-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und
Oberflächen,
insbesondere glänzenden
Oberflächen.
Mit dem Begriff glänzend
werden im weiteren Gegenstände
bezeichnet, deren optische Rauigkeit im Übergangsbereich zwischen optisch
rauen und optisch glatten Oberflächen
liegt. Optisch raue Oberflächen
sind dadurch definiert, dass sie eine Rauigkeit besitzen, die wesentlich
höher ist als
die Wellenlänge
von sichtbarem Licht (etwa 0,5 Mikrometer), während optisch glatte Oberflächen eine
Rauigkeit weit unter der Wellenlänge
aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaft zeigen optisch raue Oberflächen eine
ungerichtete, diffuse Reflexion bzw. Transmission von Licht. Beispiele
hierfür
sind Papier, Kreide, Mattscheiben etc. Optisch glatte Oberflächen dagegen
spiegeln bzw. transmittieren einfallendes Licht gerichtet. Sie sind
in der Lage, ein optisches Abbild ihrer Umgebung zu erzeugen. Als Beispiele
sind ebene oder gewölbte
Spiegel und polierte Metall- und Glasoberflächen (Linsen) zu nennen.
-
Im Übergangsbereich zwischen diesen
beiden Extremen liegen die als glänzend bezeichneten Gegenstände. Diese
Gegenstände
sind von hoher Bedeutung, da sie sehr häufig anzutreffen sind. Insbesondere
industriell hergestellt Gegenstände
aus Metall, Kunststoff, aber auch Holz und andere Materialien gehören zu den
glänzenden
Gegenständen. Die
industrielle Bearbeitung solcher Materialien (spanende Bearbeitung
von Metall und Holz, Spritzgießen
von Kunststoff, Pulverspritzguss von Metall und Keramik etc.) erzeugt
Rauigkeiten im Bereich weniger Mikrometer, also in der Größenordnung
der Wellenlänge
von sichtbarem Licht (um 0,5 Mikrometer).
-
Für
diffus streuende, optisch raue Oberflächen gibt es eine breite Palette
von optischen 3D-Sensoren.
Eines der am weitesten verbreiteten Verfahren beruht auf der Projektion
von Streifenmustern. Die Muster werden aus einer Richtung projiziert und
aus einer anderen mit einer Kamera beobachtet. Die Streifen scheinen
für die
Kamera, je nach Form des beobachteten Gegenstandes, mehr oder weniger
deformiert. Aus der Deformation der Streifen kann auf die Form des
Gegenstandes zurückgeschlossen
werden. In der Regel werden mehr als drei Streifenmuster projiziert,
wobei die Intensität
der Streifen einen sinusförmigen
Verlauf annimmt.
-
Aus der Vielzahl der übrigen Verfahren
sollen die Verfahren der Gruppe „Shape from Shading" erwähnt werden,
insbesondere das photometrische Stereoverfahren, da die Erfindung
auf ihnen aufbaut. Diese Verfahren schließen aus der Helligkeitsstruktur einer
Objektoberfläche
auf dessen Form. Ein detailliert Beschreibung erscheint nachfolgend.
Auch für optisch
glatte Oberflächen
sind Verfahren bekannt, die eine dreidimensionale Vermessung ermöglichen. Zum
Test von einfachen Oberflächenformen
wie ebenen oder sphärischen
Flächen
(Linsen, Spiegel etc.) kommen vorwiegend interferometrische Verfahren zum
Einsatz. Bei komplizierter geformten Flächen wie Asphären kommt
das Hartmann-Verfahren und der Shack-Hartmann-Test zum Einsatz.
