DE102016113228A1

DE102016113228A1 - System with camera, projector and evaluation device

Info

Publication number: DE102016113228A1
Application number: DE102016113228.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Voigt
Original assignee: Ensenso GmbH
Current assignee: Optonic De GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18
Also published as: WO2018015273A1; EP3485636A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zur dreidimensionalen Erfassung eines Objekts (O) umfassend – einen Projektor (15) zur Projektion eines Prüfmusters (70) auf ein Objekt, – mindestens eine Kamera mit einem Bildsensor zur Erfassung von Prüfbildern (B1, B2), die das Objekt mit dem auf das Objekt projizierten Prüfmuster (70) umfassen, und – eine Auswerteeinrichtung (30; 130) zur Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten einer Objektoberfläche (OO) des Objekts anhand der Prüfbilder (B1, B2) oder eine Schnittstelle (34) zur Ausgabe von Prüfbildern (B1, B2) an eine derartige Auswerteeinrichtung (30; 130), wobei ein erstes Prüfbild (B1) einer ersten Relativposition (S1) und mindestens ein zweites Prüfbild (B2) einer zweiten Relativposition des Prüfmusters (70) und des Objekts in Bezug auf eine Stellachse (S) zugeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass das Prüfmuster (70) aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden (71A–72D) aufweist, die ineinander übergehende helle und dunkle Bereiche (84, 85) in einer Feinauflösung (82) aufweisen, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden voneinander verschiedene Identifizierungsmuster (80A–80D) zur Identifizierung der Hell-Dunkel-Perioden und zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden voneinander aufweisen, wobei die Identifizierungsmuster eine gegenüber der Feinauflösung (82) gröbere Grobauflösung (83) aufweisen, so dass durch die ineinander übergehenden hellen und dunklen Bereiche (84, 85) der Hell-Dunkel-Perioden bewirkte Helligkeitsverläufe (79) des ersten Prüfbilds (B1) und des zweiten Prüfbilds (B2) anhand von den Identifizierungsmustern zugeordneten Bilddaten des ersten Prüfbilds (B1) und des zweiten Prüfbilds (B2) durch die Auswerteeinrichtung unterscheidbar sind.The invention relates to a system (10) for three-dimensional detection of an object (O) comprising - a projector (15) for projecting a test pattern (70) onto an object, - at least one camera having an image sensor for acquiring test images (B1, B2) comprising the object with the test pattern projected onto the object, and an evaluation device for determining three-dimensional coordinates of an object surface of the object based on the test images or an interface for outputting test images (B1, B2) to such an evaluation device (30; 130), wherein a first test image (B1) of a first relative position (S1) and at least one second test image (B2) of a second relative position of the test pattern (70) and of the Object with respect to a control axis (S) are assigned. It is contemplated that the test pattern (70) comprises successive light-dark periods (71A-72D) having merging light and dark regions (84, 85) in a fine resolution (82), wherein at least two consecutive light-dark -Periods have different identification patterns (80A-80D) for identifying the light-dark periods and for distinguishing the light-dark periods from each other, wherein the identification pattern compared to the fine resolution (82) coarser coarse resolution (83), so that the merging light and dark areas (84, 85) of the light-dark periods caused brightness gradients (79) of the first test image (B1) and the second test image (B2) on the basis of the identification patterns associated image data of the first test image (B1) and the second test pattern (B2) by the evaluation are distinguishable.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur dreidimensionalen Erfassung eines Objekts umfassend

– einen Projektor zur Projektion eines Prüfmusters auf ein Objekt,
– mindestens eine Kamera mit einem Bildsensor zur Erfassung von Prüfbildern, die das Objekt mit dem auf das Objekt projizierten Prüfmuster umfassen, und
– eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten einer Objektoberfläche des Objekts anhand der Prüfbilder oder eine Schnittstelle zur Ausgabe von Prüfbildern an eine derartige Auswerteeinrichtung, wobei ein erstes Prüfbild einer ersten Relativposition des Prüfmusters und des Objekts in Bezug auf eine Stellachse und mindestens ein zweites Prüfbild einer von der ersten Relativposition verschiedenen zweiten Relativposition des Prüfmusters und des Objekts in Bezug auf die Stellachse zugeordnet sind.

The invention relates to a system for three-dimensional detection of an object comprising

A projector for projecting a test pattern onto an object,
At least one camera with an image sensor for acquiring test images which comprise the object with the test pattern projected onto the object, and
An evaluation device for determining three-dimensional coordinates of an object surface of the object based on the test images or an interface for outputting test images to such an evaluation device, wherein a first test image of a first relative position of the test pattern and the object with respect to a control axis and at least one second test image of the first relative position are assigned to different second relative position of the test pattern and the object with respect to the adjusting axis.

Ein derartiges System ist z.B. in DE 10 2013 015 777 A1 beschrieben. Das System umfasst eine Stereokamera, d.h. eine erste Kamera und eine zweite Kamera sowie einen in das Gehäuse der Stereokamera integrierten Projektor. Der Projektor ist insoweit verstellbar, dass er beispielsweise ein Prüfmuster in zwei voneinander verschiedenen Einstellungen auf das Objekt projizieren kann, sodass auf diesem Weg eine Abstandsmessung zu dem Objekt möglich ist oder das Objekt dreidimensional erfasst werden kann. Das Prüfmuster ist beispielsweise ein Gittermuster oder ein Muster mit nicht repetitiven Strukturen, zum Beispiel ein Punktmuster oder Pixel-Muster, was eine Ermittlung dreidimensionaler Daten grundsätzlich ermöglicht. Allerdings ist die Messgenauigkeit aufgrund der Rasterung bzw. des Pixel-Musters in manchen Fällen nicht ausreichend.Such a system is eg in DE 10 2013 015 777 A1 described. The system includes a stereo camera, ie, a first camera and a second camera, and a projector integrated in the housing of the stereo camera. The projector is adjustable to the extent that it can project, for example, a test pattern in two different settings on the object, so that in this way a distance measurement to the object is possible or the object can be detected in three dimensions. The test pattern is, for example, a grid pattern or a pattern having non-repetitive structures, for example, a dot pattern or a pixel pattern, which basically enables detection of three-dimensional data. However, the measurement accuracy due to the screening or the pixel pattern is in some cases not sufficient.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messgenauigkeit bei einem System der eingangs genannten Art zu erhöhen.It is therefore the object of the present invention to increase a measurement accuracy in a system of the type mentioned.

Bei einem System der eingangs genannten Art ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass das Prüfmuster aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden aufweist, die ineinander übergehende helle und dunkle Bereiche in einer Feinauflösung aufweisen, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden voneinander verschiedene Identifizierungsmuster zur Identifizierung der Hell-Dunkel-Perioden und zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden voneinander aufweisen, wobei die Identifizierungsmuster eine gegenüber der Feinauflösung gröbere Grobauflösung aufweisen, so dass durch die ineinander übergehenden hellen und dunklen Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden bewirkte Helligkeitsverläufe des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds anhand von den Identifizierungsmustern zugeordneten Bilddaten des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds durch die Auswerteeinrichtung unterscheidbar sind.In a system of the type mentioned is provided for solving the problem that the test pattern has successive light-dark periods, which have merging light and dark areas in a fine resolution, at least two consecutive light-dark periods from each other different identification patterns Identification of the light-dark periods and to distinguish the light-dark periods from each other, the identification patterns have a coarser resolution coarser compared to the fine resolution, so that caused by the merging light and dark areas of the light-dark periods brightness profiles of the first Test image and the at least one second test image based on the identification patterns associated image data of the first test image and the at least one second test image by the evaluation are distinguishable.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich wie folgt definieren:
Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung eines Objekts umfassend

– Projektion eines Prüfmusters auf ein Objekt anhand eines Projektors,
– Erfassung von Prüfbildern, die das Objekt mit dem auf das Objekt projizierten Prüfmuster umfassen, anhand einer Kamera mit einem Bildsensor, und
– Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten einer Objektoberfläche des Objekts anhand der Prüfbilder durch eine Auswerteeinrichtung oder Ausgabe von Prüfbildern an eine derartige Auswerteeinrichtung über eine Schnittstelle, wobei ein erstes Prüfbild einer ersten Relativposition des Prüfmusters und des Objekts in Bezug auf eine Stellachse und mindestens ein zweites Prüfbild einer von der ersten Relativposition verschiedenen zweiten Relativposition des Prüfmusters und des Objekts in Bezug auf die Stellachse zugeordnet sind, gekennzeichnet durch
– Ermittlung von Helligkeitsverläufen des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds anhand von in einer Feinauflösung vorgesehenen ineinander übergehenden hellen und dunklen Bereiche, die in aufeinanderfolgenden Hell-Dunkel-Perioden Prüfmusters vorgesehen sind, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden voneinander verschiedene Identifizierungsmuster zur Identifizierung der Hell-Dunkel-Perioden und zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden voneinander aufweisen, und wobei die Identifizierungsmuster eine gegenüber der Feinauflösung gröbere Grobauflösung aufweisen, und
– Unterscheidung der durch die ineinander übergehenden hellen und dunklen Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden bewirkten Helligkeitsverläufe des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds anhand von den Identifizierungsmustern zugeordneten Bilddaten des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds durch die Auswerteeinrichtung.

A method according to the invention can be defined as follows:
Method for three-dimensional detection of an object comprising

Projection of a test pattern onto an object using a projector,
Detection of test images comprising the object with the test pattern projected on the object, on the basis of a camera with an image sensor, and
Determining three-dimensional coordinates of an object surface of the object based on the test images by an evaluation or output of test images to such an evaluation via an interface, wherein a first test pattern of a first relative position of the test pattern and the object with respect to a control axis and at least one second test image of are associated with the first relative position different second relative position of the test pattern and the object with respect to the adjusting axis, characterized by
Determination of brightness profiles of the first test pattern and the at least one second test pattern based on intertwined light and dark areas provided in successive light-dark periods of the test pattern, at least two consecutive light-dark periods being different from each other for identifying the light-dark periods and for distinguishing the light-dark periods from each other, and wherein the identification patterns have a coarser resolution that is coarser than the fine resolution, and
Distinction of the brightness profiles of the first test image and of the at least one second test image caused by the merging light and dark areas of the light-dark periods on the basis of image data of the first test image assigned to the identification patterns and the at least one second test image by the evaluation device.

Ohne weiteres können zusätzlich zu dem mindestens einen Prüfbild weitere Prüfbilder in weiteren Relativpositionen des Prüfmusters und des Objekts in die Auswertung einfließen. Mithin ist es vorteilhaft, wenn Bildsequenzen mit mehreren Muster-Verschiebungseinstellungen der Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der dreidimensionalen Koordinaten der Objektoberfläche zu Verfügung stehen.In addition to the at least one test image, further test images in further relative positions of the test pattern and of the object can easily be included in the evaluation. Consequently, it is advantageous if image sequences with a plurality of pattern shift settings of the evaluation device are available for determining the three-dimensional coordinates of the object surface.

Die Identifizierungsmuster können ohne weiteres auch den Helligkeitsverlauf oder die Helligkeitsverläufe beeinflussen. Allerdings erzeugen die Identifizierungsmuster bevorzugt harte Kontraste und/oder sich von den Helligkeitsverläufe in der hellen und dunklen Bereiche unterscheidende Helligkeitsverläufe. The identification patterns can also easily influence the brightness progression or the brightness profiles. However, the identification patterns preferably produce hard contrasts and / or brightness profiles which differ from the brightness profiles in the light and dark regions.

