DE19747061B4

DE19747061B4 - Method and device for the planar, three-dimensional, optical measurement of objects

Info

Publication number: DE19747061B4
Application number: DE1997147061
Authority: DE
Inventors: Bernward Maehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Maehner Bernward 82275 Emmering De
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: DE19747061A1

Abstract

Verfahren zur flächenhaften, dreidimensionalen, optischen Vermessung von Objekten, bei dem mittels eines Projektors Lichtmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert, Abbildungen von den auf das zu vermessende Objekt projizierten Lichtmustern auf dem Bildsensor einer Kamera erzeugt, und aus den erzeugten Abbildungen über Entschlüsselung des Lichtcodes und die Position der Bildpunkte auf dem Bildsensor der Kamera eine Triangulationsrechnung zur Berechnung der Oberflächenkontur des Objektes durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei in Projektionsrichtung gegeneinander verdrehte Liniengittersequenzen zur Erzeugung eindeutig unterscheidbarer Lichtschnittebenen projiziert und mit der Kamera aufgenommen werden, wobei die mit einer Liniengittersequenz erzeugten Lichtschnittebenen dazu verwendet werden, um die mit der anderen Liniengittersequenz erzeugten Lichtschnittebenen in einzelne, eindeutig unterscheidbare und von ortsfesten Punkten des diese Lichtschnittebenen erzeugenden Projektionsgitters ausgehende Projektionsstrahlen aufzuteilen,
daß jedem Projektionsstrahl durch Kombination der aus den beiden Liniengittersequenzen erzeugten eindeutigen Codierungen der Lichtschnittebenen eine eindeutige Codierung zugewiesen wird,
daß für jeden Projektionsstrahl innerhalb des dem...A method for planar, three-dimensional, optical measurement of objects, in which projected by means of a projector light pattern on the object to be measured, images of the projected on the object to be measured light patterns on the image sensor of a camera generated, and from the generated images on decryption of the light code and the position of the pixels on the image sensor of the camera is performed a triangulation calculation for the calculation of the surface contour of the object, characterized
that two line grating sequences rotated in the projection direction are projected to produce unambiguously distinguishable light section planes and recorded with the camera, the light section planes generated with a line grid sequence being used to separate the light section planes generated with the other line grating sequence into individual, clearly distinguishable and stationary points of these Dividing outgoing projection beams,
that a unique coding is assigned to each projection beam by combining the unique codings of the light section planes generated from the two line grid sequences,
that for each projection beam within the ...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtung zur flächenhaften, dreidimensionalen, optischen Vermessung von Objekten. Es gibt mittlerweile eine Reihe von optischen Meßverfahren, die durch Projektion von Streifenmustern, welche in der Regel mit einer Videokamera aufgezeichnet werden, die flächenhafte Berechnung von dreidimensionalen Konturdaten ermöglichen. Zur Berechnung der dreidimensionalen Gestalt eines Objektes wird hierbei ein digitales Bildverarbeitungssystem verwendet, das aus einem oder mehreren Kamerabildern die gewünschten Ergebnisdaten berechnet. Die bekanntesten Verfahren sind das Verfahren des codierten Lichtansatzes (T.G. Stahs, F.M. Wahl, "Close Range Photogrammetry Meets Machine Vision", SPIE Vol. 1395 (1990) S. 496–503) und ein mittels Phasenshift und rotierendem Liniengitter arbeitendes Projektionsverfahren (Patentschrift US 5289264 ).The invention relates to methods and apparatus for planar, three-dimensional, optical measurement of objects. There are now a number of optical measuring methods that allow the areal calculation of three-dimensional contour data by projection of stripe patterns, which are usually recorded with a video camera. To calculate the three-dimensional shape of an object, a digital image processing system is used which calculates the desired result data from one or more camera images. The best known methods are the coded light approach method (TG Stahs, FM Wahl, "Close Range Photogrammetry Meets Machine Vision", SPIE Vol. 1395 (1990) p. 496-503) and a phase shift and a rotating line grating projection method (Patent US 5289264 ).