Hier beobachtet man die Ablenkung eines dünnen Strahlenbündels durch
den zu vermessenden Gegenstand. Andere Verfahren beobachten ein
Gittermuster, welches an der Gegenstandsoberfläche reflektiert bzw. transmittiert
wird. Je nach deren Form erscheint das Gitter mehr oder weniger
deformiert. Diese Verfahren lassen sich unter dem Stichpunkt der
deflektometrischen Verfahren zusammenfassen. Ihnen ist gemeinsam,
dass sie die Strahlablenkung bestimmen und daraus auf die Form der
Oberfläche
schließen. Die
deflektometrischen Verfahren beruhen auf dem Reflexionsgesetz bzw.
Brechungsgesetz, das den Zusammenhang zwischen einfallendem Strahl, Oberflächennormale
und dem reflektierten bzw. transmittierten Strahl beschreibt.
-
Die Vermessung von Oberflächen im Übergangsbereich
zwischen den optisch rauen und optisch glatten Oberflächen ist
allerdings bislang noch nicht gelöst. Die Verfahren der einen,
als auch der anderen Kategorie versagen für diesen Fall. Man kann zwar
mit einem Sensor für
raue Oberflächen
mit gelegentlich vorkommenden Glanzstellen zurechtkommen, dominiert
aber Glanz über
diffuser Streuung, so ist ein solcher Sensor ungeeignet. Auf der
anderen Seite wird ein Sensor für
optisch glatte Oberflächen,
insbesondere ein deflektometrischer Sensor, Mühe haben, wenn die Oberfläche zu rau
ist, um eine klare optische Abbildung zu ermöglichen. Es muss beispielsweise
sichergestellt sein, dass die feine Struktur des Gitters noch sichtbar
ist. Geringere Anforderungen an die Qualität der Oberfläche stellt
das Verfahren mit Sinusstreifen, da sinusförmige Streifen ein höheres Maß an Unschärfe erlauben.
Doch auch hier muss sichergestellt sein, dass die Struktur der Streifen
immer noch sichtbar ist.
-
Die bekannten optischen Sensoren
liefern also gerade bei glänzenden
Oberflächen
aus dem Übergangsbereich,
die sehr häufig
bei industriell gefertigten Produkten vorkommen, keine zufriedenstellenden
Ergebnisse.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die diesen Nachteil
vermeiden.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein
Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch
aus, dass zwei an sich bekannte Verfahren, die sich auf den ersten Blick
gegenseitig auszuschließen
scheinen, mit Hilfe eines besonders geformten optischen Elementes, insbesondere
eines Streukörpers,
kombiniert werden. Es handelt sich zum einen um ein an sich bekanntes
photometrisches Stereoverfahren. Dieses Verfahren kommt an diffus
reflektierenden Oberflächen
zum Einsatz, versagt aber bei glänzenden Oberflächen. Zum
anderen handelt es sich um ein deflektometrisches Verfahren für reflektierende
bzw. transmittierende Oberflächen.
Die Anwendungsbereiche beider Verfahren werden durch das optische Element
derart erweitert, dass das resultierende Gesamtverfahren besonders
gute Ergebnisse bei glänzenden
Oberflächen
liefert.
-
Die der Erfindung zu Grunde liegende
Aufgabe wird außerdem
durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst, die sich dadurch auszeichnet,
dass zur optischen Abbildung ein Mikroskop und/oder Mikroskopobjektiv
verwendet wird. Dies ermöglicht
die Formerfassung von besonders kleinen Gegenständen.
-
Überdies
wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Diese
zeichnet sich durch einen Streukörper
aus. Dieser ermöglicht es,
die Anwendungsbereiche verschiedener Verfahren zur optischen Formerfassung
derart zu erweitern, dass sich bisher an einem Körper ausschließende Verfahren,
insbesondere die Verfahren der Deflektometrie und des photometrischen
Stereos, vorteilhaft zu einem neuen Verfahren, vorzugsweise für Körper mit
glänzenden
Oberflächen,
kombiniert werden können.