Die Auswerteeinrichtung kann einen Systembestandteil des Systems bilden oder auch an die Schnittstelle angeschlossen werden. Die Schnittstelle umfasst beispielsweise eine digitale Datenschnittstelle. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine USB-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle oder dergleichen andere Datenschnittstelle sein. Die Schnittstelle kann eine drahtgebundene und/oder drahtlose Schnittstelle, zum Beispiel eine Funkschnittstelle oder eine Infrarot-Schnittstelle sein oder aufweisen.The evaluation device can form a system component of the system or can also be connected to the interface. The interface includes, for example, a digital data interface. The interface can be, for example, a USB interface, an Ethernet interface or the like other data interface. The interface may be or have a wired and / or wireless interface, for example a radio interface or an infrared interface.

Die Auswerteeinrichtung arbeitet beispielsweise anhand einer Zeitkorrelation von Helligkeitssequenzen zwischen Pixeln der ersten und mindestens einen zweiten Kamera und/oder des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbildes. Die periodisch wiederkehrenden hellen und dunklen Bereiche ermöglichen aufgrund ihrer feineren Auflösung eine exakte Koordinatenbestimmung durch die Auswerteeinrichtung, sind jedoch nicht eindeutig. Der Helligkeitsverlauf, der durch die hellen und dunklen Bereiche in den Bilddaten der Prüfbilder enthalten ist oder aus den Bilddaten der Prüfbilder ermittelbar ist, hat also beispielsweise entsprechend der periodischen Ausgestaltung der hellen und dunklen Bereiche einen periodischen Verlauf, wobei eine Periode von der anderen Periode nicht eindeutig unterscheidbar ist. Ein Helligkeitswert schwankt beispielsweise sinusförmig oder dreieckförmig, so dass zwar die Unterschiede in der Helligkeit innerhalb einer jeweiligen Periode deutlich sind, jedoch beispielsweise aufeinanderfolgende Perioden jeweils gleiche Maximalwerte der Helligkeit aufweisen. Die Unterscheidung der Perioden voneinander leistet dann das der jeweiligen Periode zugeordnete Identifizierungsmuster. Die Identifizierungsmuster sind zwar gröber aufgelöst als die hellen und dunklen Bereiche, jedoch zumindest in Bezug auf zwei aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden voneinander insoweit verschieden, dass die Bilddaten der Hell-Dunkel-Perioden anhand der den Identifizierungsmustern zugeordneten Bilddaten voneinander unterscheidbar sind. The evaluation device operates, for example, based on a time correlation of brightness sequences between pixels of the first and at least one second camera and / or the first test image and the at least one second test image. The periodically recurring bright and dark areas allow due to their finer resolution an exact coordinate determination by the evaluation, but are not unique. The brightness progression, which is contained in the image data of the test images by the light and dark regions or can be determined from the image data of the test images, thus has a periodic progression, for example, corresponding to the periodic design of the light and dark regions, one period of the other period not is clearly distinguishable. For example, a brightness value fluctuates sinusoidally or triangularly so that, although the differences in brightness within a particular period are clear, for example, successive periods each have the same maximum brightness values. The differentiation of the periods from each other then makes the identification pattern assigned to the respective period. Although the identification patterns are more coarsely resolved than the light and dark areas, they are different from each other at least with respect to two consecutive light-dark periods in that the image data of the light-dark periods can be distinguished from one another by the image data associated with the identification patterns.

Somit ist eine sehr schnelle und effiziente Bildverarbeitung mit demselben Prüfmuster möglich, das beispielsweise in zwei oder weiteren voneinander verschiedenen Relativpositionen, insbesondere einer Vielzahl von Relativpositionen, auf das Objekt projiziert wird.Thus, a very fast and efficient image processing with the same test pattern is possible, which is projected onto the object, for example in two or more mutually different relative positions, in particular a plurality of relative positions.

Bevorzugt ist es, wenn die hellen und dunklen Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden kontinuierlich ineinander übergehen. Somit ist ein gleichmäßiger und vorzugsweise feiner Helligkeitsverlauf in den Bilddaten vorhanden oder aus den Bilddaten ermittelbar.It is preferred if the light and dark areas of the light-dark periods merge continuously. Thus, a uniform and preferably fine brightness curve is present in the image data or can be determined from the image data.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Feinauflösung nicht durch einzelne Pixel des Bildsensors auflösbar ist. Die Rasterung oder Feinauflösung der hellen und dunklen Bereiche ist also vorzugsweise besonders fein, jedenfalls feiner als ein Pixel-Raster des Bildsensors. Somit können die einzelnen Pixel des Sensors die hellen und dunklen Zonen oder Bereiche als Grauverläufe oder Farbverläufe erfassen.Furthermore, it is expedient if the fine resolution can not be resolved by individual pixels of the image sensor. The screening or fine resolution of the light and dark areas is thus preferably particularly fine, at least finer than a pixel grid of the image sensor. Thus, the individual pixels of the sensor can detect the light and dark zones or areas as gray gradients or color gradients.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Grobauflösung durch einzelne Pixel des Bildsensors auflösbar ist. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die einzelnen Pixel des Bildsensors jeweils eindeutig ein Signal, beispielsweise hell oder dunkel, erzeugen, welches Flächenbereichen der Grobauflösung entspricht.It is also advantageous if the coarse resolution can be resolved by individual pixels of the image sensor. Thus, it is possible, for example, that the individual pixels of the image sensor in each case clearly produce a signal, for example light or dark, which corresponds to surface areas of the coarse resolution.

Das oder die Identifizierungsmuster weisen zweckmäßigerweise mindestens einen Flächenabschnitt mit einer homogenen Farbe und/oder einer homogenen Helligkeit auf, beispielsweise schwarze oder transparente Flächenabschnitte. Der mindestens eine Flächenabschnitt weist eine Flächenausdehnung auf, die der Flächenausdehnung mindestens eines Pixels des Bildsensors, vorzugsweise mindestens zweier Pixel des Bildsensors, entspricht. Somit kann in zumindest einer Relativposition des Objekts und des Prüfmusters ein Pixel einen einzigen Flächenabschnitt, der homogen farbig und oder homogen hell ist, erfassen.The identification pattern (s) expediently have at least one surface section with a homogeneous color and / or a homogeneous brightness, for example black or transparent surface sections. The at least one area section has an area extent which corresponds to the area extent of at least one pixel of the image sensor, preferably at least two pixels of the image sensor. Thus, in at least one relative position of the object and the test pattern, a pixel may detect a single area portion that is homogeneously colored and or homogeneously bright.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Identifizierungsmuster zur Ermittlung von Absolut-Koordinaten der Objektoberfläche ausgestaltet und oder vorgesehen sind. Ferner vorteilhaft ist es, wenn die hellen und dunklen ineinander übergehenden Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden zur Ermittlung von die Absolut-Koordinaten in Bezug auf Abstandswerte feiner definierenden Detailkoordinaten vorgesehen und/oder ausgestaltet sind. Somit kann die Auswerteeinrichtung anhand der Identifizierungsmuster die dreidimensionalen Koordinaten in Bezug auf ihre absoluten Werte ermitteln, wobei die hellen und dunklen Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden zur Ermittlung der die absoluten Werte näher bestimmenden Detailkoordinaten dienen.It is particularly preferred if the identification patterns are designed and / or provided for determining absolute coordinates of the object surface. It is also advantageous if the bright and dark merging regions of the light-dark periods are provided and / or configured to determine the absolute coordinates with respect to distance values of finely-defined detail coordinates. Thus, the evaluation device can use the identification patterns to determine the three-dimensional coordinates with respect to their absolute values, the light and dark regions of the light-dark periods serving to determine the detail coordinates which determine the absolute values more precisely.

Bevorzugt ist es, wenn der Projektor zur Projektion des Prüfmusters in mehreren Positionen entlang der Stellachse auf das Objekt ausgestaltet ist. Alternativ oder ergänzend ist es aber auch möglich, dass das Objekt relativ zum Projektor bzw. relativ zum Prüfmuster verstellt wird, beispielsweise wenn das Objekt anhand einer Fördereinrichtung an dem erfindungsgemäßen System entlang der Stellachse vorbei bewegt wird. So können zum Beispiel bei Produktionsprozessen, bei denen die Objekte auf einem Förderband oder einer sonstigen Fördereinrichtung vorgefördert werden, die jeweiligen Objektoberflächen mit dem erfindungsgemäßen System kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise werden mehrere einzelne Prüfbilder erstellt, die dann durch die Auswerteeinrichtung auswertbar sind.It is preferred if the projector is designed to project the test pattern in several positions along the adjusting axis to the object. Alternatively or additionally, it is also possible that the object is adjusted relative to the projector or relative to the test pattern, for example, if the object based on a conveyor on the inventive system is moved along the adjusting axis over. Thus, for example, in production processes in which the objects are conveyed on a conveyor belt or another conveyor, the respective object surfaces are continuously recorded and evaluated by the system according to the invention. For example, several individual test images are created, which can then be evaluated by the evaluation device.

Zur Bereitstellung des Prüfbilds in mindestens zwei zueinander verschiedenen Positionen entlang der Stellachse kann beispielsweise ein Projektor, insbesondere ein DLP-Projektor vorgesehen sein, welcher das Prüfmuster in verschiedenen Positionen auf das zu prüfende Objekt projiziert.To provide the test pattern in at least two mutually different positions along the adjustment axis, for example, a projector, in particular a DLP projector can be provided, which projects the test pattern in different positions on the object to be tested.

Bevorzugt ist ein Konzept, bei dem der Projektor einen Stellantrieb, zum Beispiel einen Piezo-Antrieb, einen elektrischen Antrieb oder dergleichen, aufweist, um das Prüfmuster relativ zu dem Objekt zu verstellen.Preferred is a concept in which the projector has an actuator, for example a piezo drive, an electric drive or the like, in order to adjust the test pattern relative to the object.

Wenn man aber ein immer gleiches Prüfbild oder Prüfmuster erzeugen will, kann das Prüfmuster beispielsweise durch einen Musterträger, in der Art beispielsweise eines Diapositivs, leicht erzeugt werden, der Prüfmuster trägt.However, if one wishes to produce an always identical test pattern or test pattern, the test pattern can be easily generated, for example, by a pattern carrier, in the type of a slide, for example, which bears the test pattern.

Das Prüfmuster ist beispielsweise auf einem zumindest abschnittsweise lichtdurchlässigen Musterträger, zum Beispiel einer Folie, einem Glas bzw. festen transparenten Körper oder einem sonstigen transparenten Körper, der beispielsweise auch durch Fräsungen, Spritzguss oder dergleichen erzeugt werden kann, angeordnet. Beispielsweise wird das Prüfmuster als eine Chromschicht per Lithographie aufgebracht, insbesondere als COG-Maske (COG-Chrom on Glass) hergestellt. Vorzugsweise ist das Prüfmuster an einer Maske vorgesehen.The test pattern is arranged, for example, on an at least partially translucent pattern carrier, for example a film, a glass or solid transparent body or another transparent body, which can also be produced, for example, by milling, injection molding or the like. For example, the test pattern is applied as a chromium layer by lithography, in particular as a COG mask (COG-chromium on glass) produced. Preferably, the test pattern is provided on a mask.

