DE102014206580A1

DE102014206580A1 - MATERIAL BAND AS CALIBRATION TEMPLATE

Info

Publication number: DE102014206580A1
Application number: DE102014206580.1A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Probst
Original assignee: Texmag GmbH Vertriebsgesellschaft
Current assignee: Texmag GmbH Vertriebsgesellschaft
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Ein Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera umfasst ein Materialband mit ein oder mehreren Aussparungen, das reversibel von einer ersten in eine zweite räumliche Konfiguration überführbar ist, wobei eine Abmessung der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera sich in einer ersten Raumrichtung durch das Überführen des Materialbands von der zweiten in die erste räumliche Konfiguration verkürzt, wobei zumindest ein Bereich des Materialbands in der zweiten räumlichen Konfiguration eine längliche Kalibrationsschablone bildet die mindestens eine der ein oder mehreren Aussparungen aufweist.A device for calibrating a camera comprises a material band with one or more recesses reversibly convertible from a first to a second spatial configuration, wherein a dimension of the device for calibrating a camera in a first spatial direction by transferring the material band from the second in the first spatial configuration, wherein at least a portion of the material band in the second spatial configuration forms an elongate calibration template having at least one of the one or more recesses.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera, ein Kalibrationssystem und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kamera. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zum Kalibrieren von Zeilenkameras zur computergestützten optischen Abtastung von laufenden Warenbahnen. The present invention relates to a device for calibrating a camera, a calibration system and a method for calibrating a camera. More particularly, the invention relates to apparatus and methods for calibrating line scan cameras for computer-aided optical scanning of traveling webs.

Hintergrund background

Die Kalibrierung von Kameras, insbesondere die Kalibrierung von Zeilenkameras, kann bisher mit Hilfe von steifen, maßhaltigen Kalibrierstücken erfolgen. In diese Kalibrierstücke werden an vorbestimmten Positionen Aussparungen eingebracht. Zum Kalibrieren der Kamera wird das Kalibrierstück in der Objektebene der zu kalibrierenden Kamera angeordnet. Das Kalibrierstück wird mit Auflicht oder Durchlicht oder auch durch Umgebungslicht beleuchtet, so dass an den Rändern der Aussparungen ein deutlicher Hell-Dunkel-Übergang entsteht. Die Lage der Hell-Dunkel-Übergänge der Aussparungen kann nun im Bild der zu kalibrierenden Kamera ermittelt werden und mit Referenzlagen verglichen werden. Anhand der Abweichung der Lage der Hell-Dunkel-Übergänge der Aussparungen von den Referenzlagen können Kalibrierungsparameter für die Kamera ermittelt werden. Damit kann einem bestimmten Pixel der Kamera eine bestimmter Ort (oder ein bestimmter Bereich) in der Objektebene („Weltkoordinate“) zugeordnet werden. Beispielhafte Kalibrierstücke sind im Europäischen Patent Nr. 2 081 390 B1 und in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 034 350 A1 zu finden. The calibration of cameras, in particular the calibration of line scan cameras, can so far be carried out with the help of stiff, dimensionally accurate calibration pieces. In these calibration pieces recesses are introduced at predetermined positions. To calibrate the camera, the calibration piece is placed in the object plane of the camera to be calibrated. The calibration piece is illuminated with reflected light or transmitted light or also by ambient light, so that a clear light-dark transition occurs at the edges of the recesses. The position of the light-dark transitions of the recesses can now be determined in the image of the camera to be calibrated and compared with reference positions. Based on the deviation of the position of the light-dark transitions of the recesses from the reference positions, calibration parameters for the camera can be determined. This allows a specific pixel of the camera to be assigned a specific location (or area) in the object plane ("world coordinate"). Exemplary calibration pieces are in European Patent No. 2 081 390 B1 and in the German Offenlegungsschrift DE 10 2006 034 350 A1 to find.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Ein erste Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera umfasst ein Materialband mit ein oder mehreren Aussparungen, das reversibel von einer ersten in eine zweite räumliche Konfiguration überführbar ist, wobei eine Abmessung der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera sich in einer ersten Raumrichtung durch das Überführen des Materialbands von der zweiten in die erste räumliche Konfiguration verkürzt, wobei zumindest ein Bereich des Materialbands in der zweiten räumlichen Konfiguration eine längliche Kalibrationsschablone bildet die mindestens eine der ein oder mehreren Aussparungen aufweist A first apparatus for calibrating a camera comprises a web of material having one or more recesses reversibly translatable from a first to a second spatial configuration, wherein a dimension of the apparatus for calibrating a camera is in a first spatial direction by transferring the web of material from the first second in the first spatial configuration, wherein at least a portion of the material band in the second spatial configuration forms an elongated calibration template having at least one of the one or more recesses

Eine solche Vorrichtung kann im Vergleich zu einer steifen Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera (zum Beispiel ein steifes Kalibrationsstück aus Metall) zum Transport und zur Lagerung in eine kompakte Form überführt werden. Trotzdem ist es möglich, auch und gerade für Zeilenkameras mit einem relativ langen Sichtfeld (zum Beispiel mehr als ein Meter) – eine Kalibrationsschablone bereitzustellen, die das gesamte Sichtfeld abdeckt. Diese Kombination von Eigenschaften kann den Einsatz der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera erleichtern. So kann es beispielsweise von Nöten sein, dass ein Techniker die Kalibrationsvorrichtung zu einem Standort einer Anlage mit der zu kalibrierenden Kamera mitbringt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kalibrieren kann so ausgestaltet werden, dass sie bequem in ein übliches Handgepäck passt. Somit kann eine funktionale (z.B., ausreichend formstabile zum Zwecke der Kalibrierung), aber gleichzeitig kompakte Vorrichtung zur Kalibrierung bereitgestellt werden. Such a device can be converted into a compact form for transport and storage as compared to a rigid device for calibrating a camera (for example, a rigid metal calibration piece). Nevertheless, even and especially for line scan cameras with a relatively long field of view (for example more than one meter), it is possible to provide a calibration template which covers the entire field of vision. This combination of properties may facilitate the use of the device to calibrate a camera. For example, it may be necessary for a technician to bring the calibration device to a location of a facility with the camera being calibrated. The calibration device according to the invention can be designed so that it fits comfortably in a standard hand luggage. Thus, a functional (e.g., sufficiently dimensionally stable for the purpose of calibration), but at the same time compact, apparatus for calibration may be provided.

In einer zweiten Vorrichtung gemäß der ersten Vorrichtung ist das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration zumindest teilweise aufgerollt. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, eine möglicherweise ein Meter oder mehr messende Kalibrationsschablone in einen kompakten Zustand zu überführen stellt das Aufrollen dar. Das gilt insbesondere für das Kalibrieren von Zeilenkameras, deren Sichtfeld in einer Raumrichtung erheblich stärker ausgedehnt ist als in einer zweiten, zu der ersten Raumrichtung orthogonalen Raumrichtung. In a second device according to the first device, the material band in the first spatial configuration is at least partially rolled up. A particularly advantageous possibility for converting a calibration template, which may measure one meter or more, into a compact state is curling. This applies in particular to the calibration of line scan cameras whose field of view is considerably more extensive in one spatial direction than in a second one, compared to the first Spatial direction orthogonal spatial direction.

In einer dritten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen erstreckt sich das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration zumindest teilweise in einer Ebene. Dabei muss das Materialband aber nicht plan sein, sondern kann ein Krümmung oder Bombierung aufweisen. Es kann also um einen gewissen Betrag (zum Beispiel unter 5 mm) von einer ideal ebenen Form abweichen. In a third device according to the preceding devices, the material band in the second spatial configuration extends at least partially in one plane. However, the material band does not have to be flat, but may have a curvature or a crowning. It may therefore deviate from an ideally flat shape by a certain amount (for example, less than 5 mm).

In einer vierten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen umfasst das Materialband ein Metall. In a fourth device according to the preceding devices, the material band comprises a metal.

In einer fünften Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen umfasst das Materialband einen Federstahl. In a fifth device according to the preceding devices, the material strip comprises a spring steel.

