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Die Erfindung betrifft eine Visualisierungseinrichtung mit einem Messgerät, welches zur Erstellung eines ortsauflösenden Messergebnisses von einem Objekt in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich eingerichtet ist, und mit einem im sichtbaren Spektralbereich projizierenden Projektor, wobei der Projektor zur Projektion eines aus dem Messergebnis abgeleiteten Bildes im sichtbaren Spektralbereich auf das Objekt eingerichtet ist.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Visualisierungsverfahren, wobei mit einem Messgerät von einem Objekt in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich ein ortsauflösendes Messergebnis erstellt wird und wobei ein aus dem Messergebnis abgeleitetes Bild im sichtbaren Spektralbereich auf das Objekt projiziert wird.
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Eine derartige Visualisierungseinrichtung und ein derartiges Visualisierungsverfahren können verwendet werden, um ein in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich gewonnenes Messergebnis direkt und unmittelbar an dem untersuchten Objekt sichtbar darzustellen. Hierbei ist es wünschenswert, wenn die einzelnen Teile des ortsauflösenden Messergebnisses mit denjenigen Teilen des Objektes zur Deckung gebracht sind, welchen sie inhaltlich zugeordnet sind.
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Durch den räumlichen Abstand zwischen dem die nicht-sichtbare Messstrahlung erfassenden Messgerät und dem Projektor ergibt sich ein Parallaxenfehler, welcher in Abhängigkeit von der Entfernung zum untersuchten Objekt eine unerwünschte Versetzung des projizierten Bildes in Bezug auf das Objekt bewirkt.
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Der Benutzer kann dies vermeiden, indem er beispielsweise einen vorgegebenen Abstand zum Untersuchungsobjekt einhält, bei welchem der Parallaxenfehler gerade ausgeglichen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung einer Visualisierungseinrichtung zu vereinfachen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Visualisierungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass eine Abstandsmessvorrichtung ausgebildet ist, mit welcher wenigstens ein Abbildungsabstand zu dem Objekt bestimmbar ist, und dass eine Bildverarbeitungseinheit ausgebildet ist, mit welcher wenigstens ein Ausgangssignal der Abstandsmessvorrichtung auswertbar ist und mit welcher das Messergebnis und/oder das abgeleitete Bild derart modifizierbar, insbesondere deformierbar, ist, dass das modifizierte Bild in der Projektion mit dem Objekt zur Deckung gebracht ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine aufwendige mechanische Justierung der Ausrichtungen des Projektors und des Messgeräts zum Ausgleich des Parallaxenfehlers verzichtbar ist, da der Parallaxenfehler für den jeweils vorliegenden Abbildungsabstand digital ausgeglichen werden kann. Somit ist dem Benutzer eine Visualisierungseinrichtung zur Hand gegeben, bei welcher ein Parallaxenfehler zwischen aufnehmendem Messgerät und projizierendem Projektor selbsttätig für die vorliegende Aufnahmesituation ausgeglichen wird.
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Unter einer ortsauflösenden Messung wird generell ein Messverfahren verstanden, welches als Messergebnis eine zweidimensionale bildhafte Anordnung von Messwerten ergibt.
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Für viele Anwendungen der Erfindung ist es bereits ausreichend, wenn die Abstandsmessvorrichtung zur Bestimmung eines einzelnen Abbildungsabstandes zwischen Visualisierungseinrichtung und Objekt eingerichtet ist.
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Besonders für Objekte mit komplexer Formgebung kann es vorteilhaft sein, wenn die Abstandsmessvorrichtung zur ortsauflösenden Abstandsmessung eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Modifizierung des zu projizierenden Bildes als eine lokale Verzerrung so anhand der ortsauflösenden Abstandsmessung ausgewählt werden kann, dass das projizierte Bild auch auf den Erhöhungen und Vertiefungen der komplexen Formgebung des Objekts mit dem Objekt zur Deckung gebracht ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessvorrichtung zur Projektion eines vorgegebenen Musters oder einer vorgegebenen Musterfolge eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass aus der Aufnahme des reflektierten Musters Informationen über die Oberflächenform des untersuchten Objekts gewinnbar sind, woraus das Ergebnis einer ortsauflösenden Abstandsmessung abgeleitet werden kann.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn zur Projektion des Musters der Projektor verwendbar ist.