Hinter dem Musterträger ist bezüglich einer Projektionsrichtung zu dem Projekt hin eine Projektionslichtquelle, zum Beispiel eine Anordnung aus einer oder mehreren Leuchtdioden, und/oder Linsen, angeordnet. In der Projektionsrichtung vorn befindet sich vorzugsweise ein Projektionsobjektiv. Im einfachsten Fall kann das Projektionsobjektiv beispielsweise nur eine einzelne Linse umfassen. Es ist aber auch denkbar, dass ein Projektionsobjektiv mit mehreren Komponenten, d.h. ein Projektionsobjektiv mit z.B. mehreren Linsen, Filtern oder dergleichen, vorgesehen ist. Das Projektionsobjektiv ist optional, jedoch zweckmäßig.A projection light source, for example an arrangement of one or more light-emitting diodes, and / or lenses, is arranged downstream of the pattern carrier with respect to a projection direction toward the project. In the projection direction forward is preferably a projection lens. In the simplest case, the projection lens may, for example, comprise only a single lens. However, it is also conceivable that a projection objective with several components, i. a projection lens with e.g. a plurality of lenses, filters or the like, is provided. The projection lens is optional, but convenient.

Es ist möglich, nur den Musterträger oder den diesen haltenden Musterträger-Halter relativ zum Projektionsobjektiv oder der Projektionslichtquelle zu verstellen, zum Beispiel quer zur Projektionsrichtung und/oder in Richtung der Stellachse oder entgegen der Stellachse. Es ist auch möglich, den Musterträger simultan mit dem Projektionsobjektiv oder proportional mit dem Projektionsobjektiv entlang der Stellachse zu verstellen.It is possible to adjust only the pattern carrier or the pattern carrier holder holding it relative to the projection objective or the projection light source, for example transversely to the projection direction and / or in the direction of the adjustment axis or against the adjustment axis. It is also possible to adjust the pattern carrier simultaneously with the projection lens or proportionally with the projection lens along the adjustment axis.

Es versteht sich, dass der Projektor auch mehrere Musterträger, beispielsweise zwei Musterträger mit unterschiedlichen Prüfmustern, aufweisen kann. Bei einem Projektor, bei dem kein Musterträger erforderlich ist, so zum Beispiel bei einem DLP-Projektor, ist es ohne weiteres möglich, mehrere, voneinander verschiedene Prüfmuster zu erzeugen.It goes without saying that the projector can also have a plurality of pattern carriers, for example two pattern carriers with different test patterns. For a projector that does not require a pattern carrier, such as a DLP projector, it is easily possible to create multiple test patterns that are different from each other.

Bevorzugt ist es, wenn der Stellantrieb zu einer kontinuierlichen oder stufigen Verstellung des Prüfmusters ausgestaltet ist. Somit kann beispielsweise der Musterträger mit dem Prüfmuster durch den Stellantrieb kontinuierlich oder stufig bewegt werden.It is preferred if the actuator is designed for a continuous or stepped adjustment of the test pattern. Thus, for example, the pattern carrier with the test pattern can be moved continuously or in stages by the actuator.

Eine Synchronisierung des Stellantriebs mit der mindestens einen Kamera ist vorteilhaft, so dass beispielsweise der Stellantrieb die Relativposition von Prüfmuster und Objekt verstellt und dann, wenn das Prüfmuster und das Objekt relativ zueinander momentan ortsfest sind, der Bildsensor oder die Kamera ein Prüfbild erstellt. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden, sodass Sequenzen mit mehreren Prüfbildern gebildet werden. Somit sind Bewegungsunschärfen vermeidbar. Der Bewegungsablauf bzw. Verfahrensablauf, der zweckmäßigerweise durch eine entsprechende Steuerung des Systems, beispielsweise die Auswerteeinrichtung, die Kamera oder den Projektor oder eine separate Steuerung, steuerbar ist, sieht dann beispielsweise folgenden Ablauf vor:

a. Einstellen einer Relativposition des Prüfmusters zu dem Objekt
b. Erzeugen eines Prüfbilds anhand des Bildsensors oder der Bildsensoren
c. Verstellen der Relativposition des Prüfmusters zu dem Objekt
d. erneutes Erzeugen eines Prüfbilds anhand des Bildsensors oder der Bildsensoren

A synchronization of the actuator with the at least one camera is advantageous, so that, for example, the actuator adjusts the relative position of test pattern and object and then when the test pattern and the object are currently stationary relative to each other, the image sensor or the camera creates a test image. This process can be repeated several times, so that sequences with several test images are formed. Thus, motion blur are avoidable. The sequence of movements or method sequence which is expediently controllable by a corresponding control of the system, for example the evaluation device, the camera or the projector or a separate control, then provides the following sequence, for example:

a. Setting a relative position of the test pattern to the object
b. Generating a test image based on the image sensor or the image sensors
c. Adjusting the relative position of the test pattern to the object
d. re-generating a test image based on the image sensor or the image sensors

Die Schritte c und d können dabei ohne weiteres wiederholt werden oder auch nur einmal durchlaufen werden. Auf diesem Wege können mehrere Prüfbilder, z.B. zwei bis vier Prüfbilder, insbesondere fünf, sechs oder sieben Prüfbilder, enthaltende Bildsequenzen erstellt werden und durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet werden.The steps c and d can be repeated without further notice or even run through only once. In this way, multiple test images, e.g. Two to four test images, in particular five, six or seven test images, containing image sequences are created and evaluated by the evaluation.

So werden aufgrund der hellen und dunklen Bereiche beispielsweise bei einem oder mehreren Bildpixeln des Bildsensors eine ganze Sequenz von Grauwerten oder Helligkeitswerten erfasst, sodass das Pixel sozusagen einen Grauverlauf oder Helligkeitsverlauf durchfährt. Dieselben Bildpixel oder auch andere Bildpixel hingegen erfassen relativ harte Hell-Dunkel-Kontraste aufgrund der Identifizierungsmuster, was aber zur eindeutigen Identifizierung eines jeweiligen Helldunkelverlaufs geeignet ist.Thus, due to the light and dark areas, for example in one or more image pixels of the image sensor, a whole sequence of gray values or brightness values is detected, so that the pixel, as it were, passes through a gray course or brightness course. Same image pixels or too however, other image pixels detect relatively hard light-dark contrasts due to the identification pattern, but this is suitable for uniquely identifying a respective light-dark course.

Die Helligkeitsverläufe dienen beispielsweise zur Identifikation einer Subpixel-Position einer übereinstimmenden Bildposition zweier Prüfbilder oder Prüfbilder-Sequenzen. Beispielsweise kann mittels Zeit-Korrelation der Grauwertsequenzen oder Helligkeitssequenzen zweier Pixel in den beiden Prüfbildern die Subpixel-Position ermittelt werden.The brightness profiles are used, for example, to identify a subpixel position of a matching image position of two test images or test image sequences. For example, the subpixel position can be determined by means of time correlation of the gray value sequences or brightness sequences of two pixels in the two test images.

An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass der Stellantrieb selbstverständlich ein Übertragungsgetriebe, insbesondere ein Hebelgetriebe, umfassen kann um eine Antriebskraft und/oder einen Stellweg eines Antriebsmotors zu vergrößern oder zu reduzieren.It should be mentioned at this point that the actuator can of course comprise a transmission gear, in particular a lever gear, to increase or reduce a driving force and / or a travel of a drive motor.

Bevorzugt ist es, wenn der Stellantrieb einen Stellweg von mindestens einer Länge einer Hell-Dunkel-Periode oder exakt einer Länge einer Hell-Dunkel-Periode aufweist. Selbstverständlich kann auch ein längerer Stellweg vorgesehen sein, beispielsweise von zwei Hell-Dunkel-Perioden. Der Stellweg des Stellantriebs kann auch so bemessen sein, dass er mindestens oder exakt einem Abstand zweier benachbarter Identifizierungsmuster entspricht.It is preferred if the actuator has a travel of at least one length of a light-dark period or exactly a length of a light-dark period. Of course, a longer travel can be provided, for example, two light-dark periods. The travel of the actuator may also be such that it corresponds at least or exactly to a distance between two adjacent identification pattern.

Es ist möglich, das Prüfmuster anhand eines einzigen Projektors oder einer einzigen Projektionseinheit auf das Objekt zu projizieren. Es ist aber auch möglich, dass der Projektor eine erste Projektionseinheit zur Erzeugung eines ersten Teilbilds des Prüfmusters, welches die Hell-Dunkel-Perioden aufweist, und eine zweite Projektionseinheit zur Erzeugung eines zweiten Teilbilds umfasst, welches die Identifizierungsmuster aufweist. Die Teilbilder werden von den beiden Projektionseinheiten simultan oder sequenziell auf das Objekt projiziert, wobei der mindestens eine Bildsensor entsprechende Prüfbilder erfasst und an der Schnittstelle für die Auswerteeinrichtung ausgibt oder jedenfalls der Auswerteeinrichtung übermittelt. Das erste Teilbild hat beispielsweise helle Bereiche, in welche die Identifizierungsmuster des zweiten Teilbilds hinein projizierbar sind.It is possible to project the test pattern onto the object from a single projector or a single projection unit. But it is also possible that the projector comprises a first projection unit for generating a first partial image of the test pattern, which has the light-dark periods, and a second projection unit for generating a second partial image, which has the identification pattern. The partial images are projected simultaneously or sequentially onto the object by the two projection units, wherein the at least one image sensor acquires corresponding test images and outputs them at the interface for the evaluation device or in any case transmits them to the evaluation device. The first partial image has, for example, bright areas into which the identification patterns of the second partial image can be projected.

Bevorzugt ist jedoch, wenn das System gemäß der Erfindung zur Projektion des gesamten Prüfmusters mit den hellen und dunklen Bereichen und den Identifizierungsmustern ausgestaltet oder vorgesehen ist. Dementsprechend enthält dann ein jeweiliges Prüfbild, beispielsweise das erste Prüfbild und das mindestens eine zweite Prüfbild oder weitere Prüfbilder jeweils Daten des Objekts mit den darauf projizierten hellen und dunklen Bereichen sowie den Identifizierungsmustern.However, it is preferred if the system according to the invention is designed or provided for the projection of the entire test pattern with the light and dark areas and the identification patterns. Accordingly, a respective test image, for example the first test image and the at least one second test image or further test images, respectively contain data of the object with the bright and dark regions projected thereon and the identification patterns.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung einen Bestandteil der Kamera bildet. Es wäre prinzipiell aber auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung eine separate Komponente bildet, beispielsweise durch einen Computer gebildet ist, der mit dem erfindungsgemäßen System verbunden ist.It is advantageously provided that the evaluation device forms part of the camera. In principle, however, it would also be possible for the evaluation device to form a separate component, for example formed by a computer, which is connected to the system according to the invention.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Projektor einen Bestandteil der Kamera bildet. Somit steht der Projektor stets zur Verfügung, wenn die Kamera eingesetzt wird. Weiterhin ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Justierung oder Einstellung des Systems, z.B. wenn der Projektor und die Kamera relativ zueinander kalibrierbar und/oder einstellbar sind.It is also advantageous if the projector forms part of the camera. Thus, the projector is always available when the camera is used. Furthermore, there are advantages in terms of adjustment or adjustment of the system, e.g. when the projector and the camera are calibratable and / or adjustable relative to each other.

Beispielsweise können der Projektor und/oder die Auswerteeinrichtung in einem Gehäuse der Kamera angeordnet sein.For example, the projector and / or the evaluation device can be arranged in a housing of the camera.

Die Kamera kann eine Einzelkamera sein, d.h. keine stereoskopische Bilderfassung ermöglichen. In diesem Fall ist dann tatsächlich nur ein Bildsensor vorhanden.The camera may be a single camera, i. do not allow stereoscopic image capture. In this case, then only one image sensor is actually present.