Die Berechnung der Oberflächenpunkte erfolgt bei diesen Verfahren durch Berechnung des Schnittpunktes der Lichtschnittebenen mit Beobachtungsstrahlen, da die Verschneidung einer Ebene mit einer hierzu nicht parallelen Geraden einen Punkt ergibt.The Calculation of surface points takes place in these methods by calculating the intersection the light section planes with observation beams, as the intersection a plane with a line that is not parallel to it, a point results.

Durch Abbildungsfehler des Projektorobjektivs sind die Lichtschnittebenen mehr oder weniger stark gekrümmt. Geometrische Fehler der Lichtschnittebenen, d.h. Abweichungen der realen Lichtschnittebenen von mathematisch exakten Ebenen, werden bisher entweder als systematische Fehler in Kauf genommen oder durch eine Kalibrierung derart kompensiert, daß die theoretischen bzw. rechnerischen Ergebnisse durch Vergleich mit Istkoordinaten korrigiert werden. Hierbei wird ein Kalibrierkörper durch das Meßvolumen geschoben und in bestimmten Abständen vermessen. Zwischen den Meßpositionen des Kalibrierkörpers bzw. den Kalibriermarken werden die Korrekturwerte durch Interpolation berechnet.By Abnormal aberrations of the projector lens are the light section planes more or less curved. Geometric errors of the light section planes, i. Deviations of the real light section planes of mathematically exact planes, be Previously either accepted as a systematic error or by a calibration compensated such that the theoretical or computational Results are corrected by comparison with actual coordinates. This is a calibration through the measuring volume pushed and at certain intervals measure. Between the measuring positions of the calibration body or the calibration marks are the correction values by interpolation calculated.

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die tatsächliche Geometrie der Lichtschnittebenen nicht bestimmbar ist, weil innerhalb einer Lichtschnittebene nicht zwischen einzelnen Teilflächen unterschieden werden kann. Durch den mit der Kamera aufgezeichneten Lichtcode wird nämlich, unabhängig von der verwendeten Codierung, lediglich die Lichtschnittebene als solche identifiziert. Es müssen folglich bezüglich der Lichtschnittebene Annahmen gemacht werden, nämlich daß es sich um exakte Ebenen handelt und diese senkrecht auf der durch die optischen Achsen von Projektor und Kamera aufgespannten Triangulationsebene stehen.Of the in claim 1 invention is based on the problem that the actual Geometry of the light section planes is not determinable because within a light section plane can not be distinguished between individual partial surfaces can. Namely, the light code recorded by the camera becomes independent of the coding used, only the light section plane as such identified. To have to therefore re The light section plane assumptions are made, namely that they are exact planes acts and these perpendicular to the through the optical axes of Projector and camera spanned triangulation plane.

Bei der Verwendung von Lichtschnittebenen kann außerhalb des kalibrierten Meßvolumens keine exakte Triangulation mehr durchgeführt werden, weil die Korrekturdaten aufgrund fehlender Kalibriermessungen nicht berechnet werden können.at the use of light section planes outside the calibrated measuring volume No exact triangulation can be done anymore because the correction data can not be calculated due to missing calibration measurements.

Werden Objektive mit kurzen Brennweiten verwendet, so sind die hierdurch verursachten geometrischen Verzerrungen der Lichtschnittebenen so komplex, daß häufig die Interpolation über längere Strecken zwischen den Stützpunkten der Kalibrierung nicht mehr ausreicht, um die Fehler exakt genug zu beschreiben bzw. zu kompensieren. Es muß dann der Kalibrierkörper in engen Abständen durch das Meßvolumen geschoben und vermessen werden. Der rechnerische und zeitliche Aufwand für die Systemkalibrierung ist hierbei erheblich.Become Lenses with short focal lengths used, so are the result caused geometrical distortions of the light section planes so complex, that often the Interpolation over longer distances between the bases the calibration is insufficient to make the errors accurate enough describe or compensate. It must then the calibration in tight intervals through the measuring volume be pushed and measured. The arithmetical and temporal effort for the System calibration is significant here.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur dreidimensionalen, optischen Vermessung von Objekten mittels projizierter Liniengitter und einer Kamera anzugeben, die eine exakte Bestimmung der vorliegenden projektionsseitigen Strahlengeometrie ermöglichen und somit Annahmen über die Ebenheit und die Ausrichtung der Lichtschnittebenen erübrigen.The The object of the invention is a method and a device for the three-dimensional, optical measurement of objects by means of projected line grid and a camera that is an exact Determination of the present projection-side beam geometry enable and thus assumptions about the flatness and the alignment of the light section planes are unnecessary.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 aufgeführte Verfahren und die in Anspruch 7 angegebene Einrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by the method specified in claim 1 and the device specified in claim 7 solved. Advantageous developments are given in the respective subclaims.

Erfindungsgemäß werden zwei Liniengittersequenzen projiziert und aufgenommen, deren Gitterlinien in Projektionsrichtung gegeneinander verdreht sind. Erfindungsgemäß unterteilen die Lichtschnittebenen der einen Liniengittersequenz die Lichtschnittebenen der anderen Liniengittersequenz in eine große Anzahl eindeutig unterscheidbarer Projektionsstrahlen, welche von ortsfesten Punkten des diese Lichtschnittebenen erzeugenden Projektionsgitters ausgehen. Die erzeugten Projektionsstrahlen sind also die Schnittlinien von jeweils zwei Lichtschnittebenen.According to the invention two line grid sequences are projected and recorded, their grid lines are twisted in the projection direction against each other. Divide according to the invention the light section planes of a line grid sequence the light section planes the other line grid sequence in a large number clearly distinguishable Projection rays, which from fixed points of these light section planes starting projection grid. The generated projection beams are ie the intersection lines of two light planes.

Man erhält so eine Matrix aus n × m eindeutig identifizierbaren Projektionsstrahlen, wobei n die Anzahl der mit der einen Liniengittersequenz erzeugten Lichtschnittebenen und m die Anzahl der mit der anderen Liniengittersequenz erzeugten Lichtschnittebenen ist.you receives such a matrix of n × m uniquely identifiable projection beams, where n is the number the light section planes generated with the one line grid sequence and m is the number of times generated with the other line grid sequence Light section planes is.

Zur eindeutigen Codierung der Projektionsstrahlen kombiniert man vorteilhafterweise die aus beiden Liniengittersequenzen erzeugten Lichtcodes zu 2-Tupeln oder hängt die Stellen der beiden Codewörter zu einem neuen, längeren Codewort aneinander. Damit das erzeugte Bündel von Projektionsstrahlen für eine Triangulation, d.h. Berechnung von dreidimensionalen Punktkoordinaten verwendet werden kann, wird erfindungsgemäß jedem Projektionsstrahl durch eine Kalibrierung ein Ortsvektor und ein Richtungsvektor zugewiesen. Erfindungsgemäß wird die Triangulation durch Berechnung des Schnittpunktes des durch die Position des betrachteten Bildpunktes auf dem Bildsensor festgelegten Beobachtungsstrahls mit dem durch den eindeutigen Code an diesem Bildpunkt indentifizierten Projektionsstrahl durchgeführt.For unambiguous coding of the projection beams, the light codes generated from the two line grid sequences are advantageously combined into 2-tuples or the locations of the two codewords are connected to form a new, longer code word of the. So that the generated bundle of projection beams can be used for a triangulation, ie calculation of three-dimensional point coordinates, according to the invention a calibration vector assigns a position vector and a direction vector to each projection beam. According to the invention, the triangulation is performed by calculating the intersection of the observation beam defined by the position of the observed pixel on the image sensor with the projection beam identified by the unique code at this pixel.

Die Unterscheidbarkeit einzelner Projektionsstrahlen innerhalb des Projektionskegels vereinfacht Kalibrierung und Triangulation gegenüber der Verwendung von Lichtschnittebenen ganz erheblich, da nun lediglich eine geradlinige Ausbreitung der Projektionsstrahlen außerhalb des Projektorobjektivs vorausgesetzt werden muß. Diese ist unabhängig von den optischen Qualitäten des Projektionsgitters und der Abbildungsoptik immer gegeben, da die Projektionsstrahlen von ortsfesten Punkten des Projektionsgitters ausgehen und sich damit, unabhängig von den geometrischen Fehlern der Lichtschnittebenen, innerhalb des Projektionskegels exakt geradlinig ausbreiten.The Distinctness of individual projection beams within the projection cone Simplifies calibration and triangulation over the use of light slices quite considerably, because now only a straight propagation of the projection beams outside of the projector lens. This is independent of the optical qualities the projection grating and the imaging optics always given because the projection beams of fixed points of the projection grating go out and deal with it, regardless from the geometrical errors of the light section planes, within of the projection cone exactly rectilinear propagate.

