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Die Erfindung betrifft einen Aufsatz und eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche.
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Vorrichtungen zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen sind an sich bekannt. So beschreibt zum Beispiel die Druckschrift
DE 10 2006 049 695 A1 eine Vorrichtung, mit der Koordinaten von Punkten auf einer Oberfläche bestimmt werden können, indem Lichtmuster auf die Oberfläche projiziert werden, einander entsprechende Bildpunkte in Bildebenen zweier Kameras mittels der Lichtmuster identifiziert werden und die Ortskoordinaten der Objektpunkte durch Triangulieren auf Basis der einander entsprechenden Bildpunkte berechnet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst handliche Anordnung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen vorzuschlagen, die mit möglichst geringem Aufwand realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aufsatz für ein mit mindestens einer Kamera ausgestattetes mobiles Endgerät gemäß dem Hauptanspruch sowie durch eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Vorgeschlagen wird also ein Aufsatz für ein mit mindestens einer Kamera ausgestattetes Smartphone oder einen mit mindestens einer Kamera ausgestatteten Tablet-Computer, wobei das Smartphone bzw. der Tablet-Computer nachfolgend jeweils als Endgerät oder mobiles Endgerät bezeichnet und in Bezug genommen wird. Der Aufsatz weist eine Projektionseinheit zum Generieren von Lichtmustern und zum Projizieren der Lichtmuster in den Objektraum auf, um ein berührungsloses Vermessen einer Oberfläche im Objektraum durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten Punkten auf einem Bildsensor der Kamera des Endgeräts zu ermöglichen. Mit der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise ein vorhandenes Endgerät genutzt, um unter Ausnutzung von für den Zweck nützlichen Komponenten oder Funktionen dieses Endgeräts eine berührungslose Vermessung von Oberflächen zu ermöglichen. Dabei wird zumindest eine im Endgerät vorgesehene Kamera verwendet. Durch die Verwendung dieser Kamera und eventuell auch weitere Komponenten oder Funktionen des Endgeräts wird die berührungslose Vermessung von Oberflächen mit minimalem Mehraufwand ermöglicht. Das mobile Endgerät erhält dabei durch den Aufsatz eine nützliche zusätzliche Funktion. Durch Anbringen des Aufsatzes auf dem Endgerät, für das der Aufsatz konzipiert ist, lässt sich dabei eine insgesamt außerordentlich kompakte, handliche Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche realisieren.
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Dementsprechend vorteilhaft ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche, die ein mobiles Endgerät und einen auf das mobile Endgerät aufgesetzten Aufsatz hier beschriebener Art umfasst. Das Endgerät, bei dem es sich um ein Smartphone oder einen Tablet-Computer handelt, weist dabei mindestens eine mit einem Bildsensor ausgestattete Kamera auf. Diese wird zur Aufnahme des zu vermessenden Objekts verwendet. Desweiteren weist das Endgerät eine Recheneinheit auf, welche zur Verarbeitung der aufgenommenen Daten sowie Steuerung von Hardwarekomponenten verwendet werden kann.
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Die Recheneinheit, die auch einen Bildspeicher zum Speichern der aufgenommenen Bilder aufweist, kann programmtechnisch eingerichtet sein, die Projektionseinheit zum Projizieren einer Serie von Lichtmustern anzusteuern, die Kamera während des Projizierens jedes dieser Lichtmuster zum Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes anzusteuern und diese Bilder für eine Auswertung im Bildspeicher zu speichern. Die entsprechende programmtechnische Einrichtung kann dabei durch eine Applikation realisiert sein, die die Verwendung des Aufsatzes und die Vermessung von Oberflächen ermöglicht. Es kann sich bei den mit der Projektionseinheit projizierten Lichtmustern aber auch um statische Muster handeln, die bei Bedarf mechanisch verändert werden, also unabhängig von der Ansteuerung der Kamera für die Aufnahme der Bilder.
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Der Begriff Aufsatz soll in der vorliegenden Schrift ein durch eine lösbare Verbindung mit dem Endgerät verbindbares Zusatzmodul bezeichnen, unabhängig davon, ob dieses oben oder seitlich oder an anderer Stelle des Endgeräts an diesem zu befestigen ist. Typischerweise wird es sich um ein optomechanisches Modul handeln.
