DE4134117A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen vermessung von objekten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur optischen vermessung von objektenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Vermessung
von Objekten, insbesondere von künstlichen oder natürlichen
Zähnen im oder außerhalb des Mundes von Patienten, nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren und die entsprechende Vorrichtung mit
einer den Projektor und die Kamera enthaltenden Meßsonde sind
aus der US-PS 49 52 149 bekannt und dort anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels auf der Grundlage der Projektion des Musters
mittels paralleler Lichtstrahlen (telezentrische Projektion)
beschrieben. Kurz erwähnt ist außerdem als Alternative die
Projektion mit Hilfe divergierender Lichtstrahlen (Zentralpro
jektion).
Sowohl die telezentrische als auch die Zentralprojektion sind
hier in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
Wie die Fig. 1 zeigt, wird bei diesem bekannten Verfahren ein
in der Projektionsebene PE des Projektors befindliches Strei
fenmuster MP mit sinusförmiger Helligkeitsverteilung quer zur
Streifenrichtung mittels der parallelen Lichtstrahlen L unter
dem Einfallswinkel α auf das zu vermessende Objekt, darge
stellt durch die Objektebene OE, sowie auf eine Referenzebene
RE projiziert und das jeweilige Abbild MOE bzw. MRE mit der
Kamera aufgenommen, d. h. auf deren Sensorfläche SF abgebildet.
Die Differenz zwischen den aus beiden Aufnahmen für jeden
kameraseitigen Bildpunkt BPK ermittelten Phasenlagen bzw. der
Gangunterschied Δx zwischen den Sinuswellen der beiden Muster
MOE und MRE ist entsprechend der Gleichung tgα=Δx/Δz ein
direktes Maß für den Abstand Δz zwischen der Referenzebene RE
und dem auf dem Objekt bzw. dem entsprechenden Objekt-Oberflä
chenpunkt abgebildeten objektseitigen Bildpunkt BPO. Infolge
des für sämtliche projizierten Lichtstrahlen gleichen Ein
fallswinkels α erstreckt sich der Gültigkeitsbereich dieser
Gleichung auf sämtliche von den projizierten Lichtstrahlen ge
troffene Objekt-Oberflächenpunkte.
Aufgrund der telezentrischen Projektion erfordert der verwen
dete Projektor eine Optik, deren Durchmesser zumindest gleich
der Diagonalen der zu beleuchtenden Fläche auf dem Objekt ist.
Daraus ergeben sich für die Vermessung von Zähnen im Munde von
Patienten unerwünscht große Abmessungen und damit eine ungenü
gende Handlichkeit der Meßsonde.
Im Gegensatz dazu ist die Meßsonde bzw. der Projektor mit der
für die Zentralprojektion ausgebildeten Optik von erheblich
kleineren Abmessungen und somit besser für die Vermessung von
Zähnen im Munde von Patienten geeignet. Der divergierende
Strahlenverlauf dieser Optik ist allerdings insofern nachtei
lig, als er die Anwendung der oben genannten Beziehung zwi
schen Phasendifferenz und dem Abstand Δz ausschließt. Das auf
die Referenzebene RE oder die Objektebene OE projizierte
Streifenmuster MRE bzw. MOE ist nämlich, wie Fig. 2 zeigt,
gegenüber dem in der Projektionsebene PE befindlichen Strei
fenmuster MPE entsprechend den unterschiedlichen Einfallswin
keln α, β der einzelnen Lichtstrahlen L verzerrt. Mit anderen
Worten, die Kamera beobachtet eine Verschiebung der Referenz
ebene um Δz nicht mehr, wie bei der telezentrischen Pro
jektion, als alleinige Verschiebung der Phasenlage des Strei
fenmusters, sondern als eine Mischung von Phasenverschiebung
und unterschiedlicher Änderung der Wellenlänge. Somit enthal
ten die ermittelten Abstandswerte Δz ebenso wie das aus ihnen
abgeleitete Konturbild des Objektes unterschiedliche, den un
terschiedlichen Verzerrungen der Wellenlänge entsprechende
Fehleranteile.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich
tung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß das
Konturbild des Objektes fehlerfrei ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 sowie des Patentanspruches 7
gelöst.