In einer sechsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen umfasst das Materialband einen Stahl mit der Stahlgruppennummer 40 oder 43 nach DIN EN 10027 . Materialbänder, die einen Federstahl und/oder insbesondere einen Stahl mit der Stahlgruppennummer 40 oder 43 nach DIN EN 10027 umfassen, können besonders gut für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen geeignet sein. Diese Materialien können einerseits dem Materialband eine ausreichende Formstabilität in der zweiten Konfiguration verleihen, so dass eine für verschiedene Kalibrationsaufgaben ausreichende Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Kalibrationsmessungen ermöglicht wird. Andererseits können Materialbänder, die einen Federstahl und/oder insbesondere einen Stahl mit der Stahlgruppennummer 40 oder 43 nach DIN EN 10027 umfassen, ausreichend flexibel sein, um in eine erste, kompakte Konfiguration überführt zu werden. Zusätzlich kann das Gewicht der Kalibrationsvorrichtungen geringer sein als das Gewicht von bestimmten steifen Kalibrationsschablonen. In a sixth device according to the preceding devices, the material strip comprises a steel with steel group number 40 or 43 after DIN EN 10027 , Material strips, the spring steel and / or in particular a steel with steel group number 40 or 43 after DIN EN 10027 may be particularly well suited for the devices according to the invention. On the one hand, these materials can give the material band sufficient dimensional stability in the second configuration, so that a sufficient degree of accuracy and reproducibility of the calibration measurements is possible for different calibration tasks. On the other hand, material tapes, which are a spring steel and / or in particular a steel with steel group number 40 or 43 after DIN EN 10027 be sufficiently flexible to be converted into a first, compact configuration. In addition, the weight of the calibration devices may be less than the weight of certain rigid calibration templates.

In einer siebten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist das Materialband dünner als 2 mm. Die Dicke das Materialbands kann so gewählt werden, dass – abhängig vom gewählten Material, aus dem das Materialband besteht – eine ausreichende Formstabilität in der zweiten Konfiguration und eine ausreichende Flexibilität zum Ermöglichen des Überführens in die kompakte erste Konfiguration bereitgestellt wird. In a seventh device according to the preceding devices, the material band is thinner than 2 mm. The thickness of the strip of material may be selected to provide sufficient dimensional stability in the second configuration and sufficient flexibility to allow for transfer into the compact first configuration, depending on the material chosen to make the strip of material.

In einer achten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist Länge der Kalibrationsschablone einstellbar. Die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera kann eine Kalibrationsschablone variabler Länge bereitstellen, die trotzdem in einen relativ kompakten Zustand überführt werden kann. In dieser Weise kann die Vorrichtung an verschiedene Messaufgaben (beispielsweise Zeilenkameras mit verschieden langem Sichtfeld) angepasst werden. Ein Service-Techniker kann somit verschiedene Anlagen mit einer einzigen Kalibrationsvorrichtung kalibrieren, ohne dabei aufgrund einer zu großen oder zu kleinen Länge der Kalibrationsschablone behindert zu werden. In an eighth device according to the preceding devices, the length of the calibration template is adjustable. The apparatus for calibrating a camera may provide a variable length calibration template that can nevertheless be converted to a relatively compact state. In this way, the device can be adapted to different measuring tasks (for example, line scan cameras with a different field of view). A service technician can thus calibrate various systems with a single calibration device without being obstructed due to too large or too small a length of the calibration template.

In einer neunten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist die Vorrichtung in der Art eines Rollbands ausgestaltet. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zum Kalibrieren als Rollbands (in der Art von aufrollbaren Maßbändern) kann eine besonders flexible Einstellung der Länge der Kalibrationsschablone und eine besonders bequeme Überführung des Materialbands von der ersten in die zweite räumliche Konfiguration (und zurück) ermöglichen. In a ninth device according to the preceding devices, the device is designed in the manner of a rolling band. An embodiment of the device for calibrating as rolling tapes (in the form of roll-up tape measure) can allow a particularly flexible adjustment of the length of the calibration template and a particularly convenient transfer of the material band from the first to the second spatial configuration (and back).

In einer zehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist das Materialband länger als 50 cm. In a tenth device according to the preceding devices, the material band is longer than 50 cm.

In einer elften Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist das Materialband schmaler als 7 cm. In an eleventh device according to the preceding devices, the material band is narrower than 7 cm.

In einer zwölften Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen sind die Aussparungen in gleichem Abstand angeordnet. In a twelfth device according to the preceding devices, the recesses are equidistantly arranged.

In einer dreizehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen sind die Aussparungen rechteckig. In a thirteenth device according to the preceding devices, the recesses are rectangular.

In einer vierzehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen sind die Aussparungen zwischen 0,5 und 1,5 cm lang. In a fourteenth device according to the previous devices, the recesses are between 0.5 and 1.5 cm long.

In einer fünfzehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen sind die Aussparungen zwischen 0,2 und 1 cm breit. In a fifteenth device according to the preceding devices, the recesses are between 0.2 and 1 cm wide.

In einer sechszehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen entspricht ein Abstand zwischen zwei Aussparungen der Länge der Aussparungen. In a sixteenth device according to the preceding devices, a distance between two recesses corresponds to the length of the recesses.

In einer siebzehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen erstreckt sich die Vorrichtung in keiner Raumrichtung über mehr als 15 cm, wenn das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration ist. In a seventeenth device according to the preceding devices, the device does not extend more than 15 cm in any spatial direction when the material band is in the first spatial configuration.

In einer achtzehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen weist die Vorrichtung einen Federmechanismus auf, um das Materialband von der zweiten in die erste räumliche Konfiguration zu überführen. In dieser Weise kann – insbesondere ein Aufrollen des Materialbands – in bequemer und sicherer Weise erfolgen. In an eighteenth device according to the preceding devices, the device has a spring mechanism for transferring the material band from the second to the first spatial configuration. In this way - in particular a rolling up of the material strip - done in a convenient and secure manner.

In einer neunzehnten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen weist das Materialband eine Krümmung oder Bombierung auf. In a nineteenth device according to the preceding devices, the material band has a curvature or crowning.

In einer zwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen weist das Materialband eine kurze und eine lange Achse auf und ist entlang der kurzen Achse in der zweiten räumlichen Konfiguration gekrümmt. Durch eine Bombierung oder Krümmung kann die Stabilität des Materialbands in der zweiten räumlichen Konfiguration erhöht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration ausreichend formstabil ist, damit eine Kamera mit einer gewünschten Genauigkeit kalibriert werden kann. Eine Kalibrationsschablone mit nicht ausreichende Formstabilität kann während der Kalibrierung in zu starkem Maße gebogen, gedehnt, gestaucht oder ins sonstiger Weise verformt werden. Dadurch kann die Kalibrierungsmessung verfälscht und in der Folge das Kalibrierungsergebnis beeinträchtigt werden. Auf der anderen Seite kann eine Bombierung oder Krümmung dazu beitragen, dass dünnere Materialbänder eingesetzt werden können. Das kann die Überführung des Materialbands in eine kompakte räumliche Konfiguration erleichtern (beispielsweise das Aufrollen des Materialbands). In a twentieth device according to the foregoing devices, the material band has a short and a long axis and is curved along the short axis in the second spatial configuration. Cambering or curving may increase the stability of the web of material in the second spatial configuration. It can thereby be achieved that the material band in the second spatial configuration is sufficiently dimensionally stable, so that a camera can be calibrated with a desired accuracy. A calibration template with insufficient dimensional stability can be bent too much, stretched, compressed or otherwise deformed during calibration. As a result, the calibration measurement can be falsified and consequently the calibration result can be impaired. On the other hand, a crowning or curvature can help to make thinner strips of material used. This can facilitate the transfer of the webbing into a compact spatial configuration (for example, reeling up the webbing).

In einer einundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration formstabil. In a twenty-first device according to the foregoing devices, the material band is dimensionally stable in the second spatial configuration.

In einer zweiundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist eine potentielle Energie der Vorrichtung in der ersten räumlichen Konfiguration geringer als in der zweiten räumlichen Konfiguration. Auf diese Weise kann ein einfacher Übergang des Materialbands von der zweiten in die erste räumliche Konfiguration ermöglicht werden. Zum Beispiel kann sich das Materialband „automatisch“ in die erste räumliche Konfiguration begeben, wenn ein gewisser Aktivierungsimpuls auf das Materialband ausgeübt wird. In a twenty-second device according to the foregoing devices, a potential energy of the device in the first spatial configuration is less than in the second spatial configuration. In this way, a simple transition of the material band from the second to the first spatial configuration can be made possible. For example, the material band may "automatically" go into the first spatial configuration when a certain activation pulse is applied to the material band.