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Typischerweise weist der Aufsatz ein Halteelement zum lösbaren Fixieren des Aufsatzes auf dem Endgerät auf. Das Halteelement oder ein das Endgerät teilweise umfassender Teil des Aufsatzes wird dabei komplementär zu einem Teil des Endgeräts geformt sein, das den Aufsatz in aufgesetztem Zustand trägt. Dabei sollte der Aufsatz oder das Halteelement so geformt sein, dass der Aufsatz im aufgesetzten Zustand in einer definierten Position relativ zum Endgerät sitzt. Eine Fixierung des Aufsatzes auf dem Endgerät kann dabei durch Kraftschluss und/oder Formschluss zustande kommen, wobei das Halteelement für eine formschlüssige Fixierung beispielsweise ein oder mehrere Rastelemente aufweisen kann.
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Der Aufsatz kann eine Umlenkoptik für die Kamera des Endgeräts aufweisen, die eine Beobachtung des Objektraums durch die Kamera aus einer durch die Umlenkoptik vorgegebenen und von einer Projektionsrichtung der Projektionseinheit abweichenden Blickrichtung erlaubt. Dadurch kann eine vorteilhaft große Triangulationsbasis realisiert werden.
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Bei typischen Ausführungen des Aufsatzes weist die Projektionseinheit ein bildgebendes Element zum Generieren der Lichtmuster auf. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Flüssigkristallanzeige oder ein Mikrospiegelarray oder ein anderes Mikrosystem handeln. Auch eine andere Bildstruktur kann als bildgebendes Element verwendet werden. Um eine Variation der projizierten Lichtmuster zu ermöglichen, kann die als bildgebendes Element dienende Bildstruktur unter Umständen eine variable Position haben, also zum Beispiel verschiebbar sein. Bei den projizierten Lichtmustern kann es sich jeweils beispielsweise um eine Folge von Streifenmustern, statistischen Mustern und/oder Punktmustern handeln.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Aufsatz auch eine das bildgebende Element der Projektionseinheit beleuchtende Lichtquelle aufweist, die zum Beispiel durch eine oder mehrere LEDs oder Laserdioden gegeben sein kann. Alternative Ausführungen sehen vor, dass der Aufsatz eine Optik zum Beleuchten des bildgebenden Elements der Projektionseinheit durch eine im Endgerät vorgesehene Lichtquelle aufweist. Bei der Lichtquelle kann es sich dann zum Beispiel um einen LED-Blitz oder eine mit einer oder mehreren LEDs oder anderen Leuchtmitteln realisierten Beleuchtung einer Taschenlampenfunktion des Endgeräts handeln. In diesen Fällen wird in vorteilhafter Weise eine weitere ohnehin vorhandene Funktion des Endgeräts, mit dem Aufsatz zusammenwirkend, für die Vermessung von Oberflächen verwendet.
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Zur Stromversorgung von elektrischen Komponenten des Aufsatzes – typischerweise zumindest des bildgebenden Elements, unter Umständen auch der eigenen Lichtquelle – kann der Aufsatz unter Umständen eine eigene Spannungsquelle, wie z. B. einen Akkumulator, enthalten. Möglich ist aber auch eine Stromversorgung des Aufsatzes durch eine im Endgerät vorhandene Spannungsquelle, bei der es sich in der Regel um einen ohnehin vorgesehenen Akkumulator handeln wird. Der Aufsatz kann auch eine eigene Steuereinheit zum Ansteuern des bildgebenden Elements aufweisen, um mit diesem zusammenwirkend die Lichtmuster zu generieren. Auch können im Aufsatz eine oder mehrere mechanische oder optische Komponenten vorgesehen sein, um die Lichtmuster zu variieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Aufsatz bzw. die aus dem Endgerät mit dem Aufsatz gebildete Vorrichtung zur Bestimmung von Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf dem Bildsensor der Kamera des Endgeräts und auf dem bildgebenden Element der Projektionseinheit geeignet ist. Eine Triangulationsbasis wird dann durch ein Projektionszentrum der Projektionseinheit und ein Projektionszentrum der Kamera gebildet. Als korrespondierende Punkte werden vorliegend homologe Punkte bezeichnet.
