DE102018133289A1 - Measuring device and method for determining the minimum resolvable contrast - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (6) zur Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrasts in einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke eines zu testenden, in der Messvorrichtung (6) anordenbaren optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems (3), wobei mehrere Messmuster bei verschiedenen einstellbaren Kontrasten mit dem optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystem (3) erfasst und die feinsten Messmuster die noch mittels des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems (3) auflösbar sind, bestimmt werden, umfassend wenigstens:- eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (1) mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Mikrospiegelaktoren (1a), welche jeweils in eine erste stabile Stellposition (S1) und in eine zweite stabile Stellposition (S2) schaltbar sind;- eine Beleuchtungseinrichtung (7) mit wenigstens einer regelbaren Lichtquelle (2.1, 2.2) und einem ersten Beleuchtungspfad (7a), welcher dazu ausgelegt ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung (1) derart mit dem Licht (L1) der wenigstens einen Lichtquelle (2.1) zu beleuchten, dass die Mikrospiegelaktoren (1a) das Licht (L1) in der ersten Stellposition (S1) in Richtung, insbesondere einer Eingangsoptik (3a) des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems (3) lenken und in der zweiten Stellposition (S2) in eine Strahlfalle (5) lenken; und- eine elektronische Steuerungseinrichtung (8), welche dazu eingerichtet ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung (1) und die Beleuchtungseinrichtung (7) derart anzusteuern, dass durch die Schaltung der Mikrospiegelaktoren (1a) in Verbindung mit deren Beleuchtung die Messmuster erzeugbar sind.The invention relates to a measuring device (6) for determining the minimally resolvable contrast in a predetermined irradiance of an optical direct vision, image acquisition or camera system (3) to be tested, which can be arranged in the measuring device (6), with several measuring patterns with different adjustable contrasts with the optical direct vision, image acquisition or camera system (3) and the finest measurement patterns that can still be resolved by means of the optical direct vision, image acquisition or camera system (3) are determined, comprising at least: - a digital micromirror device (1) with a large number of micromirror actuators (1a) arranged in the form of a matrix, each of which can be switched to a first stable position (S1) and a second stable position (S2); - an illumination device (7) with at least one controllable light source (2.1, 2.2) and a first illumination path (7a), which is designed for the digital micromirror device device (1) to be illuminated with the light (L1) of the at least one light source (2.1) in such a way that the micromirror actuators (1a) in the first actuating position (S1) direct the light (L1) in the direction, in particular an input optic (3a) of the optical Steer direct vision, image acquisition or camera system (3) and steer into a beam trap (5) in the second position (S2); and - an electronic control device (8) which is set up to control the digital micromirror device (1) and the lighting device (7) in such a way that the measurement patterns can be generated by switching the micromirror actuators (1a) in conjunction with their lighting.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrasts, insbesondere MRC (Minimum Resolvable Contrast) bzw. MCP (Minimum Contrast Perceived), in einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke eines zu testenden, in der Messvorrichtung anordenbaren optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems.The invention relates to a measuring device and a method for determining the minimally resolvable contrast, in particular MRC (Minimum Resolvable Contrast) or MCP (Minimum Contrast Perceived), in a predetermined irradiance of an optical direct vision, image acquisition or Camera system.
Die Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrastes dient insbesondere dazu, um mit Hilfe von Modellen Erkennungsreichweiten von verschiedenen Kamerasystemen oder Direktsichtgeräten synthetisch zu ermitteln, um diese vergleichbar zu machen.The determination of the minimally resolvable contrast is used in particular to use synthetic models to determine the detection ranges of different camera systems or direct vision devices in order to make them comparable.
Bei den bekannten Tests wird das zu prüfende Kamerasystem in bzw. vor einer Messapparatur aufgebaut. Diese besteht aus einer Beleuchtungseinheit und entsprechenden Targets, Messmustern oder Testbildmustern (z. B. USAF 1951 Resolving Power Test Target), welche auf ein Substrat aufgebracht sind und unterschiedliche Auflösungen aufweisen. Eine Testperson beobachtet dann die von dem Kamerasystem erfassten Targets auf einer Bildwiedergabeeinrichtung und entscheidet, welches Target sie noch auflösen kann. Die Testmuster beinhalten Balkendiagramme mit variablem Kontrast. Es wird dasjenige Balkendiagramm bestimmt, in dem alle Balken in einer vorgegebenen Frequenz von der Person noch aufgelöst werden können. Danach wird die nächste Kontraststufe ausgewählt und die Prozedur wiederholt. Zumeist müssen Messungen bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen (z. B. 10.000 Lux für Tageslicht oder 100 Lux für Dämmerung) durchgeführt werden, um eine Vergleichbarkeit mit anderen Geräten bezüglich nicht-linearen Verhaltens zu erhalten und/oder um spezifizierte oder standardisierte Einsatzbedingungen nachzustellen.In the known tests, the camera system to be tested is set up in or in front of a measuring apparatus. This consists of a lighting unit and corresponding targets, measurement samples or test pattern samples (e.g. USAF 1951 Resolving Power Test Target), which are applied to a substrate and have different resolutions. A test person then observes the targets captured by the camera system on an image display device and decides which target can still be resolved. The test patterns include bar graphs with variable contrast. The bar diagram is determined in which all bars can still be resolved by the person at a predetermined frequency. The next level of contrast is then selected and the procedure repeated. In most cases, measurements have to be carried out with different lighting settings (e.g. 10,000 lux for daylight or 100 lux for twilight) in order to obtain comparability with other devices with regard to non-linear behavior and / or to simulate specified or standardized operating conditions.