Der divergierende Strahlenverlauf der Zentralprojektion, der
beim bisherigen Verfahren der Bestimmung der Höhenlage der
einzelnen Objekt-Oberflächenpunkte bzw. deren Abstand zur Re
ferenzebene zu Fehlern geführt hat, ist die Grundlage für das
erfindungsgemäße Verfahren und wird durch dieses zur fehler
freien Bestimmung der Höhenlage der Objekt-Oberflächenpunkte
genutzt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch
geringen Zeit- und Rechenaufwand aus; beispielsweise entfällt
die im Stand der Technik erforderliche Aufnahme des Referenz-
Phasenbildes, das die Phasenlage des auf die Referenzebene
projizierten Musters auf der Sensorfläche der Kamera zeigt;
die Lage der einzelnen Objekt-Oberflächenpunkte wird erfin
dungsgemäß durch deren Raumkoordinaten direkt angegeben, so
daß die im Stand der Technik erforderliche Umrechnung des Ab
standes Δz auf die Höhen- oder Z-Koordinate und deren Kombi
nation mit den separat bestimmten x-, y-Koordinaten entfällt.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt die
Zentralprojektion die Verwendung von Meßsonden kleinster Bau
größe, z. B. in Form von an den Rechner angeschlossenen Minia
tur-Endoskopen, in denen Kamera und Projektor eingebaut sind.
Zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten bei der Zuordnung der ka
meraseitigen und projektorseitigen Bildpunkte gleicher Phasen
lage kann ein Muster auf dem Objekt abgebildet werden, das
eine Helligkeitsverteilung aufweist, bei deren Auswertung sich
unterschiedliche, jeweils nur einmal auftretende Phasenlagen
für die projektorseitigen und die kameraseitigen Bildpunkte
ergeben. Auf diese Weise wird erreicht, daß die kameraseitigen
und damit auch die projektorseitigen Bildpunkte jeweils unter
schiedliche Phasenlagen aufweisen.
Die Anforderungen an die Meßgenauigkeit der Sensorfläche und
der Helligkeitskontrast können ohne Einbußen der Genauigkeit
der ermittelten Phasenlagen reduziert werden, wenn ein Muster
mit sich periodisch wiederholenden Werten gleicher Helligkeit,
z. B. ein Streifenmuster mit analoger, vorzugsweise sinusförmi
ger Helligkeitsverteilung quer zur Streifenrichtung auf dem
Objekt abgebildet wird. Mit größer werdender Anzahl von Strei
fen nimmt die Auflösung und damit die Meßdichte, jedoch auch
die Gefahr von Mehrdeutigkeiten bei der Zuordnung der kamera
seitigen und projektorseitigen Bildpunkte zu. In diesem Fall
ist es günstig, wenigstens zwei Streifenmuster, ein erstes,
grobes Streifenmuster mit einer geringeren und ein zweites,
feines Streifenmuster mit einer größeren Anzahl von Streifen
nacheinander auf dem Objekt abzubilden und auszuwerten, wobei
die durch die höhere Auflösung des zweiten Streifenmusters
bedingten Mehrdeutigkeiten der Zuordnung der projektorseitigen
und kameraseitigen Bildpunkte gleicher Phasenlage durch Be
rücksichtigung der projektorseitigen und kameraseitigen Bild
punkte gleicher Phasenlage des ersten Streifenmusters ausge
schaltet werden.
