DE102014005514A1

DE102014005514A1 - Laserscanner

Info

Publication number: DE102014005514A1
Application number: DE102014005514.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Clauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-10-15

Abstract

Es wird eine Aufnahmeanordnung zur Panorama-Farbbildaufnahme ohne Fremdbeleuchtung angegeben, das gleichzeitig zur Bestimmung von Raumkoordinaten geeignet ist. In der erfindungsgemäßen Anordnung kommt als Laserlichtquelle eine Laserquelle zum Einsatz, die multispektrales gebündeltes Licht aussendet. Das optische Empfangsteil besteht aus segmentierten Einzelkanälen, deren spektrale Einzel-Empfindlichkeiten selektiv an die Einzelspektren der Laserlichtquelle angeglichen sind. Die Erfindung eignet sich für alle Aufgabenstellungen der fotografischen und geometrischen Objektaufnahme.

Description

Einsatzgebiet und technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft die fotografische Aufnahme von Objekten im Raum, insbesondere die Aufnahme so genannter Kugelpanoramen und im erweiterten Sinne die Messung von Raumkoordinaten von Flächenpunkten in den abgebildeten Objekten.
Für die fotografische Aufnahme zeigt die Erfindung eine Lösung auf, die ohne jede Fremdbeleuchtung der Objekte auskommt.
Stand der Technik
Die Erfindung als Zusatzanmeldung bezieht sich auf die Hauptanmeldung DE 10 2012 020 922 . Es gilt der dort bezeichnete und fortgeschriebene Stand der Technik.
Technische Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, Panorama-Bildaufnahmen unabhängig von jeder Fremdbeleuchtung zu fertigen. Gleichzeitig soll die Lösung prinzipiell auch zur Koordinatengewinnung der abgebildeten Objektpunkte geeignet sein. Gegenüber der Hauptanmeldung soll der Detaillierungsgrad der Bildaufnahme oder die Anzahl aufgenommener Objektpunkte pro Zeiteinheit durch zusätzliche Ausgestaltungen erhöht werden, ohne dass die Eigenschaften des verwendeten Lasers verbessert werden müssen.
Problemlösung, Beschreibung der Erfindung
Das Problem wird mit der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Die bekannte Anordnung des Laserscanners einschließlich der gemäß Hauptanmeldung bezeichneten Erweiterungen sieht für die Abbildung des Laser-Leuchtflecks im Objekt immer genau einen Lichtsensor pro Spektralkanal vor. Dies hat den Vorteil, wegen der großen Sensorfläche eine maximal mögliche Empfindlichkeit zu erreichen, bedeutet aber auch, dass Punkt für Punkt nur in zeitlicher Abfolge nacheinander gewonnen werden kann. Um diesen Nachteil zu umgehen sieht die Ausgestaltung vor, die lichtempfindliche Fläche des Sensors in Einzelsensoren zu unterteilen, so wie das z. B. von CCD- oder CMOS-Bildsensoren her bekannt ist. Dabei kann ein solches Array entweder ein integratives Bauelement mit Array-Struktur, oder eine Gruppierung mehrerer gleichartiger Sensoren sein.
Haben die Sensorflächen der Einzelsensoren aufgrund ihrer Bauart, ihres Gehäuses etc., einen erheblichen Abstand zwischen einander, so werden den Sensoren Spiegel- oder Linsenarrays oder auch Lichtleitelemente vorgesetzt, um eine geometrische Aufspreizung der Projektionsfläche zu erreichen.
Dort wo herkömmlich je ein Messpunkt, der in Wirklichkeit kein Punkt sondern eine Fläche bestimmter Auflösung ist, abgetastet wird, entsteht also jetzt ein aus einer bestimmten Anzahl von Pixeln bestehendes Mikrobild. Bei unveränderter Abbildungsoptik hieße das weiterhin, dass die gewonnene Bildauflösung im Objekt mit der Anzahl der Teilsensoren multipliziert wird, ohne dass die Strahldivergenz des Lasers weiter reduziert werden muss.
Gleichzeitig nimmt mit zunehmender Anzahl von Bildpunkten auch etwa proportional deren Fläche und somit deren Empfindlichkeit ab, so dass die Teilung nur bis zu einem bestimmten Maße technisch sinnvoll ist. Dennoch wird bei einem guten Kompromiss aus Geschwindigkeit und Messrauschen die Bildauflösung, bzw. die Aufnahmegeschwindigkeit erhöht.