-
Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass der Streukörper zumindest
teilweise kugelförmig und/oder
rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Dies bietet den Vorteil, dass
die sich bei Beleuchtung des Streukörpers von diesem ausgehende
Strahlung besonders einfach anhand bekannter mathematischer Zusammenhänge zur
Formerfassung eines Gegenstandes ausnutzen lässt.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Vorrichtungen beziehungsweise Ausführungsformen des Verfahrens
ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand
einer Darstellung der erfindungsgemäß kombinierten Verfahren und
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
bekannte Vorrichtung zur Durchführung
eines photometrischen Stereoverfahrens;
-
2 eine
teilweise Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Durchführung eines
deflektometrischen Verfahrens und
-
3 eine
schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur optischen Formerfassung.
-
Das photometrischen Stereoverfahren
gehört
zu einer größeren Gruppe
von Verfahren, die unter dem Namen „Shape from Shading" bekannt sind. Bei
diesen Verfahren geht es darum, aus der Variation der Helligkeit
in einem Bild auf die Form des abgebildeten Objektes zu schließen. Betrachtet
man beispielsweise die Fotografie eines Gesichtes, so stellt man
Schwankungen fest, obwohl man annehmen kann, dass sich der Reflexionskoeffizient
der Haut kaum ändert.
Vielmehr entstehen diese Helligkeitsschwankungen dadurch, dass bestimmte
Teile der Oberfläche
so orientiert sind, dass sie mehr Licht zur Kamera strahlen als
andere. Fällt
das Licht einer Quelle senkrecht auf die Oberfläche, so ist die Helligkeit
maximal, bei streifendem Einfall ist sie minimal. Ein anschauliches
Beispiel bietet auch die Beleuchtung der Erdoberfläche durch
die Sonne. Zur Mittagszeit im Sommer scheint die Sonne nahezu senkrecht auf
die Erdoberfläche,
was große
Helligkeit bewirkt. Bei Sonnenuntergang streift das Licht gerade
die Oberfläche
und man hat geringe Helligkeit. Gelegentlich wird Shape from Shading
mit dem Schattenwurf eines Gegenstandes verwechselt. Obwohl man
auch aus der Schattenlinie eines Gegenstandes auf die Form schließen kann
(Shape from Silhouette), ist dies bei Shape from Shading nicht gemeint.
Shape from Shading gibt einen Hinweis auf die Neigung über die gesamte
Oberfläche,
nicht nur entlang einer Konturlinie. Bei Shape from Shading gibt
es unterschiedliche Fragestellungen.
-
Eine Gruppe von Verfahren beschäftigt sich damit,
die Form einer als untexturiert (überall gleicher Reflexionskoeffizient)
angenommenen Oberfläche zu
ermitteln. Andere Verfahren bestimmen neben der Form des Objektes
auch die Position der Lichtquelle (Source from Shading). Beim photometrischen
Stereoverfahren wiederum ist die Position der Lichtquellen a priori
bekannt und Objekttextur ist zugelassen. Dies ist im Blick auf einen
vielseitig verwendbaren Sensor besonders interessant, denn in der
Praxis ist die Textur meist nicht bekannt. Im weiteren geht es deshalb um
ein photometrisches Stereoverfahren. Das Verfahren des photometrischen
Stereo soll hier wiedergegeben werden. Man geht davon aus, dass
ein zu vermessender Gegenstand mit der dreidimensionalen Form z(x,
y) nacheinander von drei punktförmigen Lichtquellen
beleuchtet wird. Im einfachsten Fall kann man annehmen, dass sich
die Lichtquellen in großer
Entfernung befinden und so die Beleuchtungsrichtung über dem
Objekt für
jede Quelle konstant bleibt. Besonders einfache Verhältnisse
liegen vor, wenn die Oberfläche
als Lambert-Streuer (ideale ungerichtete Streuung) dargestellt werden
kann. Beim Lambert-Streuer hängt
die gestreute Intensität des
Objektes nur von der Beleuchtungsrichtung und der Neigung des Objektes,
nicht aber von der Beobachtungsrichtung ab. Für jede der drei Beleuchtungsquellen
nimmt eine Kamera ein eigenes Bild auf. Die Position des Gegenstandes
und der Kamera bleibt dabei fest.