Bei der Verwendung eines Streifenmusters ist es vorteilhaft,
dieses in der Projektionsebene in in Streifenrichtung verlau
fende Bildpunktzeilen zu zerlegen und die Raumlage von gedach
ten, durch die Bildpunktzeilen und den Projektor-Zentralpunkt
gelegten Ebenen sowie die Raumkoordinaten der Schnittpunkte
derjenigen dieser Ebenen und derjenigen kameraseitigen Geraden
zu ermitteln, die durch Bildpunktzeilen bzw. kameraseitige
Bildpunkte gleicher Phasenlage gehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Streifenmu
ster wenigstens dreimal mit jeweils um den gleichen Phasenwin
kel quer zur Streifenrichtung verschobener Phasenlage auf dem
Objekt abgebildet und nach der bekannten Phasenschiebe-Methode
zur genauen Bestimmung der Phasenlage der kameraseitigen Bild
punkte ausgewertet.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 be
schrieben - die Fig. 1 und 2 zeigen schematische Darstel
lungen des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Meß
verfahrens mit telezentrischer bzw. mit Zentralprojektion -. Es
zeigen:
Fig. 3 eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Fig. 5 eine Darstellung der sogen. hierarchischen Methode mit
aufeinanderfolgender Projektion mehrerer sinusförmiger
Streifenmuster, und
Fig. 6 eine Darstellung der sogen. Phasenschiebe-Methode mit
aufeinanderfolgender Projektion mehrerer sinusförmiger
Streifenmuster.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Rechner
1 und eine Meßsonde 2, in der ein Projektor 3 und eine Kamera
4 angeordnet sind. Der Projektor 3 ist zur Zentralprojektion
ausgebildet und von herkömmlicher Bauart mit einer nicht ge
zeigten Lichtquelle, einer ebenfalls nicht gezeigten Optik,
die einen Hohlspiegel, einen Kondensor und ein Projektionsob
jektiv umfaßt, und mit einer in einer Projektionsebene zwi
schen dem Kondensor und dem Projektionsobjektiv angeordneten,
im Durchlicht beleuchteten LCD-Einheit 5. Der Hohlspiegel sam
melt das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht und bildet die
Lichtquelle in sich selbst ab. Der Kondensor erfaßt einen
großen Raumwinkel der Strahlung und bildet die Lichtquelle im
Projektionsobjektiv ab, dessen Brennpunkt hier als Projektor-
Zentralpunkt PZ bezeichnet ist und von dem aus die Lichtstrah
len in Form eines divergenten Strahlenbündels ausgehen. Der
Einfachheit halber ist in den Fig. 3 und 4 dieser Projek
tor-Zentralpunkt PZ im Strahlengang vor der LCD-Einheit 5 dar
gestellt. Letztere umfaßt eine LCD-Flächenmatrix mit in X- und
Y-Richtung verlaufenden Bildpunktzeilen BPZ(x), BPZ(y) beste
hend aus projektorseitigen (Matrix-)Bildpunkten BPP, die vom
Rechner 1 durch Ansteuern mit Helligkeitssignalen I(x), I(y)
über Steuerleitungen 6 bzw. 7 zur Erzeugung unterschiedlicher
Muster aktivierbar sind. Die Daten für diese Muster sind im
Rechner gespeichert.
Die Kamera 4 ist eine herkömmliche CCD-Kamera mit einer nicht
gezeigten Optik und einer in einer Bildebene angeordneten
CCD-Einheit 8 als Sensorfläche mit einer CCD-Flächenmatrix,
deren Fotosensorelemente 9 in X- und Y-Richtung angeordnet und
durch Anlegen von Taktimpulsen T(x), T(y) über Steuerleitungen
10 bzw. 11 vom Rechner 1 ansteuerbar sind. Die am Ausgang der
CCD-Einheit 8 sequentiell zur Verfügung stehenden, der In
tensität I der auf sie auftreffenden Lichtstrahlung proportio
nalen elektrischen Impulse oder Auswertsignale I(x), I(y) wer
den über eine Signalleitung 12 dem Rechner 1 zugeleitet. Da
die Kamera-Optik ein zu vermessendes Objekt 13, z. B. einen
Zahn, umgekehrt auf der CCD-Einheit 8 abbildet und somit der
Strahlengang vom Brennpunkt der Optik aus in beiden Richtungen
divergiert, ist die Kamera der Einfachheit halber als Lochka
mera dargestellt, die den gleichen Strahlengang aufweist und
in deren Eintrittsöffnung der als Kamera-Zentralpunkt KZ be
zeichnete Schnittpunkt der Lichtstrahlen L liegt.
Der Projektor-Zentralpunkt PZ, der Kamera-Zentralpunkt KZ so
wie die LCD-Einheit 5 und die CCD-Einheit 8 sind in einer be
stimmten Raumlage innerhalb eines bei der vorzugsweise mit
Hilfe des sogen. Bündelausgleichs durchgeführten Kalibrierung
des Projektors 3 und der Kamera 4 festgelegten Referenz-Koor
dinatensystems angeordnet. Die optischen Achsen OAP und OAK
des Projektors 3 und der Kamera 4 schließen einen Parallaxwin
kel γ ein.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachstehend
anhand der Vermessung von Zähnen im Mund eines Patienten be
schrieben:
Die Meßsonde 2 wird über den zu vermessenden Zahn 13 gehalten
und auf "Funktion" geschaltet, um die Vermessung mit folgendem
Ablauf in Gang zu setzen. Mit dem Projektor 3 werden vier
erste und vier zweite Streifenmuster M11-M14 bzw. M21-M24 (in
Fig. 5 als M1 und M2 dargestellt) nacheinander auf dem Zahn 13
abgebildet. Zu diesem Zweck steuert der Rechner 1 die LCD-Ein
heit 5 des Projektors 3 mit dem jeweiligen Streifenmuster
entsprechenden Steuersignalen I(x), I(y) an, so daß die je
weils zugeordneten Bildpunkte BPP der LCD-Matrix aktiviert
werden und das jeweilige Streifenmuster (in Fig. 4 stellver
tretend für M11-M14 und M21-M24 durch MP dargestellt) bilden.
