Die räumliche Anordnung einer Optik und des Bilderfassungs-Chip der optischen Kamera 40 sind ebenfalls festgelegt, sowie die Auflösung des Bilderfassungs-Chips in Pixel. Der Nullpunkt der Bildebene der Optik der optischen Kamera 40 wird beispielsweise in der Mitte des Bildsensors oder Bilderfassungs-Chips angenommen. Im Sinne der Zentralprojektion einer Lochkamera, ist dieser Punkt der Hauptpunkt der Abbildung und bildet den Fußpunkt der optischen Achse des Systems und dem des Projektionszentrums.
  • Die Gerade durch den Hauptpunkt in der Bildebene und dem Projektionszentrum stellt die optische Achse der Justierprüfvorrichtung 1 dar, wobei die Lagewinkel der optischen Kamera 40 oder der Referenz-Kamera 20 in Bezug zum Projektionszentrum angegeben werden.
  • Entsprechend den Konstruktionsdaten der optischen Kamera 40 wird eine gefräste Kameraschale oder Referenz-Kamera 20 gefertigt. Die Referenz-Kamera 20 hat dabei die Eigenschaft, dass die Ebene, in die der Bildsensor der optischen Kamera 40 angebracht würde, für die Anbringung eines halbdurchlässigen Spiegels oder Planspiegels geeignet ist. Der Ort des Bildsensors sollte eine symmetrische Aussparung in der Kameraschale darstellen, die in etwa die gleichen Dimensionen wie der Sensor selbst hat.
  • Des Weiteren muss diese Ebene einen direkten Bezug zu der späteren Aufhängung des Kameragehäuses haben, welcher durch die Auflageelemente 22a, 22b festgelegt wird.
  • Dieser Bezug ist für die spätere Positionierung der optischen Kamera 40 gegenüber dem Laserstrahl 31 der Laserquelle 11 von Bedeutung. Die Details der Relation können nur im Sinne der Applikation und Konstruktion definiert sein.
  • Ein halbdurchlässiger Spiegel wird an die Position des Bildsensors fest angebracht, wobei eine Klebung oder eine mechanische Fixierung verwendet werden kann. Es ist sicher zu stellen, dass dieses Interface so plan wie möglich ist.
  • Der halbdurchlässige Spiegel kann beispielsweise rund oder viereckig sein und in etwa den Dimensionen des Bildsensors entsprechen. Der Mittelpunkt des halbdurchlässigen Spiegels muss derart markiert werden, dass es sich mit der Mitte der Sensorposition bei Anbringung so weit wie möglich deckt.
  • Als Laserquelle 11 wird beispielsweise ein He-Ne Laser mit einer kontinuierlichen Leistung kleiner als 1 mW und einem Strahldurchmesser von etwa 1 mm verwendet.
  • Ferner verfügt die Justierprüfvorrichtung 1 über mindestens zwei Umlenkspiegel 12, 13, durch welche der Laserstrahl 31 derart geführt wird, dass er die Referenz-Kamera 20 in der Kamerahalterung 14, 15 trifft.
  • Der Laserstrahl 31 wird mit Hilfe der Umlenkspiegel 12, 13 so justiert, dass er die Mitte des halbdurchlässigen Spiegels der Referenz-Kamera 20 senkrecht trifft. Dies wird dadurch sicher gestellt, dass ein reflektierter Laserstrahl 32 deckungsgleich zu dem Laserstrahl 31 justiert ist.
  • Der optische Weg des Laserstrahls 31 zur Referenz-Kamera 20 wird möglichst groß gewählt, beispielsweise mehr als 3 m, damit kleine Verkippungen des Laserstrahls 31 gegenüber dem Spiegel der Referenz-Kamera 20 einen großen Ausschlag des reflektierten Laserstrahl 32 bewirken und die Verkippungen gut erkannt werden können.
  • Ferner können beispielsweise Aperturelemente 16, 17 zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls 31 verwendet werden, um das Erkennen von Verkippungen des Laserstrahls 31 zu erleichtern.
