EP3224573A1 - Device and method for sequential diffractive pattern projection - Google Patents

Device and method for sequential diffractive pattern projection

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Publication number
EP3224573A1
EP3224573A1 EP15763904.8A EP15763904A EP3224573A1 EP 3224573 A1 EP3224573 A1 EP 3224573A1 EP 15763904 A EP15763904 A EP 15763904A EP 3224573 A1 EP3224573 A1 EP 3224573A1
Authority
EP
European Patent Office
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pattern
measuring
measurement
projector device
projector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15763904.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Wissmann
Frank Forster
Anton Schick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3224573A1 publication Critical patent/EP3224573A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/254—Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/425—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application in illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/521—Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for reconstructing a three-dimensional surface of an object by means of a structured illumination for the projection of measurement patterns on the object.
  • the method of so-called structured illumination is widely used.
  • one or more measurement patterns are projected onto an object and taken from a different angle by a camera. From the distortion of the pattern, the three-dimensional surface of the object in the form of measurement points can be re ⁇ be constructed.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a conventional minimal configuration consisting of a camera as a detection device 3 and a projector as a projector device 1.
  • Point PI is projected by a pattern projector and appears in the camera image as point PI '.
  • Figure 1 shows a conventional mi ⁇ nimale configuration for three-dimensional measurement by structured lighting, consisting of a camera and a projector, which are spaced from each other at a distance of a base B. There are many conventional methods of projec ⁇ on measuring patterns and numerous design variants of measurement pattern.
  • the invention relates to a subclass of methods in which the patterns are projected by means of light diffraction, that is, diffractive. These methods are particularly light efficient, but restrict the design of the measurement patterns.
  • numerous points or other shapes which are generally referred to below as measuring points, are projected, with information in the local arrangement and / or shape of the measuring points which encodes the respective location in the measuring pattern.
  • an apparatus and a method for reconstructing a three-dimensional surface of an object to provide means of a structured Be ⁇ illumination for projecting measuring patterns on the object loading riding, the projection should be rapid, inexpensive and light efficiently executable.
  • Measurement patterns should be powerful in terms of robust decodability and in particular with regard to the number of measuring elements, that is, in terms of data density.
  • the object is achieved by a device according to the main claim and a method according to the independent claim.
  • an apparatus for reconstructing a surface of an object by means of structured illumination comprises at least one projector device for diffractive projection of a measuring element, in particular measuring points having measuring pattern on the surface of the object, at least one detection device for detecting the measuring pattern on the surface of the object and a computing device for, in particular by means of triangulation performed, comprising reconstruction of the surface of the object from a respective distortion of the measurement ⁇ pattern, wherein in the measurement pattern all possible polyvinyl sitions of sensing elements in repeating groups to-summarized or are shown or included, in which a respective combination of actually generated and / or unproduced measuring elements represents or encodes the respective location in the measuring pattern.
  • a method for reconstructions tion of a surface of an object by means of a textured gray ⁇ th lighting proposed by the following steps, namely executed by at least one projector means diffractive projecting a measuring elements having measurement pattern onto the surface of the object by means of at least one Detection device executed detecting the
  • Measuring elements form a respective measuring pattern and can in principle each have an arbitrary surface shape. According to an advantageous embodiment, measuring elements
  • Measuring points in particular uniform measuring points.
  • Messelemen ⁇ te can be generated by means of light of respective light beams.
  • a group forms a repeating basic unit containing a set of possible positions of measuring elements. In the actual measurement pattern, measurement elements do not actually have to be physically generated at all possible positions of measurement elements.
  • the diffractive projection pattern is generated predominantly by diffraction, usually by means of so-called diffractive, optical elements. te (DOEs).
  • DOEs diffractive, optical elements.
  • the diffractive projection of measured patterns is be ⁇ Sonder light efficiently, but restricts the design of the measurement pattern.
  • dot patterns are used, as they are well reproducible with DOEs.
  • measuring patterns may alternatively have any desired measuring subunits, which may, for example, have other surface shapes, such as triangles, squares or rectangles, for example.
  • the measuring elements mentioned in this application thus also encompass all possible planar configurations of measuring subunits or measuring forms, for example measuring points.
  • the density of the measuring elements or measuring subunits or measuring points in the measuring room is limited by the resolution of the cameras used for the evaluation.
  • a white ⁇ tere limitation lies in the optical information capacity of the diffractive optical elements. It can not be reproduced arbitrarily complex patterns in any resolution. The maximum dot density can not be drawn from ⁇ usually because the arrangement of dots information must take to decode the pattern. In the case of a fully ⁇ permanently manned pattern, for example at the maximum dot density, the pattern would carry no such information, that is, the pattern would not be locally unique but uniform or periodic. Such patterns are shown in FIGS. 2 and 3.
  • a temporal and / or local coding is carried out by means of a k ⁇ tive and inactive measuring elements in the measurement pattern, said inactive refers to the omission of sensing elements in an otherwise crowded grid here.
  • the proposed grouping of grouping elements corresponding to symbols, where the symbol index is coded by omitting points, allows an advantageous solution of the correspondence problem by means of non-periodic measurement patterns while maintaining a high density of the elements, the grouping becoming longer symbol alphabet with a plurality of possible symbols leads, making decoding more forgiving.
  • Projector device (1) project the measurement pattern as a temporal sequence of measurement patterns (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object, wherein the temporal sequence of the measurement pattern (MM1, MM2, MM3) superimposed forms a total pattern (GM) or a sequence.
  • MM1, MM2, MM3 a temporal sequence of measurement patterns
  • GM total pattern
  • the projector device in the groups additionally by means of a each wavelength of light measuring elements encode or represent the respective location in the measurement pattern.
  • temporal and / or local coding can be carried out by means of measuring elements of different wavelengths.
  • the projector device can generate the overall pattern as a sequence of hexagonal geometric basic shapes.
  • An arrangement of measuring elements in a measuring pattern sequence in juxtaposition of hexagonal geometric basic forms enables a maximally dense packing of the cumulated measuring elements with simultaneous homogeneous distribution over the entirety of the measuring pattern sequence, in particular with the best possible utilization of a resolution of the detecting device or the camera.
  • the projector device may in at least one measurement pattern of time- borrowed sequence always all measured elements as present erzeu ⁇ gen.
  • the use of an increasingly crowded measurement pattern can be used for locating dot pattern groups or for synchronizing the decoding, so that a result in higher robustness of the decoding and a more uniform measuring element distribution.
  • the projector device may generate the temporal sequence of three Messmus ⁇ tern, wherein in each group one measuring element may be present from a measurement pattern of the chronological sequence over and in each case a maximum of two measuring elements may be present from the other two measurement patterns of the time sequence ,
  • the projector device can generate within the plurality of groups a maximum number greater than four of existing or nonexistent measuring elements. According to a further advantageous embodiment, the projector device can form within the plurality of groups only codes with a minimum number of generated or not generated measuring elements. In other words, the projector device within the plurality of
  • Groups only provide coding with a minimum number of generated and non-generated measuring elements. Omitting symbols with a low measurement element occupancy advantageously results in a higher number of measurement elements in the overall pattern or in the sequence.
  • the projector device can generate the groups overlapping in such a way that a number of measuring elements can be both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 or k-1. These overlapping symbol bits can be used for error correction, resulting in a higher Ro ⁇ bustheit decoding. According to a further advantageous embodiment, the
  • Projector device generate a sequence of adjacent groups, which can be referred to as a word.
  • the projector device can generate the entirety of all adjacent groups, which can be referred to as the overall pattern or as a sequence.
  • the projector device generates a word from another word in min. at least two groups different. In this way, uniqueness of location information can be improved.
  • the projector device can have, for each measuring pattern consisting of measuring elements, spatially separated in each case a light source, a beam-forming optical system and a diffractive, optical element.
  • a diffractive projection optics per laser effects a powerful and light-efficient and pondereeffizi ⁇ ente projection of pattern sequences with fast projection cycles and pattern changes.
  • the projector device can for all sensing elements having spatially measurement pattern summarized least one light source, at least one beam shaping optics and at least two mechanically changeable me ⁇ diffractive optical elements have.
  • the projector device can for all sensing elements having spatially measurement pattern summarized least one light source, at least one beam shaping optics and at least two mechanically changeable me ⁇ diffractive optical elements have.
  • Projector device have at least one diffractive optical element, which in the subsequent beam path, a filter device, in particular a light trap for Absorpti ⁇ on and / or a deflection device for reflecting at least the zeroth diffraction order can be arranged downstream.
  • a filter device in particular a light trap for Absorpti ⁇ on and / or a deflection device for reflecting at least the zeroth diffraction order can be arranged downstream.
  • diffractive order causes a higher eye-safe luminous flux in measuring elements or measuring points, so that there is a better signal-to-noise ratio in measured data.