Die vom Projektor-Zentralpunkt PZ ausgehenden, durch das von
der LCD-Einheit 5 erzeugte Streifenmuster MP modulierten
Lichtstrahlen L werden auf den Zahn 13 projiziert und bilden
dort das jeweilige Streifenmuster ab, das entsprechend der To
pographie des Zahnes 13 verzerrt bzw. in den einzelnen Ob
jekt-Oberflächenpunkten PO entsprechend deren Höhenlage (z-Ko
ordinate) phasenverschoben ist.
Sämtliche Streifenmuster M11-M14 und M21-M24 weisen eine ana
loge Helligkeitsverteilung mit in X-Richtung der LCD-Einheit
5 sinusförmigem Verlauf auf. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die
Wellenzahl oder Repetenz der zweiten Streifenmuster M21-M24
(dargestellt als M2) 4fach größer als die Wellenzahl mit dem
Wert 1 der ersten Streifenmuster M11-M14 (dargestellt als M1).
Die zweiten Streifenmuster M21-M24 sind, wie in Fig. 6 ge
zeigt, identisch, jedoch gegeneinander um jeweils 90° phasen
verschoben. Gleiches gilt für die ersten Streifenmuster
M11-M14 (nicht dargestellt).
Jedes der auf dem Zahn 13 abgebildete Streifenmuster M11-M14
und M21-M24 wird von der Kamera 4 aufgenommen, d. h. auf deren
CCD-Einheit 8 abgebildet (es ist in Fig. 4 als MK bezeichnet)
und durch die Sensorelemente 9 in einzelne kameraseitige Bild
punkte BPK zerlegt. Der Rechner 1 steuert über die Steuerlei
tungen 10, 11 diese Sensorelemente 9 an, die dadurch der
Lichtstärke I der sie jeweils überlagernden Bildpunkte BPK
entsprechende elektrische Impulse I(x), I(y) erzeugen, die
über die Signalleitung 12 dem Rechner 1 sequentiell zugeleitet
und dort nach der hierarchischen Phasenschiebe-Methode ausge
wertet werden.
Nach der Formel
I(x,y) = Im(x,y) [1 + K(x,y)cos (Φ(x,y) + ΔΦ)]
ist die für jeden kameraseitigen Bildpunkt BPK gemessene
Lichtstärke I(x,y) ein Maß für die Phasenlage Φ dieses Bild
punktes, die ihrerseits ein Maß für die Höhenlage (z-Koordina
te) des Objekt-Oberflächenpunktes PO ist, auf den der betref
fende objektseitige Bildpunkt BPO abgebildet ist.
Obwohl zur Bestimmung der drei Unbekannten I, Im (= Grundhelligkeit,
d. h. Helligkeit des Objektes ohne auf ihm abgebilde
tes Muster) und K (Kontrast des Musters) nur drei Gleichungen,
d. h. die Lichtstärkenmessungen von drei jeweils phasenverscho
benen ersten bzw. zweiten Streifenmustern M11-M13 bzw. M21-M23
erforderlich ist, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
nach dem sogenannten 4-Phasenschiebe-Verfahren jeweils ein
viertes phasenverschobenes Streifenmuster, nämlich M14 bzw.
M24 in die Vermessung bzw. Auswertung einbezogen, wodurch sich
die Rechenvorgänge zur Ermittlung der Phasenlage Φ erheblich
vereinfachen.