  • 3 zeigt eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In 3 ist die Referenz-Kamera 20 durch eine optische Kamera 40 ersetzt, welche ein Kamerabild aufnehmen kann. Wird mit der optischen Kamera 40 ein Kamerabild aufgenommen, ist ein Laserbild der Laserquelle 11 in Form eines Laserspots oder Laserflecks auf dem aufgenommenen Kamerabild der optischen Kamera 40 sichtbar.
  • Beispielsweise kann rechnerisch der Unterschied der Position des Laserspots oder Laserflecks zur Bildmitte oder einer sonstigen Sollposition ermittelt werden. Aus der Positionsabweichung des Laserspots oder Laserflecks in der X-Richtung wird der Gierwinkel und durch die Lageabweichung in der Y-Achse der Nickwinkel berechnet. Das Projektionszentrum stellt den Drehpunkt für die Bestimmung beider Winkel dar. Diese Größe kann dem Design oder einer Messung entnommen sein.
  • Hierfür muss der Laserspot gegebenenfalls in seiner Intensität abgeschwächt werden. Beispielsweise werden hierzu Filterelemente oder Aperturelemente 16, 17 verwendet. Die Filterelemente sind beispielsweise als optische Filter ausgelegt und selektieren die einfallende Laserstrahlung nach bestimmten Kriterien, z. B. nach der Wellenlänge, dem Polarisationszustand oder der Einfallsrichtung.
  • Die Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls kann beispielsweise an die jeweilige Optik der optischen Kamera 40 angepasst werden. Je größer das Sichtfeld der Optik der optischen Kamera 40 ist, desto sorgfältiger wird geprüft, dass der Laserstrahl 31 entlang der optischen Achse der Justierprüfvorrichtung 1 verläuft und einen genügend kleinen Durchmesser hat. Dies gewährleistet, dass der Laserstrahl 31 in das Paraxialgebiet der Optik der optischen Kamera 40 trifft und somit die geometrischen Abbildungsfehler der Optik nicht zum Tragen kommen.
  • Weitere Bezugszeichen der 3 sind bereits in der Figurenbeschreibung der 2 beschrieben.
  • 4 zeigt eine Justierprüfvorrichtung zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Justierprüfvorrichtung 100 umfasst dabei eine Projektionsfläche 110, auf welcher eine Linie 111 projizierbar ist und welche von einer optischen Kamera 140 abbildbar ist, eine Laserquelle 120, welche zur Projektion der Linie 111 auf der senkrecht vor der optischen Achse OA der optischen Kamera 140 angeordneten Projektionsfläche 110 vorgesehen ist, und eine Wippeinheit 121, welche zur drehbaren Lagerung der Laserquelle 120 vorgesehen ist.
  • Die Justierprüfvorrichtung 100 umfasst ferner festgelegten Anlagepunkten in Form einer Kamerahalterung 123a, 123b zur mechanischen Aufhängung der optischen Kamera 140, wobei die Lage der optischen Kamera 140 in Bezug auf die optische Achse OA der Justierprüfvorrichtung 100 definiert ist. Ferner erlaubt die Wippeinheit 121, dass die optische Kamera 140 auf ein Stativ stationär befestigt werden kann.
  • Die Laserquelle 120 wird beispielsweise parallel und vertikal versetzt, oberhalb oder unterhalb, zur Optischen Achse OA der Justierprüfvorrichtung 100 angebracht.
  • Eine Pendeleinheit 122 erlaubt der Wippeinheit 121 eine kontinuierliche Wippbewegung, wobei die Laserquelle 120 der Justierprüfvorrichtung 100 während eines Schwingvorgangs Laserstrahlen 130a, 130b, 130c auf die Projektionsfläche 110 derart projiziert, dass die Linie 111 als Laserbild der Laserstrahlen 130a, 130b, 130c abgebildet wird.
