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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera sowie ein System zum Kalibrieren einer Kamera.
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Aus der
WO 2010/081509 A ist eine Anordnung zur visuellen Oberflächeninspektion mit mehreren Kameras bekannt. Die Kameras sind Zeilenkameras, die sehr nahe an der Oberfläche angeordnet sind und aneinanderstoßende bzw. sich leicht überlappende Bildfenster aufweisen.
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Mit einer solchen Kameraanordnung kann eine abzutastende Oberfläche mit hoher Auflösung abgetastet werden, wobei kostengünstige Objektive verwendet werden können. Aufgrund des geringen Abstandes gibt es keine oder nur geringe Beeinträchtigungen bezüglich der exakten Abbildung der jeweiligen Farben durch die Objektive auf die Kameras.
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Bei Verwendung einer einzelnen, hochauflösenden Kamera mit großem Abstand wäre ein wesentlich hochwertigeres Objektiv notwendig, um die Oberfläche mit der gleichen Qualität abtasten zu können.
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Damit die einzelnen Kameras mit gleicher Qualität die Oberfläche abtasten, ist ein Kalibrier- und Einrichtverfahren vorgesehen, bei welchem Referenzeinheiten, welche jeweils mit einer vorgeschriebenen Farbreferenz ausgeführt sind, mittels eines Riemens bewegt werden, so dass die Referenzeinheiten aufeinanderfolgend von den einzelnen Kameras abgetastet werden.
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Diese Referenzeinheiten werden vorzugsweise in eine Parkposition verfahren, wenn sie nicht gebracht werden, in welcher sie abgedeckt sind, um vor Verschmutzung, Staub und Licht geschützt zu sein. Eine Lichteinstrahlung führt zu einer beschleunigten Alterung der Farbreferenzen.
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Zusätzlich kann eine Messkamera vorgesehen sein, mit welcher die Unversehrtheit der Oberfläche aller Referenzeinheiten von Beschädigungen (Kratzer etc.) und Staub gemessen wird.
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Diese Anordnung hat sich sehr bewährt, da hierdurch zuverlässig mit mehreren Kameras gemeinsam eine Oberfläche zeilenförmig abgetastet werden kann, wobei die Bilder der unterschiedlichen Kameras zu einem Bild zusammengefügt werden können.
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Aus der
DE 10 2010 062 696 A1 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Justieren eines Fahrzeug-Umfeldsensors hervor. Vor einem Fahrzeug wird ein Gestell angeordnet, das im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. An der in Richtung auf das Fahrzeug ausgerichteten Seite des Gestells ist eine Kalibriertafel vorgesehen. Die Kalibriertafel kann beweglich an das Gestell angebracht sein. Die Kalibriertafel ist hierzu entlang einer vertikalen Schiene und entlang einer horizontalen Schiene verfahrbar ausgebildet. Es sind auch Ausführungen mit zusätzlichen Freiheitsgraden, wie z. B. einer Verschiebung in z-Richtung und Rotationen um eine oder mehrere der drei Raumachsen, möglich. Mit dieser Tafel wird der Umfeldsensor im Fahrzeug justiert bzw. kalibriert. Eine solche Justierung oder Kalibrierung ist notwendig, wenn ein solcher Umfeldsensor in das Fahrzeug eingebaut wird oder wenn die Fahrwerksgeometrie groben Veränderungen unterliegt.
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Aus der
DE 44 39 972 C2 geht eine Vorrichtung zur Messung von Materialeigenschaften eines flächenhaften Messgutes hervor. Mit dieser Vorrichtung wird ein flächenhaftes Gut mittels einer Strahlenquelle, wie z. B. einer Strahlenquelle für radioaktive Strahlung oder Infrarotstrahlung bestrahlt. Es ist eine Blende vorgesehen, durch die die Strahlung auf das zu testende Gut austritt. Entlang der Blende kann ein Band bewegt werden, um einen Detektor zu kalibrieren. Für den normalen Messbetrieb weist das Band ein Fenster auf, durch das die Strahlung ungehindert durchtreten kann. Auf dem Band sind mehrere Kalibriermuster angeordnet, welche in den Bereich zwischen der Strahlenquelle und dem Detektor durch Bewegen des Bandes gebracht werden können. Durch Anordnen unterschiedlicher Kalibriermuster in den Strahlengang kann der Detektor kalibriert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs erläuterte Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera derart weiter zu bilden, dass die Referenzen auf einfache Art und Weise vorgehalten und auch zuverlässig und sicher in einer schmutzbelasteter Umgebung eingesetzt werden können.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera umfasst eine Kalibrierscheibe mit mehreren Referenzfarbfeldern, welche jeweils in einer vorbestimmten Referenzfarbe ausgebildet sind, eine Transporteinrichtung zum translatorischen Bewegen der Kalibrierscheibe entlang einem Sichtfeld einer zu kalibrierenden Kamera, wobei die Transporteinrichtung einen Drehmechanismus zum Drehen der Kalibrierscheibe während der translatorischen Bewegung aufweist.
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Durch das Anordnen der Referenzfarbfelder auf einer Kalibrierscheibe, welche beim Kalibrieren translatorisch als auch rotatorisch bewegt wird, können viele Referenzfarbfelder auf einer einzigen Scheibe angeordnet werden und alle Referenzfarbfelder von zumindest einem Teil der Sensorelemente der Kamera aufeinanderfolgend abgetastet werden. Hierdurch kann eine einzige Kalibrierscheibe zum Kalibrieren der Kamera genügen.
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Dadurch, dass alle Referenzfarbfelder auf einer Kalibrierscheibe angeordnet sind, ist es möglich, die Referenzscheibe einfach an einem verschmutzungssicheren Ort aufzubewahren, wobei dann alle Referenzfarbfelder vor Verschmutzung gesichert sind.
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Durch die kombinierte translatorische und rotatorische Bewegung der Kalibrierscheibe werden die einzelnen Referenzfarbfelder in kurzen Abständen aufeinanderfolgend an Punkten platziert, die von bestimmten Sensorelementen der Kamera erfasst werden, so dass diese Sensorelemente mit Hilfe der erfassten vorzugsweise aller Referenzfarbfelder kalibriert werden können.
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Vorzugsweise ist die Kalibrierscheibe lösbar an der Transportvorrichtung befestigt. Dies erlaubt zum einen ein Lösen der Kalibrierscheibe zum sicheren Verstauen an einem schmutzfreien Ort sowie zum anderen ein einfaches Austauschen mit einer weiteren Kalibrierscheibe, falls ein anderer Satz von Referenzfarben gewünscht wird. Je nach Kameratyp und/oder Typ der abzutastenden Objekte kann es zweckmäßig sein, die Kamera unterschiedlich zu kalibrieren und deshalb auch einen unterschiedlichen Satz von Referenzmustern einzusetzen.
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Die von der Transporteinrichtung ausgeführte translatorische Bewegung ist vorzugsweise eine geradlinige Bewegung. Die translatorische Bewegung kann jedoch auch eine Bewegung entlang einer einfach oder mehrfach gekrümmten Linie bzw. Trajektorie sein. Die Trajektorie liegt vorzugsweise in einer Ebene bzw. Fläche, welche parallel zur abzutastenden Oberfläche verläuft. Insbesondere ist der Abstand, der die translatorische Bewegung beschreibenden Linie bzw. Trajektorie entlang der gesamten Bewegung der Kalibrierscheibe konstant zur abzutastenden Oberfläche.
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Die Kalibrierscheibe weist vorzugsweise Synchronisationsmarken auf, so dass anhand der Synchronisationsmarken in einem mit der Kamera erfassten Bild die Position der Kalibrierscheibe bestimmbar ist. Periphere Synchronisationsmarken sind am Umfang der Kalibrierscheibe angeordnet. Es genügt das Vorsehen einer einzelnen oder einiger weniger peripherer Synchronisationsmarken, um die Drehposition der Kalibrierscheibe detektieren zu können. Selbst bei Verwendung einer Zeilenkamera, welche die Kalibrierscheibe zeilenförmig abtastet, genügt eine oder einige wenige periphere Synchronisationsmarken.
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In der Regel wird eine Serie von Bildern aufgenommen und untersucht, wobei zunächst die Bilder bestimmt werden, in welchen zumindest eine der Synchronisationsmarke enthalten ist. Diesen Bildern kann die jeweilige Position der Kalibrierscheibe anhand der Synchronisationsmarke zugeordnet werden. Anhand der Translationsgeschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit, die vorzugsweise beide konstant gehalten werden, können dann die Positionen der Kalibrierscheibe berechnet werden, die die Kalibrierscheibe bei Aufnahme der weiteren Bildern hatte, obwohl in diesen weiteren Bildern keine Synchronisationsmarke enthalten sein muss.
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Vorzugsweise sind auch die Drehgeschwindigkeit und die Translationsgeschwindigkeit zueinander synchronisiert.
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Die Kalibrierscheibe weist vorzugsweise eine zentrale Synchronisationsmarke im Bereich ihres Drehpunktes auf. Mit einer solchen zentralen Synchronisationsmarke kann die Translationsposition bestimmt werden. Eine solche zentrale Synchronisationsmarke ist vorzugsweise als kreisförmiger, schwarzer Punkt ausgebildet.
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Die Referenzfarbbilder können in konzentrischen Kreisen um den Drehpunkt der Kalibrierscheibe angeordnet sein. Vorzugsweise erstrecken sie sich jeweils um den gleichen Winkelabstand.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Referenzfarbfelder spiralförmig auf der Kalibrierscheibe angeordnet. Die Steigung der Spirale ist vorzugsweise so mit der Drehgeschwindigkeit und der Translationsgeschwindigkeit abgestimmt, dass bei einer vollständigen Drehung der Kalibrierscheibe die Kalibrierscheibe um eine Steigung der Spirale translatorisch fortbewegt wird. Hierdurch werden in den Bereichen in der translatorischen Bewegungsrichtung vor dem Mittelpunkt der Kalibrierscheibe jeweils an den Punkten einer Linie die einzelnen Referenzfarbfelder aufeinanderfolgend angeordnet. Ist die Kamera eine Zeilenkamera und ist die Zeilenkamera derart ausgerichtet, dass eine Abtastlinie mit dieser Linie fluchtet, dann sehen alle Sensorelemente der Kamera alle Referenzfarbfelder aufeinanderfolgend und können somit mittels aller Referenzfarben kalibriert werden.
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Die Kalibrierscheibe weist vorzugsweise zumindest zwanzig, insbesondere zumindest fünfundzwanzig Referenzfarbfelder auf. Die Kalibrierscheibe kann auch zumindest fünfzig oder auch zumindest hundert Referenzfarbfelder aufweisen.
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Die Transporteinrichtung besitzt einen Schlitten, an welchem die Kalibrierscheibe drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist die Transporteinrichtung derart ausgebildet, dass die Kalibrierscheibe synchron mit der translatorischen Bewegung gedreht wird. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen eines Zahnrades realisiert sein, das von einer, die Kalibrierscheibe haltenden Drehwelle durchgriffen wird, wobei das Zahnrad in kämmenden Eingriff mit einer Zahnstange steht, welche sich entlang einer Translationstrajektorie erstreckt.
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Der Schlitten kann beispielsweise mittels einer Gewindestange oder eines Riemens translatorisch bewegt werden. Zum Antrieb der Transporteinrichtung kann eine Antriebseinheit mit einem Motor vorgesehen sein.
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Ein System zum Kalibrieren einer Kamera umfasst eine oben erläuterte Kalibriervorrichtung sowie ein Softwaremodul zum Kalibrieren der Kamera. Das Softwaremodul weist folgende Funktionen auf:
- a) Steuern der Bildaufnahme zu vorbestimmten Zeitpunkten,
- b) Bestimmen der Position der Kalibrierscheibe bzgl. der zu kalibrierenden Kamera,
- c) Zuordnen der Referenzfarbfelder der Kalibrierscheibe zu Bildpunkten eines mit der Kamera erfassten Bildes der Kalibrierscheibe, und
- d) Kalibrieren der Kamera anhand der erfassten Bildpunkte und der durch die Referenzfarbbereiche vorgegebenen Referenzfarben.
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Das Steuern der Bildaufnahme zu vorbestimmten Zeitpunkten kann beispielsweise anhand vorbestimmter zeitlicher Abstände erfolgen. Durch Detektion von auf der Kalibrierscheibe vorhandener Synchronisationsmarken können dann den erfassten Bildern jeweils die entsprechenden Positionen der Kalibrierscheibe zugeordnet werden, wodurch bestimmt werden kann, welches Sensorelement welches Referenzfarbfeld sieht. Das Steuern der Bildaufnahmen kann jedoch auch mit der Bewegung der Kalibrierscheibe synchronisiert sein, indem zum Beispiel die Transporteinrichtung ein Pulssignal erzeugt, wobei der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen einem vorbestimmten Bewegungsweg der Kalibrierscheibe entspricht, so dass synchron zu diesen Pulsen die einzelnen Bilder aufgenommen werden können.
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Die Position der Kalibrierscheibe kann beispielsweise anhand der Synchronisationsmarken bestimmt werden. Sie kann jedoch auch anhand einer Startposition und den oben erläuterten Pulsen oder einer vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit der Kalibrierscheibe bestimmt werden.
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Anhand der ermittelten Positionen der Kalibrierscheibe können die Bildpunkte der mit der Kamera erfassten Bilder den jeweiligen Referenzfarbbereichen der Kalibrierscheibe zugeordnet werden.
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Die Kamera kann anhand der erfassten Bildpunkte und der durch die Referenzfarbbereiche vorgegebenen Referenzfarben kalibriert werden.
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Wenn davon ausgegangen werden kann, dass alle Sensorelemente einer Kamera, die etwa gleich funktionieren, dann können für alle Sensorelemente die gleichen Kalibrierfaktoren ermittelt werden. In der Praxis ist es jedoch oftmals so, dass ein erheblicher Unterschied in der Sensitivität der einzelnen Sensorelemente einer Kamera bestehen kann. Dann ist es zweckmäßig, wenn das Softwaremodul eine weitere Funktion zum Zuordnen der Bildpunkte eines mit der Kamera erfassten Bildes der Kalibrierscheibe zu den jeweiligen Sensorelementen, mit welchen diese Bildpunkte aufgenommen worden sind, aufweist. Hierdurch ist es möglich, jedes einzelne Sensorelement der Kamera separat zu kalibrieren.
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Die Kalibriervorrichtung mit einer translatorisch und drehend bewegten Kalibrierscheibe ist besonders vorteilhaft bei Verwendung einer Zeilenkamera, da entlang einer Abtastzeile an den einzelnen Punkten eine Vielzahl von Referenzfarbbildern nacheinander folgend angeordnet werden können.
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Das System kann auch mehrere Kameras aufweisen. Die Kameras können insbesondere Zeilenkameras sein, die zueinander fluchtend entlang einer gemeinsamen Linie bzw. Geraden angeordnet sind, wobei ihre Bildfenster aneinanderstoßen bzw. leicht überlappend angeordnet sind. Aufgrund der Kalibriervorrichtung ist es möglich, dass die Sensitivität der einzelnen Kameras derart kalibriert wird, dass die Kameras mit gleicher Qualität eine abzutastende Oberfläche erfassen. Mit dem Kalibrierverfahren können unterschiedlichste Korrekturen ausgeführt werden, wie zum Beispiel
- - Korrektur der unterschiedlichen Sensitivität der Sensorelemente mittels entsprechender Verstärkungsfaktoren,
- - Korrektur der geometrischen Eigenschaften, wie Objektivverzerrung, Verkippung der Kameras, durch lokale Interpolation und Abtastung,
- - Korrektur einer nicht gleichmäßigen Ausleuchtung durch entsprechende Verstärkungsfaktoren,
- - spektrale Korrektur durch spektral unterschiedliche Verstärkungsfaktoren.
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Das Softwaremodul zum Kalibrieren der Kamera ist vorzugsweise auf einer Steuereinrichtung gespeichert und ausführbar. Die Steuereinrichtung ist zumindest mit der Kamera verbunden, um diese anzusteuern und die mit der Kamera erfassten Bilder auszulesen und auszuwerten. Die Steuereinrichtung kann auch mit der Transporteinrichtung verbunden sein, um entsprechende Informationen über den Ort der Kalibrierscheibe von der Transporteinrichtung zu erhalten. Falls die Kalibrierscheibe Synchronisationsmarken aufweist, mit welchen der Ort bzw. die Position der Kalibrierscheibe durch Auswerten der erfassten Bilder erfasst werden kann, dann ist eine Verbindung der Steuereinrichtung mit der Transporteinrichtung überflüssig.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:
- 1 eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera zusammen mit einer Zeilenkamera, und
- 2 eine Kalibrierscheibe der Vorrichtung aus 1 in der Draufsicht.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Kalibrieren einer Kamera 2 weist eine Kalibrierscheibe 3 mit mehreren Referenzfarbfeldern 4 auf.
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Die Kalibrierscheibe 3 ist auf einer Transporteinrichtung 5 angeordnet, welche zum translatorischen Bewegen der Kalibrierscheibe 3 entlang einem Sichtfeld 6 der zu kalibrierenden Kamera 2 und zum gleichzeitigen Drehen der Kalibrierscheibe 3 während der translatorischen Bewegung ausgebildet ist.
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Die Transporteinrichtung 5 weist eine geradlinige Führungsschiene 7, einen Schlitten 8, der entlang der Führungsschiene 7 verschieblich gelagert ist, eine Gewindestange 9, welche parallel zum Schlitten 8 angeordnet und drehbar gelagert ist. Die Gewindestange 9 erstreckt sich durch eine Gewindebohrung im Schlitten 8 und befindet sich in kämmendem Eingriff mit dieser Gewindebohrung, so dass beim Drehen der Gewindestange der Schlitten 8 entlang der Führungsschiene 7 bewegt wird.
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An einem Ende der Gewindestange 9 ist eine Antriebseinheit angeordnet, welche einen Motor 10 und ein Getriebe 11 aufweist. Mit dieser Antriebseinheit kann die Gewindestange 9 mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht werden, so dass der Schlitten 8 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit eine Translationsbewegung entlang der Führungsschiene 7 ausführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Translationsbewegung eine geradlinige Bewegung. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass die Translationsbewegung einer anderen Trajektorie als entlang einer geraden Linie folgt, insbesondere eine einfach oder mehrfach gekrümmte Trajektorie. Eine Transporteinrichtung, welche eine von der geradlinigen Trajektorie abweichende translatorische Trajektorie erzeugt, kann beispielsweise mittels einer gekrümmten Führungsschiene und einem Antriebsriemen zum Bewegen des Schlittens 8 ausgebildet sein.
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Auf dem Schlitten 8 befindet sich eine drehbar gelagerte Welle 12, an welcher die Kalibrierscheibe 3 lösbar befestigt ist. Auf der Welle 12 ist ein Zahnrad 13 befestigt, das mit einer linearen Zahnstange 14 in kämmendem Eingriff steht. Die Zahnstange 14 erstreckt sich parallel zur Führungsschiene 7. Hierdurch wird bei einer translatorischen Bewegung des Schlittens 8 die Welle 12 von dem entlang der Zahnstange 14 abrollenden Zahnrad 13 gedreht. Die Kalibrierscheibe 3 führt somit eine Drehbewegung aus, die mit der translatorischen Bewegung synchronisiert ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zahnstange 14, die Führungsschiene 7 und die Gewindestange 9 vertikal übereinander angeordnet. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Gewindestange 9 seitlich neben der Führungsschiene 7 anzuordnen, um so den Bauraum für die Transporteinrichtung 5 möglichst klein zu halten. Die Kalibrierscheibe 3 ist mit ihrer Ebene senkrecht zur Welle 12 und damit parallel zur Führungsschiene 7 bzw. Gewindestange 9 oder Zahnstange 14 angeordnet.