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Bei anderen Ausführungen kann der Aufsatz eine weitere Kamera zum Aufnehmen von Bildern der zu vermessenden Oberfläche im Objektraum mit einer gegenüber einer Blickrichtung der erstgenannten Kamera abweichenden Blickrichtung aufweisen. Die Bestimmung von Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche erfolgt in diesem Fall durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf dem Bildsensor der Kamera des Endgeräts und auf einem Bildsensor der weiteren Kamera.
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Wieder andere Ausführungen sehen vor, dass er eine Umlenkoptik für eine weitere Kamera des Endgeräts aufweist. Diese erlaubt eine Beobachtung des Objektraums durch die weitere Kamera aus einer gegenüber der Blickrichtung der erstgenannten Kamera abweichenden Blickrichtung. Die Bestimmung von Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche erfolgt dann durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf dem Bildsensor der erstgenannten Kamera des Endgeräts und auf einem Bildsensor der weiteren Kamera des Endgeräts. Das kann dann der Fall sein, wenn das Endgerät, für das der Aufsatz vorgesehen ist, ohnehin zwei Kameras aufweist, beispielsweise an einer Vorderseite und an einer Rückseite. Auch dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Synergie, weil dann eine weitere ohnehin vorhandene Komponente des Endgeräts in Zusammenwirkung mit dem Aufsatz für die Vermessung von Oberflächen verwendet wird.
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Schließlich sind auch Ausführungen möglich, bei denen der Aufsatz eine Umlenkoptik für die Kamera des Endgeräts aufweist, die einen Strahlteiler aufweist und eine Beobachtung des Objektraums aus zwei verschiedenen, durch die Umlenkoptik vorgegebenen und von einer Projektionsrichtung der Projektionseinheit abweichenden Blickrichtungen erlaubt. Dann genügt die möglicherweise einzige Kamera des Endgeräts, um die zu vermessende Oberfläche im Objektraum aus zwei Richtungen aufzunehmen. Eine Triangulationsbasis kann dann durch zwei objektraumseitige Projektionszentren zweier durch die eine Kamera und die Umlenkoptik mit dem Strahlteiler realisierte Kameraoptiken gegeben sein. Typischerweise wird die Umlenkoptik mit dem Strahlteiler in diesem Fall so ausgeführt sein, dass sie für eine Abbildung von zwei Ansichten des Objektraums, die den beiden Blickrichtungen entsprechen, auf zwei verschiedene Teilbereiche des Bildsensors der Kamera geeignet ist. Eine Bestimmung von Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche kann dann durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf den beiden Teilbereichen des Bildsensors geschehen.
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Das Endgerät, auf das der Aufsatz zur Bildung der Vorrichtung zum Vermessen einer Oberfläche aufgesetzt wird, kann außer der erstgenannten Kamera unter Umständen auch eine Lichtquelle zum Beleuchten des bildgebenden Elements der Projektionseinheit durch eine dafür im Aufsatz vorgesehene Optik und/oder eine einen eigenen Bildsensor aufweisende weitere Kamera zum Aufnehmen von Bildern der zu vermessenden Oberfläche mit einer gegenüber der Blickrichtung der erstgenannten Kamera abweichenden Blickrichtung aufweisen.
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Die mit dem Endgerät und dem Aufsatz gebildete Vorrichtung kann außerdem eine möglicherweise durch die Recheneinheit des Endgeräts selbst gegebene oder für einen Datenaustausch mit dem Endgerät verbundene oder verbindbare externe Auswerteeinheit umfassen. Diese Auswerteeinheit kann
- – je nach Gestaltung des Endgeräts und des Aufsatzes – programmtechnisch eingerichtet sein, Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der zu vermessenden Oberfläche zu bestimmen durch
- – Identifizieren einander korrespondierender Punkte
- a) auf dem Bildsensor der Kamera des Endgeräts und auf dem bildgebenden Element der Projektionseinheit oder
- b) auf dem Bildsensor der Kamera des Endgeräts und auf einem Bildsensor einer im Endgerät oder im Aufsatz vorgesehenen weiteren Kamera oder
- c) auf zwei verschiedenen Teilbereichen des Bildsensors der Kamera des Endgeräts
mittels der aufprojizierten Lichtmuster und
- – Triangulieren auf Basis der so identifizierten einander korrespondierenden Punkte.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 4 erläutert. Es zeigt
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1 als Aufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen zusammen mit einem zu vermessenden Objekt,
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2 in entsprechender Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen,
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3 in entsprechender Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen und
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4 ebenfalls als Aufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen.