Die Art und Anzahl der zu verwendenden Testmuster ist beschränkt. Diese befinden sich in der Regel auf einem Wählrad oder dergleichen. Sonach besteht eine Einschränkung hinsichtlich der Anzahl der Messstellen, die man zur Ermittlung der Erkennungsreichweiten verwendet. In der Regel liegen nur fünf oder sechs unterschiedliche Kontraststufen vor, was dazu führt, dass das Messergebnis stark interpoliert werden muss und somit die Aussagekräftigkeit sinkt.The type and number of test samples to be used is limited. These are usually on a dial or the like. There is then a restriction on the number of measuring points that can be used to determine the detection ranges. As a rule, there are only five or six different contrast levels, which means that the measurement result has to be heavily interpolated and thus the informative value drops.
Darüber hinaus ist die Herstellung der Messmuster bzw. Targets, insbesondere im unteren Kontrastbereich, beispielsweise mit einstelligen Prozentzahlen des Kontrasts sehr aufwendig. Oftmals können die geforderten Genauigkeiten nicht erfüllt werden, wodurch die Anzahl der Messstellen weiter beschränkt wird.In addition, the production of the measurement patterns or targets, in particular in the lower contrast range, for example with single-digit percentages of the contrast, is very complex. The required accuracies can often not be met, which further limits the number of measuring points.
Bisher bekannte Messaufbauten mit Testmustern mit Balkendiagrammen lassen sich anhand der Funktionsweise bei der Erzeugung der Messmuster im Wesentlichen in drei Varianten einteilen:
- 1. Durchlichttechnik:
- Der Messmarkenträger wird von hinten beleuchtet. Der Kontrast wird durch die Transparenz der Messmarken bestimmt. Eine Beleuchtung ist über einen breitbandigen Wellenlängenbereich zwar möglich. Jedoch sind die Messmarkenkontraste und die -auflösung nur in diskreten Stufen einstellbar. Die Messmarken zeigen außerdem einen wellenlängenabhängigen Kontrast.
- 2. Strahlkombination:
- Mittels eines Strahlteilers bzw. Strahlkombinierers wird ein Hintergrundsignal mit einem Messmuster, das per Durchlicht beleuchtet wird, kombiniert. Mittels zweier Lichtquellen ist ein Kontrast stufenlos steuerbar. Die Beleuchtung ist ebenfalls in einem breitbandigen Wellenlängenbereich möglich. Die Messmarkenauflösung ist allerdings nur in diskreten Stufen einstellbar. Der Strahlteiler beeinflusst nachteilig die Polarisation des Lichts. Zur Kontrastbildung ist lediglich ein additives Verfahren möglich, d. h. bei einhundertprozentigem Kontrast leuchten die Messmarken und nicht der Hintergrund.
- 3. Selbstleuchtendes Display:
- Auf einem LCD/LED/OLED-Display werden die Messmarken generiert bzw. dargestellt. Über eine Pulsweitenmodulierung (PWM) bzw. eine Schaltfrequenz ist ein Kontrast fast stufenlos einstellbar. Die Messmarkenauflösung kann ebenfalls fast stufenlos eingestellt werden, d. h. die möglichen Stufen werden gröber, wenn man sich mit einem Pixelpitch (direkter Abstand der Pixel auf Bildschirmen) annähert. Eine Beleuchtung ist jedoch nicht in einem breitbandigen Spektralbereich möglich, insbesondere ist das Verfahren ungeeignet für Messungen im kurzwelligen Infrarotbereich. Diesbezüglich wird auf die
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- Auf einem LCD/LED/OLED-Display werden die Messmarken generiert bzw. dargestellt. Über eine Pulsweitenmodulierung (PWM) bzw. eine Schaltfrequenz ist ein Kontrast fast stufenlos einstellbar. Die Messmarkenauflösung kann ebenfalls fast stufenlos eingestellt werden, d. h. die möglichen Stufen werden gröber, wenn man sich mit einem Pixelpitch (direkter Abstand der Pixel auf Bildschirmen) annähert. Eine Beleuchtung ist jedoch nicht in einem breitbandigen Spektralbereich möglich, insbesondere ist das Verfahren ungeeignet für Messungen im kurzwelligen Infrarotbereich. Diesbezüglich wird auf die
- 1. Transmitted light technology:
- The marker carrier is illuminated from behind. The contrast is determined by the transparency of the measuring marks. Illumination is possible over a broadband wavelength range. However, the measuring mark contrasts and the resolution can only be set in discrete steps. The measuring marks also show a wavelength-dependent contrast.