-
Zur mathematischen Darstellung des
photometrischen Stereoverfahrens benötigt man die drei Beleuchtungsrichtungen
und den Normalenvektor n (x, y) der Objektoberfläche. Die Beleuchtungsrichtungen
werden durch die Vektoren
beschrieben. Sie weisen
von der Objektoberfläche
zur jeweiligen Lichtquelle.
-
-
Da sich die Lichtquellen in großer Entfernung befinden,
bleiben diese Vektoren für
alle Oberflächenpunkte
näherungsweise
konstant. Der Normalenvektor n (x, y) dagegen variiert entsprechend
der Form der Oberfläche
und ist als lokaler Normalenvektor zu verstehen.
n (x,
y) = (nx(x, y), ny(x,
y), nz(x, y))T.
-
Es wird angenommen, dass die Oberfläche z(x,y)
differenzierbar ist und der Normalenvektor überall existiert. Die Kamera
nimmt die Bilder E
1(x, y), E
2(x,
y) und E
3(x, y) des Objektes auf, jeweils
ein Bild mit Beleuchtungsquelle
1,
2 und
3.
Die Kamera befinde sich in großer
Entfernung auf der z-Achse, und jedes Bildelement nimmt die einfallende
Beleuchtungsstärke
E
i(x, y) mit i = 1, 2, 3 auf, die den Koordinaten (x,
y) der Oberfläche
zugeordnet werden kann. Nach dem Lambert'schen Gesetz variiert die gestreute Leuchtdichte
mit dem Kosinus zwischen der Beleuchtungsrichtung
und dem Normalenvektor n (x, y).
Alternativ kann man die gestreute Leuchtdichte auch über das
Skalarprodukt von Beleuchtungsrichtung und Normalenrichtung ausdrücken. Diese
Darstellung hat den Vorteil, dass die Zusammenhänge linear dargestellt werden
können.
Neben der Neigung der Oberfläche
und der Beleuchtungsrichtung hängt die
gestreute Leuchtdichte auch vom lokalen Reflexionskoeffizienten ρ(x, y) der
Oberfläche
(Textur) und der Beleuchtungsstärke
der Quellen und den Parametern der Kameraoptik ab. Alle konstanten
Faktoren wie die Beleuchtungsstärke
der Quelle und die Parameter der Kameraoptik werden in der Länge des Beleuchtungsvektors
zusammengefasst. Damit kann man schreiben
-
Diese drei Gleichungen kann man zu
einer einzigen in Matrixschreibweise zusammenfassen, wenn man folgende
Schreibweise für
die Bilder einführt. E = (E1, E2,
E3)T.
-
Die Beleuchtungsvektoren bilden die
Zeilen der Beleuchtungsmatrix
-
Damit kann man schreiben E = ρ·S·n
-
Aufgelöst nach n bzw. ρ erhält man
-
Die Beleuchtungsmatrix S lässt sich
immer dann invertieren, wenn die Beleuchtungsvektoren linear unabhängig sind,
sprich wenn das Objekt und die drei Beleuchtungsquellen nicht in
einer Ebene liegen.
-
Anstelle des Normalenvektors kann
man die Neigung der Oberfläche
auch durch deren partielle Ableitungen nach x und y darstellen.
Diese Darstellung ist vorteilhaft für die spätere Integration der Form z(x,
y).
-
-
Diese Beschreibung des photometrischen Stereo
gilt für
Lambert'sche Oberflächen und
weit entfernte Beleuchtungsquellen. Dieser Spezialfall wurde gewählt, um
die Funktion des Verfahrens möglichst
einfach darstellen zu können.
Für Lichtquellen in
endlicher Entfernung und Oberflächen,
die nicht dem Lambert-Gesetz gehorchen, ist es möglich, das Verfahren anzupassen,
was hier allerdings nicht weiter verfolgt werden soll.