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 2 eine Zeilenkamera, welche mit Blickrichtung zur Transporteinrichtung 5 bzw. zur Kalibrierscheibe 3 angeordnet ist. Die Kamera 2 ist mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden. Auf der Steuereinrichtung 15 ist ein Softwaremodul zum Kalibrieren der Kamera gespeichert und ausführbar, das vorbestimmte Funktionen zum Kalibrieren der Kamera 2 aufweist.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Referenzfarbfelder 4 in konzentrischen Ringen auf der Kalibrierscheibe 3 angeordnet. Die Kalibrierscheibe 3 ist in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet (2). In der Mitte der Kalibrierscheibe 3 befindet sich ein schwarzer, kreisförmiger Punkt, der eine zentrale Synchronisationsmarke 16 bildet, um die aufgrund der translatorischen Bewegung eingenommene Position der Kalibrierscheibe 3 zu detektieren. Am Umfangsbereich der Kalibrierscheibe 3 ist ein weißer, umlaufender Streifen 17 ausgebildet, mit welchem eine Shading-Korrektur ausführbar ist. Deshalb wird dieser Streifen im Folgenden als Shading-Streifen 17 bezeichnet. Im Bereich des Shading-Streifens 17 befinden sich periphere Synchronisationsmarken 18, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem bis zu vier schwarzen Strichen ausgebildet sind. Mit diesen am Umfang angeordneten Synchronisationsmarken 18 lässt sich die Drehposition der Kalibrierscheibe 3 einfach detektieren. Die Referenzfarbfelder 4 sind jeweils in einer bestimmten, vorgegebenen Referenzfarbe ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 24 Referenzfarbfelder 4 vorgesehen. Die Kalibrierscheibe 3 kann auch mehr Referenzfarbfelder 4, insbesondere zumindest 30 bzw. zumindest 40, vorzugsweise zumindest 50 Referenzfarbfelder 4 aufweisen.
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Die Seitenfläche der Kalibrierscheibe 3, auf welche die Referenzfarbfelder 4, die Synchronisationsmarken 16, 18 sowie der Shading-Streifen 17 ausgebildet sind, ist auf der Transporteinrichtung 5 zur Kamera 2 weisend angeordnet. Somit wird mit der Kamera 2 diese Seite der Kalibrierscheibe 3 vom Sichtfeld 6 erfasst.
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Vorzugsweise sind die Drehbewegung und die translatorische Bewegung der Transporteinrichtung 5 derart zueinander abgestimmt, dass die Kalibrierscheibe 3 bei einer vollständigen Drehung etwa um die radiale Breite b der Referenzfarbfelder 4 oder weniger in Translationsrichtung fortbewegt wird, wodurch sichergestellt wird, dass ein jedes Sensorelement der Kamera 2 alle Referenzfarbfelder 4 eines jeweiligen Ringes bei einer Umdrehung der Kalibrierscheibe 3 sehen kann. Falls die Referenzfarbfelder 4 eine unterschiedliche radiale Breite b aufweisen sollten, dann ist die Drehgeschwindigkeit mit der translatorischen Bewegung vorzugsweise so abgestimmt, dass dies für die kleinste radiale Breite b der Referenzfarbfelder 4 gilt.
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Nachfolgend wird der Betrieb der Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren der Kamera 2 erläutert.
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Die Kalibriervorrichtung 1 wird zunächst im Sichtfeld 6 der Kamera 2 angeordnet. Die Kamera 2 kann grundsätzlich eine beliebige Kamera sein. Typischerweise wird die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung 1 zum Kalibrieren von Kameras von optischen Inspektionssystemen verwendet, welche ortsfest gegenüberliegend zu einer Transportbahn angeordnet sind, auf welcher vorbestimmte Produkte oder Pakete befördert werden, wobei sie gleichzeitig von der Kamera 2 abgetastet werden.
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Nach dem Anordnen der Kalibriervorrichtung 1 im Sichtfeld 6 der Kamera 2 wird die Steuereinrichtung 15 in einen Kalibriermodus geschaltet. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 15 mit dem Motor 10 verbunden, so dass sie die Transporteinrichtung 5 zum Bewegen der Kalibrierscheibe 3 ansteuern kann.