Aus jeder der beiden Sequenzen der mit der Kamera 4 aufgenom
menen, ersten bzw. zweiten Streifenmuster M11-M14 und M21-M24
ermittelt der Rechner 1 für jeden kameraseitigen Bildpunkt BPK
die vom Kontrast und von der Grundhelligkeit unabhängige Pha
senlage Φ bzw. für die Gesamtheit aller kameraseitigen Bild
punkte BPK das entsprechende Phasenbild nach der Gleichung
Bereiche dieser so ermittelten Phasenbilder, deren Grundhel
ligkeit und Kontrast außerhalb eines vorgegebenen Intervalls
liegen, werden vom Rechner 1 ausmaskiert, d. h. die Phasenlage
der betreffenden Bildpunkte BPK wird durch ein entsprechendes
Codewort ersetzt und dadurch von der weiteren Auswertung aus
geschlossen. Hierfür sind das Helligkeitsbild Im(x,y) und das
Kontrastbild K(x,y) erforderlich. Beide werden direkt aus den
vier jeweils phasenverschobenen ersten bzw. zweiten Streifen
mustern M11-M14 bzw. M21-M24 wie folgt berechnet:
Im(x,y) = 0,25 × (I0°(x,y) + I90°(x,y) + I180°(x,y) + I270°(x,y)
Durch diese Ausmaskierung wird verhindert, daß sämtliche Un
gültigkeitsbereiche, wie z. B. Randbereiche, Schattenzonen,
übermäßig stark reflektierende Stellen u. dgl., in die Auswer
tung eingehen und zu Fehlern der optischen Vermessung führen.
Der Rechner 1 berechnet die auf das Referenz-Koordinatensystem
bezogene Raumlage von gedachten, durch die Bildpunkte BPK und
den Kamera-Zentralpunkt KZ gehenden Geraden G. Weiterhin er
mittelt der Rechner 1 die auf das Referenz-Koordinatensystem
bezogene Raumlage von gedachten, durch die Bildpunktzeilen
BPZ(x) der LCD-Matrix und den Projektor-Zentralpunkt PZ gehen
den Ebenen E (in Fig. 4 durch Geraden dargestellt), um
daraufhin für jedes der beiden ausmaskierten Phasenbilder aus
den Geraden- bzw. Ebenengleichungen die Raumkoordinaten x, y,
z der Schnittpunkte derjenigen Ebenen E und derjenigen Geraden
G zu ermitteln, die durch projektorseitige Bildpunktzeilen
BPZ(x) bzw. kameraseitige Bildpunkte BPK gleicher Phasenlage
gehen. Die Berechnungen beruhen auf bekannten mathematischen
Verfahren. Die Gesamtheit der aus jedem Phasenbild ermittelten
Schnittpunkte ergibt je ein topographisches Bild der vermesse
nen Zahnoberfläche, da jeder Schnittpunkt identisch ist mit
dem Objekt-Oberflächenpunkt PO, auf dem der längs der jeweils
zugeordneten Ebene E einfallende und längs der jeweils zuge
ordneten Geraden G reflektierte Lichtstrahl auftrifft und den
jeweils zugeordneten projektorseitigen Bildpunkt BPK als ob
jektseitigen Bildpunkt BPO abbildet. Dieser Sachverhalt ist in
Fig. 4 dargestellt, allerdings anhand des Streifenmusters MP,
das eine sinusförmige Helligkeitsverteilung mit jeweils un
terschiedlichen, lediglich einmal auftretenden Helligkeitswer
ten aufweist. Mit anderen Worten, die das Streifenmuster dar
stellende Sinuswelle erstreckt sich über einen Winkelbereich
von 180°, und zwar von dem Punkt maximaler positiver bis zum
Punkt maximaler negativer Auslenkung. Bei einem solchen Strei
fenmuster kennzeichnen die Ebenen E und die Geraden G projek
torseitige Bildpunktzeilen BPZ(x) bzw. kameraseitige Bildpunk
te BPK jeweils unterschiedlicher Phasenlage, so daß keine
Mehrdeutigkeiten bei der Zuordnung der Geraden G und der Ebe
nen E auftreten, d. h. Geraden und Ebenen jeweils paarweise
einander zugeordnet werden können, um ihre Schnittpunkte zu
ermitteln.
Auch bei der Auswertung des aus der Sequenz der ersten Strei
fenmuster M11 bis M14 ermittelten Phasenbildes treten bei ent
sprechend eingestellter, geringer Wellenzahl dieser Streifen
muster keine Mehrdeutigkeiten (Phasensprünge) bezüglich der
Phasenlage der projektorseitigen und der kameraseitigen Bild
punkte auf, jedoch ist die Auflösung des sich ergebenden topo
graphischen Bildes zu gering für die gestellten Anforderungen.