-
Bislang liegen die Formdaten der
Oberfläche als
Normalenvektor n (x, y) bzw. als partielle Ableitungen
vor. Um die Form z(x,y) zu
gewinnen, müssen
die partiellen Ableitungen aufintegriert werden.
-
Neben dem photometrischen Stereoverfahren
greift die Erfindung zurück
auf die Deflektometrie. Den deflektometrischen Verfahren ist gemeinsam, dass
sie die Ablenkung eines Strahls an einer reflektierenden bzw. transmittierenden
Oberfläche
bestimmen und daraus auf deren Form schließen. Sie beruhen auf dem Reflexionsgesetz
bzw. Brechungsgesetz, das den Zusammenhang zwischen einfallendem
Strahl, Oberflächennormale
und dem reflektierten Strahl beschreibt (siehe 2). Im Fall der Reflexion liegen einfallender
Strahl, reflektierter Strahl und Oberflächennormale m in einer Ebene.
Der Winkel zwischen einfallendem Strahl und Normale bzw. reflektiertem
Strahl und Normale ist gleich groß. Kennzeichnet man den einfallenden
Strahl durch den Einheitsvektor von der Oberfläche in Richtung der Lichtquelle
und den reflektierten Stahl analog durch den Einheitsvektor zur
Beobachtung, so kann man eine einfach Beschreibung gewinnen. Der
Normalenvektor m bildet dann die (auf die Länge Eins normierte) Summe aus
dem Vektor des einfallenden Strahls und des reflektierten Strahls.
-
Deflektometrische Verfahren werden
bisher für
optisch glatte Oberflächen
verwendet. Das photometrische Stereoverfahren und das Verfahren
der Deflektometrie scheinen sich auf den ersten Blick gegenseitig
zu widersprechen, da die zu vermessende Oberfläche nicht gleichzeitig optisch
rau und optisch glatt sein kann. Fügt man allerdings ein geeignetes optisches
Element ein, so lassen sich die beiden Verfahren vorteilhaft kombinieren.
Die Kombination beider Verfahren wird im folgenden als "photometrische Deflektometrie" bezeichnet. Bei
diesem optischen Element handelt es sich um einen geeignet geformten,
vorzugsweise halbkugelförmigen,
insbesondere zumindest teilweise rotationssymmetrisch aufgebauten,
durchscheinenden Streukörper.
Der deflektometrische Anteil des Verfahren findet sein Gegenüber in der
glänzenden
Oberfläche
des Prüflings,
der photometrische im Streukörper.
In der beschriebenen Kombination der Verfahren ist es möglich, stark
glänzende
Oberflächen
zu vermessen.
-
Eine Vorrichtung zur photometrischen
Deflektometrie in Reflexion ist vorzugsweise wie folgt aufgebaut
(siehe
3). Eine Kamera
1 ist
auf einen Prüfling
2 ausgerichtet.
Der glänzende
Prüfling
2 reflektiert
Licht, das von einem vorzugsweise halbkugelförmigen Streukörper
3 ausgeht
in Richtung der Kamera
1. Soll das Verfahren statt in Reflexion
in Transmission verwendet werden, muss die Kamera
1 in
entgegengesetzter Richtung, hier von unten, auf den Prüfling
2 ausgerichtet
werden. Wegen seiner Rauigkeit erzeugt der Prüfling
2 kein klares,
sondern ein mehr oder weniger verschwommenes Abbild des Streukörpers
3.