  • the filter device may be spaced apart from the diffractive optical element such that a separation of the measuring elements or measuring points takes place in front of the filter device.
  • the numerical aperture and the beam waist in the sense of Gauss' see the beam projector device may be adapted such that the radius of a projected beam is at least above the required depth of field range, in particular between 800 and 1200 mm, smaller than the radius of a Kame ⁇ rapixels in object space.
  • An adaptation of the waist of a Gaussian ray to the object space camera resolution over the entire depth of field is advantageously a more accurate localization of measuring elements or measuring points, so that there is a better signal-to-noise ratio.
  • the projector device may for increasing a measuring element density or density of measurement points by a timed variie ⁇ leaders displacement of a respective measurement pattern of the temporal sequence of rotational or translational aktuATOR components, in particular a scanning mirror having.
  • Figure 1 shows an embodiment of a conventional device
  • Figure 2 shows a first embodiment of a conventional
  • Figure 3 shows further embodiments of conventional Ge ⁇ velvet patterns
  • Figure 4 shows a first embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSING overall pattern
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of groups according to the invention
  • Figure 6 shows another embodiment according to the invention
  • FIG. 7 shows further exemplary embodiments of measurement patterns according to the invention.
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a device according to the invention
  • Figure 9 is a second illustration of the first sinha ⁇ game of a device according to the invention.
  • Figure 10 shows a second embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN device;
  • Figure 11 shows a third embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN device
  • FIG. 12 a representation for setting a projector device according to the invention
  • FIG. 13 two further embodiments according to the invention
  • Figure 14 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows an embodiment of a conventional one
  • the device for the reconstruction of a surface of an object 0 by means of a structured illumination.
  • the device has a projector device 1 for the diffractive projection of measurement patterns MM, consisting of measuring elements, in particular measuring points P, on the surface of the object.
  • a detecting means 3 which may be for example a camera that captures, points PI, P2 and P3, Messmus ⁇ ter on the surface of the object 0.
  • B denotes a so-called base, that is, a distance distance between Projector device 1 and the zero point or origin of the coordinate system of the detection device.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a conventional overall pattern.
  • FIG. 2 shows a particularly advantageous arrangement of measuring points P in a total pattern GM, which can likewise be referred to as a measuring pattern sequence, a length 3 being generated as a result of a superposition of three measuring patterns MM1, MM2 and MM3.
  • the advantage of this overall pattern GM lies in a maximum dense packing of the points P of the respective pattern with a simultaneously homogeneous distribution over the entirety of the measurement pattern sequence or over the overall pattern GM.
  • a chronological sequence of measured patterns MM1, MM2, MM3 ... erge ⁇ ben at their superposition an overall pattern GM, which can be described as Messmus ⁇ tersequenz also due to the timing of the measurement pattern.
  • FIG. 1 shows a particularly advantageous arrangement of measuring points P in a total pattern GM, which can likewise be referred to as a measuring pattern sequence, a length 3 being generated as a result of a superposition of three measuring patterns MM
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a conventional overall pattern GM or a conventional measurement pattern sequence.
  • FIG. 2 shows the arrangement of projected measuring points of a total pattern GM or of a measuring pattern sequence of length 3 at a maximum cumulative point density.
  • 3 shows further embodiments of conventional Ge ⁇ conspiracymuster GM.
  • Figure 3 shows an arrangement of measurement points projected an overall pattern or a GM Messmusterse acid sequence, namely the lengths of 2 to 7 at a maximum cumulative dot density.
  • Lines in FIG. 3 are repeating geometric basic shapes in the arrangement. Small numbers indicate the location of a pattern point and its assignment to one of the 2 to 7 patterns in the respective sequence or in the overall pattern GM.
  • Figure 4 shows a first embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention overall pattern GM.
  • FIG. 4 shows a possible embodiment of an approach in which a temporal or local coding is carried out by means of active and inactive measuring points or measuring elements in the measuring pattern, inactive designating the omission of measuring points in an otherwise fully occupied grid.
  • three measurement patterns MM1, MM2 and MM3 are superposed, so that a sequence length of 3 results.
  • the measuring elements or measuring points are considered grouped according to FIG. 4, each group corresponding to a so-called symbol of a sequence of locally unambiguous so-called codewords.
  • the numbers in each measuring point denote a respective local point index.
  • the first pattern MM1 of the temporal sequence or sequence of the measurement patterns remains fully occupied, ie points with the maximum point density are projected in this pattern. This is advantageous for an evaluating algorithm that can be used in a computer device 5, since these points can be assumed to be definitely present and can therefore be used to localize the point groups and to synchronize the subsequent decoding.
  • the measurement patterns MM2 and MM3 encode the symbol, four bits per symbol being provided in this way.
  • the measurement points P are grouped into groups G which correspond to symbols or code words.
  • the respective circular shape or circular bar shape ei ⁇ nes measuring point P to check out the origin of the measurement point is, namely whether this is part of the measurement pattern MM1, MM2 and MM3.
  • the number in each measurement point P means the per ⁇ calculated at local numbering a measuring point P within the group G.
  • the points P of the first measurement pattern MM1 are always present and can be used as a synchronization channel.
  • each group consists according to the embodiment ge ⁇ Gurss Figure 4 of a maximum of five points, always a point can come from the pattern MM1 and ever more than two points from the measurement ⁇ pattern MM2 and the measurement pattern MM3.
  • each measuring point is the center of a hexagon, which is formed from six neighboring measuring points each. This is a particularly dense arrangement of measuring elements.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a group G according to the invention.
  • Each group G consists of a maximum of five points P, one point always producing the first measuring pattern MM1 and a maximum of two further measuring points P from the second measuring pattern MM2 and the third measuring pattern MM3.
  • Figure 5 shows an alphabet of up to 16 symbols can be formed with ⁇ means of active and / or inactive points which can be referred to as the symbol bits.
  • One of the patterns, namely the first measurement pattern MM1, is fully occupied here.
  • Each group G of measurement points P may be a 3D measurement coordinate it testify ⁇ when properly de- coding for each of its points P. It is therefore advantageous to have as many active points P as possible within the plurality of groups G of the entire measurement pattern sequence or of the overall pattern GM.
  • the number of points P can be increased by not using all the theoretically possible symbols, which here can be 16 pieces, but for example only those which contain a minimum number of active points, for example 3 active points P.
  • Figure 6 shows a further embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention overall pattern GM.
  • Figure 6 shows that a white frame ⁇ tere condition is located in an overlap of groups G.
  • Multiple points P which are maximum two according to this embodiment, are both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 and k-1, respectively. Therefore, it is not possible to realize arbitrary sequences of symbols, but only those in which the groups of two neighboring groups pen G shared symbol bits match. However, this knowledge can be used in the evaluation of the error correction groups by comparing the shared bits of adjacent groups.
  • FIG. 5 shows an overlap of groups G or of symbol bits.
  • a so-called word W in particular a code word.
  • the Ge ⁇ totality of aligned symbols or groups G det education the so-called sequence, in particular code sequence, which may also serve as an overall pattern are referred to GM. It is usually required that each word W has only a maximum number of occurrences within the sequence, so that the correspondence problem can be solved robustly. If a word W in identical form more than once in the sequence before, is the use of geometric conditions, such as the measuring range, and given ⁇ if the application of heuristics required to solve the correspondence problem clearly.
  • FIG. 7 shows embodiments of the invention Messmus ⁇ ter.
  • FIG. 7 shows as an exemplary embodiment an overall pattern GM or a pattern sequence with the length 3 taking into account the framework conditions described in connection with FIGS. 4, 5 and 6.
  • FIG. 7 explicitly shows the first measurement pattern MM1, the second measurement pattern MM2 and the third one
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention for reconstructing a surface of an object 0 by means of structured illumination.
  • the projection of a measurement pattern sequence or an overall pattern GM, as shown in FIG Connection with Figures 4, 5, 6 and 7 can be carried out in various ways.
  • a spatially separate arrangement of a plurality of assemblies, each with a light source, each one beam forming, for example, collimating, optics and each one diffractive optical element DOE can be created.
  • an assembly with at least one light source, at least one beam-forming optics and at least two mechanically exchangeable DOEs can be created.
  • LI, L2 and L3 in FIG. 8 are three separate light sources which project a total pattern GM by means of diffractive optical elements DOEs that a detection device 3 can record.
  • FIG. 8 shows the exemplary embodiment with an SD measuring system with diffractive projecting 3-fold laser array LI, L2 and L3 and a camera as detection device 3.
  • the overall pattern GM or a plurality of measurement patterns MM can be projected by means of diffractive projection
  • Figure 9 shows a side view of the device according to the invention according to Figure 8.
  • the three lasers LI, L2 and L3 are both in plan view and in side view Darge ⁇ provides.