In einer dreiundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen weist die Vorrichtung in der zweiten räumlichen Konfiguration ein relatives Minimum an potentieller Energie auf. Das Materialband kann folglich so ausgestaltet sein, dass es auch in der zweiten räumlichen Konfiguration eine gewisse Stabilität gegen Verformungen hat. Damit kann verhindert werden, dass sich das Materialband während des Kalibrierens verformt und so die Kalibrationsmessung mit einem Fehler beaufschlagt wird. In a twenty-third device according to the preceding devices, the device in the second spatial configuration has a relative minimum of potential energy. Consequently, the material band can be designed such that it also has a certain stability against deformation in the second spatial configuration. This can be prevented that deforms the material band during calibration and so the calibration measurement is applied to a fault.

In einer vierundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen weist das Materialband eine bestimmte Dicke auf und die Aussparungen sind durchgängig durch die Dicke des Materialbands sind. In a twenty-fourth device according to the preceding devices, the material band has a certain thickness and the recesses are continuous through the thickness of the material band.

In einer fünfundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen sind die Aussparungen auf einer Seite des Materialbands abgedeckt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung zum Kalibrieren in bestimmten Auflicht-Umgebungen eingesetzt werden. In a twenty-fifth device according to the preceding devices, the recesses are covered on one side of the material band. In this way, the device can be used for calibration in certain incident light environments.

In einer sechsundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen ist das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration zumindest teilweise aufgerollt und kann selbstabrollend in die zweite räumliche Konfiguration überführt werden. In bestimmten Konfigurationen kann das Materialband somit nach Einwirkung eines Aktivierungsimpulses selbsttätig in die zweite räumliche Konfiguration übergehen. In a twenty-sixth apparatus according to the preceding apparatuses, the material band in the first spatial configuration is at least partially rolled up and can be transferred to the second spatial configuration in a self-rolling manner. In certain configurations, the material band can thus automatically go into the second spatial configuration after the action of an activation pulse.

In einer siebenundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen umfasst die Vorrichtung weiter ein Gehäuse, das das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration zumindest teilweise aufnimmt. In einer achtundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden In a twenty-seventh device according to the preceding devices, the device further comprises a housing that at least partially accommodates the material band in the first spatial configuration. In a twenty-eighth apparatus according to the preceding

Vorrichtungen umfasst die Vorrichtung weiter einen Haltemechanismus, der dazu ausgelegt ist, das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration zu halten. In apparatus, the apparatus further comprises a holding mechanism configured to hold the web of material in the first spatial configuration.

In einer neunundzwanzigsten Vorrichtung gemäß den vorangehenden Vorrichtungen umfasst die Vorrichtung weiter einen Haltemechanismus, der dazu ausgelegt ist, das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration zu halten. In a twenty-ninth apparatus according to the foregoing apparatus, the apparatus further comprises a holding mechanism configured to hold the web of material in the second spatial configuration.

In einer dreißigsten Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungen, überdeckt der Bereich des Materialbands, der in der zweiten räumlichen Konfiguration eine längliche Kalibrationsschablone bildet. mindestens 50% der Länge des Materialbands. In a thirtieth device according to any one of the preceding devices, the area of the web of material covering the elongate calibration template in the second spatial configuration overlaps. at least 50% of the length of the material band.

In einer einunddreißigsten Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Vorrichtungen weist das Materialband eine Vielzahl von Aussparungen auf, die entlang einer Länge der länglichen Kalibrationsschablone angeordnet sind. In a thirty-first apparatus according to any preceding apparatus, the web of material comprises a plurality of recesses arranged along a length of the elongate calibration template.

Eine erstes Kalibrationssystem umfasst eine der erste bis einunddreißigste Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera, die in der Objektebene einer zu kalibrierenden Kamera angeordnet werden kann und einen Kalibrationsrechner, der dazu ausgelegt ist, die Kamera basierend auf ein oder mehreren Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera zu kalibrieren. A first calibration system includes one of the first to thirty-first device for calibrating a camera that can be placed in the object plane of a camera to be calibrated and a calibration calculator that is configured to use the camera based on one or more exposures of the device to calibrate a camera calibrate.

In einem zweiten Kalibrationssystem gemäß dem ersten Kalibrationssystem ist der Kalibrationsrechner dazu ausgelegt, Hell-Dunkel-Grenzen in den ein oder mehreren Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren zu erkennen. (Hier Lehrzeile einfügen) In einem dritten Kalibrationssystem gemäß dem ersten oder zweiten Kalibrationssystem hat der Kalibrationsrechner ein oder mehrere Referenzbilder oder Referenzwerte von der der Vorrichtung zum Kalibrieren in der Objektebene gespeichert. In a second calibration system according to the first calibration system, the calibration calculator is configured to detect light-dark boundaries in the one or more recordings of the calibration device. (Insert Teaching Line Here) In a third calibration system according to the first or second calibration system, the calibration calculator has stored one or more reference images or reference values from that of the object plane calibrating device.

In einem vierten Kalibrationssystem gemäß einem der ersten bis dritten Kalibrationssysteme ist der Kalibrationsrechner dazu ausgelegt, Abbildungsfehler einer Optik der Kamera, Abbildungsfehler durch die Ausrichtung und Positionierung der Kamera und/oder Abbildungsfehler durch eine Ortsabhängigkeit der Empfindlichkeit eines Detektors der Kamera zu ermitteln.(Hier Lehrzeile einfügen) In einem fünften Kalibrationssystem gemäß dem vierten Kalibrationssystem ist der Kalibrationsrechner weiter dazu ausgelegt, Korrekturparamater zum Kalibrieren der Kamera zu berechnen. In a fourth calibration system according to one of the first to third calibration systems, the calibration calculator is designed to detect aberrations of an optic of the camera, aberrations due to the alignment and positioning of the camera and / or aberrations due to a location dependence of the sensitivity of a detector of the camera In a fifth calibration system according to the fourth calibration system, the calibration calculator is further configured to calculate correction parameters for calibrating the camera.

Eine erste (optische) Abtastvorrichtung umfasst eines der vorangehenden Kalibrationssysteme und die zu kalibrierende Kamera. A first (optical) scanning device comprises one of the preceding calibration systems and the camera to be calibrated.

Eine zweite (optische) Abtastvorrichtung gemäß der ersten (optischen) Abtastvorrichtung umfasst weiter ein Beleuchtungsmittel, das auf einer der Kamera abgewandte Seite der Objektebene angeordnet ist, so dass die Aussparungen der Vorrichtung zum Kalibrieren durchleuchtet werden. A second (optical) scanning device according to the first (optical) scanning device further comprises a lighting means, which on a side facing away from the camera of the object plane is arranged so that the recesses of the device are calibrated for calibration.

Eine dritte (optische) Abtastvorrichtung gemäß der ersten (optischen) Abtastvorrichtung umfasst weiter ein Beleuchtungsmittel, das auf derselben Seite der Objektebene wie die Kamera angeordnet ist, so dass die Vorrichtung zum Kalibrieren in einer Auflichtanordnung beleuchtet werden. A third (optical) scanning device according to the first (optical) scanning device further comprises a lighting means, which is arranged on the same side of the object plane as the camera, so that the device are illuminated for calibration in a Auflichtanordnung.

Eine vierte (optische) Abtastvorrichtung gemäß den vorangehenden (optischen) Abtastvorrichtungen umfasst weiter Mittel zum Befestigen der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera in der zweiten räumlichen Konfiguration in der Objektebene der Kamera. Es kann vorteilhaft sein, in einer (optischen) Abtastvorrichtung dedizierte Mittel zum Befestigen der Vorrichtung zum Kalibrieren vorzusehen. Allerdings können die hierin beschriebenen Mittel zum Befestigen der Vorrichtung zum Kalibrieren auch ohne solche dedizierten Befestigungsmittel eingesetzt werden. Gerade in solchen Fällen, in denen in einer Anlage (unter Umständen ohne Absicht) keine Kalibrationsschablone vorgesehen ist, können die hierin beschriebenen Vorrichtungen einfach und flexibel eingesetzt werden. A fourth (optical) scanning apparatus according to the foregoing (optical) scanning apparatus further comprises means for fixing the apparatus for calibrating a camera in the second spatial configuration in the object plane of the camera. It may be advantageous to provide dedicated means for mounting the device for calibration in an (optical) scanning device. However, the means for securing the device for calibration described herein may also be used without such dedicated fasteners. Especially in those cases in which a calibration template is not provided in a system (possibly without intention), the devices described herein can be used simply and flexibly.

In einer fünften (optischen) Abtastvorrichtung gemäß den vorangehenden (optischen) Abtastvorrichtungen ist die Kamera eine Zeilenkamera. In a fifth (optical) scanning device according to the foregoing (optical) scanning devices, the camera is a line scan camera.

In einer sechsten (optischen) Abtastvorrichtung gemäß den vorangehenden (optischen) Abtastvorrichtungen ist die Kamera angeordnet, um eine laufenden Warenbahn zu überwachen. In a sixth (optical) scanning device according to the foregoing (optical) scanning devices, the camera is arranged to monitor a traveling web.

In einer siebten (optischen) Abtastvorrichtung gemäß den vorangehenden (optischen) Abtastvorrichtungen kann die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera senkrecht zu einer Laufrichtung der Warenbahn angeordnet werden. In a seventh (optical) scanning apparatus according to the foregoing (optical) scanning apparatus, the apparatus for calibrating a camera can be arranged perpendicular to a traveling direction of the web.

Ein erstes Verfahren zum Kalibrieren einer Kamera umfasst überführen einer Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem der vorangehenden Ansprüche von einer ersten in eine zweite räumliche Konfiguration, anordnen der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera in der zweiten räumlichen Konfiguration in einer Objektebene der Kamera vergleichen einer Aufnahme der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera mit Referenzdaten, kalibrieren der Kamera basierend auf einer Abweichung der Aufnahme der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera von den Referenzdaten. Die Vorrichtungen zum Kalibrieren können eine besonders zügige und flexible Kalibrierung (zum Beispiel an verschiedenen Messorten) einer Kamera ermöglichen. A first method for calibrating a camera comprises transferring a device for calibrating a camera according to one of the preceding claims from a first to a second spatial configuration, arranging the device for calibrating a camera in the second spatial configuration in an object plane of the camera comparing a photograph of the camera Apparatus for calibrating a camera with reference data, calibrating the camera based on a deviation of the recording of the apparatus for calibrating a camera from the reference data. The calibration devices can allow a particularly rapid and flexible calibration (for example at different measurement locations) of a camera.

In einem zweiten Verfahren gemäß dem ersten Verfahren ist die Kamera eine Zeilenkamera. In a second method according to the first method, the camera is a line scan camera.

In einem dritten Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Verfahren wird die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera senkrecht zu einer Laufrichtung der Warenbahn angeordnet. In a third method according to the first or second method, the device for calibrating a camera is arranged perpendicular to a running direction of the material web.

In einem vierten Verfahren gemäß einem der vorangehenden Verfahren überdeckt die Vorrichtung zum Kalibrieren einen gesamten Messbereich der Kamera. In a fourth method according to one of the preceding methods, the device for calibrating covers an entire measuring range of the camera.

Ein fünftes Verfahren gemäß einem der vorangehenden Verfahren umfasst weiter detektieren der Lage von Hell-Dunkel-Grenzen in der Aufnahme der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera und kalibrieren der Kamera basierend auf einer Abweichung der Lage der Hell-Dunkel-Grenzen in der Aufnahme der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera von der Lage der Hell-Dunkel-Grenzen gemäß der Referenzdaten. A fifth method according to one of the preceding methods further comprises detecting the location of light-dark boundaries in the recording of the device for calibrating a camera and calibrating the camera based on a deviation of the position of the light-dark boundaries in the recording of the device for Calibrating a camera from the location of the cut-off lines according to the reference data.

In einem sechsten Verfahren gemäß einem der vorangehenden Verfahren hat die Kamera eine Vielzahl von Pixeln und das Verfahren umfasst weiter zuordnen eines bestimmten Ort oder eines bestimmten Bereichs in der Objektebene zu jedem Pixel der Kamera. In a sixth method according to any one of the preceding methods, the camera has a plurality of pixels, and the method comprises further assigning a particular location or area in the object plane to each pixel of the camera.

Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures

1 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera, wobei das Materialband eine Kalibrationsschablone bildet. 1 shows an exemplary device for calibrating a camera, wherein the material band forms a calibration template.

2 zeigt eine die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera gemäß 1, wobei das Materialband eine Kalibrationsschablone mit geringerer Länge als in 1 bildet. 2 shows a device for calibrating a camera according to 1 wherein the band of material comprises a calibration template of lesser length than in 1 forms.

3 zeigt beispielhaft den Einsatz einer Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera in einem optischen Abtastsystem. 3 shows by way of example the use of a device for calibrating a camera in an optical scanning system.

Ausführliche Beschreibung Detailed description

In 1 ist eine beispielhafte Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera gezeigt, die ein Materialband 101 umfasst. Das Materialband 101 in 1 bildet in einer Ebene eine längliche Kalibrationsschablone. Dabei kann das Materialband von der in 1 gezeigten (zweiten) räumlichen Konfiguration in eine weitere (erste) räumliche Konfiguration überführt werden, in der das Materialband sich komplett innerhalb eines Gehäuses 100 der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera befindet. In dieser Weise ist die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera relativ kompakt, wenn sich das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration befindet. Der Übergang von der zweiten in die erste räumliche Konfiguration kann durch ein Aufrollen des Materialbands von statten gehen. Also ist die Konfiguration der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera ähnlich der eines Rollbandes, wie es zum Beispiel für Maßbänder verwendet wird. In 1 For example, an exemplary apparatus for calibrating a camera is shown, which is a web of material 101 includes. The material band 101 in 1 forms an elongated calibration template in one plane. In this case, the material band of the in 1 shown (second) spatial configuration in a further (first) spatial configuration are transferred, in which the material band is completely within a housing 100 the device for calibrating a camera is located. In this way, the apparatus for calibrating a camera is relatively compact when the web of material is in the first spatial configuration. The transition from the second to the first spatial configuration can be achieved by rolling up the material strip. So the configuration of the device is for Calibrating a camera similar to that of a roller belt, such as used for tape measures.

In der Folge werden die Eigenschaften der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera anhand des Beispiels eines Rollbandes erläutert. Allerdings sind die Vorrichtungen zum Kalibrieren einer Kamera nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Es sind auch andere Mechanismen als das Aufrollen denkbar, um das Materialband von einer zweiten in eine erste räumliche Konfiguration zu überführen. In einem Beispiel kann das Materialband mehrere steife Elemente umfassen. Diese Elemente können beweglich aneinander befestigt sein (beispielsweise durch Scharniere), so dass das Materialband von der zweiten räumlichen Konfiguration in die erste räumliche Konfiguration zusammengeklappt werden kann. In the following, the characteristics of the device for calibrating a camera will be explained with reference to the example of a roller belt. However, the devices for calibrating a camera are not limited to such an embodiment. Mechanisms other than rolling up are also conceivable in order to transfer the material strip from a second to a first spatial configuration. In an example, the web of material may include a plurality of rigid elements. These elements may be movably attached to each other (eg, by hinges) so that the web of material can be folded from the second spatial configuration to the first spatial configuration.

In anderen Beispielen können mehrere steife Elemente aneinander gesteckt werden, um eine Kalbrationsschablone zu bilden. Das Materialband hat somit in diesen Beispielen eine erste räumliche Konfiguration in der die steifen Elemente vereinzelt sind und eine zweite räumliche Konfiguration in der die steifen Elemente verbunden sind, um die Kalibrationsschablone zu bilden. In other examples, a plurality of rigid elements may be plugged together to form a calendering template. Thus, in these examples, the band of material has a first spatial configuration in which the rigid elements are singulated and a second spatial configuration in which the rigid elements are joined to form the calibration template.

Wie weiterhin in 1 zu sehen, weist das Materialband 101 mehrere Aussparungen 102 auf. Diese befinden sich im Bereich des Materialbands 101, der die Kalibrationsschablone bildet, wenn das Materialband sich in der zweiten räumlichen Konfiguration befindet. Die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera hat in gleichem Abstand angeordnete, rechteckige Aussparungen 102. Diese Anordnung und Form der Aussparungen ist allerdings nicht zwingend. So können die Aussparungen unterschiedlich angeordnet, geformt und bemessen sein (zum Beispiel um die Vorrichtung an verschiedene Kalibrationsaufgaben anzupassen). As continues in 1 to see, the material band points 101 several recesses 102 on. These are located in the area of the material band 101 which forms the calibration template when the ribbon of material is in the second spatial configuration. In the 1 shown device for calibrating a camera has equidistant, rectangular recesses 102 , However, this arrangement and shape of the recesses is not mandatory. Thus, the recesses may be differently arranged, shaped and sized (for example to adapt the device to different calibration tasks).