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Zur Durchführung der ortsauflösenden Abstandsmessung kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessvorrichtung wenigstens eine im sichtbaren Spektralbereich aufnehmende Kamera aufweist. Von Vorteil ist es dabei, dass ein projiziertes und reflektiertes Muster erfassbar ist, wobei aus den Verzerrungen oder Deformationen im reflektierten Muster Informationen über die dreidimensionale Form der Oberfläche des Objekts gewinnbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessvorrichtung zwei stereoskopisch aufnehmende Kameras aufweist. Vorzugsweise nehmen die Kameras im sichtbaren Spektralbereich auf.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abstandsmessvorrichtung einen Laserpointer aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass auf einfache Weise eine Entfernungsmessung durch Laufzeit- und/oder Phasenkorrelation des reflektierten Laserstrahls mit dem ausgesendeten Laserstrahl möglich ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessvorrichtung eine Laufzeitmessvorrichtung aufweist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messgerät eine Wärmebildkamera ist. Von Vorteil ist dabei, dass Temperaturinformationen am Objekt auf einfache Weise direkt und unmittelbar am Objekt sichtbar gemacht werden können.
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Um von den herrschenden Umgebungsbedingungen wie Beleuchtungsverhältnisse und dergleichen bei der Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses möglichst unabhängig zu sein, kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung und/oder Durchleuchtung des Objektes mit Strahlung zur Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses ausgebildet und eingerichtet ist.
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Beispielsweise kann die Strahlungsquelle zur Erzeugung der im Anschluss ausgemessenen Strahlung im nicht-sichtbaren Spektralbereich eingerichtet sein. Die Strahlungsquelle kann in das Messgerät integriert oder separat von dem Messgerät ausgebildet sein.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Visualisierungsverfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass mit einer Abstandsmessvorrichtung wenigstens ein Abbildungsabstand zu dem Objekt bestimmt wird und dass das Messergebnis und/oder das abgeleitete Bild vor der Projektion in einer Bildverarbeitungseinheit so modifiziert, insbesondere deformiert wird/werden, dass das projizierte Bild in der Projektion mit dem Objekt zur Deckung gebracht wird. Von Vorteil ist dabei, dass auf einfache Weise für eine Vielzahl von unterschiedlichen Messsituationen ein Parallaxefehler zwischen Messgerät und Projektor ausgleichbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Abstandsmessung wenigstens ein Bild im sichtbaren Spektralbereich erfasst und ausgewertet wird. Von Vorteil ist dabei, dass auf einfache Weise Informationen über die Oberflächenform des untersuchten Objekts gewinnbar sind, welche in die Abstandsmessung einfließen können. Alternativ kann das erfasste Bild auch auf andere Weise zur Abstandsmessung ausgewertet werden.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mit der Abstandsmessvorrichtung eine ortsauflösende Abstandsmessung durchgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass auch lokale Abweichungen zwischen untersuchtem Objekt und projiziertem Bild ausgleichbar sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass zur Abstandsmessung ein vorgegebenes Muster oder eine vorgegebene Musterfolge auf das Objekt projiziert wird. Beispielsweise kann diese Projektion in einem sichtbaren Spektralbereich oder in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich durchgeführt werden. Besonders günstig ist es, wenn zur Projektion des Musters oder der vorgegebenen Musterfolge dieses mit dem Projektor auf das Objekt projiziert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass zur Abstandsmessung ein vom Objekt reflektiertes Muster oder eine vom Objekt reflektierte Musterfolge erfasst und ausgewertet wird/werden. Von Vorteil ist dabei, dass somit nahezu beliebige Oberflächenformen des Objektes ausgemessen werden können, um eine Modifizierung des zu projizierenden Bildes derart durchführen zu können, dass auch Einzelheiten des Bildes nach Möglichkeit mit den zugehörigen Einzelheiten des Objektes zur Deckung gebracht sind.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Abstandsmessung wenigstens ein Unterschied zwischen zwei mit stereoskopisch aufnehmenden Kameras aufgenommenen Bildern bestimmt wird. Besenders günstig ist es, wenn die Kameras im sichtbaren Spektralbereich aufnehmen. Beispielsweise kann der Unterschied zwischen den Bildern mittels Merkmalsanalyse bestimmt werden.