- 2. Beam combination:
- A background signal is combined with a measurement pattern, which is illuminated by transmitted light, by means of a beam splitter or beam combiner. A contrast can be steplessly controlled by means of two light sources. Illumination is also possible in a broadband wavelength range. However, the measurement mark resolution can only be set in discrete steps. The beam splitter adversely affects the polarization of the light. Only an additive method is possible to form contrast, ie the measuring marks shine and not the background at 100% contrast.
- 3. Self-illuminating display:
- The measurement marks are generated or displayed on an LCD / LED / OLED display. A contrast can be set almost infinitely via pulse width modulation (PWM) or a switching frequency. The measurement mark resolution can also be set almost continuously, ie the possible levels become coarser if one approaches with a pixel pitch (direct distance of the pixels on screens). However, illumination is not possible in a broadband spectral range, in particular the method is unsuitable for measurements in the short-wave infrared range. In this regard, the
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- The measurement marks are generated or displayed on an LCD / LED / OLED display. A contrast can be set almost infinitely via pulse width modulation (PWM) or a switching frequency. The measurement mark resolution can also be set almost continuously, ie the possible levels become coarser if one approaches with a pixel pitch (direct distance of the pixels on screens). However, illumination is not possible in a broadband spectral range, in particular the method is unsuitable for measurements in the short-wave infrared range. In this regard, the
Wünschenswert ist die Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrasts auch bei Bilderfassungs- oder Kamerasystemen, welche im Infrarotbereich oder UV-Bereich arbeiten.It is desirable to determine the minimally resolvable contrast even in the case of image acquisition or camera systems which operate in the infrared or UV range.
In der
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere eine variable Einstellung der Messparameter und Messungen in einem breitbandigen Spektralbereich zu ermöglichen.The present invention is therefore based on the object of providing a measuring device and a method of the type mentioned at the outset which avoid the disadvantages of the prior art, in particular to enable variable setting of the measurement parameters and measurements in a broadband spectral range.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch Anspruch 16 gelöst.This object is achieved by the features mentioned in
Erfindungsgemäß wird eine Messvorrichtung zur Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrasts in einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke eines zu testenden, in der Messvorrichtung anordenbaren optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems vorgeschlagen, wobei mehrere Messmuster bei verschiedenen einstellbaren Kontrasten mit dem optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystem erfasst und die feinsten Messmuster die noch mittels des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems auflösbar sind, bestimmt werden, umfassend wenigstens:
- - eine digitale Mikrospiegeleinrichtung mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Mikrospiegelaktoren, welche jeweils in eine erste stabile Stellposition und in eine zweite stabile Stellposition schaltbar sind;
- - eine Beleuchtungseinrichtung mit wenigstens einer regelbaren Lichtquelle und einem ersten Beleuchtungspfad, welcher dazu ausgelegt ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung derart mit dem Licht der wenigstens einen Lichtquelle zu beleuchten, dass die Mikrospiegelaktoren das Licht in der ersten Stellposition in Richtung, insbesondere einer Eingangsoptik des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems lenken und in der zweiten Stellposition in eine Strahlfalle lenken; und
- - eine elektronische Steuerungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart anzusteuern, dass durch die Schaltung der Mikrospiegelaktoren in Verbindung mit deren Beleuchtung die Messmuster erzeugbar sind.
- a digital micromirror device with a multiplicity of micromirror actuators arranged in a matrix, each of which can be switched into a first stable actuating position and into a second stable actuating position;
- an illuminating device with at least one controllable light source and a first illuminating path, which is designed to illuminate the digital micromirror device with the light of the at least one light source such that the micromirror actuators direct the light in the first position in the direction, in particular an input optic, of the direct optical view - Steer, image acquisition or camera system and steer into a beam trap in the second position; and
- an electronic control device, which is set up to control the digital micromirror device and the lighting device in such a way that the measurement patterns can be generated by switching the micromirror actuators in connection with their illumination.