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In 1 ist ein mobiles Endgerät 1 zu sehen, bei dem es sich um ein Smartphone oder einen Tablet-Computer handelt. Dieses Endgerät weist eine Kamera 2 und eine Lichtquelle 3 auf. Die Lichtquelle 3 umfasst eine oder mehrere LEDs und kann üblicherweise als LED-Blitz für die Kamera 2 oder für eine Taschenlampenfunktion des Endgeräts 1 verwendet werden.
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Auf das mobile Endgerät 1 aufgesetzt und lösbar mit diesem verbunden ist ein Aufsatz 4. Dieser Aufsatz 4 ist ein Zusatzmodul, mit dem zusammen das Endgerät eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche bildet. Beispielhaft ist in 1 ein Objekt 5 gezeigt, dessen Oberfläche mit der das Endgerät 1 und den Aufsatz 4 umfassenden Vorrichtung durch Musterprojektion und Triangulation berührungslos vermessen werden kann.
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Zur lösbaren Fixierung in einer definierten Position auf dem Endgerät 1 ist der Aufsatz 4 komplementär zu einem die Kamera 2 umfassenden Teil des Endgeräts 1 geformt, so dass er das Endgerät 1 teilweise umgreifen kann. An einem Ende weist der Aufsatz 4 dazu ein Halteelement 6 auf, das eine lösbare formschlüssige Verbindung des Aufsatzes 4 mit dem Endgerät ermöglicht, beispielsweise durch ein oder mehrere Rastelemente.
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Zum Projizieren der Lichtmuster auf die zu vermessende Oberfläche weist der Aufsatz 4 eine Projektionseinheit auf, die ein bildgebendes Element 7 zum Generieren der Lichtmuster, im vorliegenden Fall durch eine Flüssigkristallanzeige gegeben, und eine Projektionsoptik umfasst. Anstelle der Flüssigristallanzeige könnte bei Abwandlungen auch ein Mikrospiegelarray oder ein anderes Mikrosystem oder eine verschiebbare Bildstruktur als bildgebendes Element verwendet werden. Zum Beleuchten des bildgebenden Elements 7 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 3 vorgesehen, mit der zusammenwirkend die im Aufsatz 4 vorgesehene Projektionseinheit einen Projektor bildet. Dazu ist im Aufsatz 4 zwischen dem bildgebenden Element 7 und der Lichtquelle 3 eine Optik vorgesehen, die eine gute Ausleuchtung des bildgebenden Elements 7 sicherstellt. Alternativ könnte auch im Aufsatz 4 eine eigene Lichtquelle zum Beleuchten des bildgebenden Elements 7 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer oder Mehrerer LEDs oder Laserdioden.
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Außer der Kamera 3, die ein abbildendes Objektiv und einen Bildsensor aufweist, enthält das Endgerät 1 insbesondere auch eine Recheneinheit mit einem Bildspeicher. Dabei ist die nicht eigens dargestellte Recheneinheit durch eine für die Vermessung vorgesehene Applikation programmtechnisch eingerichtet, die Projektionseinheit mit dem bildgebenden Element 7 zum Projizieren einer Serie von Lichtmustern anzusteuern, die Kamera 2 während des Projizierens jedes dieser Lichtmuster zum Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes anzusteuern und diese Bilder für eine Auswertung im Bildspeicher zu speichern. So erhält man eine Serie von mit der Kamera 2 aufgenommenen Bildern der zu vermessenden Oberfläche im Objektraum – im vorliegenden Fall also des Objekts 5 –, wobei auf jedem dieser Bilder eines der Lichtmuster auf der Oberfläche zu sehen ist, mit Hilfe dessen korrespondierende Punkte identifiziert werden können. Bei den Lichtmustern kann es sich zum Beispiel um eine Folge von Streifenmustern, statistischen Mustern oder Punktmustern handeln.
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Mit der durch Aufsetzen des Aufsatzes 4 auf das Endgerät 1 gebildeten Vorrichtung können so Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche des Objekts 5 bestimmt werden durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrepondierenden oder homologen Punkten auf einem Bildsensor der Kamera 2 einerseits und auf dem bildgebenden Element 7 der Projektionseinheit andererseits.
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Eine Bildauswertung der aufgenommenen Bilder geschieht dabei durch eine Auswerteeinheit, die durch eine entsprechende programmtechnische Einrichtung die Ortskoordinaten der genannten Objektpunkte auf der zu vermessenden Oberfläche bestimmt. Korrespondierende Punkte auf dem Bildsensor der Kamera 2 und auf dem bildgebenden Element 7 der Projektionseinheit werden mittels der aufprojizierten Lichtmuster identifiziert. Die dreidimensionalen Ortskoordinaten werden durch Triangulation auf Basis der so identifizierten einander korrespondierenden Punkte berechnet. Die Auswerteeinheit kann dabei durch die schon genannte Recheneinheit des Endgeräts 1 selbst gegeben sein. Es kann sich aber auch um eine externe Auswerteeinheit handeln, die für einen Datenaustausch mit dem Endgerät 1 verbunden oder verbindbar ist.
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Sofern erforderlich, ist zur Stromversorgung entweder ein eigener Akkumulator im Aufsatz 4 vorgesehen oder eine elektrische Verbindung mit einem ohnehin vorhandenen Akkumulator des Endgeräts 1. Dann weist der Aufsatz 4 elektrische Kontakte auf, die so ausgeführt sind, dass sie beim Aufsetzen des Aufsatzes 4 auf das Endgerät 1 die elektrische Verbindung mit dem Akkumulator des Endgeräts 1 herstellen. In ähnlicher Weise sind auch Steuerkontakte am Aufsatz 4 vorgesehen. So kann insbesondere das bildgebende Element 7 mit Strom versorgt und durch die Recheneinheit in beschriebener Weise zur Generierung der Lichtmuster angesteuert werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine mittels eines Aufsatzes 4 auf einem mobilen Endgerät 1 realisierte Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen einer Oberfläche ist in 2 gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr eingehend erläutert.
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Von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die in 2 dargestellte Vorrichtung nur dadurch, dass der Aufsatz 4 hier für die Kamera 2 des Endgeräts 1 eine Umlenkoptik mit einem Strahlteiler 8 und zwei Spiegelflächen 9 aufweist, die eine Beobachtung des Objektraums aus zwei verschiedenen, durch die Umlenkoptik vorgegebenen und von einer Projektionsrichtung der Projektionseinheit abweichenden Blickrichtungen durch die einzige Kamera 2 möglich macht. Der Strahlteiler 8 und die Spiegelflächen 9 können zum Beispiel durch Prismen realisiert sein. Die Umlenkoptik mit dem Strahlteiler 8 bildet, mit dem Objektiv der Kamera 2 zusammenwirkend, zwei Ansichten des Objektraums, die den beiden Blickrichtungen entsprechen, auf zwei disjunkte, nebeneinander liegende und den Bildsensor zumindest weitgehend ausfüllende Teilbereiche des Bildsensors der Kamera 2 ab. So können Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der zu vermessenden Oberfläche mit der Vorrichtung aus 2 durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf den beiden Teilbereichen des Bildsensors bestimmt werden. Die zwei Blickrichtungen, die die Basis für die Triangulation definieren, sind dabei durch die beiden Spiegelflächen 9 vorgegeben.
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Im vorliegenden Fall wird mit der Projektion einer Folge von Lichtmustern durch die Projektionseinheit des Aufsatzes 4 eine Folge von jeweils zwei Bildern aufgenommen, wobei jedes dieser Bilder jeweils auf einer Hälfte des Bildsensors erfasst wird. Auch hier wird durch die im Endgerät 1 enthaltene oder für einen Datenaustausch mit dem Endgerät 1 verbundene oder verbindbare Auswerteeinheit eine Bildauswertung vorgenommen. Dabei bestimmt die Auswerteeinheit durch eine entsprechende programmtechnische Einrichtung die Ortskoordinaten der Objektpunkte auf der zu vermessenden Oberfläche, indem einander korrespondierende Punkte auf den zwei genannten Teilbereichen des Bildsensors der Kamera 2 mittels der aufprojizierten Lichtmuster identifiziert werden, wonach die dreidimensionalen Ortskoordinaten von der Auswerteeinheit durch Triangulieren auf Basis der so identifizierten einander korrespondierenden Punkte berechnet werden.