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Die Kalibrierscheibe 3 wird vorzugsweise mit konstanter Lineargeschwindigkeit (translatorische Bewegung) als auch mit konstanter Drehgeschwindigkeit im Sichtfeld 6 der Kamera 2 bewegt, während gleichzeitig zu vorbestimmten Zeitpunkten mit der Kamera 2 Bilder aufgenommen werden, in welchen jeweils die Kalibrierscheibe 3 abgebildet ist.
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Der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Bilder ist so gewählt, dass ein Referenzfarbfeld 4 nicht zwischen diesen Abständen vollständig am Sichtbereich eines Sensorelementes der Kamera 2 vorbeibewegt werden kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass alle Referenzfarbfelder 4, die ein Sensorelement passieren, auch in einem Bild erfasst werden.
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In den einzelnen Bildern können die Synchronisationsmarken 16, 18 enthalten sein. Aus der Serie der Bilder werden zunächst die Bilder extrahiert, welche die am Umfang angeordneten peripheren Synchronisationsmarken 18 enthalten, um für diese Bilder die jeweilige Drehposition der Kalibrierscheibe 3 zu bestimmen. Die translatorische Position der Kalibrierscheibe wird bei diesen Bildern anhand der zentralen Synchronisationsmarke 16 ermittelt. Für die weiteren Bilder dieser Bilderserie werden die Positionen der Kalibrierscheibe 3 anhand der bereits ermittelten Positionen der Kalibrierscheibe beim Aufnehmen der anderen Bilder und durch Interpolation mittels der translatorischen Geschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit bestimmt. Somit wird einem jeden Bild die jeweilige Position der Kalibrierscheibe 3 zugeordnet.
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Anhand dieser Positionen der Kalibrierscheibe 3, die den jeweiligen Bildern zugeordnet sind, können die Referenzfarbfelder 4 der Kalibrierscheibe den jeweiligen Bildpunkten eines mit der Kamera erfassten Bildes der Kalibrierscheibe zugeordnet werden.
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Die Kamera kann dann anhand der erfassten Bildpunkte und den durch die Referenzfarbbereiche vorgegebenen Referenzfarben in an sich bekannter Weise kalibriert werden. Hierbei können unterschiedliche Korrekturen vorgenommen werden.
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Die Kalibrierung der Kamera kann z. B. gemäß folgendem Verfahren erfolgen:
- Die Kamera weist einen Sensor mit mehreren Sensorelementen auf. Jedes Sensorelement erzeugt ein elektrisches Signal, das einem Farbintensitätswert der Farbe entspricht, die auf dem Referenzfarbfeld ausgebildet ist, auf das das jeweilige Sensorelement blickt bzw. das auf dieses Sensorelement abgebildet wird. Bei Farbsensoren gibt es Sensorelemente für unterschiedliche Farben, wie z. B. für die Farben Rot, Grün und Blau, welche in der Regel mit entsprechenden Farbfiltern versehen sind. Die Sensorelemente einer bestimmten Farbe bilden einen Farbkanal.
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Beim Kalibrieren werden die Sensorwerte aller Farbkanäle ermittelt und mit Referenzwerten für die Farben der Referenzfarbfelder verglichen. Im Allgemeinen werden diese Referenzwerte durch Messungen mittels eines Spektralphotometers bestimmt.
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Danach wird eine Abbildungsfunktion bestimmt, die die Signalwerte so abbildet, dass diese möglichst nahe den Referenzwerten sind.
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Eine solche Abbildung kann typischerweise mittels einer n x n-Matrix dargestellt werden, wobei n die Anzahl der Farbkanäle ist. Die Koeffizienten dieser Matrix können mit der Methode der kleinsten Quadrate ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kalibriervorrichtung
- 2
- Kamera
- 3
- Kalibrierscheibe
- 4
- Referenzfarbfeld
- 5
- Transporteinrichtung
- 6
- Sichtfeld
- 7
- Führungsschiene
- 8
- Schlitten
- 9
- Gewindestange
- 10
- Motor
- 11
- Getriebe
- 12
- Welle
- 13
- Zahnrad
- 14
- Zahnstange
- 15
- Steuereinrichtung
- 16
- zentrale Synchronisationsmarke
- 17
- Shading-Streifen
- 18
- periphere Synchronisationsmarke