  • FIG. 9 shows three mechanically exchangeable diffractive optical elements DOEs that are in a carrying device
  • Figure 10 shows a further embodiment of a device OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • a light source L emits a light beam Sl in the direction of a diffractive optical element DOE, wherein this is followed by a light trap 9 for generating egg ⁇ nes certain field of view. In the field of view FOV, non-dimmed light beams S2 are visible.
  • FOV field of view
  • the luminous flux resulting at a point P is substantially dependent on the power of the light source, which may be a laser, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical Ele DOE and the size of the luminous flux in the 0th diffraction ⁇ order. This is shown in FIG. 10.
  • the 0th diffraction order is usually minimized during the development of a diffractive optical element DOE.
  • the development and manufacturing costs of a DOE increase in general, the more effort is made to suppress the 0th diffraction order.
  • the luminous flux emitted in the 0th order is limited by the resulting optical power density in terms of eye safety, ie the power of the light source must be adjusted so that the optical power density in the 0th order is allowed for the desired protection class.
  • the 0th order is usually the brightest point in the projected pattern at 0.2 to 3% of the power input. There is often at least one order of magnitude between the 0th order and the desired pattern points.
  • 10 shows an execution ⁇ example of an inventive apparatus comprising a DOE and a so-called light trap 9, the shadows the 0th order from ⁇ .
  • the light trap 9 is in the beam path positio ned ⁇ that this at least the 0-order and, if appropriate, a greater proportion of the projected pattern absorbs or deflects by reflection.
  • a plurality of exchangeable DOEs can be exchanged in the beam path S 1 of the light source L by means of a common DOE carrier. In the embodiment of FIG.
  • FIG. 11 shows a representation of the exemplary embodiment of the device according to the invention according to FIG. 10, namely that, with regard to the positioning of the light trap 9 in the beam path S1, it should be noted that a respective sufficient distance from the diffractive optical element DOE should be present, so that a separation of the measuring elements , example ⁇ as measurement points, the projected pattern has sauge ⁇ found already.
  • Figure 11 shows the minimum distance d m i n the Strah ⁇ lenfalle 9 for optical diffractive element DOE due the required geometric separation of measuring elements of the pattern projection.
  • a + and A- indicate desired projections, between which the rays of the 0th order pass.
  • a light source L is indicated on the left in FIG. 11. Since eye safety generally limits the luminous flux in the 0th order and thus in the desired points, and not the maximum possible power of the light source from the diffractive optical element DOE, with the device according to FIG. 10 a higher eye-safe luminous flux can be achieved in the desired Points P are realized.
  • FIG. 12 shows a representation for setting a projector device 1 according to the invention.
  • light source L and beam shaping components which are, for example, DOEs
  • the numerical aperture and / or the beam waist in the sense of a Gaussian ray has been adjusted proj etechnischs press so that the radius of the projected beam r b at least over the required depth of field, which is here between 800 and 1200 mm, smaller than the radium of a Camera pixel r c remains in the object space.
  • the high-value axis represents a respective radius R.
  • the X-axis represents the respective distance Z. As is an asymptote.
  • FIG. 12 shows with the X-axis a respective distance from the front lens surface of the camera or of the projector.
  • FIG. 13 shows two further exemplary embodiments of devices according to the invention.
  • Figures 13a and 13b each have a light source L, a diffractive optical element DOE, egg ⁇ NEN mirror M and a detecting means. 3
  • a measurement pattern can be displayed on an observer. projected 0 and detected by the detection device 3. It has been recognized that the measurement point density can be additionally increased by a temporally varying displacement of the measurement pattern projection of all the assemblies mentioned.
  • Figure 13a shows a conventional stationary mirror M, where in contrast the advantageous time-varying Ver ⁇ shift can be performed by scanning monochromatic method according to the embodiment of FIG 13b.
  • rotationally or translationally actuated components can be used according to FIG.
  • FIG. 13b shows an embodiment of an inventive method ⁇ SEN. The method is used to reconstruct a surface of an object by means of a structured 0 Be ⁇ lighting, wherein the following steps are executed.

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Abstract

The invention relates to a device and to a method for reconstruction of a surface of an object (0) by means of a structured illumination, comprising at least one projector device (1) for diffractive projection onto the surface of the object of measuring patterns (MM1, MM2, MM3) having measuring elements, in particular measuring points (P); at least one detecting device (3) for detecting the measuring patterns (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object; a computer device (5) for reconstruction, performed in particular by means of triangulation, of the surface of the object from a respective distortion of a measuring pattern. The invention is characterised in that all possible positions of measuring elements in repeating groups (G) are represented in a measuring pattern, in which a respective combination of generated and/or non-generated measuring elements encodes the respective location in the overall pattern (GM).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur sequentiellen, diffraktiven Musterprojektion Apparatus and method for sequential, diffractive pattern projection
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objektes mittels einer strukturierten Beleuchtung zur Projektion von Messmustern auf das Objekt. The present invention relates to an apparatus and a method for reconstructing a three-dimensional surface of an object by means of a structured illumination for the projection of measurement patterns on the object.
In der optischen Messtechnik ist das Verfahren einer sogenannten strukturierten Beleuchtung weit verbreitet. Bei diesem Verfahren werden ein oder mehrere Messmuster auf ein Objekt projiziert und aus einem anderen Winkel von einer Kamera aufgenommen. Aus der Verzerrung des Musters kann die dreidimensionale Oberfläche des Objekts in Form von Messpunkten re¬ konstruiert werden. In optical metrology, the method of so-called structured illumination is widely used. In this method, one or more measurement patterns are projected onto an object and taken from a different angle by a camera. From the distortion of the pattern, the three-dimensional surface of the object in the form of measurement points can be re ¬ be constructed.
Beim messtechnischen Verfahren nach dem Prinzip der struktu- rierten Beleuchtung werden ein oder mehrere Muster, die ebenso als Messmuster bezeichnet werden können. Auf ein Objekt projiziert und aus einem anderen Winkel von einer Kamera auf¬ genommen. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen minimalen Konfiguration, bestehend aus einer Kame- ra als eine Erfassungseinrichtung 3 und einem Projektor als eine Projektoreinrichtung 1. Punkt PI wird von einem Musterprojektor projiziert und erscheint im Kamerabild als Punkt PI ' . Mittels geometrischer Beziehungen kann die dreidimensionale Position von PI im Raum bestimmt werden, wenn der Pro- j ektionsstrahlengang ausgehend von dem Projektor und derIn the metrological method according to the principle of structured illumination, one or more patterns can also be referred to as measurement patterns. Projected onto an object and taken from a different angle of a camera on ¬. FIG. 1 shows an embodiment of a conventional minimal configuration consisting of a camera as a detection device 3 and a projector as a projector device 1. Point PI is projected by a pattern projector and appears in the camera image as point PI '. By means of geometrical relationships, the three-dimensional position of PI in space can be determined, if the projection beam path starting from the projector and the
Sichtstrahlengang ausgehend von der Kamera bekannt sind. Ent¬ scheidend ist dabei die korrekte Zuordnung von Projektions¬ strahlengang und Sichtstrahlengang. Aufgrund der Vielzahl gleichartiger Punktprojektionen ist eine besondere lokal va- riierende Codierung zur Identifikation des Punktes PI bezie¬ hungsweise dessen Unterscheidung von zum Beispiel Punkt P2 oder Punkt P3 notwendig. Figur 1 zeigt eine herkömmliche mi¬ nimale Konfiguration zur dreidimensionalen Messung mittels strukturierter Beleuchtung, bestehend aus einer Kamera und einem Projektor, die in einem Abstand einer Basis B voneinander beabstandet sind. Es existieren zahlreiche herkömmliche Verfahren zur Projekti¬ on von Messmustern sowie zahlreiche Gestaltungsvarianten der Messmuster . Visual beam path starting from the camera are known. The decisive factor here is the correct assignment of projection beam path and visual beam path. Due to the plurality of similar projections point a particular locally va- riierende coding for identification of the point PI Bezie ¬ hung as is its distinction from, for example, the point P2 or P3 point necessary. Figure 1 shows a conventional mi ¬ nimale configuration for three-dimensional measurement by structured lighting, consisting of a camera and a projector, which are spaced from each other at a distance of a base B. There are many conventional methods of projec ¬ on measuring patterns and numerous design variants of measurement pattern.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterklasse von Verfah- ren, bei denen die Muster mittels Lichtbeugung, das heißt diffraktiv, projiziert werden. Diese Methoden sind besonderes lichteffizient, schränken allerdings die Ausgestaltung der Messmuster ein. In der Regel werden zahlreiche Punkte oder andere Formen, die im Folgenden allgemein als Messpunkte be- zeichnet werden, projiziert, wobei in der lokalen Anordnung und/oder Form der Messpunkte eine Information steckt, die den jeweiligen Ort im Messmuster codiert. The invention relates to a subclass of methods in which the patterns are projected by means of light diffraction, that is, diffractive. These methods are particularly light efficient, but restrict the design of the measurement patterns. As a rule, numerous points or other shapes, which are generally referred to below as measuring points, are projected, with information in the local arrangement and / or shape of the measuring points which encodes the respective location in the measuring pattern.