Vorteilhafterweise werden die Linien der einen Liniengittersequenz senkrecht und die Linien der anderen Liniengittersequenz waagerecht zu der von den optischen Achsen von Projektor und Kamera aufgespannten Triangulationsebene ausgerichtet. Hierdurch wird die größtmögliche Auflösung bzw. Meßempfindlichkeit erzielt.advantageously, the lines of a line grid sequence become perpendicular and the Lines of the other line grid sequence horizontally to that of the optical axes of projector and camera spanned triangulation plane aligned. As a result, the greatest possible resolution or measurement sensitivity achieved.

Als Liniengittersequenz wird vorteilhafterweise eine solche Folge von Linienmustern verwendet, die den Projektionskegel in eine möglichst hohe Anzahl eindeutig unterscheidbarer Sektoren bzw. Lichtschnittebenen unterteilt. Hierzu kann beispielsweise die Liniengittersequenz nach dem Verfahren des Codierten Lichtansatzes verwendet werden oder ein Phasenshiftverfahren, bei dem durch Projektion von sinusförmigen Streifenmustern unterschiedlicher Wellenlänge absolute Phasenwinkel berechnet werden können.When Line lattice sequence is advantageously such a sequence of Line patterns used to make the projection cone in as possible high number of clearly distinguishable sectors or light section planes divided. For this example, the line grid sequence after be used the method of the coded light approach or a phase shift method in which by projection of sinusoidal stripe patterns different wavelength absolute phase angles can be calculated.

Eine weitere Alternative bieten ferner die in der DE 197 38 179 C1 offengelegten Verfahren.Another alternative also offer in the DE 197 38 179 C1 disclosed method.

Es ist somit ein Verfahren geschaffen, das nicht mehr auf Lichtschnittebenen aufsetzt, sondern auf einem Bündel eindeutig unterscheidbarer Projektionsstrahlen. Die Annahme über das Vorliegen ebener Lichtschnittebenen entfällt also.It Thus, a method is created that is no longer on Lichtschnittebenen but on a bundle clearly distinguishable projection beams. The assumption about that Presence of plane light section levels is therefore eliminated.

Die Abbildungsfehler des Projektorobjektivs können praktisch beliebig groß sein, da nun lediglich eine geradlinige Ausbreitung der Projektionsstrahlen außerhalb des Projektorobjektivs vorausgesetzt wird. Die Verwendung kurzbrennweitiger Objektive ist damit möglich, ohne daß darunter die Genauigkeit des Meßsystems leidet. Hierdurch läßt sich in vielen Anwendungsfällen, z. B. bei der Vermessung großer Objekte, der Meßabstand erheblich verkürzen. Ferner muß das Projektionsgitter weder sehr genau gefertigt sein noch exakt auf die Triangulationsebene ausgerichtet werden. Dadurch lassen sich Kosten einsparen.The Aberrations of the projector lens can be practically arbitrarily large because now only a straight-line propagation of the projection beams outside of the projector lens. The use of short focal length Lenses is possible without it the accuracy of the measuring system suffers. This can be in many applications, z. For example, when surveying large objects, the measuring distance shorten considerably. Furthermore, that must Projection grid neither be very accurately made nor exactly on align the triangulation plane. This can be done To cut costs.

Die aufwendige Kalibrierung, bei der der Kalibrierkörper in engen Abständen innerhalb des Meßvolumens zur Bestimmung der Korrekturwerte vermessen werden muß, entfällt. Die Kalibrierung der Projektionsstrahlen ist auch außerhalb der Meßpositionen des Kalibrierkörpers uneingeschränkt gültig.The Complex calibration, in which the calibration body in close distances within the measuring volume must be measured to determine the correction values, deleted. The Calibration of the projection beams is also outside the measuring positions of the calibration body unlimited valid.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. in the Below is an embodiment of the Invention explained with reference to drawings.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1: die Gesamtdarstellung eines System zur optischen Vermessung von Objekten mittels Projektion zweier gekreuzter Liniengittersequenzen 1 : the overall representation of a system for the optical measurement of objects by projection of two crossed line lattice sequences