Durch die Verwendung der digitalen Mikrospiegeleinrichtung bzw. eines DLP (Digital Light Processing)-Aktors in Verbindung mit der wenigstens einen regelbaren Lichtquelle ist der Messmarkenkontrast variabel einstellbar. Kommt nur eine regelbare Lichtquelle zum Einsatz, so können die Kontraststufen im Bild mittels Pulsweitenmodulation (PWM) der einzelnen Mikrospiegelaktoren bzw. DLP-Elemente erzeugt werden. Ein DLP-Aktor bzw. DLP-Aktuator besteht aus vielen kleinen unabhängig steuerbaren Spiegeln. Der DLP-Aktuator stellt frei wählbare Messmuster mit frei wählbaren Linienauflösungen dar. Eine annähernd stufenlose Einstellung der Messmarkenauflösung ist somit möglich. Durch die eingesetzte Spiegeltechnik ist eine breitbandige Beleuchtung in einem großen Spektralbereich denkbar. Die eingesetzte Spiegeloptik ist von der gewählten Farbe bzw. dem gewählten Wellenlängenbereich weitestgehend unabhängig, wodurch eine hohe Flexibilität der Messvorrichtung erzielt wird. Somit ist das System beispielsweise für Messungen im UV-Bereich, dem visuellen Bereich, dem kurzwelligen Infrarotbereich und den übrigen Infrarotbereichen grundsätzlich geeignet. Zudem wird eine großflächige Darstellung der Messmarken oder eine Darstellung von mehreren gleichen Messmarken verteilt in einem Feld ermöglicht. Ebenso sind bewegte Messmarken darstellbar. Durch die insbesondere zentrale elektronische Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung anzusteuern, können die Messmarken frei in Form und Kontrast durch Software erzeugt werden, somit kann der Messaufbau auch für andere Messverfahren genutzt werden. Sonach sind auch alternative Testmuster wie beispielsweise Landoltringe, Snellen-Tafeln, Sinusmuster für eine maschinelle Auswertung oder neuartige Testmuster wie Dreiecke (z. B. für TOD/Triangle Orientation Discrimination) oder Messmuster für eine Verzeichnungsmessung darstellbar. Das Messsystem kann automatisch die Blenden bzw. Verschlüsse der Lichtquellen regeln und Muster auf dem DLP-Aktor erzeugen. Daraus abgeleitete Größen wie Linienpaare/Line Pairs pro mm werden direkt eingestellt. Der Benutzer kann sozusagen mit einfachem Tastendruck stufenlos die Auflösung, den Kontrast oder die Beleuchtungsstärke bzw. Bestrahlungsstärke verändern, bis das Testmuster nicht mehr vom zu testenden System aufgelöst werden kann. Die so ermittelten Ergebnisse können direkt in eine Tabelle gespeichert werden, von wo aus sie an ein Atmosphärensimulationsprogramm übergeben und ausgewertet werden können, um die Erkennungsreichweiten zu bestimmen. Durch eine zentrale Bedienung und eine digitale Eingabe von Messparametern kann schneller gemessen werden und die Ergebnisse können direkt gespeichert werden. Die Beleuchtungsstärke wird automatisch an den gewählten Wellenlängenbereich angepasst. Neue Testmuster können schnell per Software erzeugt werden, wodurch die Messvorrichtung auch an die Bedürfnisse zukünftiger Messverfahren angepasst werden kann oder auch alternative Messungen durchgeführt werden können. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung mit den programmierbaren Mikrospiegel-Targets und der entsprechenden Beleuchtung ermöglicht eine sehr vorteilhafte direkte Methode zur Messung des Kontrasts. Außerdem ist es denkbar, dass der Messplatz selbstständig verschiedene Messmarken, z. B. als Sinusmuster, durchmoduliert und mittels Bildverarbeitung das eingelesene Bild bzw. Video des zu testenden Systems objektiv auswertet.By using the digital micromirror device or a DLP (Digital Light Processing) actuator in connection with the at least one controllable light source, the measurement mark contrast can be variably adjusted. If only one controllable light source is used, the contrast levels in the image can be generated by means of pulse width modulation (PWM) of the individual micromirror actuators or DLP elements. A DLP actuator or DLP actuator consists of many small, independently controllable mirrors. The DLP actuator displays freely selectable measurement patterns with freely selectable line resolutions. An almost infinitely variable setting of the measurement mark resolution is thus possible. Due to the mirror technology used, broadband lighting in a large spectral range is conceivable. The mirror optics used are largely independent of the selected color or the selected wavelength range, as a result of which the measuring device is highly flexible. The system is therefore basically suitable for measurements in the UV range, the visual range, the short-wave infrared range and the other infrared ranges, for example. In addition, a large-scale representation of the measuring marks or a representation of several identical measuring marks distributed in one field is made possible. Moving measuring marks can also be displayed. Due to the central electronic control device, in particular, which is set up to control the digital micromirror device and the lighting device, the measurement marks can be freely generated in form and contrast by software, so that the measurement setup can also be used for other measurement methods. Alternative test patterns such as Landolt rings, Snellen tables, sine patterns for machine evaluation or new test patterns such as triangles (e.g. for TOD / Triangle Orientation Discrimination) or measurement patterns for distortion measurement can also be displayed. The measuring system can automatically regulate the shutters or shutters of the light sources and generate patterns on the DLP actuator. Sizes derived from this, such as line pairs / line pairs per mm, are set directly. The user can continuously change the resolution, the contrast or the illuminance or irradiance, so to speak, with a simple push of a button, until the test pattern can no longer be resolved by the system to be tested. The results determined in this way can be stored directly in a table, from where they can be transferred to an atmosphere simulation program and evaluated in order to determine the detection ranges. By a Central operation and a digital input of measurement parameters can be measured faster and the results can be saved directly. The illuminance is automatically adjusted to the selected wavelength range. New test patterns can be generated quickly by software, which means that the measuring device can also be adapted to the needs of future measuring processes or alternative measurements can also be carried out. The measuring device according to the invention with the programmable micromirror targets and the corresponding lighting enables a very advantageous direct method for measuring the contrast. It is also conceivable that the measuring station independently different measuring marks, z. B. as a sine pattern, modulated and objectively evaluates the image or video of the system under test by means of image processing.