Das verschwommene Bild stellt kein Hindernis für das Verfahren dar, wie es
sonst bei deflektometrischen Verfahren der Fall ist. Hierauf wird im
weitem noch eingegangen. Der Streukörper
3 wird seinerseits
von mehreren Lichtquellen
4a,
4b,
4c,... (vorzugsweise
drei) beleuchtet, wie es für
photometrische Verfahren üblich
ist. Zunächst
ist die Lichtquelle
4a eingeschaltet, die anderen sind
abgeschaltet und die Kamera l nimmt ein Bild
5a des Prüflings
2 unter
dieser Beleuchtungssituation auf. Dieser Ablauf wiederholt sich,
nachdem die Lichtquelle
4b angeschaltet und die anderen
Lichtquellen abgeschaltet sind, ebenso für Quelle
4c usw. Hierbei
werden Bilder
5b,
5c usw. aufgenommen. In die
Aufnahme schließt sich
die Auswertung der Bilder
5a,
5b,
5c entsprechend
des photometrischen Stereoverfahrens an. Wie oben beschrieben, kann
man aus der Lage der Lichtquellen
4a,
4b,
4c und
den Grauwerten der Bildpunkte der Bilder
5a,
5b,
5c auf
den Normalenvektor n (x, y) bzw. die Neigung der gemessenen Oberfläche schließen.
mit
ρ =
||S–1·E || -
Beim gewöhnlichen photometrischen Stereoverfahren
ist dies die Oberflächennormale
des Gegenstandes, bei der photometrischen Deflektometrie aber die
Normale des Streukörpers 3.
Aufgrund der Form des Streukörpers 3 sind
Rückschlüsse von
der Normalen des Streukörpers 3 n (x,
y) auf die Normale der eigentlich interessierenden Gegenstandoberfläche m (x,
y) möglich. m (x, y) = (mx(x, y), my(x, y), mz(x, y))t
-
Insbesondere besitzt eine Kugelfläche die spezielle
Eigenschaft, dass jeder Einheitsvektor r (x, y) vom Mittelpunkt in
Richtung der Oberfläche
(radialer Vektor) parallel zum Normalenvektor n (x, y) in diesem Punkt
ist (siehe
3). Der Radiale
Vektor und der Normalenvektor des Gegenstandes sind wiederum über das
Reflexionsgesetz bzw. Brechungsgesetz miteinander verknüpft (Deflektometrie).
Ist das Objekt klein im Vergleich zum Radius der Kugel, so liegen
alle Objektpunkte näherungsweise
im Mittelpunkt der Kugel. Auch ohne diese Annahme kann man den Normalenvektor
am Objekt berechnen, hier soll allerdings ein kleines Objekt angenommen
werden, um eine einfache Darstellung zu ermöglichen. Die z-Achse des Koordinatensystems
wird so gewählt,
dass sie mit der optischen Achse der Kamera
1 zusammenfällt. Entsprechend
dem Reflexionsgesetz gilt für
den Normalenvektor m (x, y) der Oberfläche
mit
dem Einheitsvektor in z-Richtung e
z und der
Nebenbedingung, dass m und n Einheitsvektoren sind. Damit kann man
den Normalenvektor des Gegenstandes für eine Vielzahl von Punkten
der Gegenstandoberfläche
bestimmen, hieraus die partiellen Ableitung p und q und aus diesen
wiederum die Form der Oberfläche
z(x, y).
-
An dieser Stelle soll erwähnt werden,
warum die optische raue Oberfläche
des Gegenstandes dem deflektometrischen Prinzip keinen Abbruch tut. Die
Gegenstandoberfläche
liefert ein mehr oder weniger verschwommenes Bild des Streukörpers 3.
Bei anderen deflektometrischen Verfahren ist dies schädlich, da
in der Regel fein strukturierte Muster wie Streifen, Punkte etc.
abgebildet werden müssen. Dies
ist bei der photometrischen Deflektometrie nicht der Fall. Die Helligkeit
auf der Kugel variiert so gleichmäßig, dass auch bei stark verschwommener
Abbildung kaum Verfälschungen
auftreten.
-
Damit ist die photometrische Deflektometrie anderen
deflektometrischen Verfahren bei rauen und glänzenden Oberflächen überlegen.
Andererseits ist es auch dem photometrischen Stereoverfahren überlegen,
das nur für
diffus streuende Oberflächen
anwendbar ist.