Zur Erzielung der geforderten Auflösung dient die Sequenz der
zweiten Streifenmuster M21-M24 mit entsprechend hoher Wellen
zahl, bei deren Auswertung in der vorbeschriebenen Weise je
doch Mehrdeutigkeiten bei der Zuordnung der Geraden und der
Ebenen jeweils gleicher Phasenlage auftreten können. Diese
Mehrdeutigkeiten werden durch hierarchische Entfaltung bzw.
Verknüpfung beider Phasenbilder beseitigt, wobei der Rechner
die mehrdeutig zuordbaren Geraden und Ebenen einander so zu
ordnet, daß die sich ergebenden Schnittpunkte innerhalb des
Erwartungsbereichs der zuvor auf der Grundlage der ersten
Streifenmuster M11-M14 ermittelten Zahntopographie liegen.
Diese Schnittpunkte, die in ihrer Gesamtheit ein endgültiges,
eindeutiges topographisches Bild der Zahnoberfläche ergeben,
werden vom Rechner 1 über die Signalleitung 14 ausgegeben,
beispielsweise an eine NC-Fräsmaschine zur Herstellung etwa
einer Kopie des vermessenen Zahnes.
Zur Erzeugung der Muster können statt der LCD-Einheit auch
Streifengitter, mechanisch verschiebbare interferometrische
Laseranordnungen mit verstellbaren Umlenkspiegeln und andere
bekannte Vorrichtungen Verwendung finden.
Zur Aufnahme von mehreren, zu einer Gesamtansicht zusammen
setzbaren Teilansichten des zu vermessenden Objektes ist es
vorteilhaft, eine Meßsonde einzusetzen, die statt einer Kamera
und einen Projektor mehrere, jeweils paarweise einander zuge
ordnete Projektoren und Kameras enthält.
Claims (8)
1. Verfahren zur optischen Vermessung von Objekten, insbeson
dere von künstlichen oder natürlichen Zähnen im oder
außerhalb des Mundes von Patienten, mit den folgenden
Schritten:
- a) mittels wenigstens eines Projektors wird mit einem von einem Projektor-Zentralpunkt aus divergierenden Strah lengang wenigstens ein in der Projektionsebene angeord netes Muster mit wenigstens zwei Bereichen unterschied licher Helligkeit auf dem zu vermessenden Objekt abge bildet;
- b) das auf dem Objekt abgebildete Muster wird auf der Sen sorfläche wenigstens einer in bestimmter Raumlage dem Projektor zugeordneten und diesem gegenüber unter einem Parallaxwinkel auf das Objekt gerichteten Kamera mit einem in Richtung eines Kamera-Zentralpunktes konvergie rendem Strahlengang abgebildet und durch Sensorelemente der Sensorfläche in einzelne kameraseitige Bildpunkte zerlegt, deren Lichtstärken gemessen und in einem Rech ner gespeichert werden;
- c) mittels des Rechners wird aus der Lichtstärke jedes ka meraseitigen Bildpunktes dessen mit der Phasenlage des jeweils zugeordneten, auf dem Objekt abgebildeten ob jektseitigen Bildpunktes übereinstimmende, von dessen Höhenlage abhängige Phasenlage ermittelt und im Rechner gespeichert,
dadurch gekennzeichnet,
- d) daß die auf ein Referenz-Koordinatensystem bezogene Raumlage des Projektor-Zentralpunktes (PZ) und des Kame ra-Zentralpunktes (KZ) sowie der Sensorelemente (9) der Sensorfläche (8) ermittelt und im Rechner (1) gespei chert wird,
- e) daß das Muster (MP; M1, M2; M11-M14, M21-M24) in der Projek tionsebene des Projektors (3) in projektorseitige Bild punkte (BPP) zerlegt und die jeweilige, auf das Refe renz-Koordinatensystem bezogene Raumlage dieser Bild punkte bestimmt und im Rechner (1) gespeichert wird,
- f) daß mittels des Rechners (1) kameraseitige Bildpunkte (BPK) und projektorseitige Bildpunkte (BPP) gleicher Phasenlage einander zugeordnet werden, und
- g) daß der Rechner (1) die auf das Referenz-Koordinatensy stem bezogene Raumlage von gedachten, durch die einander zugeordneten projektor- und kameraseitigen Bildpunkte (BPP, BPK) gleicher Phasenlage und den Pro jektor-Zentralpunkt (PZ) bzw. den Kamera-Zentralpunkt (KZ) gehenden projektorseitigen bzw. kameraseitigen Ge raden (G) sowie die Raumkoordinaten (x, y, z) der Schnittpunkte dieser Geraden (G) und damit die Raumlage der jeweils zugeordneten objektseitigen Bildpunkte (BPO) bzw. Objekt-Oberflächenpunkte (PO) ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Muster ein Streifenmuster
(MP; M1, M2; M11-M14, M21-M24) auf dem Objekt (13) abgebildet
und in der Projektionsebene in in Streifenrichtung verlau
fende Bildpunktzeilen (BPZ(x)) zerlegt und die Raumlage von
gedachten, durch die Bildpunktzeilen (BPZ(x) und den Pro
jektor-Zentralpunkt (PZ) gelegten Ebenen (E) sowie die
Raumkoordinaten (x, y, z) der Schnittpunkte derjenigen die
ser Ebenen (E) und derjenigen kameraseitigen Geraden (G)
ermittelt werden, die durch Bildpunktzeilen (BPZ(x)) bzw.