Es ist aber auch möglich, dass das System mehrere Bildsensoren, beispielsweise zwei Bildsensoren, aufweist. Dem entsprechend ist in der obigen Beschreibung und der nachfolgenden Beschreibung der Terminus Bildsensor auch als „mindestens ein Bildsensor“ zu verstehen, d.h. als Begriff, der für mehrere Bildsensoren stehen kann. But it is also possible that the system has a plurality of image sensors, for example, two image sensors. Accordingly, in the above description and description, the term image sensor is also to be understood as "at least one image sensor", i. as a term that can stand for several image sensors.

Bevorzugt ist ein Konzept, bei dem die Kamera eine erste und eine zweite Einzelkamera aufweist, sodass sie eine Stereokamera bildet. Jede Einzelkamera weist jeweils einen Bildsensor auf, der zur Erfassung des Prüfbilds ausgestaltet und vorgesehen ist. Auf diesem Wege ist eine besonders detailgenaue und/oder schnelle Koordinatenerfassung der dreidimensionalen Koordinaten der Objektoberfläche möglich. Die Einzelkameras können voneinander separate Bauteile oder Komponenten sein. Bevorzugt ist es, wenn die Einzelkameras in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In diesem Gehäuse sind zweckmäßigerweise auch der Projektor und/oder die Auswerteeinrichtung vorgesehen.Preferred is a concept in which the camera has a first and a second single camera, so that it forms a stereo camera. Each individual camera has in each case an image sensor which is designed and provided for recording the test image. In this way, a particularly detailed and / or fast coordinate detection of the three-dimensional coordinates of the object surface is possible. The individual cameras can be separate components or components from each other. It is preferred if the individual cameras are arranged in a common housing. In this case, the projector and / or the evaluation are expediently provided.

Ohne weiteres kann die Kamera auch eine dritte, vierte oder weitere Einzelkamera umfassen. Mithin kann das System gemäß der Erfindung eine Kamera, zwei Kameras oder mehrere Kameras umfassen.Without further ado, the camera may also comprise a third, fourth or further single camera. Thus, the system according to the invention may comprise one camera, two cameras or multiple cameras.

Anhand einer vorab kalibrierten geometrischen Zuordnung des Projektors und der Kamera oder den Einzelkameras kann beispielsweise eine Triangulation ohne weiteres durchgeführt werden.By means of a calibrated geometric assignment of the projector and the camera or the individual cameras, for example, a triangulation can be carried out easily.

Bevorzugt ist es, wenn die hellen und dunklen Bereiche streifenförmig ausgestaltet sind. Zweckmäßigerweise ist ein streifenförmiges Muster, das sich vorzugsweise über eine gesamte Höhe oder Breite des Prüfmusters erstreckt, vorgesehen. Es ist aber auch möglich, dass ein Streifenmuster mit Versatz vorgesehen ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass beispielsweise in horizontalen oder vertikalen Ebenen jeweils Bänder mit nebeneinander angeordneten Streifen vorgesehen sind, wobei die Streifen benachbarter Bänder einen Versatz aufweisen können.It is preferred if the light and dark areas are designed strip-shaped. Conveniently, a strip-shaped pattern, which preferably extends over an entire height or width of the test pattern, is provided. But it is also possible that a striped pattern is provided with offset. Thus, for example, be provided that, for example, in horizontal or vertical planes each bands are provided with juxtaposed strips, the strips of adjacent bands may have an offset.

Ein bevorzugtes Konzept sieht vor, dass die Hell-Dunkel-Perioden relativ große helle und dunkle, ineinander übergehende Bereiche, beispielsweise Grauverläufe, aufweisen, während der Anteil der Identifizierungsmuster an den Hell-Dunkel-Perioden kleiner ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer jeweiligen Hell-Dunkel-Periode ein Periodenanteil der hellen und dunklen Bereiche etwa doppelt so groß bis dreimal so groß wie ein Periodenanteil des Identifizierungsmuster der Hell-Dunkel-Periode ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beispielsweise der Periodenanteil der hellen und dunklen Bereich, insbesondere eines Grauverlaufs, einer Hell-Dunkel-Periode etwa 15 Pixeln des Bildsensors entspricht, während das Identifizierungsmuster der Hell-Dunkel-Periode einen Periodenanteil entsprechend etwa fünf Pixeln des Bildsensors aufweist.A preferred concept provides that the light-dark periods have relatively large light and dark, merging areas, such as gray gradients, while the proportion of identification patterns in the light-dark periods is smaller. For example, it may be provided that for a respective light-dark period, a period proportion of the light and dark areas is about twice as large to three times as large as a period proportion of the identification pattern of the light-dark period. It is preferably provided that, for example, the period component of the light and dark region, in particular of a gray gradient, corresponds to a light-dark period of approximately 15 pixels of the image sensor, while the identification pattern of the light-dark period has a period component corresponding to approximately five pixels of the image sensor.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Identifizierungsmuster in den hellen Bereichen der Hell-Dunkel-Perioden vorgesehen sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn auch die Identifizierungsmuster streifenförmig sind, d.h. dass in einem jeweiligen hellen Streifen jeweils ein lang gestrecktes Identifizierungsmuster vorgesehen ist. Diese Konfiguration ermöglicht es insbesondere auch, dass die vorgenannten Teilbilder mit den Identifizierungsmustern sowie den hellen und dunklen Bereichen ineinander hinein projiziert werden.Furthermore, it is expedient if the identification patterns are provided in the bright areas of the light-dark periods. In particular, it is advantageous if the identification patterns are also strip-shaped, i. in each case an elongate identification pattern is provided in a respective light stripe. This configuration also makes it possible, in particular, for the aforementioned partial images with the identification patterns as well as the light and dark regions to be projected into one another.

Die Identifizierungsmuster können Zufallsmuster oder individuell codierte Muster sein. Bei den Zufallsmustern besteht ein gewisses Risiko, dass sie Identitäten aufweisen. Die individuell codierten Muster haben können voneinander verschieden codiert werden. Mithin ist also eine gewollte Kodierung bei codierten Mustern möglich.The identification patterns may be random patterns or individually coded patterns. The random patterns have a certain risk of having identities. The individually coded patterns may be coded differently from each other. Thus, therefore, a desired coding in coded patterns is possible.

Bevorzugt ist es, wenn jeder Hell-Dunkel-Periode ein eindeutiges Identifizierungsmuster zugeordnet ist, sodass jeder Hell-Dunkel-Periode des Prüfmusters von den anderen Hell-Dunkel-Perioden anhand des ihr zugeordneten eindeutigen Identifizierungsmusters identifizierbar ist. Es ist aber auch möglich, dass nicht alle Hell-Dunkel-Perioden durch die Identifizierungsmuster voneinander unterscheidbar sind.It is preferred if each clear-dark period is assigned a unique identification pattern, so that each light-dark period of the test pattern can be identified from the other light-dark periods on the basis of the unique identification pattern assigned to it. However, it is also possible that not all light-dark periods can be distinguished from one another by the identification patterns.

Zweckmäßig ist es allerdings, wenn zumindest eine vorbestimmte Anzahl, beispielsweise mindestens zwei oder drei Hell-Dunkel-Perioden von unmittelbar aufeinanderfolgenden Hell-Dunkel-Perioden, anhand jeweiliger Identifizierungsmuster eindeutig voneinander unterscheidbar sind.However, it is expedient if at least a predetermined number, for example at least two or three light-dark periods of immediately successive light-dark periods, are clearly distinguishable from each other on the basis of respective identification patterns.

Die hellen und dunklen Bereiche gehen vorzugsweise kontinuierlich ineinander über. Bevorzugt ist dabei beispielsweise ein sinusförmiger oder linearer Verlauf ineinander übergehender heller und dunkler Bereiche. Dementsprechend ergeben sich sinusförmige oder lineare Helligkeitsverläufe.The light and dark areas preferably merge into each other continuously. For example, a sinusoidal or linear progression of light and dark areas merging with one another is preferred. Correspondingly, sinusoidal or linear brightness profiles result.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the drawing. Show it:

1 eine perspektivische Schrägansicht einer Stereokamera zur Bildung eines Systems gemäß der Erfindung, 1 3 is an oblique perspective view of a stereo camera for forming a system according to the invention;

2 die Stereokamera gemäß 1, jedoch ohne eine Frontabdeckung, 2 the stereo camera according to 1 but without a front cover,

3 einen Schnitt entlang einer Linie A-A in 2 durch einen Projektor der Stereokamera gemäß vorstehender Figuren, 3 a section along a line AA in 2 through a projector of the stereo camera according to the above figures,

4 einen Schnitt entlang einer Linie B-B in 2 durch den Projektor der Stereokamera, 4 a section along a line BB in 2 through the projector of the stereo camera,

5 ein Prüfmuster des Projektors der Stereokamera gemäß vorstehender Figuren, 5 a test pattern of the projector of the stereo camera according to the above figures,

6 einen durch das Prüfmuster gemäß 5 verursachten Helligkeitsverlauf, 6 one through the test pattern according to 5 caused brightness progression,

7 ein Detail C aus 6, und 7 a detail C off 6 , and

8 einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus einem Bildsensor, 8th a schematically illustrated section of an image sensor,

8 einen schematischen Verfahrensablauf, und 8th a schematic procedure, and

10 ein weiteres System in schematischer Darstellung. 10 another system in a schematic representation.

Ein System 10 umfasst beispielsweise eine Stereokamera 11, welche integral mehrere Bestandteile des Systems 10 aufweist, beispielsweise eine Einzelkamera 12 und eine Einzelkamera 13, die in einem Gehäuse 14 angeordnet sind. In dem Gehäuse 14 ist ferner ein Projektor 15 vorgesehen, welcher ein Prüfmuster 70 auf ein schematisch dargestelltes Objekt O projizieren kann.A system 10 includes, for example, a stereo camera 11 which integrally comprise several components of the system 10 has, for example, a single camera 12 and a single camera 13 in a housing 14 are arranged. In the case 14 is also a projector 15 provided, which is a test pattern 70 can project onto a schematically represented object O.

Das Gehäuse 14 hat einen Gehäusekorpus 16, der eine Rückwand 17 sowie von der Rückwand 17 abstehende Seitenwände 18, 19 aufweist, zwischen denen sich Seitenwände 20, 21 erstrecken. Die Seitenwände 20, 21 stehen ebenfalls von der Rückwand 17 ab, sodass der Gehäusekorpus 16 die in ihm aufgenommenen Einzelkameras 12, 13 sowie den Projektor 15 schützt. An der Frontseite des Gehäuses 14 ist ein Deckel 22 vorgesehen, dessen Seitenwände 23 mit den Seitenwänden 20, 21 fluchten und an dessen Frontwand 24 Öffnungen 25 für die Einzelkameras 12, 13 sowie den Projektor 15 vorgesehen sind.The housing 14 has a housing body 16 that has a back wall 17 as well as from the back wall 17 protruding sidewalls 18 . 19 has, between which are sidewalls 20 . 21 extend. The side walls 20 . 21 are also from the back wall 17 so that the case body 16 the single cameras recorded in it 12 . 13 as well as the projector 15 protects. At the front of the case 14 is a lid 22 provided, whose side walls 23 with the side walls 20 . 21 aligned and on the front wall 24 openings 25 for the single cameras 12 . 13 as well as the projector 15 are provided.