[1] "Video-rate capture of Dynamic Face Shape and Appearance" von Ioannis A. Ypsilos, Adrian Hilton und Simon Rowe, Centre for Vision Speech and Signal Processing, University of Sur- rey, Guildford, Gu2 7HX, UK, and Canon Research Centre Euro- pe, Brackneil, Berkshire, RG12 2HX, UK, 2004 ist ein Beispiel dafür, dass die Information sich durch eine zufällige sich nicht mehrmals im Muster wiederholende Anordnung der Mess¬ punkte ergeben kann. [1] "Video-rate capture of Dynamic Face Shape and Appearance" by Ioannis A. Ypsilos, Adrian Hilton, and Simon Rowe, Center for Vision Speech and Signal Processing, University of Surrey, Guildford, Gu2 7HX, UK, and Canon Research Center euro pe, Bracknell, Berkshire, RG12 2HX, UK, 2004 is an example that the information can result from a random not more than once repeated in the pattern arrangement of the measuring points ¬.
[2] "A Low Cost Structured Light System" von Mario L. L. [2] "A Low Cost Structured Light System" by Mario L.L.
Reiss, Antonia M. G. Tommaselli, Christiane N. C. Kokubum, Sao Paulo State University, Rua Roberto Simonsen, 305, Pres. Reiss, Antonia M.G. Tommaselli, Christiane N.C. Kokubum, Sao Paulo State University, Rua Roberto Simonsen, 305, Pres.
Prudente, SP, Brazil, 19060-900, Presidente Prudente, SaoPrudente, SP, Brazil, 19060-900, Presidente Prudente, Sao
Paulo, 2005 und [3] "Range Image Acquisition with a SinglePaulo, 2005 and [3] "Range Image Acquisition with a Single
Binary Encoded Light Pattern" von P. Vuylsteke and A. Binary Encoded Light Pattern "by P. Vuylsteke and A.
Oosterlinck, aus IEEE Transaction on Pattern Analysis and Ma- chine Intelligence, Seiten 148 ff., Vol. 12, No . 2, February Oosterlinck, from IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence, p. 148 ff., Vol. 12, No. 2, February
1990, offenbaren Varianten, bei denen die Information in der1990, reveal variants in which the information in the
Form der Messpunkte liegt. [4] US 7,433,024 B2 offenbart, dass diese Information ebenso in sich in allen drei Dimensionen, und im speziellen hier über den Abstand zum Projektor, veränderlichen Mustern, insbesondere Specklemustern, beinhaltet sein kann. Shape of the measuring points lies. [4] US Pat. No. 7,433,024 B2 discloses that this information may also be contained in all three dimensions, and in particular here over the distance to the projector, variable patterns, in particular bacon patterns.
[5] US 5,548,418 und [6] WO 2007/043036 AI offenbaren eine Vorrichtung zur Projektion von Mustern mittels diffraktiven, optischen Elementen und dessen Anwendung in der SD- Messtechnik. [5] US Pat. No. 5,548,418 and [6] WO 2007/043036 A1 disclose an apparatus for the projection of patterns by means of diffractive optical elements and its use in SD measurement technology.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objektes mittels einer strukturierten Be¬ leuchtung zur Projektion von Messmustern auf das Objekt be- reit zu stellen, wobei die Projektion schnell, kostengünstig und lichteffizient ausführbar sein soll. Messmuster sollen leistungsfähig hinsichtlich einer robusten Dekodierbarkeit und insbesondere hinsichtlich der Anzahl der Messelemente, das heißt hinsichtlich der Datendichte sein. It is an object of the present invention, an apparatus and a method for reconstructing a three-dimensional surface of an object to provide means of a structured Be ¬ illumination for projecting measuring patterns on the object loading riding, the projection should be rapid, inexpensive and light efficiently executable. Measurement patterns should be powerful in terms of robust decodability and in particular with regard to the number of measuring elements, that is, in terms of data density.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. The object is achieved by a device according to the main claim and a method according to the independent claim.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Rekon- struktion einer Oberfläche eines Objektes mittels einer strukturierten Beleuchtung vorgeschlagen, die mindestens eine Projektoreinrichtung zur diffraktiven Projektion eines Messelemente, insbesondere Messpunkte, aufweisenden Messmusters auf die Oberfläche des Objekts, mindestens eine Erfassungs- einrichtung zur Erfassung des Messmusters auf der Oberfläche des Objekts und eine Rechnereinrichtung zur, insbesondere mittels Triangulation ausgeführten, Rekonstruktion der Oberfläche des Objekts aus einer jeweiligen Verzerrung des Mess¬ musters aufweist, wobei in dem Messmuster alle möglichen Po- sitionen von Messelementen in sich wiederholenden Gruppen zu- sammengefasst oder dargestellt oder enthalten sind, in denen eine jeweilige Kombination von tatsächlich erzeugten und/oder nicht erzeugten Messelementen den jeweiligen Ort im Messmuster darstellt oder kodiert. According to a first aspect, an apparatus for reconstructing a surface of an object by means of structured illumination is proposed, which comprises at least one projector device for diffractive projection of a measuring element, in particular measuring points having measuring pattern on the surface of the object, at least one detection device for detecting the measuring pattern on the surface of the object and a computing device for, in particular by means of triangulation performed, comprising reconstruction of the surface of the object from a respective distortion of the measurement ¬ pattern, wherein in the measurement pattern all possible polyvinyl sitions of sensing elements in repeating groups to-summarized or are shown or included, in which a respective combination of actually generated and / or unproduced measuring elements represents or encodes the respective location in the measuring pattern.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Rekonstruk- tion einer Oberfläche eines Objekts mittels eine strukturier¬ ten Beleuchtung mittels folgender Schritte vorgeschlagen, und zwar mittels mindestens einer Projektoreinrichtung ausgeführtes diffraktives Projizieren eines Messelemente aufweisenden Messmusters auf die Oberfläche des Objektes, mittels mindes- tens einer Erfassungseinrichtung ausgeführtes Erfassen desAccording to a second aspect, a method is used for reconstructions tion of a surface of an object by means of a textured gray ¬ th lighting proposed by the following steps, namely executed by at least one projector means diffractive projecting a measuring elements having measurement pattern onto the surface of the object by means of at least one Detection device executed detecting the
Messmusters auf der Oberfläche des Objekts und mittels einer Recheneinrichtung ausgeführtes Rekonstruieren, insbesondere mittels Triangulation, der Oberfläche des Objektes aus einer jeweiligen Verzerrung des Messmusters, wobei in dem Messmus- ter alle möglichen Positionen von Messelementen oder Messpunkten in sich wiederholenden Gruppen enthalten sind, in denen eine jeweilige Kombination von erzeugten und/oder nicht erzeugten Messelementen den jeweiligen Ort im Gesamtmuster darstellt oder kodiert. Das heißt, in den Gruppen kodiert ei- ne jeweilige Kombination von vorhandenen und/oder nicht vorhandenen Messelementen den jeweiligen Ort im Messmuster. Measuring pattern on the surface of the object and by means of a computing device performed reconstructing, in particular by means of triangulation, the surface of the object from a respective distortion of the measurement pattern, wherein all possible positions of measuring elements or measuring points in repetitive groups are included in the Messmus- ter, in which a respective combination of generated and / or non-generated measurement elements represents or encodes the respective location in the overall pattern. That is, in the groups, a respective combination of existing and / or nonexistent measurement elements encodes the respective location in the measurement pattern.
Messelemente bilden ein jeweiliges Messmuster und können grundsätzlich jeweils eine beliebige Flächenform aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind MesselementeMeasuring elements form a respective measuring pattern and can in principle each have an arbitrary surface shape. According to an advantageous embodiment, measuring elements
Messpunkte, insbesondere einheitliche Messpunkte. Messelemen¬ te können mittels Licht jeweiliger Lichtstrahlen erzeugt werden. Eine Gruppe bildet eine sich wiederholende Grundeinheit aus, in der eine Gesamtheit an möglichen Positionen von Mess- elementen enthalten ist. Im tatsächlichen Messmuster müssen nicht an allen möglichen Positionen von Messelementen tatsächlich Messelemente physikalisch erzeugt sein. Measuring points, in particular uniform measuring points. Messelemen ¬ te can be generated by means of light of respective light beams. A group forms a repeating basic unit containing a set of possible positions of measuring elements. In the actual measurement pattern, measurement elements do not actually have to be physically generated at all possible positions of measurement elements.