In einem Beispiel werden die Bereiche um die Kanten der Aussparungen als Orientierungspunkte für die Kalibration verwendet. Diese können unter Beleuchtung in der Anlage, die die zu kalibrierende Kamera beinhaltet, einen ausgeprägten Hell-Dunkel-Kontrast aufweisen. In einem Beispiel kann die Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera durchleuchtet werden, so dass die Aussparungen im Bild der zu kalibrierenden Kamera verhältnismäßig hell erscheinen während die übrige Fläche des Materialbands verhältnismäßig dunkel erscheint. Somit kann die Länge und Zahl der Aussparungen so bemessen sein, dass sich eine ausreichende Anzahl von Kanten über einen Sichtbereich einer Kamera verteilen. In einem Beispiel können die Aussparungen zwischen 0,5 und 1,5 cm lang (die Länge ist in 1 mit „x“ bezeichnet) und zwischen 0,2 und 1 cm breit (die Breite ist in 1 mit „y“ bezeichnet) sein. Zusätzlich kann ein Abstand D zwischen zwei Aussparungen der Länge x der Aussparungen entsprechen. Diese Maße ergeben für einige Kalibrationsaufgaben eine ausreichende Anzahl an Orientierungspunkten. In one example, the areas around the edges of the recesses are used as landmarks for the calibration. These can have a pronounced light-dark contrast under illumination in the system, which contains the camera to be calibrated. In one example, the device for calibrating a camera may be transilluminated so that the recesses in the image of the camera to be calibrated appear relatively bright while the remaining surface of the material band appears relatively dark. Thus, the length and number of recesses may be sized so that a sufficient number of edges spread over a field of view of a camera. In one example, the recesses may be between 0.5 and 1.5 cm long (the length is in 1 with "x") and between 0.2 and 1 cm wide (the width is in 1 with "y"). In addition, a distance D between two recesses may correspond to the length x of the recesses. These dimensions provide a sufficient number of landmarks for some calibration tasks.

Im Allgemeinen können sich die Aussparungen über 80% der Länge des Materialbands verteilen (das heißt, zwischen dem Anfang der ersten und dem Ende der letzten Aussparung liegen 80% des Materialbands). Zusätzlich oder alternativ kann das Materialband mehr als zehn (bevorzugt mehr als 20) Aussparungen aufweisen. Damit kann eine bestimmte Dichte der Aussparungen entlang der Länge der Kalibrationsschablone erzielt werden (zum Beispiel mehr als zwanzig Aussparungen pro Meter). In general, the recesses can be spread over 80% of the length of the material band (that is, between the beginning of the first and the end of the last recess are 80% of the material band). Additionally or alternatively, the material band can have more than ten (preferably more than 20) recesses. Thus, a certain density of the recesses along the length of the calibration template can be achieved (for example, more than twenty recesses per meter).

Weiterhin können alle Aussparungen 102 dieselbe Größe und denselben Abstand haben. In dieser Weise kann ein Vergleich mit einem Referenzbild oder Referenzwert erleichtert werden. Es ist allerdings auch möglich, die Aussparungen verschieden zu bemessen und oder in unregelmäßigen Abständen zu verteilen. So kann eine Länge und ein Abstand der Aussparungen in bestimmten Bereichen der Kalibrationsschablone verringert werden, um eine höhere Anzahl an Kanten in diesem Bereich bereitzustellen. Damit kann eine Genauigkeit der Kalibration in diesen Bereichen erhöht werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn in bestimmten Bereichen Abbildungsfehler der zu kalibrierenden Kamera besonders groß sind und/oder bestimmte Bereiche des Sichtfelds der Kamera besonders relevant für das Abtastsystem sind (beispielsweise in einem Bereich, in dem üblicherweise Bahnkanten einer Materialbahn verlaufen). Furthermore, all recesses can 102 have the same size and the same distance. In this way, comparison with a reference image or reference value can be facilitated. However, it is also possible to measure the recesses differently and or to distribute them at irregular intervals. Thus, a length and a spacing of the recesses in certain areas of the calibration template can be reduced in order to provide a higher number of edges in this area. This can increase the accuracy of the calibration in these areas. This can be advantageous if in certain areas aberrations of the camera to be calibrated are particularly large and / or certain areas of the field of view of the camera are particularly relevant to the scanning system (for example in a region in which web edges of a material web usually run).

Ein Bereich E an der Spitze des Materialbands kann frei von Aussparungen sein. Dieser Bereich kann dazu verwendet werden, das Materialband während der Kalibration zu befestigen (zum Beispiel einzuspannen). Die Länge des Bereichs E kann zwischen 0,3 cm und 10 cm sein. An area E at the top of the material band may be free of recesses. This area can be used to secure (eg clamp) the webbing during calibration. The length of the region E can be between 0.3 cm and 10 cm.

In dem Beispiel von 1 sind die Aussparungen 102 durchgängig durch das Materialband 101 ausgestaltet. In anderen Beispielen bilden die Aussparungen lediglich Vertiefungen in dem Materialband. Das kann beispielsweise unter Auflicht-Beleuchtung ausreichend sein, um eine klar definierten Hell-Dunkel-Übergang durch eine Kante der Vertiefung in dem Bild der zu kalibrierenden Kamera zu erzeugen. Auch unter Durchlicht-Beleuchtung kann eine Vertiefung ausreichend sein, um einen klar definierten Hell-Dunkel-Übergang im Bild der Kamera zu erzeugen. In anderen Beispielen können die Aussparungen in dem Materialband mit einem zweiten (zum Beispiel transparenten) Material gefüllt sein. In the example of 1 are the recesses 102 continuous through the material band 101 designed. In other examples, the recesses merely form depressions in the material band. This may be sufficient, for example under reflected-light illumination, to produce a clearly defined light-dark transition through an edge of the depression in the image of the camera to be calibrated. Even under transmitted light illumination, a depression may be sufficient to produce a clearly defined light-dark transition in the image of the camera. In other examples, the recesses in the web of material may be filled with a second (eg, transparent) material.

Es ist auch möglich, die Aussparungen in dem Materialband durch andere Merkmale zu ersetzen, die auf dem Bild der Kamera einen ausreichenden Kontrast erzeugen. In einem Beispiel können die Aussparungen in 1 durch Applikationen ersetzt werden, deren Reflektions- oder Transmissionseigenschaften von den Reflektions- oder Transmissionseigenschaften des Materialbands unterscheiden. Diese Unterschiede können (vor allem unter Auflicht-Beleuchtung) für das Ausbilden eines Hell-Dunkel-Übergang im Bild der Kamera sorgen. Die Anordnung, Form und Abmessung der Applikationen können wie vorstehend in Bezug auf die Aussparungen ausgeführt gewählt sein. In einem Beispiel können mehrere schwarze rechteckige Applikationen auf einem metallischen Materialband angeordnet sein. It is also possible to have the recesses in the material band through other features which produce sufficient contrast on the image of the camera. In one example, the recesses in 1 be replaced by applications whose reflection or transmission properties differ from the reflection or transmission properties of the material strip. These differences may cause (especially under reflected-light illumination) to form a light-dark transition in the image of the camera. The arrangement, shape and dimension of the applications may be selected as above with respect to the recesses. In one example, multiple black rectangular applications may be disposed on a metallic ribbon of material.