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Eine besonders einfache Form der Abstandsmessung kann vorsehen, dass zur Abstandsmessung eine Bildposition einer Laserpointermarkierung ermittelt wird. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, dass ein Laserpointer in Bezug auf eine ein Bild aufnehmende Kamera eine Parallaxe aufweist. Diese bewirkt eine entfernungsabhängige Bildposition der von dem Laserpointer erzeugten Laserpointermarkierung. Hierzu wird mit dem Laserpointer eine Laserpointermarkierung – ein Lichtfleck – auf das Objekt projiziert. Es wird nun ein Bild des Objekts zusammen mit der Laserpointermarkierung aufgenommen. Der tatsächlichen Bildposition der Laserpointermarkierung in dem aufgenommenen Bild kann somit auf einfache Weise eine Entfernung zu dem untersuchten Objekt zugeordnet werden, sobald die Laserpointermarkierung auf dem Objekt befindlich ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses das Objekt mit einer Strahlungsquelle bestrahlt oder durchleuchtet wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die oder eine von dem Objekt reflektierte oder transmittierte Messstrahlung erfasst wird, zu welcher das ortsauflösende Messergebnis erstellt wird. Bevorzugt wird das Objekt in demjenigen nichtsichtbaren Spektralbereich bestrahlt, für welchen das ortsauflösende Messergebnis erstellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Messstrahlung unabhängig von den jeweils vorliegenden oder herrschenden Umgebungsbedingungen verfügbar ist.
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Besonders günstig ist es, wenn die Abstandsmessung zwischen zwei Messungen des Messgeräts oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Messungen des Messgeräts oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Messungen des Messgeräts durchgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Messungen des Messgeräts nicht durch die Abstandsmessung beeinflusst oder verfälscht werden.
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Gemäß einer Anwendung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses mit einer Wärmebildkamera ein Wärmebild erstellt wird.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des Ausführungsbeispiels.
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Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Visualisierungseinrichtung in Prinzipdarstellung,
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2 eine schematische Darstellung von Teilen der Visualisierungseinrichtung gemäß 1 und
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3 ein erfindungsgemäßes Visualisierungsverfahren.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Prinzipdarstellung eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Visualisierungseinrichtung.
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Die Visualisierungseinrichtung 1 weist ein Messgerät 2 auf, mit welchem ein ortsauflösendes Messergebnis von einem Objekt 3 erzeugbar ist.
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Das Messgerät 2 ist dabei in an sich bekannter Weise so ausgebildet und eingerichtet, dass die gewonnenen Messergebnisse einzelnen Oberflächenbereichen des Objektes 3 zugeordnet werden können.
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Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Messgerät 2 eine Wärmebildkamera, bei weiteren Ausführungsbeispielen können jedoch auch andere Messgeräte ausgebildet sein.
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Das Messgerät 2 erfasst in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich Messstrahlung, die von dem Objekt 3 ausgestrahlt wird.
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Hierzu kann die Messstrahlung als natürliche oder von dem Objekt 3 selbst generierte Strahlung von dem Objekt 3 ausgestrahlt werden.
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Die Messstrahlung kann alternativ auch von anderen Objekten oder vom Messgerät 2 selbst ausgesendete und am Objekt 3 reflektierte oder transmittierte Strahlung sein. Hierzu kann eine nicht weiter dargestellte Strahlungsquelle vorhanden sein, mit welcher das Objekt 3 vor oder während der Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses bestrahlt oder durchleuchtet wird, so dass das Objekt 3 zur Ausstrahlung der Messstrahlung angeregt wird.
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In einer im Inneren der Visualisierungseinrichtung 1 ausgebildeten Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Bildverarbeitungseinheit 4 wird das erstellte ortsauflösende Messer gebnis in ein Bild umgewandelt, welches die gewonnenen Messwerte zweidimensional darstellt.
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Um diese Messwerte direkt am untersuchten Objekt 3 sichtbar zu machen, weist die Visualisierungseinrichtung 1 einen Projektor 5 auf, mit welchem die relevanten Informationen des Messergebnisses als Bild im sichtbaren Spektralbereich auf das Objekt 3 projizierbar sind.