Im Gegensatz zur abbildenden Projektion, wobei das projizier- te Muster vorwiegend mittels Lichtbrechung, das heißt In contrast to the imaging projection, where the projected pattern predominantly by refraction, that is
refraktiv, erzeugt wird, wird bei der diffraktiven Projektion das Muster vorwiegend mittels Beugung erzeugt, und zwar in der Regel mittels sogenannter diffraktiver, optischer Elemen- te (DOEs) . Die diffraktive Projektion von Messmustern ist be¬ sonders lichteffizient, schränkt aber die Gestaltung der Messmuster ein. Bei der diffraktiven Projektion werden in der Regel Punktmuster verwendet, da diese mit DOEs gut reprodu- zierbar sind. Grundsätzlich können Messmuster alternativ beliebige Messuntereinheiten aufweisen, die beispielsweise andere Flächenformen aufweisen können, wie es zum Beispiel Dreiecke, Quadrate oder Rechtecke sein können. Die in dieser Anmeldung genannten Messelemente umfassen damit ebenso alle möglichen flächigen Ausgestaltungen von Messuntereinheiten beziehungsweise Messformen, beispielsweise Messpunkte. Die Dichte der Messelemente beziehungsweise Messuntereinheiten oder Messpunkte im Messraum ist begrenzt durch die Auflösung der Kameras, die zur Auswertung verwendet werden. Ist die Punktdichte zu hoch ausgelegt, können gegebenenfalls Messele¬ mente nicht mehr zuverlässig unterschieden werden. Eine wei¬ tere Begrenzung liegt in der optischen Informationskapazität der diffraktiven optischen Elemente. Es können nicht beliebig komplexe Muster in beliebiger Auflösung reproduziert werden. Die maximal mögliche Punktdichte kann in der Regel nicht aus¬ geschöpft werden, da die Anordnung der Punkte Informationen zur Decodierung des Musters tragen muss. Im Falle eines voll¬ ständig besetzten Musters, beispielsweise bei der maximalen Punktdichte, würde das Muster keine solchen Informationen tragen, das heißt das Muster wäre nicht lokal einzigartig, sondern gleichförmig beziehungsweise periodisch. Derartige Muster sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Die lokale Einzigartigkeit wird aber benötigt, da zur 3D-Rekonstruktion mittels Triangulation eine Beziehung zwischen dem Ursprung eines jeweiligen projizierten Strahls und des Sichtstrahls einer oder mehrerer Kameras beziehungsweise Erfassungseinrichtungen hergestellt werden muss, was als Korrespondenzproblem bezeichnet wird. In der Praxis werden zur lokal vari¬ ierenden Codierung der Information nicht alle auflösbaren Punkte projiziert. Dies führt allerdings zu einer reduzierten Anzahl an auflösbaren Messelementen oder Messpunkten, da diese nur am Ort eines projizierten Elementes oder Punktes er¬ mittelt werden können. Eine technische Möglichkeit zur Erhöhung der Punktdichte liegt in der zeitlich aufeinanderfolgenden, sequentiellen Projektion mehrerer Messmuster. Die zeitliche Variation der Messmuster bietet dann einen zusätzlichen Informationskanal für die Decodierung des Musters, so dass es gegebenenfalls möglich ist, die durch die Kameraauflösung begrenzte, maximal mögliche Punktdichte zu erreichen. Zur Codierung einer örtlich variierenden Information im Messmuster, die zur Lösung des Korrespondenzproblems notwendig ist, wird erfindungsgemäß folgender Ansatz vorgeschlagen. Eine zeitliche und/oder örtliche Codierung erfolgt mittels ak¬ tiven und inaktiven Messelementen im Messmuster, wobei hier inaktiv das Auslassen von Messelementen in einem ansonsten voll besetzten Raster bezeichnet. refractive, the diffractive projection pattern is generated predominantly by diffraction, usually by means of so-called diffractive, optical elements. te (DOEs). The diffractive projection of measured patterns is be ¬ Sonder light efficiently, but restricts the design of the measurement pattern. In the diffractive projection usually dot patterns are used, as they are well reproducible with DOEs. In principle, measuring patterns may alternatively have any desired measuring subunits, which may, for example, have other surface shapes, such as triangles, squares or rectangles, for example. The measuring elements mentioned in this application thus also encompass all possible planar configurations of measuring subunits or measuring forms, for example measuring points. The density of the measuring elements or measuring subunits or measuring points in the measuring room is limited by the resolution of the cameras used for the evaluation. If the dot density too high designed Messele ¬ elements may optionally not be reliably distinguished. A white ¬ tere limitation lies in the optical information capacity of the diffractive optical elements. It can not be reproduced arbitrarily complex patterns in any resolution. The maximum dot density can not be drawn from ¬ usually because the arrangement of dots information must take to decode the pattern. In the case of a fully ¬ permanently manned pattern, for example at the maximum dot density, the pattern would carry no such information, that is, the pattern would not be locally unique but uniform or periodic. Such patterns are shown in FIGS. 2 and 3. However, local uniqueness is needed because for triangulation 3D reconstruction, a relationship must be established between the origin of a respective projected beam and the sight beam of one or more cameras or detectors, which is referred to as a correspondence problem. In practice, the information can not be projected all resolvable points for locally vari ¬ ierenden coding. However, this leads to a reduced number of resolvable measuring elements or measuring points, as they may be, he ¬ averages only at the location of a projected element or point. A technical possibility for increasing the density of points lies in the sequential, sequential projection of several measurement patterns. The temporal variation of the measurement patterns then provides an additional information channel for the decoding of the pattern, so that it may be possible to achieve the maximum possible point density limited by the camera resolution. For encoding a locally varying information in the measurement pattern, which is necessary to solve the correspondence problem, the following approach is proposed according to the invention. A temporal and / or local coding is carried out by means of a k ¬ tive and inactive measuring elements in the measurement pattern, said inactive refers to the omission of sensing elements in an otherwise crowded grid here.
Die vorgeschlagene Zusammenfassung von Messelementen in Gruppen, die Symbolen entsprechen, wobei der Symbolindex durch Auslassen von Punkten codiert ist, erlaubt eine vorteilhafte Lösung des Korrespondenzproblems mittels nicht-periodischer Messmuster unter Beibehaltung einer hohen Messelementdichte, wobei die Gruppierung zu längerem Symbolalphabet mit einer Mehrzahl möglicher Symbole führt, wodurch eine Decodierung fehlertoleranter gestaltet werden kann. The proposed grouping of grouping elements corresponding to symbols, where the symbol index is coded by omitting points, allows an advantageous solution of the correspondence problem by means of non-periodic measurement patterns while maintaining a high density of the elements, the grouping becoming longer symbol alphabet with a plurality of possible symbols leads, making decoding more forgiving.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims. According to an advantageous embodiment, the
Projektoreinrichtung (1) das Messmuster als eine zeitliche Abfolge von Messmustern (MM1, MM2, MM3) auf die Oberfläche des Objekts projizieren, wobei die zeitliche Abfolge der Messmuster (MM1, MM2, MM3) überlagert ein Gesamtmuster (GM) oder eine Sequenz ausbildet.  Projector device (1) project the measurement pattern as a temporal sequence of measurement patterns (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object, wherein the temporal sequence of the measurement pattern (MM1, MM2, MM3) superimposed forms a total pattern (GM) or a sequence.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung in den Gruppen zusätzlich mittels einer jeweiligen Lichtwellenlänge von Messelementen den jeweiligen Ort im Messmuster kodieren oder darstellen. Damit kann zusätzlich eine zeitliche und/oder örtliche Codierung mittels Messelementen unterschiedlicher Wellenlänge ausgeführt wer- den . According to a further advantageous embodiment, the projector device in the groups additionally by means of a each wavelength of light measuring elements encode or represent the respective location in the measurement pattern. In addition, temporal and / or local coding can be carried out by means of measuring elements of different wavelengths.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung das Gesamtmuster als eine Aneinanderreihung hexagonaler geometrischer Grundformen erzeugen. Eine An- Ordnung von Messelementen in einer Messmustersequenz in Aneinanderreihung hexagonaler, geometrischer Grundformen ermöglicht eine maximal dichte Packung der kumulierten Messelemente bei gleichzeitig homogener Verteilung über die Gesamtheit der Messmustersequenz, und zwar insbesondere bei bestmögli- eher Ausnutzung einer Auflösung der Erfassungseinrichtung beziehungsweise der Kamera. According to a further advantageous embodiment, the projector device can generate the overall pattern as a sequence of hexagonal geometric basic shapes. An arrangement of measuring elements in a measuring pattern sequence in juxtaposition of hexagonal geometric basic forms enables a maximally dense packing of the cumulated measuring elements with simultaneous homogeneous distribution over the entirety of the measuring pattern sequence, in particular with the best possible utilization of a resolution of the detecting device or the camera.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung in mindestens einem Messmuster der zeit- liehen Abfolge immer alle Messelemente als vorhanden erzeu¬ gen. Die Verwendung eines immer voll besetzten Messmusters kann zur Lokalisierung von Punktmustergruppen beziehungsweise zur Synchronisation der Decodierung genutzt werden, so dass sich eine höhere Robustheit der Decodierung und eine gleich- förmigere Messelementverteilung ergeben. According to a further advantageous embodiment, the projector device may in at least one measurement pattern of time- borrowed sequence always all measured elements as present erzeu ¬ gen. The use of an increasingly crowded measurement pattern can be used for locating dot pattern groups or for synchronizing the decoding, so that a result in higher robustness of the decoding and a more uniform measuring element distribution.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung die zeitliche Abfolge von drei Messmus¬ tern erzeugen, wobei in jeder Gruppe aus einem Messmuster der zeitlichen Abfolge immer ein Messelement vorhanden sein kann und aus den beiden anderen Messmustern der zeitlichen Abfolge jeweils maximal zwei Messelemente vorhanden sein können. According to a further advantageous embodiment, the projector device may generate the temporal sequence of three Messmus ¬ tern, wherein in each group one measuring element may be present from a measurement pattern of the chronological sequence over and in each case a maximum of two measuring elements may be present from the other two measurement patterns of the time sequence ,