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Wieder ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 3 gezeigt. Auch hier sind zuvor benannte Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Für diese Merkmale gilt auch bei diesem Ausführungsbeispiel das schon Gesagte, so dass sich deren abermalige eingehende Erläuterung erübrigt.
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Außer der Kamera 2 weist in diesem Fall das Endgerät eine weitere Kamera 2' mit einem eigenen Bildsensor auf, und zwar an einer der erstgenannten Kamera 2 gegenüberliegenden Rückseite des Endgeräts 1. Für die erste Kamera 2 ist eine Umlenkoptik mit zwei Spiegelflächen 10 und 11 im Aufsatz 4 vorgesehen. Diese Umlenkoptik erlaubt eine Beobachtung des Objektraums, in dem auch hier ein Objekt 5 gezeigt ist, durch die Kamera 2 aus einer durch die Spiegelfläche 11 vorgegebenen Richtung, die von einer Projektionsrichtung der Projektionseinheit abweicht. Um eine Aufnahme von Bildern der zu vermessenden Oberfläche im Objektraum außerdem auch durch die weitere Kamera 2 zu ermöglichen, und zwar mit einer sowohl gegenüber einer Blickrichtung der ersten Kamera 2 als auch gegenüber der Projektionsrichtung der Projektionseinheit abweichenden Blickrichtung, ist im Aufsatz 4 außerdem auch eine Umlenkoptik für die weitere Kamera 2' vorgesehen, die ihrerseits zwei Spiegelflächen 12 und 13 umfasst. Alle genannten Spiegelflächen 10, 11, 12 und 13 können entweder durch Spiegel oder andere geeignete optische Komponenten realisiert sein.
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Auch hier werden durch die Projektionseinheit mit dem bildgebenden Element 7 in einer Folge verschiedene Lichtmuster projiziert, die ein Wiedererkennen bestimmter beleuchteter Oberflächenpunkte auf dem Objekt 5 in Bildebenen der beiden Kameras 2 und 2', also auf deren Bildsensoren, erlauben. Die Recheneinheit des Endgeräts ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die für die Vermessung vorgesehene Applikation eingerichtet, die Projektionseinheit mit dem bildgebenden Element 7 zum Projizieren der genannten Folge von Lichtmustern anzusteuern und sowohl die Kamera 2 als auch die weitere Kamera 2' während des Projizierens jedes dieser Lichtmuster zum Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes anzusteuern, so dass für jedes der aufprojizierten Lichtmuster zwei Bilder für eine Auswertung im Bildspeicher gespeichert werden.
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In dieser Ausführung erlaubt das um den Aufsatz 4 erweiterte Endgerät 1 eine Bestimmung von Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche des Objekts 5 durch Triangulation auf Basis von mittels der projizierten Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf dem Bildsensor der ersten Kamera 2 und auf dem Bildsensor der weiteren Kamera 2' des Endgeräts. Dazu wird wieder durch die im Endgerät 1 enthaltene oder für einen Datenaustausch mit dem Endgerät 1 verbundene oder verbindbare Auswerteeinheit eine Bildauswertung vorgenommen. Dabei bestimmt die Auswerteeinheit durch eine entsprechende programmtechnische Einrichtung die Ortskoordinaten der Objektpunkte auf der Oberfläche des Objekts 5, indem einander korrespondierende Punkte auf dem Bildsensor der Kamera 2 und auf dem Bildsensor der Kamera 2' mittels der aufprojizierten Lichtmuster identifiziert werden, wonach die dreidimensionalen Ortskoordinaten von der Auswerteeinheit durch Triangulieren auf Basis der so identifizierten einander korrespondierenden Punkte berechnet werden.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel für eine vergleichbare Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Oberflächen ist in 4 gezeigt. Wieder sind wiederkehrende Merkmale, die schon weiter oben erläutert sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Von dem Ausführungsbeispiel aus 3 unterscheidet sich diese Vorrichtung, die ebenfalls auf einem mobilen Endgerät 1 und einem mit elektronischen Komponenten ausgestatteten optomechanischen Aufsatz 4 basiert, im Wesentlichen nur dadurch, dass sowohl die weitere Kamera 2' als auch die zur Beleuchtung des bildgebenden Elements 7 der Projektionseinheit vorgesehene Lichtquelle 3' im Aufsatz 4 enthalten sind. Die weitere Kamera 2', die neben einem Objektiv einen eigenen Bildsensor aufweist, ist dabei so angeordnet, dass mit ihr Bilder der zu vermessenden Oberfläche mit einer gegenüber der Blickrichtung der im Endgerät 1 vorgesehenen Kamera 2 abweichenden Blickrichtung aufgenommen werden können. Bei der Lichtquelle 3' kann es sich um eine oder mehrere LEDs oder Laserdioden handeln. Auch die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können natürlich dahingehend abgewandelt werden, dass statt der im Endgerät untergebrachten Lichtquelle 3 eine derartige Lichtquelle 3' zur Beleuchtung des bildgebenden Elements 7 vorgesehen werden kann.