2: die Darstellung des Triangulationsvorganges durch Erzeugung von Projektionsstrahlen mittels Verschneidung von Lichtschnittebenen 2 : the representation of the triangulation process by generating projection beams by intersection of light planes

3: die Darstellung der Kalibrierung der Projektionseinrichtung bzw. der Projektionsstrahlen 3 : the representation of the calibration of the projection device or the projection beams

Die 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Einrichtung zur optischen Vermessung von Objekten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Einrichtung zur optischen Vermessung eines Objektes 4 enthält eine Projektionseinrichtung, bestehend aus Lichtquelle 1, Projektionsgitter 2 und Optik 8, mit der vertikale Linienmuster 3' und horizontale Linienmuster 3'' auf dem zu vermessenden Objekt 4 erzeugt werden. Mittels einer Optik 9 wird eine 5 der auf das Objekt projizierten Linienmuster 3' und 3'' auf einem Bildsensor 6 erzeugt. Optik 9 und Bildsensor 6 können Bestandteile einer Kamera bzw. Videokamera sein. Mittels eines Bildverarbeitungssystems 7 wird aus der Abbildung des projizierten Linienmusters 3' und 3'' die Oberflächenkontur des zu vermessenden Objekts 4 berechnet. Das Bildverarbeitungssystem 7 kann aus einem Mikrocomputer mit eingebauter Bildeinzugskarte (Framegrabber) bestehen.The 1 shows a simplified schematic representation of an apparatus for optical measurement of objects according to an embodiment of the invention. A device for the optical measurement of an object 4 contains a projection device, consisting of light source 1 , Projection grid 2 and optics 8th , with the vertical line pattern 3 ' and horizontal line patterns 3 '' on the object to be measured 4 be generated. By means of an optic 9 becomes one 5 the line pattern projected on the object 3 ' and 3 '' on an image sensor 6 generated. optics 9 and image sensor 6 can be components of a camera or video camera. By means of an image processing system 7 becomes from the image of the projected line pattern 3 ' and 3 '' the surface contour of the object to be measured 4 calculated. The image processing system 7 may consist of a microcomputer with built-in image grabber card (frame grabber).

Mittels des Projektionsgitters 2 werden die zwei Liniengittersequenzen 2' und 2'' nacheinander erzeugt und auf das Objekt 4 projiziert. Die dargestellten Gittersequenzen entsprechen in der gezeigten Ausführung denen des CLA-Verfahrens, wobei die Liniengittersequenz 2'' gegenüber der Liniengittersequenz 2' um 90° gedreht ist. Die einzelnen Liniengitter der Liniengittersequenzen 2' und 2'' sind in ihrer zeitlichen Abfolge entlang der Zeitachse t dargestellt. Sie werden zweckmäßigerweise mit nur einem Projektionsgitter, z.B. der Punktematrix eines LCD-Panels erzeugt. Alle projizierten Liniengitter werden mit dem Bildsensors 6 aufgenommen und dem Bildverarbeitungssystem 7 zur Weiterverarbeitung zugeführt. Das Bildverarbeitungssystem berechnet aus den Bilddaten über eine Triangulationsrechnung die dreidimensionale Gestalt des Objektes 4.By means of the projection grid 2 become the two line grid sequences 2 ' and 2 '' generated one after the other and onto the object 4 projected. The grid sequences shown correspond in the gezeig th execution of the CLA method, wherein the line grid sequence 2 '' opposite the line grid sequence 2 ' rotated by 90 °. The individual line grids of the line grid sequences 2 ' and 2 '' are shown in their time sequence along the time axis t. They are expediently produced with only one projection grid, for example the dot matrix of an LCD panel. All projected line grids are using the image sensor 6 taken and the image processing system 7 fed for further processing. The image processing system calculates the three-dimensional shape of the object from the image data via a triangulation calculation 4 ,

Die Erzeugung von Projektionsstrahlen durch Verschneidung von Lichtschnittebenen ist in 2 dargestellt. Sind beide Liniengittersequenzen projiziert, so identifiziert die eine Liniengittersequenz die Lichtschnittebene E' und die andere Liniengittersequenz die Lichtschnittebene E''. Die vertikale Lichtschnittebene E' geht dabei von der vertikalen Linie L' des Projektionsgitters 2 aus, die horizontale Lichtschnittebene E'' von der horizontalen Linie L''.The generation of projection beams by intersection of light section planes is in 2 shown. If both line grid sequences are projected, one line grid sequence identifies the light section plane E 'and the other line grid sequence identifies the light section plane E ". The vertical light section plane E 'thereby goes from the vertical line L' of the projection grating 2 from, the horizontal light section plane E '' from the horizontal line L ''.