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung innerhalb der Vielzahl an Gruppen eine maximale Anzahl größer als vier von vorhandenen oder nicht vorhandenen Messelementen erzeugen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung innerhalb der Vielzahl an Gruppen lediglich Kodierungen mit einer Mindestanzahl von erzeugten oder nicht erzeugten Messelementen ausbilden. Mit anderen Worten kann die Projektoreinrichtung innerhalb der Vielzahl vonAccording to a further advantageous embodiment, the projector device can generate within the plurality of groups a maximum number greater than four of existing or nonexistent measuring elements. According to a further advantageous embodiment, the projector device can form within the plurality of groups only codes with a minimum number of generated or not generated measuring elements. In other words, the projector device within the plurality of
Gruppen lediglich Codierungen mit einer Mindestanzahl an erzeugten und nicht erzeugten Messelementen bereitstellen. Ein Auslassen von Symbolen mit niedriger Messelementbesetzung bewirkt vorteilhaft eine höhere Anzahl an Messelementen im Ge- samtmuster beziehungsweise in der Sequenz. Groups only provide coding with a minimum number of generated and non-generated measuring elements. Omitting symbols with a low measurement element occupancy advantageously results in a higher number of measurement elements in the overall pattern or in the sequence.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung die Gruppen derart überlappend erzeugen, dass eine Anzahl von Messelementen sowohl Teil einer Gruppe k als auch Teil einer benachbarten Gruppe k+1 beziehungsweise k-1 sein kann. Diese überlappenden Symbol-Bits können zur Fehlerkorrektur verwendet werden, woraus sich eine höhere Ro¬ bustheit der Decodierung ergibt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann dieAccording to a further advantageous embodiment, the projector device can generate the groups overlapping in such a way that a number of measuring elements can be both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 or k-1. These overlapping symbol bits can be used for error correction, resulting in a higher Ro ¬ bustheit decoding. According to a further advantageous embodiment, the
Projektoreinrichtung eine Folge benachbarter Gruppen erzeugen, die als ein Wort bezeichnet werden kann. Projector device generate a sequence of adjacent groups, which can be referred to as a word.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung die Gesamtheit aller benachbarten Gruppen erzeugen, die als das Gesamtmuster oder als eine Sequenz bezeichnet werden kann. According to a further advantageous embodiment, the projector device can generate the entirety of all adjacent groups, which can be referred to as the overall pattern or as a sequence.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es be- sonders vorteilhaft, wenn die Projektoreinrichtung ein Wort innerhalb eines Gesamtmusters oder einer Sequenz lediglich so oft erzeugt, dass das Korrespondenzproblem aufgrund geomet¬ rischer Rahmenbedingungen zwischen Kamera und Projektor eindeutig lösbar ist. Dies bewirkt eine eindeutige Ortskodierung und -bestimmung. According to a further advantageous refinement, it is sawn Sonders advantageous when the projector apparatus only generates a word within an overall pattern or sequence so many times that the correspondence problem has a unique solution because geomet ¬-driven environment between the camera and the projector. This causes a clear spatial coding and determination.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt die Projektoreinrichtung ein Wort von einem anderen Wort in min- destens zwei Gruppen unterschiedlich. Auf diese Weise kann eine Eindeutigkeit einer Ortsinformation verbessert werden. According to a further advantageous embodiment, the projector device generates a word from another word in min. at least two groups different. In this way, uniqueness of location information can be improved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung für jedes aus Messelementen bestehende Messmuster räumlich getrennt jeweils eine Lichtquelle, eine Strahl formende Optik und ein diffraktives , optisches Element aufweisen. Auf diese Weise bewirkt eine Verwendung von Laser- Arrays mit je einer diffraktiven Projektionsoptik je Laser eine leistungsfähige und lichteffiziente sowie kosteneffizi¬ ente Projektion von Mustersequenzen mit schnellen Projektionszyklen und Musterwechseln. According to a further advantageous refinement, the projector device can have, for each measuring pattern consisting of measuring elements, spatially separated in each case a light source, a beam-forming optical system and a diffractive, optical element. In this way, the use of laser arrays, each with a diffractive projection optics per laser effects a powerful and light-efficient and kosteneffizi ¬ ente projection of pattern sequences with fast projection cycles and pattern changes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung für alle Messelemente aufweisenden Messmuster räumlich zusammengefasst mindestens eine Lichtquelle, mindestens eine Strahl formende Optik und mindestens zwei me¬ chanisch wechselbare diffraktive optische Elemente aufweisen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann dieAccording to a further advantageous embodiment, the projector device can for all sensing elements having spatially measurement pattern summarized least one light source, at least one beam shaping optics and at least two mechanically changeable me ¬ diffractive optical elements have. According to a further advantageous embodiment, the
Projektoreinrichtung mindestens ein diffraktives , optisches Element aufweisen, dem im nachfolgenden Strahlengang eine Filtereinrichtung, insbesondere eine Lichtfalle zur Absorpti¬ on und/oder eine Umlenkeinrichtung zur Reflexion mindestens der nullten Beugungsordnung nachgeordnet sein kann. Die Verwendung einer Lichtfalle zur Elimination der nullten Projector device have at least one diffractive optical element, which in the subsequent beam path, a filter device, in particular a light trap for Absorpti ¬ on and / or a deflection device for reflecting at least the zeroth diffraction order can be arranged downstream. The use of a light trap to eliminate the zeroth
diffraktiven Ordnung bewirkt einen höheren augensichereren Lichtstrom in Messelementen beziehungsweise Messpunkten, so dass sich ein besserer Signal-Rausch-Abstand in Messdaten ergibt. diffractive order causes a higher eye-safe luminous flux in measuring elements or measuring points, so that there is a better signal-to-noise ratio in measured data.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Filtereinrichtung derart zum diffraktiven, optischen Element beabstandet sein, dass eine Separierung der Messelemente be- ziehungsweise Messpunkte vor der Filtereinrichtung erfolgt. According to a further advantageous embodiment, the filter device may be spaced apart from the diffractive optical element such that a separation of the measuring elements or measuring points takes place in front of the filter device.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die numerische Apertur und die Strahltaille im Sinne eines Gauß ' sehen Strahls der Projektoreinrichtung derart angepasst sein, dass der Radius eines projizierten Strahls zumindest über den geforderten Schärfentiefebereich, insbesondere zwischen ca. 800 und 1200 mm, kleiner als der Radius eines Kame¬ rapixels im Objektraum ist. Eine Anpassung der Taille eines Gauß ' sehen Strahls an die Obj ektraum-Kameraauflösung über den gesamten Schärfentiefebereich wird vorteilhaft eine genauere Lokalisierung von Messelementen beziehungsweise Messpunkten, so dass sich ein besserer Signal-Rausch-Abstand ergibt. According to a further advantageous embodiment, the numerical aperture and the beam waist in the sense of Gauss' see the beam projector device may be adapted such that the radius of a projected beam is at least above the required depth of field range, in particular between 800 and 1200 mm, smaller than the radius of a Kame ¬ rapixels in object space. An adaptation of the waist of a Gaussian ray to the object space camera resolution over the entire depth of field is advantageously a more accurate localization of measuring elements or measuring points, so that there is a better signal-to-noise ratio.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Projektoreinrichtung zur Erhöhung einer Messelementdichte beziehungsweise Messpunktdichte mittels einer zeitlich variie¬ renden Verschiebung eines jeweiligen Messmusters der zeitli- chen Abfolge rotatorisch oder translatorisch aktuierte Komponenten, insbesondere einen Scanspiegel, aufweisen. According to a further advantageous embodiment, the projector device may for increasing a measuring element density or density of measurement points by a timed variie ¬ leaders displacement of a respective measurement pattern of the temporal sequence of rotational or translational aktuierte components, in particular a scanning mirror having.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Vorrichtung; Figure 1 shows an embodiment of a conventional device;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Figure 2 shows a first embodiment of a conventional
Gesamtmusters;  Overall pattern;
Figur 3 weitere Ausführungsbeispiele von herkömmlichen Ge¬ samtmustern; Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen Gesamtmusters; Figure 3 shows further embodiments of conventional Ge ¬ velvet patterns; Figure 4 shows a first embodiment of a erfindungsge ¬ MAESSING overall pattern;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Gruppen; Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer FIG. 5 shows an exemplary embodiment of groups according to the invention; Figure 6 shows another embodiment according to the invention
Gruppen; Figur 7 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Messmuster; Groups; FIG. 7 shows further exemplary embodiments of measurement patterns according to the invention;
Figur 8 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung; 8 shows a first embodiment of a device according to the invention; FIG.