Die Einzelkameras 12, 13 sind an Trägern 27 angeordnet und relativ zu Halterung 26 des Gehäuses 14 beweglich gelagert, sodass sie relativ zum Grundkörper 16 bzw. Gehäuse 14 einstellbar, insbesondere kalibrierbar, sind. Somit kann in die Ausrichtungen der Einzelkameras 12, 13 relativ zueinander sowie relativ zu dem Projektor 15 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Einzelkamera 12 um eine Achse K1 geschwenkt werden, so dass sich ihre Relativposition zur Einzelkamera 13 verändert. Auf hierfür weitere notwendige Bauteile, beispielsweise Stellschrauben oder dergleichen, soll aus Gründen der Vereinfachung nicht weiter eingegangen werden. Sie sind in DE 10 2013 015 777 A1 beschrieben.The single cameras 12 . 13 are on straps 27 arranged and relative to bracket 26 of the housing 14 movably mounted so that they are relative to the main body 16 or housing 14 adjustable, in particular calibrated, are. Thus, in the orientations of single cameras 12 . 13 relative to each other and relative to the projector 15 be set. For example, the single camera 12 be pivoted about an axis K1, so that their relative position to the single camera 13 changed. On this other necessary components, such as screws or the like, should not be discussed further for reasons of simplification. They are in DE 10 2013 015 777 A1 described.

Die Einzelkameras 12, 13 weisen Bildsensoren 32, 33 auf, die zur digitalen Bilderfassung ausgestaltet und vorgesehen sind. Den Bildsensoren 32, 33 gelagert ist ein Kameraobjektiv 31, das vorzugsweise ein auswechselbares Kamera objektiv ist. Mindestens ein Kameraobjektiv 31 kann auch für eine Schärfeeinstellung verstellbar sein.The single cameras 12 . 13 have image sensors 32 . 33 on, which are designed and intended for digital image capture. The image sensors 32 . 33 stored is a camera lens 31 which is preferably an interchangeable camera lens. At least one camera lens 31 can also be adjusted for a sharpness setting.

Die Stereokamera 11 und mithin das System 10 weist eine Auswerteeinrichtung 130 an Bord der Stereokamera 11, nämlich in oder an dem Gehäuse 14 auf. Die Auswerteeinrichtung 30 umfasst beispielsweise einen Speicher 28 sowie einen Prozessor 29, der zur Ausführung eines Auswerteprogramms 133, welches in dem Speicher 28 gespeichert ist, ausgestaltet ist. Das Auswerteprogramm 133 wird später noch detaillierter erläutert. Das Auswerteprogramm 133 und die Auswerteeinrichtung 30 können jedenfalls Daten von Prüfbildern, welche von den Bildsensoren 32, 33 übermittelt werden, auswerten.The stereo camera 11 and therefore the system 10 has an evaluation device 130 on board the stereo camera 11 namely in or on the housing 14 on. The evaluation device 30 includes, for example, a memory 28 as well as a processor 29 , to the execution of an evaluation program 133 which is in the store 28 stored, is configured. The evaluation program 133 will be explained in more detail later. The evaluation program 133 and the evaluation device 30 can at any rate data from test images, which from the image sensors 32 . 33 be transmitted, evaluate.

Derartige Bilddaten D kann die Stereokamera 11 auch an einer Schnittstelle 34 ausgeben, beispielsweise zur weiteren Verarbeitung durch eine Auswerteeinrichtung 130. Such image data D can be the stereo camera 11 also at an interface 34 output, for example, for further processing by an evaluation 130 ,

Die Schnittstelle 34 ist eine digitale Schnittstelle, beispielsweise eine USB-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle oder dergleichen. Die Auswerteeinrichtung 130 ist in der Lage, anhand der Bilddaten D beispielsweise dreidimensionale Koordinaten einer Objektoberfläche OO eines Objekts O zu ermitteln. the interface 34 is a digital interface, such as a USB interface, an Ethernet interface or the like. The evaluation device 130 is able to use the image data D to determine, for example, three-dimensional coordinates of an object surface OO of an object O.

Die Auswerteeinrichtung 130 weist einen Prozessor 129 zur Auswertung und Ausführung von Programmcode eines oder des Auswerteprogramms 133 auf, welches in einem Speicher 128 der Auswerteeinrichtung 130 gespeichert ist. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung 130 durch einen Computer gebildet oder umfasst einen solchen. Die Auswerteeinrichtung 130 weist zweckmäßigerweise Eingabemittel 131, z.B. eine Tastatur, eine Maus oder dergleichen (eine Spracherkennung oder anderes wäre auch möglich) sowie Ausgabemittel 132 auf, z.B. einen Bildschirm, Mikrofon oder dergleichen. Die Auswerteeinrichtung 130 könnte aber auch beispielsweise von einer Maschinensteuerung gebildet sein oder ein Bestandteil einer Maschinensteuerung darstellen, beispielsweise für eine Werkstückbearbeitung, im Bereich einer logistischen Anlage oder dergleichen. The evaluation device 130 has a processor 129 for evaluation and execution of program code of one or the evaluation program 133 on which in a store 128 the evaluation device 130 is stored. For example, the evaluation device 130 formed by or includes a computer. The evaluation device 130 expediently has input means 131 For example, a keyboard, a mouse, or the like (speech recognition or otherwise would also be possible) as well as output means 132 on, for example, a screen, microphone or the like. The evaluation device 130 But could also be formed for example by a machine control or constitute a part of a machine control, for example, for a workpiece machining, in the field of a logistics facility or the like.

Der Projektor 15 kann ein Prüfmuster 70 auf das Objekt O (schematisch in 4 dargestellt) entlang einer Projektionsrichtung P projizieren, so dass dessen Objektoberfläche OO entsprechend dem Prüfmuster 70 beleuchtet ist. The projector 15 can be a test pattern 70 on the object O (schematically in 4 shown) project along a projection direction P, so that the object surface OO according to the test pattern 70 is lit.

Der Projektor 15 umfasst eine Projektionslichtquelle 35, welche Licht in einen Strahlengang 36 abstrahlt. Das Licht wird beispielsweise durch Kondensorlinsen 37 oder ein anderweitiges Linsensystem gebündelt und/oder gerichtet, so dass es einen das Prüfmuster 70 haltenden Musterträger 45 durchleuchtet. The projector 15 includes a projection light source 35 which light in a beam path 36 radiates. The light is for example through condenser lenses 37 or another lens system bundled and / or directed so that it is the test pattern 70 holding pattern carrier 45 rayed.

Der Musterträger 45 ist ebenso wie die Kondensorlinsen 37 an einem Projektorträger 38 gehalten, welcher in dem Gehäuse 14 der Stereokamera 11 insbesondere beweglich gehalten ist. Der Projektorträger 38 kann aber auch fest im Gehäuse 14 angeordnet sein, wobei dennoch eine Verstellung des Musterträgers 45 und/oder des Prüfmusters 70 relativ zum Objekt O möglich ist. The pattern carrier 45 is just like the condenser lenses 37 on a projector carrier 38 held in the housing 14 the stereo camera 11 is kept movable in particular. The projector carrier 38 but it can also be fixed in the case 14 be arranged, but still an adjustment of the pattern carrier 45 and / or the test pattern 70 relative to the object O is possible.

Der Projektorträger 38 umfasst beispielsweise eine obere Wand 39, einen untere Wand 40 sowie eine Frontwand 41 und eine Rückwand 42, in welchen der Strahlengang 36 vorgesehen ist. In Projektionsrichtung P vorn ist ein Objektivhalter 43 vorgesehen, an dessen Objektivaufnahme 44 ein Projektionsobjektiv 47 gehalten ist. The projector carrier 38 includes, for example, an upper wall 39 , a lower wall 40 as well as a front wall 41 and a back wall 42 in which the beam path 36 is provided. In the projection direction P front is a lens holder 43 provided at the lens holder 44 a projection lens 47 is held.

Der Musterträger 45 ist zwischen den Kondensorlinsen 37 und dem Projektionsobjektiv 47 positioniert und umfasst einen Musterträgerhalter 46, welcher im Strahlengang 36 angeordnet ist. The pattern carrier 45 is between the condenser lenses 37 and the projection lens 47 positioned and includes a pattern carrier holder 46 , which in the beam path 36 is arranged.

Der Musterträgerhalter 46 ist jedoch nicht ortsfest bezüglich des Gehäuses bzw. Projektorträgers 38, sondern beweglich, so dass das Prüfmuster 70 in unterschiedlichen Positionen auf das Objekt O projizierbar ist. The pattern carrier holder 46 However, it is not stationary with respect to the housing or projector beam 38 but movable, so the test pattern 70 in different positions on the object O is projected.

Der Musterträgerhalter 46 ist beispielsweise anhand einer Aufhängung 48 an einem Träger 49 des Musterträgers 45 gelagert. Der Träger 49 hat beispielsweise eine Aussparung 50, in welcher der Musterträger-Halter 46 angeordnet ist. The pattern carrier holder 46 is for example by means of a suspension 48 on a carrier 49 of the pattern carrier 45 stored. The carrier 49 For example, has a recess 50 in which the pattern carrier holder 46 is arranged.

Die Position des Musterträger-Halters 46 im Strahlengang 36 ist anhand eines Stellantriebs 53 verstellbar, so dass das in der Art eines Diapositivs durchstrahlte Prüfmuster 70 in durch den Stellantrieb 53 eingestellten Positionen auf das Objekt O projiziert wird. The position of the pattern carrier holder 46 in the beam path 36 is based on an actuator 53 adjustable, so that in the manner of a slide irradiated test pattern 70 in through the actuator 53 projected positions on the object O is projected.

Der Stellantrieb 53 umfasst ein Piezo-Element 54, welches am Träger 49 ortsfest festgelegt ist und mit einem Antriebsarm mit einem Hebelkörper oder Hebelarm 51 verbunden ist, welcher seinerseits wiederum auf den Musterträger-Halter 46 einwirkt. Der Hebelkörper 51 ist mit einem Verbindungsabschnitt 52 am Träger 49 gehalten, jedoch nicht ortsfest, sondern beweglich. Somit kann der Hebelkörper 51 in einer Aussparung 50 des Trägers 59 bewegt werden, wobei er anhand eines Armes 55 mit auf den Musterträger-Halter 46 einwirkt und diesen verstellt. Die Konstruktion ist im Einzelnen in DE 10 2013 015 777 A1 erläutert. The actuator 53 includes a piezo element 54 which on the carrier 49 fixed in place and with a drive arm with a lever body or lever arm 51 which in turn is connected to the pattern carrier holder 46 acts. The lever body 51 is with a connection section 52 on the carrier 49 held, but not stationary, but movable. Thus, the lever body 51 in a recess 50 of the carrier 59 be moved, using an arm 55 with on the pattern carrier holder 46 acts and this adjusted. The construction is detailed in DE 10 2013 015 777 A1 explained.

Beispielsweise kann der Stellantrieb 53 den Musterträger-Halter 46 und somit das Prüfmuster 70 entlang einer Stellachse S verstellen, so dass er beispielsweise die in durchgezogenen Linien dargestellte Position S1 und die in gestrichelten Linien dargestellte Position S2 einnimmt. Dementsprechend nimmt auch das Prüfmuster 70 die Positionen S1 und S2 entlang der Stellachse S ein. Es versteht sich, dass diese Erläuterung nur exemplarisch zu verstehen ist, d.h. dass selbstverständlich das Prüfmuster 70 bzw. der Musterträger-Halter 46 auch weitere Positionen außer den beiden erläuterten Positionen S1 und S2 entlang der Stellachse S einnehmen kann. For example, the actuator 53 the pattern carrier holder 46 and thus the test pattern 70 Adjust along a control axis S, so that it assumes, for example, the position S1 shown in solid lines and the position S2 shown in dashed lines. Accordingly, the test pattern also decreases 70 the positions S1 and S2 along the adjusting axis S a. It is understood that this explanation is to be understood only as an example, ie that of course the test pattern 70 or the pattern carrier holder 46 Also other positions except the two explained positions S1 and S2 along the adjusting axis S can take.