Die Eingrenzung des spektralen Messbereiches sowie eine automatische Beleuchtungsanpassung an Messmodelle können mittels kalibrierter Look-up-Tabellen erfolgen. Hierzu können entsprechende Stelleinrichtungen, beispielsweise wechselbare Spektralfilter oder wechselbare Lichtquellen, vorgesehen sein. Ebenfalls besteht die Möglichkeit zur Simulation von wellenlängenabhängigen Reflektivitäten der Zielobjekte, z. B. bei Beleuchtungen an verschiedenen Tageszeiten. Der Benutzer gibt einfach den gewünschten Kontrast und die Wellenlänge ein und die Software regelt alles entsprechend.The spectral measuring range can be narrowed down and the lighting can be automatically adapted to measuring models using calibrated look-up tables. Appropriate control devices, for example exchangeable spectral filters or exchangeable light sources, can be provided for this purpose. There is also the possibility of simulating wavelength-dependent reflectivities of the target objects, e.g. B. with lighting at different times of the day. The user simply enters the desired contrast and wavelength and the software regulates everything accordingly.
Der DLP-Aktor wird auch als DMD (Digital Micromirror Device) bzw. digitale Mikrospiegeleinrichtung bezeichnet und besteht aus Millionen kleiner Spiegel, die bistabil geschaltet werden können. Einzelne Spiegelelemente des DLP-Aktors weisen zwei stabile Stellpositionen, beispielsweise bei +12º „ein“ und bei -12º „aus“ auf. Eine Lichtquelle kann in einem Winkel von 24º auf den DLP-Aktor strahlen. Im Zustand „ein“ reflektieren die DLP-Spiegel das Licht bzw. die Strahlung in Richtung des Kameraprüflings. Im Zustand „aus“ wird das Licht in eine Strahlfalle gelenkt, welche zur annähernd vollständigen Absorption der Strahlung dient.The DLP actuator is also known as a DMD (Digital Micromirror Device) or digital micromirror device and consists of millions of small mirrors that can be switched bistably. Individual mirror elements of the DLP actuator have two stable positions, for example at + 12º "on" and at -12º "off". A light source can illuminate the DLP actuator at an angle of 24º. In the "on" state, the DLP mirrors reflect the light or radiation in the direction of the camera examinee. In the "off" state, the light is directed into a beam trap, which serves to almost completely absorb the radiation.
Vorteilhaft ist es, wenn die Beleuchtungseinrichtung einen zweiten Beleuchtungspfad aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung derart mit dem Licht der wenigstens einen regelbaren Lichtquelle zu beleuchten, dass die Mikrospiegelaktoren das Licht in der zweiten Stellposition in Richtung, insbesondere einer Eingangsoptik des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems lenken und in der ersten Stellposition in die Strahlfalle lenken. Dadurch kann die Beleuchtung besser geregelt werden.It is advantageous if the lighting device has a second lighting path, which is designed to illuminate the digital micromirror device with the light of the at least one controllable light source in such a way that the micromirror actuators direct the light in the second position in the direction, in particular an input optics, of the direct optical view - Steer, image acquisition or camera system and steer into the beam trap in the first position. This allows the lighting to be regulated better.
Die wenigstens eine regelbare Lichtquelle kann mit einer regelbaren Blende, beispielsweise einer Irisblende oder dergleichen, bzw. einem regelbaren Verschluss, insbesondere zum genauen Einstellen der Bestrahlungsstärke bzw. Beleuchtungsstärke, versehen sein.The at least one controllable light source can be provided with a controllable diaphragm, for example an iris diaphragm or the like, or a controllable closure, in particular for the precise setting of the irradiance or illuminance.
Die wenigstens eine regelbare Lichtquelle kann mit einer Ulbrichtkugel versehen sein. Alternativ können auch weitere geregelte und homogene Beleuchtungsmethoden eingesetzt werden.The at least one controllable light source can be provided with an integrating sphere. Alternatively, other regulated and homogeneous lighting methods can also be used.
Vorteilhaft ist es, wenn die wenigstens eine Lichtquelle mit einer Messeinrichtung zur Erfassung der Bestrahlungsstärke versehen ist. Die Messeinrichtung kann z. B. als Luxmeter oder Thermometer (z. B. im Infrarotbereich) ausgeführt sein.It is advantageous if the at least one light source is provided with a measuring device for detecting the irradiance. The measuring device can e.g. B. as a lux meter or thermometer (z. B. in the infrared range).
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die vorgegebene oder geforderte Beleuchtungsstärke bzw. Bestrahlungsstärke absolut einzustellen bzw. einzuregeln.This measure makes it possible to absolutely set or regulate the specified or required illuminance or irradiance.
Das Licht der wenigstens einen Lichtquelle kann in einem Wellenlängenbereich von etwa 200 nm bis etwa 12 µm oder Teilen davon liegen. Dadurch wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass auch optische Systeme, deren Nutzwellenlängenbereich außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs liegt, in der Messvorrichtung getestet werden können. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn mehrere regelbare Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen vorhanden sind. Dadurch können mit nur einer Messvorrichtung unterschiedliche Systeme getestet werden.The light from the at least one light source can be in a wavelength range from approximately 200 nm to approximately 12 μm or parts thereof. This advantageously enables optical systems whose useful wavelength range lies outside the visible wavelength range to be tested in the measuring device. It is also advantageous if there are several controllable light sources with different wavelength ranges. This means that different systems can be tested with just one measuring device.