Figur 9 eine zweite Darstellung des ersten Ausführungsbei¬ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 10 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung; Figure 9 is a second illustration of the first Ausführungsbei ¬ game of a device according to the invention; Figure 10 shows a second embodiment of a erfindungsge ¬ MAESSEN device;
Figur 11 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung; Figure 11 shows a third embodiment of a erfindungsge ¬ MAESSEN device;
Figur 12 eine Darstellung zur Einstellung einer erfindungsgemäßen Projektoreinrichtung; FIG. 12 a representation for setting a projector device according to the invention;
Figur 13 zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer FIG. 13 two further embodiments according to the invention
Vorrichtungen;  devices;
Figur 14 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Figure 14 shows an embodiment of an inventive
Verfahrens . Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Procedure. FIG. 1 shows an embodiment of a conventional one
Vorrichtung zur Rekonstruktion einer Oberfläche eines Objektes 0 mittels einer strukturierten Beleuchtung. Die Vorrichtung weist eine Projektoreinrichtung 1 zur diffraktiven Projektion von aus Messelementen, insbesondere Messpunkten P, bestehenden Messmustern MM1 auf die Oberfläche des Objektes auf. Eine Erfassungseinrichtung 3, die beispielsweise eine Kamera sein, erfasst das, hier Punkte PI, P2 und P3, Messmus¬ ter auf der Oberfläche des Objektes 0. Mittels einer Rechner¬ einrichtung 5 kann mittels einer Triangulation die Oberfläche des Objektes 0 aus einer jeweiligen Verzerrung eines Messmus¬ ters bzw. des Messmusters rekonstruieren. B bezeichnet eine sogenannte Basis, d.h. das ist eine Abstandsstrecke zwischen Projektoreinrichtung 1 und dem Nullpunkt oder Ursprung des Koordinatensystems der Erfassungseinrichtung 3. Device for the reconstruction of a surface of an object 0 by means of a structured illumination. The device has a projector device 1 for the diffractive projection of measurement patterns MM, consisting of measuring elements, in particular measuring points P, on the surface of the object. A detecting means 3, which may be for example a camera that captures, points PI, P2 and P3, Messmus ¬ ter on the surface of the object 0. By means of a computer ¬ device 5, by means of triangulation, the surface of the object 0 from a respective distortion a Messmus ¬ ters or the measurement pattern reconstruct. B denotes a so-called base, that is, a distance distance between Projector device 1 and the zero point or origin of the coordinate system of the detection device. 3
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines herkömmli- chen Gesamtmusters. Figur 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung von Messpunkten P in einem Gesamtmuster GM, das ebenso als eine Messmustersequenz bezeichnet werden kann, wobei infolge einer Überlagerung von drei Messmustern MM1, MM2 und MM3 eine Länge 3 erzeugt wird. Der Vorteil dieses Gesamt- musters GM liegt in einer maximalen dichten Packung der Punkte P des jeweiligen Musters bei einer gleichzeitig homogenen Verteilung über die Gesamtheit der Messmustersequenz bzw. über dem Gesamtmuster GM. Eine zeitliche Abfolge von Messmustern MM1, MM2, MM3 ... erge¬ ben bei deren Überlagerung ein Gesamtmuster GM, das ebenso aufgrund der zeitlichen Abfolge der Messmuster als Messmus¬ tersequenz bezeichnet werden kann. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Gesamtmusters GM bzw. einer herkömmlichen Messmustersequenz. Figur 2 zeigt die Anordnung projizierter Messpunkte eines Gesamtmusters GM bzw. einer Messmustersequenz der Länge 3 bei einer maximalen kumulierten Punktdichte . Figur 3 zeigt weitere Ausführungsbeispiele herkömmlicher Ge¬ samtmuster GM. Figur 3 zeigt eine Anordnung projizierter Messpunkte eines Gesamtmusters GM bzw. einer Messmusterse¬ quenz, und zwar der Längen 2 bis 7 bei einer maximal kumulierten Punktdichte. Linien in Figur 3 kennzeichnen sich wie- derholende geometrische Grundformen in der Anordnung. Kleine Ziffern kennzeichnen den Ort eines Musterpunktes und seine Zuordnung zu einem der 2 bis 7 Muster in der jeweiligen Sequenz bzw. in dem Gesamtmuster GM. Die beiden Ausführungsbeispiele herkömmlicher Sequenzen bzw. Gesamtmuster gemäß den Figuren 2 und 3 tragen nicht zur Lösung des Korrespondenzproblems bei, da das kumulierte Muster gleichförmig bzw. pe¬ riodisch ist. Auf diese Weise ist keine Codierung einer ört¬ lich variierenden Information im Messmuster ausführbar. Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Gesamtmusters GM. Figur 4 zeigt eine mögliche Ausführung eines Ansatzes, bei dem eine zeitliche oder örtli- che Codierung mittels aktiver und inaktiver Messpunkte bzw. Messelemente im Messmuster ausgeführt wird, wobei inaktiv hier das Auslassen von Messpunkten in einem ansonsten voll besetzten Raster bezeichnet. Gemäß Figur 4 werden drei Messmuster MM1, MM2 und MM3 überlagert, so dass sich eine Se- quenzlänge von 3 ergibt. Die Messelemente bzw. Messpunkte werden gemäß Figur 4 gruppiert betrachtet, wobei jede Gruppe einem sogenannten Symbol einer Sequenz aus lokal eindeutigen sogenannten Codewörtern entspricht. Die Ziffern in einem jeweiligen Messpunkt bezeichnen einen jeweiligen örtlichen Punktindex. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bleibt das erste Muster MM1 der zeitlichen Abfolge bzw. Sequenz der Messmuster voll besetzt, d.h. es werden in diesem Muster Punkte mit der maximalen Punktdichte projiziert. Dies ist vorteilhaft für einen auswertenden Algorithmus, der in einer Rechnereinrich- tung 5 angewendet werden kann, da diese Punkte als definitiv vorhanden vorausgesetzt werden können und daher zur Lokalisierung der Punktgruppen und Synchronisierung der nachfolgenden Decodierung herangezogen werden können. Die Messmuster MM2 und MM3 codieren das Symbol, wobei pro Symbol vier Bits auf diese Weise zur Verfügung gestellt sind. Figur 4 zeigt ein Layout einer Mustersequenz bzw. eines Gesamtmusters GM der Länge 3. Es erfolgt eine Zusammenfassung der Messpunkte P in Gruppen G, die Symbolen oder Codewörtern entsprechen. Die jeweilige Kreisform beziehungsweise Kreis-Strich-Form ei¬ nes Messpunktes P stellt hier die Herkunft des Messpunktes dar, und zwar ob dieser zum Messmuster MM1, MM2 oder MM3 gehört. Die Ziffer im jeweiligen Messpunkt P bedeutet die je¬ weilige lokale Nummerierung eines Messpunktes P innerhalb der Gruppe G. Die Punkte P des ersten Messmusters MM1 sind immer vorhanden und können als ein Synchronisationskanal genutzt werden. Jede Gruppe besteht gemäß dem Ausführungsbeispiel ge¬ mäß Figur 4 aus maximal fünf Punkten, wobei immer ein Punkt aus dem Muster MM1 und je maximal zwei Punkte aus dem Mess¬ muster MM2 und dem Messmuster MM3 stammen können. Im Gesamtmuster ist hier jeder Messpunkt Mittelpunkt eines Hexagons, das aus jeweils sechs Nachbarmesspunkten gebildet wird. Dies ist eine besonders dichte Anordnung von Messelementen. FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a conventional overall pattern. FIG. 2 shows a particularly advantageous arrangement of measuring points P in a total pattern GM, which can likewise be referred to as a measuring pattern sequence, a length 3 being generated as a result of a superposition of three measuring patterns MM1, MM2 and MM3. The advantage of this overall pattern GM lies in a maximum dense packing of the points P of the respective pattern with a simultaneously homogeneous distribution over the entirety of the measurement pattern sequence or over the overall pattern GM. A chronological sequence of measured patterns MM1, MM2, MM3 ... erge ¬ ben at their superposition an overall pattern GM, which can be described as Messmus ¬ tersequenz also due to the timing of the measurement pattern. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a conventional overall pattern GM or a conventional measurement pattern sequence. FIG. 2 shows the arrangement of projected measuring points of a total pattern GM or of a measuring pattern sequence of length 3 at a maximum cumulative point density. 