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2 zeigt die geometrischen Verhältnisse in einer stark schematisierten Skizze.
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Das Objekt 3 sendet Messstrahlung 6 aus, die von einem Detektor des Messgeräts 2 erfasst wird.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Messstrahlung 6 um IR-Strahlung, welche mit dem Detektor einer Wärmebildkamera erfasst wird.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Messstrahlung 6 um elektromagnetische Strahlung aus einem anderen Spektralbereich, und das Messgerät 2 ist entsprechend darauf eingerichtet, diese Messstrahlung 6 zu erfassen.
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Das Messgerät 2 erfasst die eingehende Messstrahlung 6 getrennt für unterschiedliche Raumwinkelbereiche, so dass insgesamt ein ortsauflösendes Messergebnis vorliegt.
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Aus diesem Messergebnis wird in der nicht weiter dargestellten Bildverarbeitungseinheit 4 (vgl. 1) ein Bild abgeleitet, welches bei Projektion im sichtbaren Spektralbereich die relevanten Informationen aus dem ortsauflösenden Messergebnis darstellt.
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Dieses Bild wird mit dem Projektor 5 auf das Objekt 3 projiziert, also zurückgeworfen.
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Da die optische Achse 7 des Projektors zu der optischen Achse des Messgeräts 2 versetzt angeordnet ist, würde das projizierte Bild ohne die erfindungsgemäße Zwischenverarbeitung aufgrund des Parallaxenfehlers gegenüber dem Objekt 3 versetzt projiziert. Sich entsprechende Einzelheiten des Objektes 3 und des abgeleiteten Bildes würden in diesem Fall nicht zur Deckung gebracht, sondern wären um einen Abstand 21 gegeneinander versetzt angeordnet.
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Um dies auszugleichen, weist die Visualisierungseinrichtung 1 eine Abstandsmessvorrichtung 8 (vgl. 1) auf, mit welcher der Abbildungsabstand 9 zwischen der Visualisierungseinrichtung 1 und dem Objekt 3 bestimmbar ist.
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Mit der so erhaltenen Abstandsinformation kann das aus dem ortsauflösenden Messergebnis abgeleitete Bild derart modifiziert werden, dass die Projektion des modifizierten Bildes einer Projektion des nicht modifizierten Bildes entlang einer veränderten optischen Achse 10 entspricht. Somit sind die Einzelheiten des Bildes mit den entsprechenden Einzelheiten des Objekts 3 zur Deckung gebracht.
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Es ist daher nicht erforderlich, den Projektor 5 so auszurichten oder zu justieren, dass die optische Achse 7 entlang der veränderten optischen Achse 10 verläuft, sondern es ist eine digitale Zwischenbearbeitung des Bildes ausreichend.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abstandsmessvorrichtung 8 zur ortsauflösenden Abstandsmessung eingerichtet und weist eine im sichtbaren Spektralbereich aufnehmende Kamera auf.
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Hierbei wird das in 3 dargestellte Verfahren ausgeführt.
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Zunächst wird in zeitlich wiederkehrender Abfolge in einem ersten Schritt 11 mit dem Detektor des Messgeräts 2 ein ortsauflösendes Messergebnis erstellt und aus diesem in beschriebener Weise ein zu projizierendes Bild abgeleitet.
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In einem zweiten Schritt 12 wird das abgeleitete Bild unter Berücksichtigung einer Abstandsinformation so modifiziert, dass das projizierte, modifizierte Bild mit den Einzelheiten des Objekts 3 in Deckung gebracht ist. Hierdurch wird der Abstand 21 auf das Maß Null reduziert.
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Hierbei kann die Bildmodifizierung im einfachsten Fall eine Bildverschiebung umfassen, beispielsweise wenn eine einzige Abstandsinformation vorliegt.
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Die Bildmodifizierung 12 kann zusätzlich eine Skalierung und/oder eine lokale Deformation des Bildes umfassen.
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In einem dritten Schritt wird das modifizierte Bild mit dem Projektor 5 auf das Objekt 3 projiziert.
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Anschließend wird erneut der erste Schritt der Bilderstellung 11 ausgeführt.