Der erste Beleuchtungspfad und/oder der zweite Beleuchtungspfad können eine zusätzliche regelbare Blende aufweisen.The first lighting path and / or the second lighting path can have an additional controllable diaphragm.
Die Beleuchtungseinrichtung kann wenigstens eine erste regelbare Lichtquelle und wenigstens eine zweite regelbare Lichtquelle aufweisen.The lighting device can have at least one first controllable light source and at least one second controllable light source.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die erste regelbare Lichtquelle in dem ersten Beleuchtungspfad und die zweite regelbare Lichtquelle in dem zweiten Beleuchtungspfad angeordnet ist.It is very advantageous if the first controllable light source is arranged in the first illumination path and the second controllable light source is arranged in the second illumination path.
Durch diese Maßnahmen ist eine stufenlose Einstellung des Objekt-Hintergrund-Kontrastverhältnisses abhängig vom jeweiligen spektralen Messbereich möglich. Die DLP-Elemente werden von zwei Seiten mit zwei regelbaren Lichtquellen beleuchtet. Der Messmarkenkontrast ist somit stufenlos über die beiden Lichtquellen einstellbar. Dadurch wird die vorgeschlagene Messvorrichtung noch flexibler.These measures make it possible to continuously adjust the object-background contrast ratio depending on the respective spectral measuring range. The DLP elements are illuminated from two sides with two adjustable light sources. The measuring mark contrast is thus infinitely adjustable via the two light sources. This makes the proposed measuring device even more flexible.
Der einstellbare Kontrast kann durch einen Unterschied zwischen der Bestrahlungsstärke der ersten regelbaren Lichtquelle und der Bestrahlungsstärke der zweiten regelbaren Lichtquelle erzeugt werden.The adjustable contrast can be determined by a difference between the irradiance of the first controllable light source and the Irradiance of the second controllable light source are generated.
Wird nur eine regelbare Lichtquelle und nur ein Beleuchtungspfad verwendet, kann der einstellbare Kontrast alternativ durch eine Modulation, vorzugsweise Pulsweitenmodulation bestimmter Mikrospiegelaktoren der digitalen Mikrospiegeleinrichtung erzeugt erden.If only one controllable light source and only one illumination path are used, the adjustable contrast can alternatively be generated by modulation, preferably pulse width modulation, of certain micromirror actuators of the digital micromirror device.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann ein Kollimator bzw. eine Einrichtung zur Kollimation des auf das optische Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystem gelenkten Lichts vorhanden sein.In a constructive embodiment of the invention, a collimator or a device for collimating the light directed onto the optical direct vision, image acquisition or camera system can be present.
Als Messparameter können eine absolute Bestrahlungsstärke bzw. Beleuchtungsstärke bzw. Helligkeit, ein Wellenlängenbereich, ein Kontrast und/oder ein Aussehen des Messmusters mittels der elektronischen Steuereinrichtung einstellbar sein. Durch eine digitale Eingabe von Messparametern kann wesentlich schneller gemessen werden. Dies kann beispielsweise über eine Softwareoberfläche erfolgen. Durch die Möglichkeit Messmuster, Auflösung, Kontrast und Bestrahlungsstärke frei zu regeln, wird eine höhere Genauigkeit und/oder eine schnellere Messung erzielt. Der Messstand kann ohne Hardwareänderung per Software an Messverfahren mit anderen Messmustern angepasst werden. Die Anpassung des spektralen Messbereiches sowie eine automatische Beleuchtungsanpassung, beispielsweise an Messmodelle, können mittels kalibrierter Look-up-Tabellen erfolgen. Hierzu können entsprechende ansteuerbare Stelleinrichtungen, beispielsweise wechselbare Spektralfilter oder wechselbare Lichtquellen, vorgesehen sein.An absolute irradiance or illuminance or brightness, a wavelength range, a contrast and / or an appearance of the measurement pattern can be set as measurement parameters by means of the electronic control device. A digital input of measurement parameters enables measurements to be taken much faster. This can be done via a software interface, for example. The possibility of freely regulating the measurement pattern, resolution, contrast and irradiance means that higher accuracy and / or faster measurement is achieved. The measuring stand can be adapted to measuring methods with other measuring patterns by software without hardware changes. The adjustment of the spectral measuring range and an automatic lighting adjustment, for example to measurement models, can be done using calibrated look-up tables. Corresponding controllable actuating devices, for example exchangeable spectral filters or exchangeable light sources, can be provided for this purpose.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die digitale Mikrospiegeleinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart anzusteuern, dass mittels der Schaltung der Mikrospiegelaktoren in Verbindung mit deren Beleuchtung eine periodische oder oszillierende Bewegung lateral oder senkrecht zu einer optischen Achse der Messvorrichtung und/oder des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems, insbesondere eine Verschiebung der Messmuster ausführbar ist.It is very advantageous if the control device is set up to control the digital micromirror device and the lighting device in such a way that by switching the micromirror actuators in conjunction with their lighting, a periodic or oscillating movement laterally or perpendicularly to an optical axis of the measuring device and / or the optical direct vision, image acquisition or camera system, in particular a shift of the measurement pattern can be carried out.
Zur Vermeidung eines Aliasing-Effekts kann das erfasste Bild des Testmusters auf dem Detektorchip des zu prüfenden Kamerasystems lateral verschoben werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das generierte Messmuster auf der digitalen Spiegeleinrichtung oszillierend verschoben wird. Dadurch tritt derselbe Effekt ein. Vorteilhaft ist es, wenn die Verschiebung ein Mehrfaches einer Pixelgröße, insbesondere einer Länge oder einer Breite eines Pixels bzw. Bildpunkts, insbesondere eines Bildsensors, des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems beträgt. Das generierte Muster kann auf der Mikrospiegeleinrichtung oszillierend verschoben werden. Für das Anti-Aliasing kann die Verschiebung mehrere Perioden der Pixelgröße bzw. ein Mehrfaches der Pixelgröße des Detektorchips betragen. Wenn beispielsweise die Pixelgröße einer zu testenden Kamera im visuellen Spektrum bei 3,5 µm liegt, könnte mit einer Amplitude von 1 mm bei einer Periodendauer von 5 Sekunden verschoben werden. Hierdurch kann auch eine ausreichende Bildruhe für den Beobachter erreicht werden. Diese Parameter sind jedoch variabel und hängen von dem zu testenden Detektor, den Brennweiten der Detektoroptik und der Messvorrichtung ab. Auch können Anforderungen des Beobachters berücksichtigt werden.To avoid an aliasing effect, the captured image of the test pattern can be laterally shifted on the detector chip of the camera system to be tested. This can be achieved in that the generated measurement pattern is oscillated on the digital mirror device. This has the same effect. It is advantageous if the shift is a multiple of a pixel size, in particular a length or a width of a pixel or pixel, in particular an image sensor, of the optical direct vision, image acquisition or camera system. The generated pattern can be shifted in an oscillating manner on the micromirror device. For anti-aliasing, the shift can be several periods of the pixel size or a multiple of the pixel size of the detector chip. For example, if the pixel size of a camera to be tested is 3.5 µm in the visual spectrum, it could be shifted with an amplitude of 1 mm over a period of 5 seconds. This also ensures that the observer has sufficient image quietness. However, these parameters are variable and depend on the detector to be tested, the focal lengths of the detector optics and the measuring device. Requirements of the observer can also be taken into account.
In Anspruch 16 ist ein Verfahren zur Bestimmung des minimal auflösbaren Kontrasts in einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke eines zu testenden, in einer Messvorrichtung anordenbaren optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems angegeben.Claim 16 specifies a method for determining the minimally resolvable contrast in a predetermined irradiance of an optical direct vision, image acquisition or camera system to be tested and which can be arranged in a measuring device.
Vorteile hierzu ergeben sich analog und anhand der Beschreibung.Advantages for this result analogously and on the basis of the description.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Parameter bzw. Größen Absoluthelligkeit bzw. Bestrahlungsstärke und Kontrast unabhängig voneinander in der Messvorrichtung einstellbar sind. Dadurch können sehr genaue Messergebnisse erzielt werden. Steht lediglich eine regelbare Lichtquelle zur Verfügung, kann der Kontrast über die Schaltfrequenz des DLP-Aktors erzielt werden. Beispielsweise könnte man eine Absoluthelligkeit mit nur einer regelbaren Lichtquelle einstellen (z. B. 10.000 Lux), wobei die Differenz beispielsweise bei 30% Kontrast mit einem Schalten der Optik von nur 70% erzielbar wäre. Mit zwei unabhängigen regelbaren Lichtquellen könnten beide Parameter Absoluthelligkeit und Kontrast unabhängig voneinander eingestellt werden.It is very advantageous if the parameters or quantities of absolute brightness or irradiance and contrast can be set independently of one another in the measuring device. This enables very precise measurement results to be achieved. If only one controllable light source is available, the contrast can be achieved via the switching frequency of the DLP actuator. For example, one could set an absolute brightness with only one controllable light source (e.g. 10,000 lux), the difference, for example at 30% contrast, being achievable by switching the optics by only 70%. With two independent, controllable light sources, the two parameters absolute brightness and contrast could be set independently of one another.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention result from the subclaims.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing.
Es zeigen:
-
1 Eine vereinfachte schematische Darstellung einer Bilderzeugung mittels DLP (Digital Light Processing); -
2 eine schematische Darstellung der Messung eines minimal auflösbaren Kontrasts mittels DLP; -
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; -
4 schematisch eine erste Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung; -
5 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung; -
6 schematisch eine dritte Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung; und -
7 schematisch eine vierte Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
-
1 A simplified schematic representation of an image generation using DLP (Digital Light Processing); -
2nd a schematic representation of the measurement of a minimally resolvable contrast using DLP; -
3rd a schematic representation of a measuring device according to the invention; -
4th schematically a first embodiment of an illumination device of the measuring device according to the invention; -
5 schematically a second embodiment of an illumination device of the measuring device according to the invention; -
6 schematically a third embodiment of an illumination device of the measuring device according to the invention; and -
7 schematically a fourth embodiment of an illumination device of the measuring device according to the invention.