-
Ein weiterer Vorzug dieses Verfahrens
liegt darin, dass bereits drei Kameraaufnahmen (entsprechend drei
Beleuchtungsrichtungen) genügen,
um die Form des Gegenstandes zu ermitteln. Die Zeit für eine vollständige Messung
kann daher sehr kurz gehalten werden, wie es in der industriellen
Mess- und Prüftechnik
gefordert wird. Eine weitere Reduktion auf lediglich eine einzige
Kameraaufnahme wird insbesondere erreicht, wenn die drei Lichtquellen
in den Farben Rot, Grün
und Blau codiert werden und zur Beobachtung eine elektronische Farbkamera 1 eingesetzt
wird. Die Farbkanäle
Rot, Grün
und Blau enthalten die Bilder 5a, 5b, 5c der
entsprechen codierten Beleuchtungsrichtungen. Die Reduktion einer Messung
auf eine einzige Kameraaufnahme stellt einen entscheidenden Fortschritt
dar. Bei entsprechend kurzer Belichtungszeit können, ähnlich einer Blitzlichtaufnahme
in der Fotografie, auch bewegt Gegenstände ohne wesentliche Bewegungsunschärfe aufgenommen
werden.
-
Die bisherigen Betrachtungen sind
davon ausgegangen, dass glänzende
Gegenstände
vermessen werden sollen. Darüber
hinaus kann das beschriebene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung
aber auch für
diffus streuende Gegenstände
gewinnbringend eingesetzt werden. An diesen Oberflächen tritt
das Prinzip des photometrischen Stereo nicht erst am Streukörper 3,
sondern am Gegenstand selbst in Erscheinung. Der Streukörper 3 zusammen mit
den Lichtquellen 4a, 4b, 4c usw. wirkt
wie eine Reihe von ausgedehnten Lichtquellen. Räumlich ausgedehnte Lichtquellen
haben den Vorteil, dass sie kohärentes
optisches Rauschen, verursacht durch Speckle, minimieren können. Kohärentes Rauschen
schlägt
sich bei allen optischen 3D-Sensoren in der Messunsicherheit der
Form nieder. Damit ermöglicht
das beschriebene Verfahren die Messunsicherheit an diffusen Gegenständen zu
reduzieren. Darüber
hinaus kommt diese Eigenschaft auch einer präzisen Messung von glänzenden
Oberflächen
zu Gute.
-
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen,
dass die Ergebnisse der Formvermessung als Software-Datei zur Verfügung gestellt
werden. Dies ermöglicht
eine einfache Weiterverarbeitung derselben.
-
Außerdem ist es möglich, für die optische Abbildung
ein Mikroskop und/oder ein Mikroskopobjektiv zu verwenden. So wird
die bestehende Optik der Kamera 1 derart ersetzt und/oder
ergänzt,
dass auch die Oberflächen
besonders kleiner Gegenstände
vermessen werden können.
-
Bevorzugt sind als Lichtquellen auch
Luminiszenzdioden (LEDs) einsetzbar. LEDs sind günstig herstellbar und liefern,
je nach Ausführungsform, Licht
einer bestimmten Frequenz und können
deshalb vorteilhaft eingesetzt werden.
-
Schließlich ist es denkbar, zur Beleuchtung eine
oder mehrere Blitzlampen zu verwenden. Hierdurch können etwaige
Messfehler, insbesondere verursacht durch Relativbewegungen zwischen
Lichtquelle, Kamera 1 und zu vermessendem Objekt, die beispielsweise
durch Vibrationen oder bewegte Objekte hervorgerufen werden können, aufgrund
der kurzen Leuchtdauer von Blitzlampen sicher vermieden werden.
Außerdem
weisen Blitzlampen vorteilhafterweise eine hohe Leuchtkraft auf,
so dass die Kamera 1 entsprechend weniger lichtempfindlich ausgelegt
werden kann.