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Nach einer vorgegebenen Zahl N von Schleifen wird nicht der erste Schritt 11 ausgeführt, sondern es wird zuerst die Abstandsmessung 14 durchgeführt.
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Bei dieser wird zunächst in einem Musterprojektionsschritt 15 eine Musterfolge auf das Objekt 3 und dessen Umgebung projiziert.
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Hierzu wird im Ausführungsbeispiel der Projektor 5 verwendet. Es kann aber auch ein zusätzlicher Projektor, welcher beispielsweise in einem anderen Spektralbereich arbeitet, verwendet werden.
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In einem Musteraufnahmeschritt 16 werden die reflektierten Muster der im Musterprojektionsschritt 15 projizierten Musterfolge aufgenommen.
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Da die Musterfolge in der Regel mehrere Muster umfasst, werden die Schritte 15 und 16 alternierend ausgeführt, bis alle Muster der Musterfolge abgearbeitet sind.
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Die aufgenommenen, reflektierten Muster unterscheiden sich von den projizierten Muster durch Verzerrungen, Versetzungen und dergleichen, die durch die nicht-ebene oder schräg angeordnete Oberfläche des Objekts 3 und dessen Umgebung verursacht sind.
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Die Aufnahme der Muster im Musteraufnahmeschritt 16 erfolgt mit einer im sichtbaren Spektralbereich aufnehmenden Kamera 20, welche in die Abstandsmessvorrichtung 8 integriert ist.
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Durch eine automatisierte Analyse der aufgenommenen Muster, beispielsweise durch Ausnutzung der Ergebnisse einer Merkmalsanalyse, kann für die einzelnen Bereiche der Muster jeweils eine Abstandsinformation berechnet werden, aus welcher eine ortsauflösende Abstandsinformation gewonnen werden kann.
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Dies erfolgt in dem Abstandsberechnungsschritt 17.
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Im Ergebnis liegen somit Informationen über die Aufnahmegeometrie und insbesondere die Lage des Objekts 3 in Bezug auf die Visualisierungseinrichtung 1 und ganz besonders in Bezug auf den Projektor 5 vor.
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In einem letzten Teilschritt 18 der Abstandsmessung 14 wird nun eine Vorverzerrung für das zu projizierende Bild berechnet, welches dann im Bildmodifizierungsschritt 12 zur Modifizierung des Bildes verwendet wird.
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Nach der Abstandsmessung 14 wird nun wieder mit dem ersten Schritt 11 in der zuvor beschriebenen Schleife 19 begonnen, wobei die neu berechnete Abstandsinformation und die in Schritt 18 berechnete Vorverzerrung verwendet werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird in der Abstandsmessung 14 zunächst mit einem Laserpointer eine Laserpointermarkierung auf das Objekt 3 projiziert, und es wird in einem Schritt 16 ein Abbild von dem Objekt 3 mit der Laserpointermarkierung aufgenommen, beispielsweise mit einer Kamera 20.
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Im Anschluss wird aus der Bildposition der Laserpointermarkierung in dem aufgenommenen Bild der Abstand zwischen Visualisierungseinrichtung 1 und Objekt 3 berechnet.
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Hieraus wird in einem Schritt 18 berechnet, wie das in Schritt 13 zu projizierende Bild modifiziert, also verschoben, gedreht, skaliert und/oder lokal deformiert, werden muss, damit ein Parallaxefehler für den gemessenen Abbildungsabstand 9 ausgeglichen wird.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Hauptverfahrens 19 wie beschrieben ausgeführt.
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Bei der Visualisierungseinrichtung 1 mit einem Messgerät 2 zur Erzeugung eines ortsauflösenden Messergebnisses von einem Objekt 3 und mit einem Projektor 5 zur Projektion eines zur Visualisierung des Messergebnisses erstellen Bildes wird vorgeschlagen, mit einer Abstandsmessvorrichtung 8 wenigstens einen Abbildungsabstand 9 zwischen der Visualisierungseinrichtung 1 und dem Objekt 3 zu messen und anhand des gemessenen Abbildungsabstandes 9 das zu projizierende Bild derart digital zu modifizieren, dass das projizierte, modifizierte Bild in seinen Einzelheiten mit dem Objekt 3 und dessen Einzelheiten zur Deckung gebracht ist.