Beispielsweise wirkt der Hebelkörper 51 über den Arm 55 und einen Verbindungsabschnitt 56 auf den Musterträger-Halter 46 ein. Wenn sich der Stellantrieb 53 entlang einer Dehnungsrichtung E ausdehnt oder zusammenzieht, wirkt er auf den Hebelkörper 51, also einen ersten Hebelarm, von dem rechtwinkelig der Arm 55 und somit ein zweiter Hebelarm absteht, vorzugsweise rechtwinkelig. Wenn sich das Piezo-Element 54 entlang der Ausdehnungsrichtung E ausdehnt, wird der Hebelarm oder Hebelkörper 51 zum Musterträger-Halter 46 hin bewegt, beispielsweise bei Anlegen einer Spannung an das Piezo-Element 54, während sich das Piezo-Element 54 bei Abfall dieser Spannung ausdehnt. Wenn sich das Piezo-Element 54 ausdehnt, wird der Hebelarm oder Arm 55 in der Zeichnung nach rechts ausgelenkt, d.h. in Richtung seines Endbereiches, welcher mit dem Träger 49 verbunden ist, gestaucht, so dass sich der Arm 55 wie gestrichelt dargestellt ist verformt und dabei den Musterträger-Halter 46 entlang der Stellachse S auf und ab verstellt. For example, the lever body acts 51 over the arm 55 and a connection section 56 on the pattern carrier holder 46 one. When the actuator 53 along a stretching direction E expands or contracts, it acts on the lever body 51 that is, a first lever arm from which the arm is perpendicular 55 and thus a second lever arm protrudes, preferably at right angles. When the piezo element 54 along the extension direction E expands, the lever arm or lever body 51 to the pattern carrier holder 46 moved, for example, when applying a voltage to the piezoelectric element 54 while the piezo element 54 at waste of this voltage expands. When the piezo element 54 expands, becomes the lever arm or arm 55 deflected in the drawing to the right, ie in the direction of its end, which with the carrier 49 connected, compressed, so that the arm 55 as shown in dashed lines is deformed while the pattern carrier holder 46 adjusted along the adjusting axis S up and down.

Alternativ zu einer mechanischen Verstellung der Relativposition des Prüfmusters 70 zum Objekt O bzw. dessen Objektoberfläche OO ist selbstverständlich auch eine optische Variante möglich. Beispielsweise könnte ein digitaler Projektor oder DLP 135 vorgesehen sein, welcher das Prüfmuster 70 entlang der Stellachse S in unterschiedlichen Positionen auf das Objekt O projiziert. Alternatively to a mechanical adjustment of the relative position of the test pattern 70 to the object O or the object surface OO is of course also an optical variant possible. For example, a digital projector or DLP 135 be provided, which the test pattern 70 projected along the adjusting axis S in different positions on the object O.

Anstelle einer Verstellung des Prüfmusters 70 durch Verstellung des Musterträger-Halters 46 ist aber auch eine Variante möglich, bei der beispielsweise die Projektionslichtquelle 35 relativ zum Strahlengang 36 verstellt wird, z.B. entlang einer Verstellkurve XS (4). Auch in diesem Fall ist es möglich, dass das Prüfmuster 70 in Bezug auf eine Stellachse, hier die Achse XS (diese kann auch gekrümmt sein) auf das Objekt O projiziert wird. Instead of an adjustment of the test pattern 70 by adjusting the pattern carrier holder 46 but also a variant is possible in which, for example, the projection light source 35 relative to the beam path 36 is adjusted, for example along an adjustment curve XS ( 4 ). Also in this case it is possible that the test pattern 70 with respect to a positioning axis, in this case the axis XS (this can also be curved) is projected onto the object O.

Es ist vorteilhaft, wenn im Sinne der Erfindung streifenförmige Hell-Dunkel-Perioden quer zur Stellachse liegen. Bei den Einzelkameras 13 und 14 ist es an sich vorteilhaft, wenn die Stellachse S von der einen Einzelkamera 13 zu anderen Einzelkamera 14 verläuft. Dementsprechend ist es an sich vorteilhaft, dass die Stellachse S anders als beim Ausführungsbeispiel nicht quer zu einer Achslinie zwischen den als Kameras 13 und 14 verläuft, sondern parallel zu dieser Achslinie. Dies ist ohne weiteres erzielbar durch eine Drehung des Projektors 15 um 90° um eine entlang der Projektionsrichtung P verlaufende Achse.It is advantageous if, in the context of the invention, strip-shaped light-dark periods lie transversely to the adjustment axis. At the single cameras 13 and 14 it is advantageous in itself, if the adjusting axis S of a single camera 13 to another single camera 14 runs. Accordingly, it is advantageous in itself that the adjusting axis S, unlike the embodiment not transverse to an axis line between the cameras 13 and 14 runs, but parallel to this axis line. This is readily achievable by a rotation of the projector 15 90 ° about an axis running along the direction of projection P axis.

Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn das nachfolgend anhand der 5, 6 und 7 erläuterte Prüfmuster 70, welches mehrere Streifen aufweist, quer zur Haupterstreckungsrichtung dieser Streifen in unterschiedlichen Relativpositionen entlang der Stellachse S auf das Objekt O projiziert wird. In any case, it is advantageous if the following with reference to the 5 . 6 and 7 explained test samples 70 , which has a plurality of strips, is projected transversely to the main direction of extension of these strips in different relative positions along the adjusting axis S on the object O.

Das Prüfmuster 70 umfasst Hell-Dunkel-Perioden 72A, 72B, 72C und 72D, die mit Helligkeitsverläufen ineinander übergehen. Die Hell-Dunkel-Perioden 72A–72D umfassen jeweils einen hellen Steifen 73, welcher in einem kontinuierlichen Verlauf 74 in einen dunklen Streifen 75 übergeht. Der dunkle Streifen 75 sowie der helle Streifen 73 sind sehr schmal, jedenfalls schmaler als eine Zwischenzone 7, an die sich wieder ein dunkler Streifen 77, eine Übergangszone 78 mit einem vom Dunklen ins Helle übergehenden kontinuierlichen Grauverlauf anschließt, bevor die nächste Hell-Dunkel-Periode 72 beginnt, nämlich mit ihrem hellen Streifen 73. Dieses Muster von kontinuierlichen Hell-Dunkel-Verläufen wiederholt sich bei sämtlichen Hell-Dunkel-Perioden 72A–72D, was zu einem Helligkeitsverlauf H1 führt. The test sample 70 includes light-dark periods 72A . 72B . 72C and 72D , which merge with brightness gradients. The light-dark periods 72A - 72D each include a light stiffener 73 which is in a continuous course 74 in a dark strip 75 passes. The dark strip 75 as well as the light stripe 73 are very narrow, at least narrower than an intermediate zone 7 , to which again a dark strip 77 , a transition zone 78 with a continuous from the dark to light continuous gray gradient connects before the next light-dark period 72 begins, namely with her bright stripes 73 , This pattern of Continuous light-dark gradients are repeated for all light-dark periods 72A - 72D , which leads to a brightness curve H1.

Die hellen Streifen 73 bilden helle Bereiche 84, die dunklen Streifen 75, 77 dunkle Bereiche 85, wobei die hellen und dunklen Bereiche 84, 85 kontinuierlich ineinander übergehen. The bright stripes 73 make up bright areas 84 , the dark stripes 75 . 77 dark areas 85 , where the light and dark areas 84 . 85 continuously merge into each other.

Der Helligkeitsverlauf H1 ist in 6 dargestellt. Man erkennt, dass die jeweiligen hellen Streifen 73 jeweils gleiche Maximalwerte Hmax des Helligkeitsverlaufs H1 bewirken und dass der Helligkeitsverlauf H1 zwischen den Maxima (mit dem Wert Hmax) und den Minima (Hmin) kontinuierlich in den Übergangsbereichen 74 abfällt bzw. ansteigt. Somit ergibt sich ein Helligkeitsmuster mit kontinuierlichen Abfällen und Anstiegen. Wenn das Prüfmuster 70 von der Relativposition S1 zu Relativposition S2 um die Periodenlänge einer Hell-Dunkel-Periode 72 verschoben wird, liegen jedenfalls die kontinuierlichen Anstiege und Abfälle bzw. die Kurvenverläufe der Helligkeitsverläufe H1 und H2 praktisch kongruent aufeinander, weshalb in der Zeichnung nur eine teilweise Verschiebung des Helligkeitsverlaufs H1 zum Helligkeitsverlauf H2 dargestellt ist. Zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden 72A–72D voneinander (und weiterer Hell-Dunkel-Perioden 72) eignet sich jedenfalls die Helligkeitsverläufe H1 und H2 nicht ohne weiteres. The brightness curve H1 is in 6 shown. It can be seen that the respective bright stripes 73 each cause the same maximum values Hmax of the brightness curve H1 and that the brightness curve H1 between the maxima (with the value Hmax) and the minima (Hmin) continuously in the transition regions 74 falls or rises. This results in a brightness pattern with continuous waste and increases. If the test pattern 70 from the relative position S1 to relative position S2 by the period length of a light-dark period 72 is shifted, are in any case the continuous increases and decreases or the curves of the brightness gradients H1 and H2 practically congruent to each other, which is why in the drawing, only a partial shift of the brightness curve H1 to the brightness H2 is shown. To distinguish the light-dark periods 72A - 72D from each other (and other chiaroscuro periods 72 In any case, the brightness curves H1 and H2 are not readily suitable.

In 3 ist das Prüfmuster 70 nur schematisch angedeutet. Das Prüfmuster 70 ist beispielsweise auf einem transparenten Träger 71 angeordnet, welcher seinerseits wiederum am Musterträger-Halter 46 befestigt ist. Der Musterträger-Halter 46 hat eine Durchtrittsöffnung 57, durch die hindurch das Licht der Projektionslichtquelle 35 das Prüfmuster 70 beleuchtet, so dass dieses über das Projektionsobjektiv 47 auf das Objekt O projiziert wird, das jedenfalls im Bereich der Übergangsbereiche 74 und der hellen Streifen 73 nicht voneinander unterscheidbar ist. Lediglich in den Zwischenzonen 76 ergeben sich weitere, jedoch rein zufällige Abschnitte des Helligkeitsverlaufes H1, die man an sich ja zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden 72 voneinander nutzen könnte, wobei jedoch die dabei erzielte Genauigkeit in gewisser Weise zufällig ist. Daher wird die folgende erfindungsgemäße Vorgehensweise vorgeschlagen:
Die Übergangsbereiche 78 sind mit Identifizierungsmustern 80A, 80B, 80C und 80D versehen, die den Hell-Dunkel-Perioden 72A, 72B zugeordnet sind. Im Prinzip kann man sich die Situation so vorstellen, dass in den Zwischenzonen 76 an sich ein helles Muster vorhanden ist, d.h. ein breiter, heller Streifen, welcher jedoch mit einem grob gerasterten, jedoch eindeutigen Pixel-Muster ausgefüllt ist. Dieses grobe Pixelraster orientiert sich in seiner Flächenausdehnung an einem Pixelraster der Bildsensoren 32, 33, was nachfolgend deutlich wird, insbesondere anhand von 7. In 3 is the test pattern 70 only indicated schematically. The test sample 70 is for example on a transparent support 71 arranged, which in turn on the pattern carrier holder 46 is attached. The pattern carrier holder 46 has a passage opening 57 , through which the light of the projection light source 35 the test sample 70 illuminated, so this over the projection lens 47 projected onto the object O, at least in the area of the transition areas 74 and the light stripe 73 is not distinguishable from each other. Only in the intermediate zones 76 There are more, but purely random sections of the brightness curve H1, which in itself so to distinguish the light-dark periods 72 could use each other, but the accuracy achieved is somewhat random. Therefore, the following procedure according to the invention is proposed:
The transition areas 78 are with identification patterns 80A . 80B . 80C and 80D provided that the light-dark periods 72A . 72B assigned. In principle, one can imagine the situation in such a way that in the intermediate zones 76 a bright pattern is present, ie a wide, light stripe, but filled with a coarsely screened, but unique pixel pattern. This coarse pixel grid is oriented in its surface extent on a pixel grid of the image sensors 32 . 33 , which becomes clear below, in particular with reference to 7 ,