Um die nacheinander gewonnenen mehrkanaligen Mikrobilder richtig zum Gesamtbild zusammenzusetzen, müssen diese entsprechend der Aufnahmegeometrie des rotierenden Scanners mit den beweglichen Ablenkelementen und den sich daraus ergebenden Winkelkoordinaten um die Zentralachse projiziert werden. So führt die Rotation der Ablenkeinheit auch zu einer Rotation des abbildenden Koordinatensystems, was bei der Zuordnung der Teilsensor-Koordinaten zu berücksichtigen ist. Dabei kann es auch zu Überschneidungen kommen, so dass sich Pixelbereiche der einzelnen Mikrobilder gegenseitig durchdringen können.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Ausgestaltung nachstehend erläutert werden. Hierzu gibt 1 zunächst noch einmal beispielhaft den schematisierten Gesamtaufbau der Aufnahmeanordnung gemäß Hauptanmeldung wieder. Drei Laserdioden 1a ... 1c mit rotem, grünem und blauem Laserlicht strahlen in Richtung eines Ablenkspiegels 2 und werden von diesem in eine Hauptrichtung abgelenkt. Dabei besitzt jeder der drei Strahlen einen bestimmten Winkel zur Mittellinie. Die Linie 6a deutet die Richtung für die Laserdiode 1a an.
Drei optoelektronische Empfangskanäle 4a ... 4c, bestehend aus dem Sensor mit vorgelagertem optischem Bandfilter, sind nebeneinander in der Projektionsebene einer Abbildungsoptik 3 angeordnet, wobei die von der jeweiligen Wellenlänge abhängige Brennweite berücksichtigt ist. Der Mittelpunktstrahl eines jeden Empfangskanals durch die Optik – im Beispiel 7a für den Empfangskanal 4a – beschreibt dessen Abbildungsrichtung, zu der der Strahlengang der zugehörigen Laserdiode 6a parallel ausgerichtet wird. Ein Spiegelantrieb 8 dreht den Ablenkspiegel 2 in der Hauptachse 5 mit kontrollierter Winkelbewegung, so dass sich die abgelenkte Hauptachse 11 drehend in einer Hauptebene bewegt. Da die drei Strahlrichtungen einen Winkel zur Hauptachse bilden, beschreiben diese eine Präzessionsbewegung zur Hauptebene, die bei der Winkelmessung berücksichtigt wird. Alle bisher beschriebenen Elemente sind auf einer Bussole 9 befestigt, die von einem Horizontalantrieb 10 mit kontrollierter Winkelbewegung gedreht wird. Erfolgt für den gesamten Drehbereich des Ablenkspiegels eine Aufnahme von Bildpunkten, so genügt bereits eine Drehung der Bussole um insgesamt 180°, um eine Vollsphäre aufzunehmen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht nun vor, nicht nur einen einzigen Sensor sondern ein Sensor-Array in der Projektionsebene anzuordnen, so wie dies die Detailvergrößerung für den Empfangskanal 4a darstellt. Jeder Sensor besteht hier aus sieben Einzelsensoren 21, die kreisförmig umeinander angeordnet sind. Das Signal eines jeden Einzelsensors gelangt über eine Projektionsvorschrift, die sich aus den jeweiligen geometrischen Gegebenheiten über Ablenkspiegel und Abbildungsoptik sowie den ausgeführten Bewegungen herleitet, an die richtige Bildkoordinate im entstehenden Pixelbild. Neben der kreisförmigen Anordnung kann auch die Anordnung in rechtwinkliger Matrixform sinnvoll sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012020922 [0003]

Claims

Laserscanner, bestehend wenigstens aus einer steuerbaren Laserlichtquelle, die multispektrales gebündeltes Licht aussendet, einem optoelektronischen Empfangsteil, bestehend aus Einzelkanälen, deren spektrale Einzel-Empfindlichkeiten selektiv an die Einzelspektren der Laserlichtquelle angeglichen sind, und einer rotierenden oder oszillierenden Bewegungs- oder Ablenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Empfangsteil der Einzelkanäle jeweils einen matrixförmigen Lichtsensor aufweist, der die lichtempfindliche Sensorfläche in eine Anzahl unabhängiger Einzelsensoren unterteilt.
Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem optoelektronischen Empfangsteil zur besseren geometrischen Anpassung der Empfangsfläche der Einzelsensoren zur Gesamt-Projektionsfläche ein Spiegel- oder Linsenarray oder auch Lichtleitelemente vorgesetzt sind.
Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Einzelsensoren zu einem Mikrobild zusammengesetzt und gespeichert werden.
Laserscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Scanvorgang erhaltenen Mikrobilder zeitlich und räumlich zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden.