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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Einrichtung zum Überlagern
einer durch eine elektronische Kamera erzeugten Bildfolge eines
Gegenstandes mit einem statischen Bild bzw. mit einem Referenzbild
sowie eine Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Erfindung
betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Untersuchung von Gegenständen, insbesondere
von mikroskopisch kleinen Gegenständen, ist es in der Regel erforderlich,
diese mittels eines geeigneten Aufnahmesystems optisch aufzunehmen
bzw. zu erfassen und die auf diese Weise erzeugten Bilder, die den
Gegenstand zweckmäßigerweise
vergrößert in
einer Bildfolge darstellen, zur Auswertung heranzuziehen. Als Gegenstände werden
hierbei alle Dinge verstanden, von denen ein optisches Abbild erzeugt
werden kann, also auch Gase und Flüssigkeiten.
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Die mittels eines Aufnahmesystems
erzeugten Bilder können
in Relation zu dem Gegenstand vergrößert oder verkleinert sein.
Das Verhältnis
von Bild- zu Gegenstandsgröße wird
dabei als Abbildungsmaßstab
bezeichnet. Bei Mikroskopen wird das Verhältnis der linearen Abmessungen
von Bild und Gegenstand auch Vergrößerung genannt.
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Eine Methode, die erzeugten Bilder
exakt auszuwerten, besteht darin, diese mit einem statischen Bild
zu überlagern.
Dieses statische Bild kann z. B. ein netzartiges Muster, eine Strichplatte,
eine Lochblende, ein Punktmuster oder ein Gitter darstellen. Eine
solche Aufbereitung der Bilder ermöglicht eine genaue Analyse
des zu untersuchenden Gegenstandes, da die Abmessungen des überlagernden Musters
bekannt sind.
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Ein verbreitetes Verfahren sieht
vor, als statisches Bild eine standardisierte Strichplatte, bspw.
ein Mikrometer, in eine Zwischenbildebene des Aufnahmesystems einzubringen.
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Da es jedoch keine Kalibrierungsmöglichkeit der
Strichplatte gibt, ist eine korrekte Auswertung der erzeugten Bildfolge
immer nur für
eine bestimmte Vergrößerung durchführbar.
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Aus der Druckschrift
DE 32 23 157 A1 ist eine
Einspiegelungsvorrichtung zur Projektion von hinten beleuchteter
Masken auf eine Filmebene oder eine Okularebene eines Mikroskops
bekannt. Die verwendeten Masken weisen lichtdurchlässige Stellen,
bspw. in Form von Strichrastern, auf, die hell auf dem Bild des
zu untersuchenden Objektes erscheinen. Zur Abbildung der Maske in
eine der Filmebene oder der Okularebene des Mikroskops konjugierte Ebene
wird eine sogenannte Makrophotoeinrichtung, ein vom Mikroskop getrenntes
Zusatzgerät,
eingesetzt. Die beschriebene Vorrichtung kann eine Einrichtung zur
Höhenverstellung
der Maske aufweisen. Alternativ dazu kann die Makrophotoeinrichtung über ein
Zoomobjektiv verfügen.
Die Linse der Makrophotoeinrichtung kann auch austauschbar gestaltet
sein. Nachteilig dabei ist, daß physisch
vorhandene Strichplatten teuer und leicht zu beschädigen sind.
Außerdem
erfordert deren Einspiegelung einen hohen Geräteaufwand.
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Eine elektronische Überlagerung
einer Strichplatte ist ebenfalls bekannt. Dabei ist das Strichplattenbild
mit fe ster Größe in einem
Speicher abgelegt und somit nur für einen bestimmten Abbildungsmaßstab verwendbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, ein Verfahren und eine Einrichtung bereitzustellen,
die eine Überlagerung
einer durch eine elektronische Kamera erzeugten Bildfolge eines
Gegenstandes mit einem Referenzbild erlauben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist zur Lösung
der Aufgabe vorgesehen, zunächst
den Abbildungsmaßstab
festzustellen bzw. zu erfassen und anhand des festgestellten Abbildungsmaßstabes ein
geeignetes statisches Bild zu ermitteln, wobei geeignet bedeutet,
daß die
Größe des statischen
Bildes der durch den Abbildungsmaßstab festgelegten Größe der erzeugten
Bilder der Bildfolge angepaßt
ist, so daß eine
exakte optische Auswertung der Bildfolge in einem Live-Bild ermöglicht wird.
Der Abbildungsmaßstab
legt dabei das Verhältnis
der Größe der erzeugten
Bilder zu derjenigen des erfaßten
Gegenstandes fest.
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Das ermittelte statische Bild wird
der erzeugten Bildfolge überlagert,
so daß diese
umfassend ausgewertet werden kann.
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Die Ermittlung des statischen Bildes
kann bspw. durch eine Größenänderung
eines Grundmusters erfolgen. Das Grundmuster stellt dabei gegebenenfalls
eine Strichplatte bekannter Größe dar.
Diese wird entsprechend dem erfaßten Abbildungsmaßstab vergrößert oder
verkleinert, so daß das
resultierende statische Bild dem Abbildungsmaßstab und damit der Größe des erzeugten
Bildes angepaßt
ist.
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Dieses Grundmuster ist vorzugsweise
in einer elektronischen Speichereinrichtung abgelegt. Selbstverständlich können in
dieser Speichereinrichtung auch unterschiedliche Grundmu ster abgelegt sein,
die bspw. unterschiedliche Strich- oder Punktmuster darstellen.
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Die elektronische Speicherung ermöglicht eine
schnelle und genaue Ermittlung des statischen Bildes, da die das
Grundmuster repräsentierenden Daten
mit numerischen Rechenverfahren berarbeitet werden können. Hierbei
bietet sich insbesondere an, das Grundmuster bzw. die Grundmuster
als Vektordateien abzulegen, da es bei einer Vektorgraphik im Gegensatz
zu einer Pixelgraphik nicht zu einer Vergrößerung der Liniendicke des
Musters kommt. Die das statische Bild repräsentierenden Daten enthalten somit
auch zusätzliche
Informationen zum festgestellten Abbildungsmaßstab.
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Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des statischen
Bildes sieht vor, daß dieses
aus einer Anzahl von in der Größe verschiedenen
Grundmustern ausgewählt
wird. Diese Grundmuster, die ebenfalls zweckmäßigerweise als Vektordateien
elektronisch gespeichert abgelegt sind, stellen sich als sich lediglich
in der Größe unterscheidende
Muster dar. Nach Erfassen des Abbildungsmaßstabes kann dann das geeignete
Grundmuster als statisches Bild ausgewählt werden.
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Zum Erfassen des Abbildungsmaßstabes wird
vorzugsweise eine mit dem Aufnahmesystem verbundene elektronische
Recheneinheit eingesetzt. Diese ermittelt vorteilhafterweise auch
das statische Bild und führt
die Überlagerung
durch, indem die erzeugte Bildfolge repräsentierenden Daten mit den das
statische Bild repräsentierenden
Daten kombiniert werden.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der Abbildungsmaßstab
veränderbar, d.
h. daß dieser
am Aufnahmesystem durch einen Nutzer variiert werden kann. Da der
Abbildungsmaßstab
jedoch kontinuierlich oder zu vorbestimmbaren Zeitpunkten erfaßt wird,
kann bei der Ermittlung des statischen Bildes stets der gegenwärtige Wert,
d. h. der Wert zum Zeitpunkt des Erzeugens des Bildes, berücksichtigt
werden. Es kann auch vorgesehen sein, daß immer nur nach einer erfolgten Änderung des
Abbildungsmaßstabes
dieser automatisch weitergegeben wird oder eine Abfrage des neuen
Maßstabes
ausgelöst
bzw. getriggert wird.
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Die mit dem Referenzbild bzw. statischen Bild überlagerte
erzeugte Bildfolge kann als Live-Bild in Echtzeit auf einer Anzeigeeinheit,
bspw. einem Computerbildschirm, dargestellt werden. Eine solche Darstellung
ermöglicht
eine präzise
Auswertung der Bildfolge. Die erzeugten Bilder der Bildfolge können zusammen
mit dem überlagernden
statischen Bild auch elektronisch gespeichert werden, was vielfältige Möglichkeiten
der Auswertung und Bearbeitung der erfaßten Daten eröffnet.
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Als Aufnahmesystem bietet sich eine
mit einem Mikroskop verbundene Kamera, vorzugsweise eine Digitalkamera,
an. Bei dem Mikroskop kann die Vergrößerung und somit der Abbildungsmaßstab durch
die Verwendung unterschiedlicher in einem Objektivrevolver aufgenommener
Objektive und/oder durch eine Zoomfunktion eingestellt werden. Das Feststellen
des Abbildungsmaßstabes
erfolgt bspw. durch Erfassen der Stellung des Objektivrevolvers. Bei
einem motorbetriebenen Zoom ist die Vergrößerung mittels eines Sensors
detektierbar.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Überlagern
einer durch eine mittels eines Aufnahmesystems durch Erfassen eines
Gegenstandes erzeugten Bildfolge mit einer Anzahl von Bildern weist eine
erste Einheit zum Erfassen des Abbildungsmaßstabes und eine zweite Einheit
zum Ermitteln und Überlagern
des statischen Bildes auf.