kameraseitige Bildpunkte (BPK) gleicher Phasenlage gehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Muster (MP; M1, M2; M11-M14, M21-M24) mit analoger Hel
ligkeitsverteilung auf dem Objekt (13) abgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Muster (MP; M1, M2; M11-M14, M21-M24) mit sinusförmiger
Helligkeitsverteilung auf dem Objekt (13) abgebildet wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei Streifenmuster, ein erstes, grobes
Streifenmuster (M1) mit einer geringeren und ein zweites,
feines Streifenmuster (M2) mit einer größeren Anzahl von
Streifen nacheinander auf dem Objekt (13) abgebildet und
ausgewertet werden, und daß die durch die höhere Auflösung
(größere Anzahl von Bildpunkten gleicher Phasenlage) des
zweiten Streifenmusters (M2) bedingten Mehrdeutigkeiten der
Zuordnung der kameraseitigen und projektorseitigen Bild
punkte (BPK, BPP) bzw. Bildpunktzeilen (BPZ(x)) gleicher
Phasenlage durch Berücksichtigung der kameraseitigen und
projektorseitigen Bildpunkte (BPK, BPP) bzw. Bildpunktzei
len (BPZ(x)) gleicher Phasenlage des ersten Streifenmusters
(M1) ausgeschaltet werden.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Streifenmuster (M1, M2) wenigstens dreimal
(M11-M14, M21-M24) mit jeweils um den gleichen Phasenwinkel
(ΔΦ) quer zur Streifenrichtung verschobener Phasenlage auf
dem Objekt (13) abgebildet und nach der bekannten Phasen
schiebe-Methode zur genauen Bestimmung der Phasenlage der
kameraseitigen Bildpunkte (BPK) ausgewertet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Projektor (3) in der Projektionsebene eine mittels
einer LCD-Matrix zwecks Erzeugung unterschiedlicher Muster
(MP; M1, M2; M11-M14; M21-M24) ansteuerbare LCD-Einheit (5)
sowie eine Lichtquelle und eine Optik aufweist, deren di
vergierende Lichtstrahlen (L) die LCD-Einheit (5) zum Ab
bilden der Muster (MP; M1, M2; M11-M14; M21-M24) auf dem zu
vermessenden Objekt (13) durchstrahlen, daß die Kamera (4)
eine CCD-Kamera mit einer CCD-Einheit (8) ist, deren CCD-
Matrix das aufgenommene Muster (MP; M1, M2; M11-M14; M21-M24)
in einzelne kameraseitige (Matrix-)Bildpunkte (BPK) zer
legt, daß der Rechner (1) der LCD-Einheit (5) für jeden
projektorseitigen (Matrix-)Bildpunkt (BPP) ein dem zu er
zeugenden Muster (MP; M1, M2; M11-M14; M21-M24) entsprechendes
Helligkeitssignal (I(x), I(y)) liefert, daß die CCD-Kamera
(4) dem Rechner (1) für jeden kameraseitigen (Matrix-)Bild
punkt (BPK) ein dessen gemessener Helligkeit entsprechendes
Auswertsignal (I(x,y)) liefert, und daß der Rechner (1) die
Zuordnung der Bildpunkte (BPP, BPK) der LCD-Matrix und der
CCD-Matrix sowie die Berechnung der Raumkoordinaten (x, y,
z) der objektseitigen Bildpunkte (BPO) bzw. der Ob
jekt-Oberflächenpunkte (PO) durchführt.
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