Die Abmessung des Materialbands kann gemäß dem Sichtfeld der zu kalibrierenden Kameras gewählt werden. In einem Beispiel kann das Materialband länger als 50 cm (oder länger als 1 m) und schmaler als 7 cm (oder schmaler als 2 cm) sein (die Breite des Materialbands ist in 1 mit „B“ bezeichnet). Auch große Längen (beispielsweise länger als 2 m) sind möglich. Insbesondere wenn das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration (zumindest teilweise) aufgerollt ist, kann so trotzdem eine sehr kompakte Konfiguration der Vorrichtung zum Kalibrieren erzielt werden. Im Allgemeinen kann die Abmessung des Gehäuses der Vorrichtung zum Kalibrieren in keiner Raumrichtung größer als 15 cm sein, wenn sich das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration befindet. Die Dicke des Materialbands (insbesondere eines Metallbands) kann geringer als 2 mm sein. The dimension of the material band can be selected according to the field of view of the cameras to be calibrated. In one example, the material band may be longer than 50 cm (or longer than 1 m) and narrower than 7 cm (or narrower than 2 cm) (the width of the material band is in 1 denoted by "B"). Even long lengths (for example longer than 2 m) are possible. In particular, when the material band is rolled up (at least partially) in the first spatial configuration, nevertheless a very compact configuration of the device for calibration can be achieved. In general, the dimension of the housing of the apparatus for calibrating in any direction of space may be greater than 15 cm when the web of material is in the first spatial configuration. The thickness of the material strip (in particular a metal strip) may be less than 2 mm.

In einem Beispiel umfasst das Materialband 101 ein Metall. Zum Beispiel kann das Materialband einen Federstahl umfassen (oder aus einem Federstahl bestehen). Zum Beispiel kann das Materialband einen Stahl mit der Stahlgruppennummer 40 oder 43 nach DIN EN 10027 (oder aus einen Stahl mit der Stahlgruppennummer 40 oder 43 nach DIN EN 10027 bestehen). Diese Materialien können die für eine Überführung von der ersten in die zweite räumliche Konfiguration benötigte Flexibilität bereitstellen (vor allem wenn das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration aufgerollt ist). Zudem können diese Materialien eine ausreichende Stabilität haben, so dass das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration eine formstabile Kalibrationsschablone bildet. In anderen Beispielen umfasst das Materialband 101 einem Kunststoff (oder besteht aus einem Kunststoff). In einem Beispiel kann das Materialband einen kaltprofilierten Bandstahl umfassen. In an example, the material band comprises 101 a metal. For example, the strip of material may comprise a spring steel (or consist of a spring steel). For example, the strip of material may be a steel with steel group number 40 or 43 after DIN EN 10027 (or a steel with steel group number 40 or 43 after DIN EN 10027 consist). These materials can provide the flexibility needed for transfer from the first to the second spatial configuration (especially if the material band is rolled up in the first spatial configuration). In addition, these materials can have sufficient stability, so that the material band in the second spatial configuration forms a dimensionally stable calibration template. In other examples, the material band comprises 101 a plastic (or plastic). In one example, the web of material may comprise a cold-profiled steel strip.

In 1 ist das Materialband 101 in der zweiten räumlichen Konfiguration flach. In anderen Beispielen hat das Materialband entlang einer Breite eine Krümmung oder Bombierung. Eine Krümmung oder Bombierung kann eine Stabilität des Materialbands, vor allem in der zweiten räumlichen Konfiguration, erhöhen. Damit kann sichergestellt werden, dass das Materialband eine ausreichend formstabile Kalibrationsschablone in der zweiten räumlichen Konfiguration bildet. Auch kann eine Krümmung oder Bombierung in Querrichtung ermöglichen, dass die Dicke des Materialbands geringer gewählt wird als in einem flachen Materialband. In der Folge kann ein Gewicht der Vorrichtung zum Kalibrieren reduziert werden. In manchen Beispielen kann das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration entlang seiner Breite flach sein und erst beim Überführen in die zweite räumliche Konfiguration eine Krümmung oder Bombierung annehmen, oder sowohl in der ersten als auch in der zweiten räumlichen Konfiguration eine Krümmung oder Bombierung entlang seiner Breite annehmen. Die Krümmungen oder Bombierungen können in der ersten beziehungsweise zweiten räumlichen Konfiguration unterschiedlich sein. Beispielsweise kann ein Mittelpunkt der Krümmung auf verschiedenen Seiten des Materialbands liegen. In 1 is the material band 101 flat in the second spatial configuration. In other examples, the web of material has a curvature or camber along a width. Curvature or crowning can increase stability of the material band, especially in the second spatial configuration. This can ensure that the material band forms a sufficiently dimensionally stable calibration template in the second spatial configuration. Also, a transverse curvature or camber may allow the thickness of the web to be made smaller than in a flat web of material. As a result, a weight of the device for calibration can be reduced. In some examples, the web of material in the first spatial configuration may be flat along its width and may not bend or buckle upon transition to the second spatial configuration, or may bend or buckle along its width in both the first and second spatial configurations accept. The curvatures or crowns may be different in the first and second spatial configurations, respectively. For example, a center of curvature may be on different sides of the web of material.

In der Folge werden einige zusätzliche optionale Merkmale einer Vorrichtung zum Kalibrieren nach Art eines Rollbandes beschrieben. In einem Beispiel kann das Materialband manuell von der ersten in die zweite räumliche Konfiguration überführt werden. Zudem kann die Vorrichtung einen Federmechanismus aufweisen, der das Materialband von der ersten in die zweite räumliche Konfiguration überführt. Der Federmechanismus kann so eingerichtet sein, dass er durch eine Überführung des Materialbands von der ersten in die zweite räumliche Konfiguration gespannt wird. Zudem oder alternativ kann die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass das Materialband selbstabrollend in die zweite räumliche Konfiguration überführt werden kann. In the following, some additional optional features of a roller-type calibration apparatus will be described. In one example, the material band may be manually transferred from the first to the second spatial configuration. In addition, the device may have a spring mechanism that transfers the material band from the first to the second spatial configuration. The spring mechanism may be arranged to be tensioned by transferring the web of material from the first to the second spatial configuration. In addition or alternatively, the device can be designed so that the material strip can be transferred into the second spatial configuration in a self-rolling manner.

In 2 ist die Vorrichtung zum Kalibrieren aus 1 in einer dritten räumlichen Konfiguration dargestellt. In dieser dritten räumlichen Konfiguration ist ein Bereich des Materialbands 101 aufgerollt, während ein zweiter Bereich des Materialbands 101 eine Kalibrationsschablone bildet. Wie aus dem Vergleich der 1 mit der 2 ersichtlich, ist eine Länge L des Bereichs des Materialbands 101, der die Kalibrationsschablone bildet, in der dritten räumlichen Konfiguration kürzer als in der zweiten räumlichen Konfiguration. Die kürzere Kalibrationsschablone der 2 in der dritten räumlichen Konfiguration, kann zum Kalibrieren einer Kamera mit weniger langem Sichtfeld als die längere Kalibrationsschablone der 1. in der zweiten räumlichen Konfiguration eingesetzt werden. In gleicher Weise können in manchen Beispielen die Vorrichtungen zum Kalibrieren weitere räumliche Konfigurationen einnehmen, in denen Kalibrationsschablonen mit weiteren und kürzeren Längen gebildet werden. In machen Vorrichtungen zum Kalibrieren (zum Beispiel in solchen, in denen das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration aufgerollt ist) kann die Länge der Kalibrationsschablone im Wesentlichen kontinuierlich zwischen einer minimalen und maximalen Länge eingestellt werden. Somit kann das Materialband jeweils angepasst auf das Sichtfeld der zu kalibrierenden Kamera abgelängt werden. In 2 is the device for calibration off 1 shown in a third spatial configuration. In this third spatial configuration is an area of the material band 101 rolled up while a second area of the webbing 101 forms a calibration template. As from the comparison of 1 with the 2 As can be seen, a length L of the area of the material band is 101 , which forms the calibration template, is shorter in the third spatial configuration than in the second spatial configuration. The shorter calibration template of the 2 in the third spatial configuration, can be used to calibrate a camera with less long field of view than the longer calibration template the 1 , be used in the second spatial configuration. Likewise, in some examples, the calibration devices may take on additional spatial configurations in which calibration templates of further and shorter lengths are formed. In devices for calibration (for example, in those in which the material band in the first spatial Configuration rolled up), the length of the calibration template can be set substantially continuously between a minimum and a maximum length. Thus, the material band can each be cut to fit the field of view of the camera to be calibrated.