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Als erste und zweite Einheit dient
vorzugsweise eine elektronische Recheneinheit.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist eine Anzeigeeinheit zum Darstellen der mit dem statischen Bild überlagerten
erzeugten Bildfolge vorgesehen. Hierfür bietet sich insbesondere
ein Computerbildschirm an, der mit der zuvor erwähnten elektronischen Recheneinheit
verbunden ist.
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Vorzugsweise ist auch eine elektronische Speichereinrichtung
bereitgestellt, zweckmäßigerweise
die Speichereinrichtung der elektronischen Recheneinheit, in der
den statischen Bildern zugrunde liegende Grundmuster abgelegt sind.
Außerdem kann
die Speichereinrichtung auch als Speichermedium für erfaßte Daten
dienen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann bei der
optischen Überprüfung von
Fehlertoleranzen und auch im Bereich der Qualitätssicherung eingesetzt werden.
Dabei ist besonders vorteilhaft, daß ohne umständliches Speichern und ohne
eine aufwendige Bildbearbeitung eine visuelle Kontrolle der Bildfolge bzw.
des Live-Bildes vorgenommen werden kann.
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Das Computerprogramm umfaßt Programmcodemittel
zum Ausführen
der Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens und wird auf
einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt.
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Das Computerprogrammprodukt ist auf
einem computerlesbaren Datenträger
gespeichert. Als geeignete Datenträger kommen EEPROMs und Flashmemories,
aber auch CD-ROMs, Disketten sowie Festplattenlaufwerke in Betracht.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden
Zeichnung.
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Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich
beschrieben.
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- 1 zeigt
in einem schematischen Diagramm eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung.
- 2 veranschaulicht
eine mögliche
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 verdeutlicht eine
weitere mögliche
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 4 verdeutlicht eine
alternative Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 5 veranschaulicht
noch eine weitere mögliche
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung,
insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt.
Außerdem
ist ein Aufnahmesystem 12 zu erkennen, das über eine
Datenleitung 14 mit einer elektronischen Recheneinheit 16,
in diesem Fall ein Personal-Computer 16,
verbunden ist.
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Das Aufnahmesystem 12 umfaßt eine
Kamera 18 und ein mit dieser verbundenes Mikroskop 20. Das
Mikroskop 20 ist in einer Halterung 22 sicher
angeordnet. Diese Halterung 22 weist einen in der Höhe verstellbaren
Objektträger 24 auf,
auf den ein zu untersuchender Gegenstand gelegt werden kann.
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Das Mikroskop 20 weist ein
Okular 26 und einen Objektivrevolver 28 auf, der
drei unterschiedliche Objektive 30 für verschiedene Vergrößerungen
trägt.
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Über
einen weiteren optischen Ausgang 32 ist das Mikroskop 20 mit
der Kamera 18 verbunden, die zusammen mit dem Mikroskop 20 entsprechend der
eingestellten Vergrößerung dimensionierte
Bilder des auf dem Objektträger 24 befindlichen
Gegenstandes erzeugt und diese Bilder repräsentierende Daten über die
Datenleitung 14 zu dem Personal-Computer 16 weitergibt.
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Die auf diese Weise erzeugten Bilder
werden als Bildfolge bzw. als Live-Bild auf einer mit dem Personal-Computer 16 verbundenen
Anzeigeeinheit 34 dargestellt.
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In einer in der elektronischen Recheneinheit 16 befindlichen
Speichereinrichtung sind eine Anzahl verschiedene Motive darstellender
Grundmuster abgelegt, die der erzeugten Bildfolge überlagert
werden können.
Dabei wird zunächst
die am Mikroskop 20 eingestellte Vergrößerung festgestellt, und anhand dieser
Vergrößerung mit
numerischen Rechenverfahren das ausgewählte Grundmuster der eingestellten
Vergrößerung angepaßt. Das
angepaßte
Grundmuster, somit das statische Bild, wird der erzeugten Bildfolge überlagert
und zusammen mit dieser auf der Anzeigeeinheit 34 dargestellt.
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Die Vergrößerung des Mikroskops 20 kann durch
manuelles Drehen des Objektrevolvers 28 oder auch durch
mittels einer Tastatur 36 eingegebener Befehle verändert werden.
In diesem Fall ist ein Motor eines motorbetriebenen Zooms mit den
eingegebenen Befehlen ansteuerbar.
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Die Tastatur 36 erlaubt
einem Nutzer jedoch nicht nur die Vorgabe der Vergrößerung sondern auch
die Auswahl eines gewünschten
Grundmusters und vielfältigen
Einstellmöglichkeiten
der Darstellungen. Das Feststellen der eingestellten Vergrößerung kann
mittels eines Sensors oder bei Vorgabe der Vergrößerung über die Tastatur 36 durch
direktes Einlesen des vorgegebenen Wertes erfolgen.
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In 2 ist
eine mögliche
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulicht. Bei der dargestellten Anwendung sollen Fertigungstoleranzen
eines Werkstückes,
in diesem Fall eine Lochblende, überprüft werden.
Dieses Werkstück
wird aufgenommen und der dabei erzeugten Bildfolge ein statisches
Bild 40, das zwei konzentrische Kreise darstellt, überlagert.
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In der Figur ist ein erzeugtes Bild
der Bildfolge in einer ersten Darstellung 42 in zehnfacher
Vergrößerung und
in einer zweiten Darstellung 44 in zwanzigfacher Vergrößerung wiedergegeben.
Die vorgegebene Vergrößerung wird
zunächst
festgestellt und darauf hin das zu überlagernde Bild 40 entsprechend
angepaßt,
so daß sich
für die
zehnfache Vergrößerung ein
erstes überlagertes
Bild 46 und für eine
zwanzigfache Vergrößerung ein
zweites überlagertes
Bild 48 ergibt. Die überlagerten
Bilder 46 und 48 ermöglichen nunmehr eine Überprüfung der
Fertigungstoleranzen, indem optisch geprüft wird, ob der Rand des in
der Lochblende befindlichen Loches innerhalb der beiden konzentrischen
Kreise verläuft. Somit
kann optisch kontrolliert werden, ob das Werkstück innerhalb der durch die
konzentrischen Kreise definierten Fertigungstoleranz liegt.
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In den 3 bis 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines aufgenommenen Gegenstandes mit unterschiedlichen zu überlagernden
statischen Bildern veranschaulicht.
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Die 3 zeigt
ein erstes erzeugtes Bild 50 einer Bildfolge, das einen
von einem Aufnahmesystem erfaßten
Gegenstand mit einer bestimmten Vergrößerung darstellt. Ein zweites
Bild 52 zeigt den gleichen Gegenstand bei einer anderen
Vergrößerung.
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Mit der Bezugsziffer 54 ist
ein Grundmuster für
ein zu überlagerndes
statisches Bild, in diesem Fall eine mit Rauten begrenzte Linie 56,
dargestellt. Diese Linie soll überlagert
werden, um bspw. bessere Aussagen über die Größe des erfaßten Gegenstandes treffen zu
können.
Um eine solche Aussage exakt treffen zu können, ist es notwendig, die
eingestellte Vergrößerung und
somit den Abbildungsmaßstab für das jeweilige
erzeugte Bild 50 bzw. 52 vorab zu bestimmen und
die im Grundmuster 54 definierte Linie 56 entsprechend
einzustellen, d. h. zu vergrößern oder
zu verkleinern. Bezugsziffer 57 zeigt das resultierende überlagerte
Bild für
die in der Darstellung 50 gezeigte Vergrößerung und
Bezugsziffer 58 dasjenige für die in der Darstellung 52 eingestellte
Vergrößerung.
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In 4 ist
die Überlagerung
mit einer in einem Grundmuster 60 definierten, skalierten
Linie 62 gezeigt. Bezugsziffer 64 zeigt das mit
der Linie 62 überlagerte
erzeugte Bild einer Bildfolge bei einer ersten Vergrößerung,
die der in der Darstellung 50 eingestellten Vergrößerung entspricht.
Die Überlagerung
der Linie 62 bei einer zweiten Vergrößerung, die der Vergrößerung der
Darstellung 52 entspricht, ist in dem überlagerten Bild 66 dargestellt.
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Entsprechend ist in 5 die Überlagerung mit einem Gitter 70 als
Grundmuster wiedergegeben. Bezugsziffer 74 bezeichnet das überlagerte
Bild bei einer ersten Vergrößerung und
Bezugsziffer 76 dieses bei einer zweiten Vergrößerung.
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In all den gezeigten Fällen wird
das dem zu überlagernden
Bild zugrunde liegende Grundmuster entsprechend der Einstellung
der Vergrößerung bzw. des
Abbildungsmaßstabes
des Mikroskops angepaßt und
anschließend überlagert.