  • Die optische Kamera 140 wird für die Aufnahme einer Sequenz von Kamerabildern mit der entsprechenden Software betrieben. Die gesamte Anordnung aus Wippeinheit 121 und optischer Kamera 40 wird so aufgestellt, dass die Laserstrahlen 130a, 130b, 130c beispielsweise auf eine von der optischen Kamera 140 etwa 5 m entfernte Wand oder Tafel projiziert wird.
  • Die Wippeinheit 121 mit eingeschalteter Laserquelle 120 wird relativ zur optischen Kamera 40 in Schwingungen versetzt. Die optische Kamera 140 nimmt während dieser Schwingzeit eine Folge von Kamerabildern auf. Hierfür kann beispielsweise eine Verdunkelung vorgenommen werden.
  • Die Laserquelle 120 projiziert im Laufe der Wippbewegung eine Linie 111 an die Projektionsfläche 110. Beispielsweise wird die Folge der aufgenommenen Kamerabilder später durch Addition zusammengesetzt, sodass die Linie 111 abgebildet wird.
  • Bei einer ideal gefertigten optischen Kamera 140 ohne Justierungsabweichungen ist die Linie 111 eine senkrechte Linie in der Bildebene des aufgenommenen Kamerabildes, wobei die Linie 111 entlang der mittleren Spalte des Bildsensors verläuft.
  • Eine mit Fertigungstoleranzen behaftete optische Kamera 140 wird beispielsweise eine Linie 111 aufnehmen, die einen Winkel zur Horizontalen der Projektionsfläche 110 aufweist. Diese Abweichung einer solchen schrägen Linie zu einer ideal senkrechten ergibt den Wankwinkel der optischen Kamera 140. Dabei überkreuzen sich die ,schräge' und senkrechte Linie in der Sensormitte. Der Wankwinkel wird auf diesen Punkt, dem Durchstoßpunkt der Optischen Achse OA durch den Bildsensor bezogen.
  • Bei der Herstellung der Wippeinheit 121 ist darauf zu achten, dass der Lichtzeiger parallel zur optischen Achse OA der Justierprüfvorrichtung 100 verläuft.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10246066 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen von Justierungsabweichungen eines Bilddatenerfassungs-Chips einer optischen Kamera (40; 140) mit den Schritten: Ausrichten (S11) eines Laserstrahls (31; 130a–c) einer Laserquelle (11; 120) mittels einer Justierprüfvorrichtung (1; 100) auf ein von der optischen Kamera (40; 140) aufzunehmendes Kamerabild, auf dem durch den Laserstahl (31; 130a–c) ein sichtbares Laserbild gebildet wird, wobei die Justierprüfvorrichtung (1, 100) eine Kamerahalterung (14, 15; 123a, 123b) zum lagerichtigen Einbau der optischen Kamera (40; 140) aufweist; und Aufnehmen (S12) des Kamerabildes durch die lagerichtig eingebaute optische Kamera (40; 140) und Bestimmen von Koordinaten des in dem Kamerabild aufgenommen Laserbildes und Ermitteln einer Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von einer Sollposition des Kamerabildes und darauf basierend Ableiten der Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera (40; 140).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Ausrichten (S11) des Laserstrahls (31) die folgenden Schritte ausgeführt werden: Bereitstellen einer Referenz-Kamera (20), welche Auflageelemente (22a, 22b) zum Einbau der Referenz-Kamera (20) in die Kamerahalterung (14, 15) der Justierprüfvorrichtung (1) und eine Auflagefläche (21) für einen Planspiegel aufweist und als Teil der Justierprüfvorrichtung (1) verwendet wird; Bestücken der Auflagefläche (21) der Referenz-Kamera (20) mit dem Planspiegel und Einspannen der Referenzkamera (20) in die Kamerahalterung (14, 15).