Die Verschneidung der beiden Lichtschnittebenen E' und E'' ergibt den Projektionsstrahl p mit Richtungsvektor P →, der, ausgehend vom Schnittpunkt G der Gitterlinie L' mit Gitterlinie L'', am Punkt O des Objektes 4 auftrifft. Der Punkt O wird entlang des Beob achtungsstrahls b mit Richtungsvektor B → an der Bildkoordinate X → auf dem Bildsensor 6 abgebildet. Die Raumkoordinate des Punktes O ergibt sich also als Schnittpunkt des Projektionsstrahls p mit Beobachtungsstrahl b.The intersection of the two light section planes E 'and E''gives the projection beam p with direction vector P →, which, starting from the intersection G of the grid line L' with grid line L '', at the point O of the object 4 incident. The point O is along the Beob achtungsstrahls b with direction vector B → at the image coordinate X → on the image sensor 6 displayed. The spatial coordinate of the point O thus results as the point of intersection of the projection beam p with the observation beam b.

Für die Kalibrierung der Kamera sind zahlreiche Verfahren bekannt. Sie muß deshalb hier nicht weiter erläutert werden. Die Kalibrierung der Projektionseinrichtung mit Unterscheidung einzelner Projektionsstrahlen ist in 3 dargestellt. Hierbei wird eine Kalibrierplatte 10 mit Kalibriermarken entlang des Vektors dz → verschoben. Die Abbildung zeigt exemplarisch die Kalibrierung des vom Punkt G → des Projektionsgitters 2 ausgehenden Projektionsstrahls p. Der Durchstoßpunkt des Projektionsstrahls p durch die Kalibrierplatte 10 liefert den Ortsvektor K → des Projektionsstrahles p, die Richtung P → des Projektionsstrahles p ergibt sich als die Summe der Vektoren dk → und dz → (P → = dk → + dz →). Die Verschiebung dk → des Durchstoßpunktes von Projektionsstrahl p und Kalibrierplatte 10 kann auf dem Bildsensor 6 als Verschiebung dx → beobachtet werden. Zur Verschiebung der Kalibrierplatte wird zweckmäßigerweise ein präzis arbeitender Linearversteller verwendet, so daß dz → mit großer Genauigkeit bekannt ist. Besteht der Bildsensor aus einer diskreten Anzahl von Bildpunkten, so wird die Verschiebung dx → u.U. keinem ganzzahligen Vielfachen des Bildpunktabstandes entsprechen. Der genaue Durchstoßpunkt des Beobachtungsstrahls durch den Bildsensor wird dann zweckmäßigerweise durch Interpolation aus den ihn umgebenden Bildpunkten berechnet.For the calibration of the camera, numerous methods are known. It therefore need not be explained further here. The calibration of the projection device with distinction of individual projection beams is in 3 shown. This is a calibration plate 10 with calibration marks along the vector dz → shifted. The figure shows an example of the calibration of the point G → of the projection grid 2 outgoing projection beam p. The piercing point of the projection beam p through the calibration plate 10 provides the position vector K → of the projection beam p, the direction P → of the projection beam p is given as the sum of the vectors dk → and dz → (P → = dk → + dz →). The shift dk → of the penetration point of projection beam p and calibration plate 10 can on the image sensor 6 be observed as a shift dx →. For the displacement of the calibration plate a precise working linear adjuster is advantageously used, so that dz → is known with great accuracy. If the image sensor consists of a discrete number of pixels, then the shift dx → may not correspond to an integer multiple of the pixel spacing. The exact puncture point of the observation beam through the image sensor is then conveniently calculated by interpolation from the surrounding pixels.