Der Ausschnitt C aus 5 zeigt nämlich, dass die hellen Streifen 73 durch beispielsweise fast transparente Bereiche des Trägers 71 gebildet sind, d.h. dass sich dort kaum dunkle Bildpunkte oder Flächen 81 befinden, die das Licht der Projektionslichtquelle 35 zurückhalten würden. Die hellen Streifen 73 gehen jedoch mit Helligkeitsverläufen 79 in den Übergangsbereichen 74 zu den dunklen Streifen 75 bzw. 77 über, indem nämlich die Anzahl der Bildpunkte bzw. das Raster von dunklen Flächen 81 immer enger und dichter wird. Insgesamt ergibt sich jedoch ein sehr feiner Helligkeitsverlauf 79, dessen einzelne Bildpunkte deutlich kleiner sind als schematisch in 7 und 8 angedeutete Bildpixel Xa–Xy des jeweiligen Bildsensors 32, 33. Das Gitterraster der Pixel des Bildsensors 32, 33 ist in 7 in hellen Linien schematisch eingezeichnet, um dieses Szenario zu verdeutlichen. Jedenfalls sind die Helligkeitsverläufe 79 in einer Feinauflösung 82 ausgestaltet, bei denen keine homogene helle Fläche oder dunkle Fläche oder schwarze Fläche eine Ausdehnung hat wie ein jeweiliger Sensor-Pixel Xa–Xy. The cutout C off 5 shows that the bright stripes 73 by, for example, almost transparent areas of the carrier 71 are formed, ie that there are hardly any dark pixels or areas 81 which are the light of the projection light source 35 would hold back. The bright stripes 73 but go with brightness gradients 79 in the transition areas 74 to the dark stripes 75 respectively. 77 about, namely the number of pixels or the grid of dark areas 81 getting tighter and tighter. Overall, however, results in a very fine brightness 79 whose individual pixels are significantly smaller than schematically in 7 and 8th indicated image pixels Xa-Xy of the respective image sensor 32 . 33 , The grid of pixels of the image sensor 32 . 33 is in 7 schematically drawn in light lines to illustrate this scenario. In any case, the brightness gradients 79 in a fine resolution 82 configured in which no homogeneous light area or dark area or black area has an extent as a respective sensor pixel Xa-Xy.

Die Identifizierungsmuster 80 sind jedoch deutlich grober gerastert und haben eine Grobauflösung 83. Dabei ist vorgesehen, dass Flächenabschnitte, beispielsweise ein Flächenabschnitt F1 und ein Flächenabschnitt F2, vorhanden sind, deren Flächenausdehnung mindestens einem Pixel Xa-Xy, vorzugsweise mindestens zweier Pixel Xa–Xy entspricht, dies ist in 7 gut erkennbar. Somit können die einzelnen Sensor-Pixel Xa–Xy jeweils eine Bildinformation eines Prüfbilds B1 (das nur ausschnittsweise dargestellt ist) erzeugen, beispielsweise wenn der Ausschnitt gemäß 7 auf das Objekt O bzw. einen ebenen Flächenabschnitt der Objektoberfläche OO, projiziert wird. The identification patterns 80 However, they are much coarser and have a coarse resolution 83 , It is provided that surface sections, for example a surface section F1 and a surface section F2, are present whose surface extent corresponds to at least one pixel Xa-Xy, preferably at least two pixels Xa-Xy, this is in 7 good to see. Thus, the individual sensor pixels Xa-Xy can each generate an image information of a test image B1 (which is shown only in sections), for example, if the section according to FIG 7 on the object O or a planar surface portion of the object surface OO, is projected.

Wenn das Prüfmuster 70 entlang der Stellachse S beispielsweise von der Position S1 auf die Position S2 verstellt wird, wandert das Prüfmuster 70 sozusagen entlang der Stellachse S weiter, angedeutet in 6 durch einen gestrichelten Rahmen. Deutlich erkennbar ist es, dass dann die Flächenabschnitte F1 und F2 nicht mehr denselben Sensor-Pixeln der Bildsensoren 32, 33 zugeordnet sind, so dass beispielsweise das ursprünglich eine schwarze Fläche identifizierende Pixel Xn oder Xs beim Verschieben des Prüfmusters 70 nach links in 7 eine weiße Fläche erfasst. Somit erhält das Pixel Xn oder Xs in der Relativposition S1 die Bildinformation „schwarze Fläche“, in der Relativposition S2 die Bildinformation „weiße Fläche“, weil eben das Prüfmuster 70 sozusagen nach links gewandert ist. Diese Darstellung ist allerdings nur exemplarisch zu verstehen, weil jederzeit die Orientierung der Stellachse S eine andere sein kann und ebenso die Verstellrichtung entlang der Stellachse S. Deutlich wird allerdings, dass das jeweilige Identifizierungsmuster 80A–80D abhängig von der Relativposition S1, S2 oder weiteren Relativpositionen des Prüfmusters 70 zum Objekt O ein eindeutiges Identifizierungsmuster für den jeweiligen Bildsensor 32, 33 und insbesondere für mehrere individuelle Bildpixel des jeweiligen Bildsensors 32, 33 erzeugt, welches durch die Auswerteeinrichtung 30, 130 auswertbar ist. If the test pattern 70 is moved along the adjusting axis S, for example, from the position S1 to the position S2, moves the test pattern 70 as it were along the adjusting axis S, indicated in 6 through a dashed frame. It is clearly recognizable that then the surface sections F1 and F2 no longer the same sensor pixels of the image sensors 32 . 33 are assigned, so that, for example, the originally a black area identifying pixels Xn or Xs when moving the test pattern 70 to the left in 7 captures a white area. Thus, the pixel Xn or Xs in the relative position S1 receives the image information "black area", in the relative position S2, the image information "white area", because just the test pattern 70 wandered to the left, so to speak. However, this representation is only to be understood as an example, because at any time the orientation of the adjusting axis S can be different and also along the adjustment direction Stellachse S. It is clear, however, that the respective identification pattern 80A - 80D depending on the relative position S1, S2 or other relative positions of the test pattern 70 to the object O, a unique identification pattern for the respective image sensor 32 . 33 and in particular for a plurality of individual image pixels of the respective image sensor 32 . 33 generated, which by the evaluation 30 . 130 is evaluable.

Das Auswerteverfahren der Erfindung kann beispielsweise wie in 9 schematisch dargestellt wie folgt ablaufen:
In einem Schritt 210 wird beispielsweise das Prüfmuster 70 zunächst in der Position S1 auf das Objekt O projiziert. In einem Schritt 211 erfasst die Einzelkamera 12 und/oder die Einzelkamera 13 ein Prüfbild B1 und sendet dieses an die Auswerteeinrichtung 30, 130. In einem Schritt 212 wird eine Relativverschiebung zwischen dem Prüfmuster 70 und dem Objekt O erzeugt, beispielsweise durch Betätigung des Stellantriebs 53, durch eine Bewegung des Objekts O relativ zur Stereokamera 11 oder dergleichen. In einem Schritt 213 erfasst die Einzelkamera 12 und/oder die Einzelkamera 13 das zweite Prüfbild B2 und sendet dies ebenfalls an die Auswerteeinrichtung 30 oder 130, welche in einem Schritt 214 die Prüfbilder B1 und B2 miteinander vergleicht. Dabei werden unter anderem die Helligkeitsverläufe H1, H2 miteinander verglichen, so dass auf diesem Wege sehr feine und exakte Koordinaten der Objektoberfläche O ermittelt werden. The evaluation method of the invention may, for example, as in 9 schematically represented as follows:
In one step 210 becomes, for example, the test pattern 70 initially projected in the position S1 on the object O. In one step 211 captures the single camera 12 and / or the single camera 13 a test image B1 and sends this to the evaluation 30 . 130 , In one step 212 becomes a relative displacement between the test pattern 70 and the object O generated, for example by actuation of the actuator 53 , by a movement of the object O relative to the stereo camera 11 or similar. In one step 213 captures the single camera 12 and / or the single camera 13 the second test image B2 and sends this also to the evaluation 30 or 130 which in one step 214 compares the test images B1 and B2 with each other. Among other things, the brightness gradients H1, H2 are compared with each other, so that very fine and exact coordinates of the object surface O are determined in this way.

In einem Schritt 215 werden die Identifizierungsmuster 80 ausgewertet, wobei die Schritte 214 und 215 auch umgekehrt durchlaufen werden können. Anhand der Identifizierungsmuster 19 erkennt die Auswerteeinrichtung 30 oder 130 beispielsweise Absolutdaten, beispielsweise der von den Pixeln Xa–Xy erfassten jeweiligen Werte, um so die absoluten Koordinaten der Objektoberfläche O zu ermitteln. In one step 215 become the identification patterns 80 evaluated, taking the steps 214 and 215 can also be reversed. Based on the identification pattern 19 recognizes the evaluation device 30 or 130 For example, absolute data, such as the respective values detected by the pixels Xa-Xy, so as to obtain the absolute coordinates of the object surface O.

In einem Schritt 216 gibt die Auswerteeinrichtung 30, 130 die so ermittelten Feinkoordinaten und Absolutkoordinaten der Objektoberfläche O beispielsweise an den Ausgabemitteln 132 aus. In one step 216 gives the evaluation device 30 . 130 the thus determined fine coordinates and absolute coordinates of the object surface O, for example, at the output means 132 out.

Selbstverständlich können die Auswerteeinrichtung 30, 140 und eine vorzugsweise an Bord der Stereokamera 11, jedenfalls des Systems, befindliche Steuerung 134 interaktiv die vorgenannten Schritte durchführen, beispielsweise um den Stellantrieb 53 zwischen der Erfassung der Teilbilder B1 und B2 zur Verschiebung oder Verstellung des Prüfmusters 70 anzusteuern. Die Steuerung wird beispielsweise durch ein Steuerungsmodul 134, welches vom Prozessor 29, 129 ausführbaren Programmcode aufweist, realisiert. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die externe Auswerteeinrichtung 130 über beispielsweise die Datenschnittstelle 34 die Stereokamera 11 ansteuert, beispielsweise den Stellantrieb 53. Of course, the evaluation 30 . 140 and preferably on board the stereo camera 11 , in any case of the system, located control 134 interactively perform the aforementioned steps, for example, the actuator 53 between the detection of the partial images B1 and B2 for the displacement or adjustment of the test pattern 70 head for. The control is for example by a control module 134 which from the processor 29 . 129 executable program code implemented. Of course, it is also possible that the external evaluation device 130 over, for example, the data interface 34 the stereo camera 11 controls, for example, the actuator 53 ,

Bei einem System 310 gemäß 10 sind eine erste und eine zweite Projektionseinheit 315a und 315b vorgesehen, die sozusagen gemeinsam das Prüfmuster 70 auf das Objekt O projizieren, jedoch in Teilmustern oder Teilbildern 371, 372. So umfasst beispielsweise das Teilbild oder Teilmuster 371 die Hell-Dunkel-Perioden 72A–72D ausgenommen die Identifizierungsmuster 80A–80D. Das Teilbild oder Teilmuster 372 hingegen enthält die Identifizierungsmuster 80A–80D, die sozusagen in die Zwischenzonen 76 hineinprojiziert werden. In a system 310 according to 10 are a first and a second projection unit 315 and 315b provided, which together, so to speak, the test sample 70 Project to the object O, but in sub-patterns or sub-images 371 . 372 , For example, the sub-picture or sub-pattern includes 371 the light-dark periods 72A - 72D except the identification patterns 80A - 80D , The drawing file or partial pattern 372 however, contains the identification patterns 80A - 80D , which, so to speak, in the intermediate zones 76 be projected into it.