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ausrichten (S11) des Laserstrahls (31) in der Prüfvorrichtung (1) derart erfolgt, dass der Laserstrahl (31) an einer Stelle einer optischen Achse der Prüfvorrichtung (1) auf den Planspiegel trifft und ein reflektierter Laserstrahl (32) deckungsgleich zu dem Laserstrahl (31) reflektiert wird, wobei die Referenz-Kamera (20) durch die optische Kamera (40) ersetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Justierungsabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera (40) Nick- und/oder Gierabweichungen des Bilddatenerfassungs-Chips der optischen Kamera (40) ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Filterelement in den Strahlengang des Laserstrahls (31) derart eingebracht wird, dass keine Überbelichtung der optischen Kamera (40) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ausrichten (S11) des Laserstrahls (31) der Laserquelle (11) in der Justierprüfvorrichtung (1) Aperturelemente (16, 17) zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls (31) verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von der Sollposition des Kamerabildes in X-Richtung eine Gierwinkelabweichung der optischen Kamera (40) berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der Abweichung der Koordinaten des aufgenommen Laserbildes von der Sollposition des Kamerabildes in Y-Richtung eine Nickwinkelabweichung der optischen Kamera (40) berechnet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Ausrichten (S11) des Laserstrahls (130a–c) ein Bereitstellen einer Wippeinheit (121) erfolgt, die ein Schwingen der Laserquelle (120) ermöglicht, welche auf eine senkrecht vor der optischen Achse der optischen Kamera (140) angeordnete Projektionsfläche (110) strahlt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zum Aufnehmen (S12) des Kamerabildes ein Aufzeichnen (S22) einer Bildsequenz von Einzelbildern der Projektionsfläche (110) durch die optische Kamera (140) während eines Schwingvorgangs der Wippeinheit (121) erfolgt und zum Ermitteln der Abweichung ein Auswerten der Bildsequenz durch eine Bildverarbeitungsroutine erfolgt, wobei mittels einer Abweichung der vom Laserstrahl (130a–c) während des Schwingvorgangs überstrichenen Linie (111) von der Senkrechten die Winkelabweichungen der optischen Kamera (140) bestimmt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Wippeinheit (121) derart ausgelenkt wird, dass in der Senkrechten die volle Bildhöhe der optischen Kamera (140) vom Laserstrahl (130a–c) während des Schwingvorgangs überstrichen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Abweichung der vom Laserstrahl (130a–c) überstrichenen Linie (111) von der Senkrechten der Winkelabweichung der optischen Kamera (140) entspricht.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die optische Kamera (140) unter Verwendung eines Korrekturwertes basierend auf der ermittelten Justierungsabweichungen zur Einrichtung von Prüf- und Fertigungseinrichtungen eingesetzt wird.
  14. Justierprüfvorrichtung (1) zum Bestimmen von Winkelabweichungen einer optischen Kamera (40) mit: einer Kamerahalterung (14, 15) für eine Referenz-Kamera (20), welche Auflageelemente (22a, 22b) zum Einbau der Referenz-Kamera (20) in die Kamerahalterung (14, 15) und eine Auflagefläche (21) für einen Planspiegel aufweist; einer Laserquelle (11), welche derart in der Justierprüfvorrichtung (1) angeordnet ist, dass ein Laserstrahl (31) an einer Stelle einer optischen Achse der Justierprüfvorrichtung (1) auf den Planspiegel justiert ist und ein reflektierter Laserstrahl (32) deckungsgleich zu dem Laserstrahl (31) justiert ist.
  15. Justierprüfvorrichtung (100) zum Bestimmen von Winkelabweichungen einer optischen Kamera (140) mit: einer Projektionsfläche (110), auf welcher eine Linie (111) projizierbar ist und welche von der optischen Kamera (140) abbildbar ist; einer Laserquelle (120), welche zur Projektion der Linie (111) auf der senkrecht vor der optischen Achse (OA) der optischen Kamera (140) angeordneten Projektionsfläche (110) vorgesehen ist; und einer Wippeinheit (121), welche zur drehbaren Lagerung der Laserquelle (120) vorgesehen ist.
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