Die Vorrichtung zum Kalibrieren kann einen Haltemechanismus umfassen, um das Materialband in der ersten räumlichen Konfiguration zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung zum Kalibrieren einen Haltemechanismus umfassen, um das Materialband in der zweiten räumlichen Konfiguration zu halten. Ein einziger Haltemechanismus kann beide Funktionen übernehmen. In anderen Beispielen kann das Materialband in der ersten und/oder zweiten räumlichen Konfiguration auch ohne Haltemechanismus stabil sein. Zum Beispiel kann das Materialband so angeordnet und geformt sein, dass das Materialband in der ersten und/oder in der zweiten räumlichen Konfiguration ein relatives Minimum an potentieller Energie aufweist. The calibration device may include a holding mechanism to hold the ribbon of material in the first spatial configuration. Alternatively or additionally, the calibration device may include a holding mechanism to hold the web of material in the second spatial configuration. A single holding mechanism can do both functions. In other examples, the material band in the first and / or second spatial configuration may be stable even without a holding mechanism. For example, the web of material may be arranged and shaped such that the web of material in the first and / or second spatial configuration has a relative minimum of potential energy.

Anhand der 1 und 2 wurden verschiedene Merkmale der Vorrichtung zum Kalibrieren erläutert. In der Folge wird anhand der 3 der Einsatz der Vorrichtung zum Kalibrieren in einem Kalibrationssystem und einer optischen Abtastvorrichtung weiter erläutert. Based on 1 and 2 Various features of the device for calibration have been explained. In the episode is based on the 3 the use of the device for calibration in a calibration system and an optical scanning further explained.

Ein Kalibrationssystem kann eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum Kalibrieren umfassen und einen Kalibrationsrechner, der dazu ausgelegt ist, die Kamera basierend auf ein oder mehreren Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera zu kalibrieren. Der Kalibrationsrechner kann fester Bestandteil einer Abtastvorrichtung oder ein separater Kalibrationsrechner sein. Zum Beispiel kann ein Bildsignal einer Kamera mit Hilfe des separaten Kalibrationsrechner ausgelesen werden. Dieser kann daraus Kalibrationsparameter berechnen und an einen Steuerrechner des Abtastsystems zurückgeben. A calibration system may include any of the calibration devices described above and a calibration calculator configured to calibrate the camera based on one or more images of the device for calibrating a camera. The calibration computer can be an integral part of a scanning device or a separate calibration computer. For example, an image signal of a camera can be read out with the aid of the separate calibration computer. This can then calculate calibration parameters and return them to a control computer of the scanning system.

3 zeigt schematisch eine optische Abtastvorrichtung, die zum Beispiel eine Vorrichtung zur Inspektion einer Warenbahn sein kann. Allerdings können die hierin beschriebenen Vorrichtungen zum Kalibrieren und Kalibrationssysteme auch in anderen optischen Abtastvorrichtungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das optische Abtastsystem eine Bahnbreite, eine Lage einer Bahnkante, Löcher, Konturen, Positionen und vieles mehr erfassen. 3 schematically shows an optical scanning device, which may be, for example, a device for inspecting a web. However, the calibration and calibration systems described herein may also be used in other optical scanning devices. For example, the optical scanning system can detect a web width, a web edge position, holes, contours, positions, and more.

Die in 3 gezeigte optische Abtastvorrichtung weist eine Kamera 200 und einen Steuerrechner 203 für die Kamera 200 auf. Die Kamera hat ein längliches Sichtfeld 204 (die Begrenzungen des Sichtfelds sind in 3 schematisch durch strichpunktierte Linien markiert). In einer Objektebene 201 der Kamera 200 kann im Betrieb der optischen Abtastvorrichtung eine Warenbahn verlaufen. Zudem weist die optische Abtastvorrichtung eine Lichtquelle 202 auf. In 3 ist eine längliche Lichtquelle gezeigt, die angeordnet ist, um ein Objekt in der Objekteebene zu durchleuchten (das heißt, die Kamera befindet sich auf einer gegenüberliegenden Seite der Objektebene im Vergleich zu der Lichtquelle). Die hierin vorgestellten Vorrichtungen zum Kalibrieren und Kalibrationssysteme können jedoch auch in Auflicht-Systemen (das heißt, die Kamera befindet sich auf derselben Seite der Objektebene wie die Lichtquelle) eingesetzt werden. In 3 ist eine (alternativ oder zusätzlich zu der Durchlichtquelle 202 einsetzbare) Lichtquelle 205 zur Auflichtbeleuchtung angedeutet. In anderen Beispielen kann Umgebungslicht ausgenutzt werden, um die Kalibrationsschablone zu beleuchten. In the 3 shown optical scanning device has a camera 200 and a control computer 203 for the camera 200 on. The camera has an oblong field of view 204 (the boundaries of the field of view are in 3 schematically marked by dash-dotted lines). In an object plane 201 the camera 200 can run during the operation of the optical scanning a web. In addition, the optical scanning device has a light source 202 on. In 3 an elongated light source is shown arranged to illuminate an object in the object plane (that is, the camera is on an opposite side of the object plane compared to the light source). However, the calibration and calibration systems presented herein may also be used in incident-light systems (that is, the camera is on the same side of the object plane as the light source). In 3 is a (alternative or in addition to the transmitted light source 202 usable) light source 205 for incident light illumination indicated. In other examples, ambient light can be exploited to illuminate the calibration template.

Zum Zwecke der Kalibration der Kamera ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren 100 (zum Beispiel eine der in Bezug auf 1 und 2 vorgestellten Vorrichtungen) angeordnet. Die Vorrichtung zum Kalibrieren 100 ist in der Objektebene 201 der Kamera 200 angeordnet. Nun kann die Kamera 200 ein oder mehrere Aufnahmen der durch die Vorrichtung zum Kalibrieren gebildeten Kalibrationsschablone aufnehmen. Ein Kalibrationsrechner kann dazu ausgelegt sein, die Kamera 200 basierend auf den ein oder mehreren Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera zu kalibrieren. Dabei kann jedem oder einer Auswahl von Pixeln der Kamera eine bestimmter Ort oder ein bestimmter Bereich in der Objektebene zugeordnet werden. Zum Beispiel kann jedem Pixel der Kamera eine Position in einer Linie senkrecht zu der Laufrichtung einer Warenbahn zugeordnet werden. Im Beispiel der 3 ist der Kalibrationsrechner der Steuerrechner 203 der Kamera 200. For the purpose of calibrating the camera is a device for calibration 100 (for example, one of the 1 and 2 featured devices) arranged. The device for calibration 100 is in the object plane 201 the camera 200 arranged. Now the camera can 200 take one or more pictures of the calibration template formed by the calibration device. A calibration calculator can be designed to be the camera 200 based on the one or more images of the device for calibrating a camera to calibrate. In this case, each or a selection of pixels of the camera can be assigned a specific location or a specific area in the object plane. For example, each pixel of the camera may be assigned a position in a line perpendicular to the direction of travel of a web. In the example of 3 is the calibration calculator of the control computer 203 the camera 200 ,

Dazu kann der Kalibrationsrechner 203 Hell-Dunkel-Grenzen in den ein oder mehreren Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren erkennen und die Lage dieser Hell-Dunkel-Grenzen mit der Lage von Hell-Dunkel-Grenzen in einem oder mehreren Referenzbildern oder Referenzwerten vergleichen. A oder mehreren Referenzbildern oder Referenzwerten vergleichen. Alternativ kann der Kalibrationsrechner 203 die korrekte Lage der Hell-Dunkel-Grenzen auch ohne Referenzbilder anhand anderer Referenzdaten bestimmen. Das kann zum Beispiel mit Hilfe einer hinterlegten Geometrie der Vorrichtung zum Kalibrieren 100 und der optischen Abtastvorrichtung (beispielsweise ein Abstand der Kamera von der Objektebene und ein Öffnungswinkel der Kamera) passieren. This can be done by the calibration calculator 203 Detect light-dark boundaries in the one or more images of the calibration device and compare the location of these light-dark boundaries with the location of cut-off lines in one or more reference images or reference values. Compare A or more reference images or reference values. Alternatively, the calibration calculator 203 Determine the correct position of the cut-off borders even without reference images based on other reference data. This can be done, for example, with the aid of a stored geometry of the device for calibration 100 and the optical pickup device (for example, a distance of the camera from the object plane and an opening angle of the camera).

Durch die Erkennung der Hell-Dunkel-Grenzen in den Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren 100 und den Vergleich mit den Referenzdaten kann der Steuerrechner 203 verschiedene Fehler bestimmen und entsprechende Kalibrationsparameter zum Kalibrieren der Kamera 200 bestimmen. Diese können dann beim Verarbeiten der von der Kamera 200 gelieferten Rohdaten berücksichtigt werden und/oder im Betrieb der Kamera zur Korrektur der Fehler verwendet werden. By detecting the cut-off lines in the recordings of the calibration device 100 and the control computer can compare with the reference data 203 different mistakes determine and appropriate calibration parameters to calibrate the camera 200 determine. These can then be processed by the camera 200 supplied raw data and / or used in the operation of the camera to correct the errors.