In
Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Grundsätzlich reicht die Beleuchtung der digitalen Mikrospiegeleinrichtung
Der Erfinder hat jedoch festgestellt, dass für eine stufenlose Regelung des Kontrasts es sehr vorteilhaft ist, die Mikrospiegelaktoren wie in
- - die
digitale Mikrospiegeleinrichtung 1 mit der Vielzahl von matrixförmig angeordneten Mikrospiegelaktoren1a , welche jeweils in die erste stabile StellpositionS1 und in die zweite stabile StellpositonS2 schaltbar sind; - -
eine Beleuchtungseinrichtung 7 mit wenigstens einer regelbaren Lichtquelle2.1 ,2.2 und einem ersten Beleuchtungspfad7a , welcher dazu ausgelegt ist, diedigitale Mikrospiegeleinrichtung 1 derart mit dem LichtL1 der wenigstens einen Lichtquelle2.1 zu beleuchten, dass dieMikrospiegelaktoren 1a das LichtL1 in der ersten StellpositionS1 in Richtung, insbesondere derEingangsoptik 3a des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs-oder Kamerasystems 3 lenken und in der zweiten StellpositionS2 indie Strahlfalle 5 lenken; und - -
eine elektronische Steuereinrichtung 8 , welche dazu eingerichtet ist, diedigitale Mikrospiegeleinrichtung 1 und dieBeleuchtungseinrichtung 7 derart anzusteuern, dass durch dieSchaltung der Mikrospiegelaktoren 1a in Verbindung mit deren Beleuchtung die Messmuster erzeugbar sind.
- - The
digital micromirror device 1 with the large number of micromirror actuators arranged in amatrix 1a , each in the first stable positionS1 and in the second stable positionS2 are switchable; - - a
lighting device 7 with at least one controllable light source2.1 ,2.2 and afirst lighting path 7a , which is designed for thedigital micromirror device 1 so with the lightL1 the at least one light source2.1 to illuminate themicromirror actuators 1a the lightL1 in the first positionS1 towards, especially theentrance optics 3a the optical direct vision, image acquisition or camera system3rd steer and in the second positionS2 into thebeam trap 5 to steer; and - - an electronic control device
8th , which is set up thedigital micromirror device 1 and thelighting device 7 to be controlled such that by switching themicromirror actuators 1a the measurement patterns can be generated in connection with their illumination.
Bei der elektronischen Steuerungseinrichtung
Ein Sensoreingang
Ebenso kann eine Benutzereingabe
Des Weiteren kann eine Bildwiedergabe
Wie aus
Die wenigstens eine Lichtquelle
In anderen alternativen Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtungseinrichtung jedoch auch nur eine einzige regelbare Lichtquelle
In
In
Als Messparameter können eine absolute Bestrahlungsstärke bzw. eine Helligkeit, ein Wellenlängenbereich, ein Kontrast und/oder ein Aussehen des Messmusters mittels der elektronischen Steuereinrichtung
Das Licht der wenigstens einen Lichtquelle
Die elektronische Steuerungseinrichtung
Die Verschiebung kann ein Mehrfaches einer Pixelgröße, insbesondere einer Länge oder einer Breite eines Pixels bzw. Bildpunkts, insbesondere eines nicht dargestellten Bildsensors des optischen Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystems
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Digitale MikrospiegeleinrichtungDigital micromirror device
- 1a1a
- MikrospiegelaktorenMicromirror actuators
- 2, 2.1, 2.22, 2.1, 2.2
- regelbare Lichtquelleadjustable light source
- 33rd
- optisches Direktsicht-, Bilderfassungs- oder Kamerasystemoptical direct vision, image acquisition or camera system
- 3a3a
- EingangsoptikEntrance optics
- 44th
- Einrichtung zur KollimationCollimation facility
- 55
- StrahlfalleBeam trap
- 66
- MessvorrichtungMeasuring device
- 7, 7.1-7.37, 7.1-7.3
- BeleuchtungseinrichtungLighting device
- 7a7a
- erster Beleuchtungspfadfirst lighting path
- 7b7b
- zweiter Beleuchtungspfadsecond lighting path
- 88th
- elektronische Steuerungseinrichtungelectronic control device
- 8a8a
- SensoreingangSensor input
- 8b8b
- BenutzereingabeUser input
- 8c8c
- BildwiedergabeImage rendering
- 99
- Look-up-TabellenLook-up tables
- 1010th
- regelbare Blendeadjustable aperture
- 1111
- UlbrichtkugelUlbricht sphere
- L1L1
- Licht der ersten regelbaren LichtquelleLight from the first controllable light source
- L1'L1 '
- reflektiertes Licht der ersten regelbaren Lichtquellereflected light from the first controllable light source
- L2L2
- Licht der zweiten regelbaren LichtquelleLight from the second adjustable light source
- L2'L2 '
- reflektiertes Licht der zweiten regelbaren Lichtquellereflected light from the second controllable light source
- S1S1
- erste Stellpositionfirst position
- S2S2
- zweite Stellpositionsecond position
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- CN 102279092 B [0006]CN 102279092 B [0006]
- US 4299451 [0008]US 4299451 [0008]
- EP 0864231 B1 [0009]EP 0864231 B1 [0009]
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DE102018133289.0A DE102018133289A1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Measuring device and method for determining the minimum resolvable contrast |
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-
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