Claims

A method for planar, three-dimensional, optical measurement of objects, in which projected by means of a projector light pattern on the object to be measured, images of the projected on the object to be measured light patterns on the image sensor of a camera generated, and from the generated images on decryption of the light code and the position of the pixels on the image sensor of the camera a triangulation calculation for calculating the surface contour of the object is performed, characterized in that two mutually rotated in the projection direction line grid sequences are projected to produce clearly distinguishable Lichtschnittebenen and recorded with the camera, which generated with a line grid sequence Light section planes are used to produce the light section planes generated with the other line grid sequence in individual, unique distinguishable and fixed points of these light sections planes dividing projection grille outgoing projection beams that each projection beam is assigned a unique coding by combining the unique coding of the light section planes generated from the two line grid, that for each projection beam within the projecting cone facing the object to be measured by a calibration directly or indirectly a location vector and a direction vector it can be determined that the triangulation for all pixels of the image sensor to be evaluated is carried out in each case by calculating the point of intersection of the observation beam determined by the position of the image sensor on the image sensor with the projection beam identified by the unique coding at this image point.

Method according to claim 1, characterized in that that the Lines of a line grid sequence perpendicular and the lines of another line grid sequence horizontally to that through the optical axes aligned by the projector and camera spanned triangulation plane are.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a calibration body is linearly displaced for calibration of the projection beams and location and direction of the projection beams from the intersections of the projection beams with the calibration body or from the displacement of the calibration body and from the changes in position of the intersections of the calibration beams produced thereby projekti onsstrahlen be calculated with the calibration.

Method according to Claims 1 to 3, characterized that at least a line grid sequence line grid with sinusoidal intensity distribution contains that at least a line grid sequence contains light patterns whose respective intensity distribution the line grid with sinusoidal intensity distribution at locations with constant phase angle of known or predictable Size corresponds, that these Light pattern projected by the projector on the object and be imaged on the image sensor, that the pictures of these light patterns for the pointwise calculation of the background intensity or the intensity amplitude in the images of the lattice projections with sinusoidal intensity distribution be used and that the thus calculated background intensity or intensity amplitude is used to get out of the pictures of grid projections with sinusoidal Intensity distribution pointwise calculate the phase angle.

Method according to Claims 1 to 3, characterized that as Line lattice sequence of the coded light approach is used.

Method according to Claims 1 to 3, characterized that as Line grid sequence that of a phase shift method for calculation absolute, not 2π modulated Phase angle is used.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 6 with a projection device consisting of light source ( 1 ), Projection grids ( 2 ) and optics ( 8th ) for generating line patterns on the object to be measured ( 4 ), an optic ( 9 ) for generating images ( 5 ) the line pattern projected onto the object on an image sensor ( 6 ), and an image processing system ( 7 ) for the triangulatory calculation of the surface contour from the images generated from a projection direction ( 5 ), in which a projection grid ( 2 ) two lattice lattice sequences twisted in the projection direction ( 2 ' ) and ( 2 '' ), with the line grid sequence ( 2 '' ) generated with the other line lattice sequence ( 2 ' ) generated light planes in individual, clearly distinguishable and fixed points of the projection grid ( 2 } split outgoing projection beams.

Device according to Claim 7, characterized in that a projection grid formed as a dot matrix comprises the two line grid sequences ( 2 ' ) and ( 2 '' ), wherein the lines of the one line grid sequence are formed by the rows of the dot matrix and the lines of the other line grid sequence are formed by the columns of the dot matrix.

Device according to claim 8, characterized in that that the Dot matrix consists of a LCD panel.

Device according to claim 8, characterized in that that the Dot matrix of a micro mirror modulator (MMD = micro mirror device).

Device according to claim 7, characterized in that the projection grid ( 2 ) of two on the optical axis of the optics ( 8th ) consists directly behind one another arranged line grids.

Device according to claim 7, characterized the existence in the grid plane rotatable line grid the two line grid sequences generated.

Device according to Claims 7 to 12, characterized in that for the purpose of calibrating the projection beams, a displacement device comprises a calibration body ( 10 ) moves in a straight line, an image sensor ( 6 ) the intersections of the projection beams with the calibration body ( 10 ) and by the displacement of the calibration ( 10 ) produced changes in position of the intersections of the projection beams with the calibration body ( 10 ) and to the image sensor ( 6 ) connected image processing system calculates location and direction of the projection beams.