Weiterhin enthält das System 310 nur eine einzelne Kamera, also keine Stereokamera in Gestalt einer Kamera 312. Es ist möglich, dass beispielsweise die Kamera 312 und/oder das Objekt O entlang der Stellachse S relativ zueinander verstellt werden, so dass das Prüfmuster 70 in unterschiedlichen Positionen auf das Objekt O fällt. Ohne weiteres können aber auch die Projektionseinheiten 315A und 315B relativ zum Objekt O verstellt werden, um das Prüfmuster 70 entsprechend der Stellachse S in unterschiedlichen Positionen auf das Objekt O zu projizieren. Ohne weiteres kann auch ein Stellantrieb in der Art des Stellantriebs 53 bei einer oder beiden der Projektionseinheiten 315A–315B vorgesehen sein. Furthermore, the system contains 310 only a single camera, so no stereo camera in the form of a camera 312 , It is possible that, for example, the camera 312 and / or the object O along the adjusting axis S are adjusted relative to each other, so that the test pattern 70 falls in different positions on the object O. But without further ado, the projection units can also be used 315A and 315B relative to the object O are adjusted to the test pattern 70 corresponding to the adjusting axis S to project in different positions on the object O. Without further ado, an actuator in the manner of the actuator 53 at one or both of the projection units 315A - 315B be provided.

Die Erfindung betrifft also ein System zur dreidimensionalen Erfassung eines Objekts umfassend

– einen Projektor zur Projektion eines Prüfmusters auf ein Objekt,
– mindestens eine Kamera mit einem Bildsensor zur Erfassung von Prüfbildern, die das Objekt mit dem auf das Objekt projizierten Prüfmuster umfassen, und
– eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten einer Objektoberfläche des Objekts anhand der Prüfbilder oder eine Schnittstelle zur Ausgabe von Prüfbildern an eine derartige Auswerteeinrichtung, wobei ein erstes Prüfbild einer ersten Relativposition und mindestens ein zweites Prüfbild einer zweiten Relativposition des Prüfmusters und des Objekts in Bezug auf eine Stellachse zugeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass das Prüfmuster aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden aufweist, die ineinander übergehende helle und dunkle Bereiche in einer Feinauflösung aufweisen, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Hell-Dunkel-Perioden voneinander verschiedene Identifizierungsmuster zur Identifizierung der Hell-Dunkel-Perioden und zur Unterscheidung der Hell-Dunkel-Perioden voneinander aufweisen, wobei die Identifizierungsmuster eine gegenüber der Feinauflösung gröbere Grobauflösung aufweisen, so dass durch die ineinander übergehenden hellen und dunklen Bereiche der Hell-Dunkel-Perioden bewirkte Helligkeitsverläufe des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds anhand von den Identifizierungsmustern zugeordneten Bilddaten des ersten Prüfbilds und des mindestens einen zweiten Prüfbilds durch die Auswerteeinrichtung unterscheidbar sind.

The invention thus relates to a system for the three-dimensional detection of an object

A projector for projecting a test pattern onto an object,
At least one camera with an image sensor for acquiring test images which comprise the object with the test pattern projected onto the object, and
An evaluation device for determining three-dimensional coordinates of an object surface of the object based on the test images or an interface for outputting test images to such an evaluation device, wherein a first test image of a first relative position and at least a second test image of a second relative position of the test pattern and the object with respect to a Adjusting axis are assigned. It is envisaged that the test pattern has successive light-dark periods having fine light and dark areas merging into each other, at least two consecutive light-dark periods being different identification patterns for identifying the light-dark periods and discriminating have the light-dark periods of each other, the identification pattern have a coarser resolution coarser compared to the fine resolution, so that by the merging light and dark areas of the light-dark Periods caused brightness gradients of the first test image and the at least one second test image based on the identification patterns associated image data of the first test image and the at least one second test image by the evaluation are distinguishable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013015777 A1 [0002, 0061, 0075]

Claims

System for three-dimensional detection of an object (O) comprising - a projector ( 15 ) for the projection of a test sample ( 70 ) on an object (O), - a camera ( 11 ) with an image sensor ( 32 . 33 for acquiring test images (B1, B2), which project the object (O) with the test pattern projected onto the object (O) ( 70 ), and - an evaluation device ( 30 ) for determining three-dimensional coordinates of an object surface (OO) of the object (O) on the basis of the test images (B1, B2) or an interface ( 34 ) for outputting test images (B1, B2) to such an evaluation device ( 130 ), wherein a first test pattern (B1, B2) of a first relative position (S1) of the test pattern ( 70 ) and the object (O) with respect to a positioning axis (S) and at least one second test pattern (B2) of a second relative position of the test pattern that is different from the first relative position (S1) ( 70 ) and of the object (O) in relation to the adjusting axis (S), characterized in that the test pattern ( 70 ) consecutive light-dark periods ( 71A - 72D ), the merging into light and dark areas ( 84 . 85 ) in a fine resolution ( 82 ), wherein at least two consecutive light-dark periods ( 71A - 72D ) different identification patterns ( 80A - 80D ) for the identification of the light-dark periods ( 71A - 72D ) and to distinguish the light-dark periods ( 71A - 72D ), the identification patterns ( 80A - 80D ) one compared to the fine resolution ( 82 ) coarser resolution ( 83 ), so that by the merging light and dark areas ( 84 . 85 ) of the light-dark periods ( 71A - 72D ) caused brightness gradients ( 79 ) of the first test image (B1) and of the at least one second test image (B2) on the basis of the identification patterns ( 80A - 80D ) associated image data (D) of the first test image (B1) and the at least one second test image (B2) by the evaluation device ( 30 ; 130 ) are distinguishable.

System according to claim 1, characterized in that the light and dark areas ( 84 . 85 ) continuously merge.

System according to claim 1 or 2, characterized in that the fine resolution ( 82 ) not by individual pixels (Xa-Xy) of the image sensor ( 32 . 33 ) is resolvable and / or the coarse resolution ( 83 ) by individual pixels (Xa-Xy) of the image sensor ( 32 . 33 ) is resolvable.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the identification patterns ( 80A - 80D ) have at least one surface section (F1, F2) with a homogeneous color and / or homogeneous brightness which has an areal extent which corresponds to the areal extent of at least one pixel (Xa-Xy) or at least two pixels (Xa-Xy) of the image sensor ( 32 . 33 ) corresponds.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the identification patterns ( 80A - 80D ) for determining absolute coordinates of the object surface (OO) and the light and dark merging regions ( 84 . 85 ) of the light-dark periods ( 71A - 72D ) are provided and / or designed to determine the absolute coordinates with respect to distance values of finely-defined detail coordinates.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the projector ( 15 ) a projection light source ( 35 ), for the examination of the test pattern ( 70 ) and / or that the test sample ( 70 ) is arranged on a particular partially transparent pattern carrier.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the projector ( 15 ) for the projection of the test sample ( 70 ) is configured in several positions along the adjusting axis (S) on the object (O).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the projector ( 15 ) an especially a piezo drive comprehensive actuator for adjusting the test pattern ( 70 ) relative to the object (O).

System according to claim 7, characterized in that the actuator for a continuous adjustment of the test pattern ( 70 ) and / or a travel of at least or exactly a length of a light-dark period ( 71A - 72D ) and / or a distance between two adjacent identification patterns ( 80A - 80D ) having

System according to one of the preceding claims, characterized in that the projector ( 15 ) a first projection unit ( 315A ) for generating a first partial image ( 371 ) of the test sample ( 70 ), which the light-dark periods ( 71A - 72D ), and a second projection unit ( 315B ) for generating a second partial image ( 372 ) of the test sample ( 70 ), which identifies the identification patterns ( 80A - 80D ) having.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 30 ; 130 ) and / or the projector ( 15 ) a part of the camera ( 11 ).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the camera ( 11 ) to form a stereo camera ( 11 ) a first single camera ( 12 ) and a second single camera ( 13 ), whereby the individual cameras ( 12 . 13 ) each have an image sensor ( 32 . 33 ) which is designed and provided for detecting the or a test pattern (B1, B2).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the light and dark areas ( 84 . 85 ) are designed strip-shaped.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the identification patterns ( 80A - 80D ) in the bright areas ( 84 . 85 ) of the light-dark periods ( 71A - 72D ) and / or that at a respective light-dark period ( 71A - 72D ) a periodic proportion of the light and dark areas ( 84 . 85 ) is equal to or about twice to three times as large as a period portion of the identification pattern ( 80A - 80D ) of the light-dark period ( 71A - 72D ).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the identification patterns ( 80A - 80D ) Are random patterns or coded patterns.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the light and dark areas ( 84 . 85 ) merge sinusoidally or linearly into one another.

System according to one of the preceding claims, characterized in that it is used to project the entire test sample ( 70 ) with the light and dark areas ( 84 . 85 ) and the identification patterns ( 80A - 80D ) is configured.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 30 . 130 ) for identifying a subpixel position of a matching image position of two test images or test image sequences on the basis of the brightness profiles ( 79 ) is configured.

System according to claim 18, characterized in that the evaluation device ( 30 . 130 ) for determining a subpixel position by means of time correlation of the brightness profiles ( 79 ), in particular of grayscale sequences or brightness sequences, of two pixels in at least two test images.

Method for the three-dimensional detection of an object (O) comprising - projection of a test pattern ( 70 ) on an object (O) by means of a projector ( 15 ), - acquisition of test images (B1, B2), the object (O) with the on the object (O) projected test pattern ( 70 ), by means of a camera ( 11 ) with an image sensor ( 32 . 33 ), and - determination of three-dimensional coordinates of an object surface (OO) of the object (O) on the basis of the test images (B1, B2) by an evaluation device ( 30 ; 130 ) or output of test images (B1, B2) to such an evaluation device ( 30 ; 130 ) via an interface ( 34 ), wherein a first test pattern (B1) of a first relative position (S1) of the test pattern (B1) 70 ) and the object (O) with respect to a positioning axis (S) and at least one second test pattern (B2) of a second relative position of the test pattern that is different from the first relative position (S1) ( 70 ) and of the object in relation to the adjusting axis (S), characterized by - determination of brightness characteristics ( 79 ) of the first test image (B1) and the at least one second test image (B2) on the basis of in a fine resolution ( 82 ) provided in merging light and dark areas ( 84 . 85 ) in consecutive light-dark periods ( 71A - 72D ) Test pattern ( 70 ), at least two consecutive light-dark periods ( 71A - 72D ) different identification patterns ( 80A - 80D ) for the identification of the light-dark periods ( 71A - 72D ) and to distinguish the light-dark periods ( 71A - 72D ) and the identification patterns ( 80A - 80D ) one compared to the fine resolution ( 82 ) coarser resolution ( 83 ), and - differentiation of the light and dark areas ( 84 . 85 ) of the light-dark periods ( 71A - 72D ) caused brightness gradients ( 79 ) of the first test image (B1) and of the at least one second test image (B2) on the basis of the identification patterns ( 80A - 80D ) associated image data (D) of the first test image (B1) and the at least one second test image (B2) by the evaluation device.