Beispielhafte Fehler sind Abbildungsfehler einer Optik der Kamera 200, Abbildungsfehler durch die Ausrichtung und Positionierung der Kamera 200 und/oder Abbildungsfehler durch eine Ortsabhängigkeit der Empfindlichkeit eines Detektors der Kamera 200. Diese Fehler können dazu führen, dass die Lage und/oder die Form der Hell-Dunkel-Übergänge in den Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren 100 von Referenzwerten abweichen. Exemplary errors are aberrations of an optic of the camera 200 , Aberrations caused by the orientation and positioning of the camera 200 and / or aberrations due to a location dependence of the sensitivity of a detector of the camera 200 , These errors can cause the location and / or shape of the light-dark transitions in the recordings of the calibration device 100 deviate from reference values.

Bisher wurde die Kalibration anhand der Lage und der Form der Hell-Dunkel-Grenzen in den Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren 100 diskutiert. Allerdings können auch weitere Merkmale der Aufnahmen der Vorrichtung zum Kalibrieren 100 zur Kalibration der Kamera 200 verwendet werden. Beispielsweise können auch Helligkeitswerte im Bereich der Aussparungen oder im Bereich zwischen den Aussparungen zur Kalibration herangezogen werden. So können Unterschiede in der Beleuchtungsintensität über die Länge des Sichtfelds in der Objektebene 201 und/oder Unterschiede in der örtlichen Empfindlichkeit eines Sensors der Kamera 200 erkannt und korrigiert werden. In einem Beispiel hat die Vorrichtung zum Kalibrieren 100 im Wesentlichen identische Reflektionseigenschaften im Bereich des Materialbands, in dem sich keine Aussparungen befinden. So far, the calibration was based on the location and shape of the cut-off lines in the images of the device for calibration 100 discussed. However, other features of the recordings of the device may also be calibrated 100 for calibration of the camera 200 be used. For example, brightness values in the area of the recesses or in the area between the recesses can also be used for the calibration. Thus, differences in illumination intensity across the length of the field of view in the object plane 201 and / or differences in the local sensitivity of a sensor of the camera 200 be recognized and corrected. In one example, the device has to calibrate 100 substantially identical reflection properties in the area of the material band in which there are no recesses.

Die hierin besprochenen Vorrichtungen zum Kalibrieren 100 sind besonders vorteilhaft zur Kalibration von Zeilenkameras, da deren Sichtbereich in der Objektebene sich über eine erhebliche Länge erstrecken kann und somit unhandlich lange steife Kalibrationsschablonen nicht mehr erforderlich sind. Allerdings können die hierin beschriebenen Vorrichtungen zum Kalibrieren in gleicher Weise auch zum Kalibrieren von Matrixkameras eingesetzt werden. The calibration devices discussed herein 100 are particularly advantageous for the calibration of line scan cameras, since their field of view in the object plane can extend over a considerable length and thus unwieldy long stiff calibration templates are no longer required. However, the calibration devices described herein may equally be used to calibrate matrix cameras.

Die optische Abtastvorrichtung kann dedizierte Mittel umfassen zum Halten der Vorrichtung zum Kalibrieren. Allerdings können die hierin beschriebenen Vorrichtungen zum Kalibrieren auch in Abwesenheit solcher dedizierten Mittel zur Kalibration eingesetzt werden. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung zum Kalibrieren nach Art eines Rollbandes in einfacher Weise auf die Länge des Sichtfeldes einer Kamera in der Objektebene abgelängt werden und aufgrund des niedrigen Gewichts leicht in der Objektebene positioniert werden. Das erlaubt, gerade gegenüber verhältnismäßig schweren und unhandlichen steifen Kalibrationsschablonen, einen flexiblen Einsatz der Vorrichtung zum Kalibrieren in der optischen Abtastvorrichtung. The optical scanning device may include dedicated means for holding the device for calibration. However, the calibration devices described herein may also be used in the absence of such dedicated calibration means. For example, a roller-belt-type calibrator may be easily cut to the length of the field of view of a camera in the object plane, and easily positioned in the object plane due to its low weight. This allows flexible use of the device for calibrating in the optical scanning device, especially in relation to relatively heavy and bulky rigid calibration templates.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2081390 B1 [0002]
DE 102006034350 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN 10027 [0009]
DIN EN 10027 [0009]
DIN EN 10027 [0009]
DIN EN 10027 [0065]
DIN EN 10027 [0065]

Claims

Apparatus for calibrating a camera, comprising: a web of material having one or more recesses that is reversibly convertible from a first to a second spatial configuration, wherein a dimension of the device for calibrating a camera shortens in a first spatial direction by the transfer of the material band from the second to the first spatial configuration, wherein at least a portion of the web of material in the second spatial configuration forms an elongated calibration template having at least one of the one or more recesses.

The device of claim 1, wherein the web of material in the first spatial configuration is at least partially rolled up.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material strip in the second spatial configuration extends at least partially in a plane.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material band comprises a metal.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material strip comprises a spring steel.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material strip comprises a steel with steel group number 40 or 43 according to DIN EN 10027.

Device according to one of the preceding claims, wherein the recesses are arranged at the same distance.

Devices according to one of the preceding claims, wherein a distance between two recesses corresponds to the length of the recesses.

Device according to one of the preceding claims, wherein the device is designed in the manner of a rolling band.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material band has a crowning or curvature.

Apparatus according to any of the preceding claims, wherein the material band is dimensionally stable in the second spatial configuration.

Device according to one of the preceding claims, wherein the material band has a certain thickness and the recesses are continuous through the thickness of the material band.

Device according to one of the preceding claims, wherein the recesses are covered on one side of the material strip.

Apparatus according to any one of the preceding claims, further comprising a holding mechanism adapted to hold the band of material in the first spatial and / or second spatial configuration.

Device according to one of the preceding claims, wherein a length of the calibration template is adjustable.

Apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the area of the web of material forming an elongate calibration template in the second spatial configuration covers at least 50% of the length of the web of material.

Apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the band of material comprises a plurality of recesses arranged along a length of the elongate calibration template.

Calibration system comprising: a device for calibrating a camera according to one of the preceding claims, which can be arranged in the object plane of a camera to be calibrated; and a calibration calculator configured to calibrate the camera based on one or more exposures of the device for calibrating a camera.

Calibration system according to one of the preceding claims, wherein the calibration calculator is adapted to detect light-dark boundaries in the one or more recordings of the device for calibration.

Optical scanning device comprising: a camera arranged to receive an image in the object plane; and a calibration system according to one of claims 18 or 19.

Optical scanning device according to claim 20, further comprising a lighting means, which is arranged on a side facing away from the camera of the object plane, so that the recesses of the device are calibrated for calibration.

An optical pickup apparatus according to claim 20, further comprising a lighting means based on the same side of the object plane as the camera is arranged, so that the device for illumination in a Auflichtanordnung be illuminated.

An optical pickup according to any one of the preceding claims, further comprising means for fixing the device for calibrating a camera in the second spatial configuration in the object plane of the camera.

Optical scanning device according to one of the preceding claims, wherein the camera is a line scan camera.

Optical scanning device according to one of the preceding claims, wherein the camera is arranged to monitor a moving web.

Optical scanning device according to claim 25, wherein the device for calibrating a camera, is arranged perpendicular to a running direction of the web.

A method of calibrating a camera comprising: transferring a device for calibrating a camera according to one of the preceding claims from a first to a second spatial configuration; arranging the device for calibrating a camera in the second spatial configuration in an object plane of the camera; comparing a picture of the device to calibrate a camera with reference data; and calibrating the camera based on a deviation of the recording of the device for calibrating a camera from the reference data.

The method of claim 27, wherein the means for calibrating covers an entire measuring range of the camera.

Method according to one of the preceding claims, further comprising: detecting the location of light-dark boundaries in the receptacle of the apparatus for calibrating a camera; and calibrating the camera based on a deviation of the position of the light-dark boundaries in the recording of the device for calibrating a camera from the location of the cut-off lines according to the reference data.