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Auch wenn beim Ausführungsbeispiel aus 4 weder für die Kamera 2 des Endgeräts 1 noch für die im Aufsatz 4 untergebrachte weitere Kamera 2' Umlenkoptiken vorgesehen sind, erlaubt die Anordnung der beiden Kameras 2 und 2' eine Bestimmung von dreidimensionalen Ortskoordinaten von Objektpunkten auf der Oberfläche des Objekts 5 durch Triangulation auf Basis von mittels der Lichtmuster identifizierten korrespondierenden Punkten auf dem Bildsensor der Kamera 2 des Endgeräts 1 und auf dem Bildsensor der weiteren Kamera 2'. Dazu werden Bilder, die synchron zu dem Projizieren der Folge von Lichtmustern durch die Kameras 2 und 2' aufgenommen werden, durch die im Endgerät 1 enthaltene oder für einen Datenaustausch mit dem Endgerät 1 verbundene oder verbindbare Auswerteeinheit ausgewertet. Dabei bestimmt die Auswerteeinheit auch hier durch eine entsprechende programmtechnische Einrichtung die Ortskoordinaten der Objektpunkte auf der Oberfläche des Objekts 5, indem einander korrespondierende Punkte auf dem Bildsensor der Kamera 2 und auf dem Bildsensor der Kamera 2' mittels der aufprojizierten Lichtmuster identifiziert werden, wonach die dreidimensionalen Ortskoordinaten von der Auswerteeinheit durch Triangulieren auf Basis der so identifizierten einander korrespondierenden Punkte berechnet werden.
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Der in der vorliegenden Schrift zunächst allgemein und zuletzt anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene Aufsatz kann in Ausführungen mit zwei Kameras – wie im Fall der Ausführungsbeispiele aus den 3 und 4 – oder in Ausführungen mit einer Kamera mit geteiltem Bildsensor – wie im Fall des Ausführungsbeispiels aus 2 – auch für passive Triangulation verwendet werden, also für eine berührungslose Vermessung einer Oberfläche ohne Projektion von Bildern. Korrespondierende oder homologe Bildpunkte können hierfür mit Bildverarbeitungs-Algorithmen bestimmt werden. Solche Algorithmen können es ermöglichen, die korrespondierenden Bildpunkte allein aufgrund von Ähnlichkeiten in Umgebungen dieser Bildpunkte aufzufinden, auch wenn keine Lichtmuster auf die zu vermessende und mit den Kameras bzw. den Sensorhälften der Kamera aufgenommene Oberfläche projiziert werden. Das kann z. B. durch Anwenden geeigneter Korrelationsfunktionen und Maximieren einer Korrelation geschehen. Daraus ergibt sich, dass ein Aufsatz für ein Endgerät, der zusammen mit dem Endgerät eine berührungslose Vermessung von Oberflächen durch passive Triangulation ermöglicht, auch ohne Projektionseinheit realisiert werden kann. Ein solcher Aufsatz bzw. eine entsprechende aus Endgerät und Aufsatz gebildete Vorrichtung ergibt sich aus den entsprechenden zuvor beschriebenen Aufsätzen und Vorrichtungen durch Weglassen der Projektionseinheit und durch Anwendung der erwähnten Bildverarbeitungs-Algorithmen zum Identifizieren der korrespondierenden Punkte anstelle des Projizierens der Lichtmuster und Identifizierens korrespondierender Punkte mittels dieser Lichtmuster.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006049695 A1 [0002]