3 shows further embodiments of conventional Ge ¬ samtmuster GM. Figure 3 shows an arrangement of measurement points projected an overall pattern or a GM Messmusterse acid sequence, namely the lengths of 2 to 7 at a maximum cumulative dot density. Lines in FIG. 3 are repeating geometric basic shapes in the arrangement. Small numbers indicate the location of a pattern point and its assignment to one of the 2 to 7 patterns in the respective sequence or in the overall pattern GM. The two embodiments of conventional sequences or overall pattern according to Figures 2 and 3 do not contribute to solve the correspondence problem, since the accumulated pattern is uniform and pe ¬ riodisch. In this way, no coding a ört ¬ Lich varying information in the measurement pattern is executable. Figure 4 shows a first embodiment of an OF INVENTION ¬ to the invention overall pattern GM. FIG. 4 shows a possible embodiment of an approach in which a temporal or local coding is carried out by means of active and inactive measuring points or measuring elements in the measuring pattern, inactive designating the omission of measuring points in an otherwise fully occupied grid. According to FIG. 4, three measurement patterns MM1, MM2 and MM3 are superposed, so that a sequence length of 3 results. The measuring elements or measuring points are considered grouped according to FIG. 4, each group corresponding to a so-called symbol of a sequence of locally unambiguous so-called codewords. The numbers in each measuring point denote a respective local point index. According to this embodiment, the first pattern MM1 of the temporal sequence or sequence of the measurement patterns remains fully occupied, ie points with the maximum point density are projected in this pattern. This is advantageous for an evaluating algorithm that can be used in a computer device 5, since these points can be assumed to be definitely present and can therefore be used to localize the point groups and to synchronize the subsequent decoding. The measurement patterns MM2 and MM3 encode the symbol, four bits per symbol being provided in this way. FIG. 4 shows a layout of a pattern sequence or a total pattern GM of length 3. The measurement points P are grouped into groups G which correspond to symbols or code words. The respective circular shape or circular bar shape ei ¬ nes measuring point P to check out the origin of the measurement point is, namely whether this is part of the measurement pattern MM1, MM2 and MM3. The number in each measurement point P means the per ¬ calculated at local numbering a measuring point P within the group G. The points P of the first measurement pattern MM1 are always present and can be used as a synchronization channel. Each group consists according to the embodiment ge ¬ Mäss Figure 4 of a maximum of five points, always a point can come from the pattern MM1 and ever more than two points from the measurement ¬ pattern MM2 and the measurement pattern MM3. In the overall pattern, each measuring point is the center of a hexagon, which is formed from six neighboring measuring points each. This is a particularly dense arrangement of measuring elements.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gruppe G. Jede Gruppe G besteht aus maximal fünf Punkten P, wobei immer ein Punkt das erste Messmuster MM1 und je maximal zwei weitere Messpunkte P aus dem zweiten Messmuster MM2 und dem dritten Messmuster MM3 erzeugen. Diese Kombinationen aus aktiven und inaktiven Punkten bzw. aus dargestellten und weggelassenen Punkten bilden ein Alphabet aus sogenannten Symbolen, wie es gemäß Figur 5 dargestellt ist. Gemäß diesem Aus- führungsbeispiel können bis zu 24=16 Symbole gebildet werden. Figur 5 zeigt ein Alphabet aus bis zu 16 Symbolen, die mit¬ tels aktiver und/oder inaktiver Punkten gebildet werden können, die als Symbol-Bits bezeichnet werden können. Eines der Muster, und zwar das erste Messmuster MM1, ist hier voll be- setzt. Jede Gruppe G von Messpunkten P kann bei korrekter De- codierung für jeden ihrer Punkte P eine 3D-Messkoordinate er¬ zeugen. Es ist daher vorteilhaft, möglichst viele aktive Punkte P innerhalb der Vielzahl an Gruppen G der gesamten Messmustersequenz bzw. des Gesamtmusters GM zu führen. Die Anzahl an Punkten P kann erhöht werden, indem nicht alle theoretisch mögliche Symbole, die hier 16 Stück sein können, eingesetzt werden, sondern beispielsweise lediglich solche, die eine Mindestanzahl von aktiven Punkten, beispielsweise 3 aktive Punkte P, enthalten. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a group G according to the invention. Each group G consists of a maximum of five points P, one point always producing the first measuring pattern MM1 and a maximum of two further measuring points P from the second measuring pattern MM2 and the third measuring pattern MM3. These combinations of active and inactive points or of points shown and omitted form an alphabet of so-called symbols, as shown in FIG. According to this embodiment, up to 2 4 = 16 symbols can be formed. Figure 5 shows an alphabet of up to 16 symbols can be formed with ¬ means of active and / or inactive points which can be referred to as the symbol bits. One of the patterns, namely the first measurement pattern MM1, is fully occupied here. Each group G of measurement points P may be a 3D measurement coordinate it testify ¬ when properly de- coding for each of its points P. It is therefore advantageous to have as many active points P as possible within the plurality of groups G of the entire measurement pattern sequence or of the overall pattern GM. The number of points P can be increased by not using all the theoretically possible symbols, which here can be 16 pieces, but for example only those which contain a minimum number of active points, for example 3 active points P.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Gesamtmusters GM. Figur 6 zeigt, dass eine wei¬ tere Rahmenbedingung in einer Überlappung von Gruppen G liegt. Mehrere Punkte P, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel maximal zwei sind, sind sowohl Teil einer Gruppe k als auch Teil einer benachbarten gruppe k+1 bzw. k-1. Es können daher nicht beliebige Folgen von Symbolen realisiert werden, und zwar lediglich solche, indem die von zwei benachbarten Grup- pen G geteilten Symbol-Bits übereinstimmen. Dieses Wissen kann jedoch bei der Auswertung der Gruppen zur Fehlerkorrektur herangezogen werden, indem die geteilten Bits benachbarter Gruppen verglichen werden. Figur 5 zeigt eine Überlappung von Gruppen G bzw. von Symbol-Bits. Figure 6 shows a further embodiment of an OF INVENTION ¬ to the invention overall pattern GM. Figure 6 shows that a white frame ¬ tere condition is located in an overlap of groups G. Multiple points P, which are maximum two according to this embodiment, are both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 and k-1, respectively. Therefore, it is not possible to realize arbitrary sequences of symbols, but only those in which the groups of two neighboring groups pen G shared symbol bits match. However, this knowledge can be used in the evaluation of the error correction groups by comparing the shared bits of adjacent groups. FIG. 5 shows an overlap of groups G or of symbol bits.
Je eine Sequenz benachbarter Symbole bzw. Gruppen G bildet ein sogenanntes Wort W, insbesondere ein Code-Wort. Die Ge¬ samtheit von aneinandergereihten Symbolen bzw. Gruppen G bil- det die sogenannte Sequenz, insbesondere Code-Sequenz, die ebenso als ein Gesamtmuster GM bezeichnet werden kann. Es ist in der Regel erforderlich, dass jedes Wort W lediglich eine maximale Anzahl von Vorkommnissen innerhalb der Sequenz aufweist, so dass das Korrespondenzproblem robust gelöst werden kann. Kommt ein Wort W in identischer Form mehr als einmal in der Sequenz vor, ist die Ausnutzung geometrischer Rahmenbedingungen, beispielsweise des Messbereiches, und gegebenen¬ falls die Anwendung von Heuristiken erforderlich, um das Korrespondenzproblem eindeutig zu lösen. Es ist in der Regel vorteilhaft, wenn zwischen den Worten W eine Mindestanzahl >=2 an Symbolen unterschiedlich sind, so dass vor der Deco- dierung eine Fehlererkennung oder gar eine Fehlerkorrektur ausführbar ist. Figur 7 zeigt Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Messmus¬ ter. Figur 7 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Gesamtmuster GM bzw. eine Mustersequenz mit der Länge 3 unter Berücksichtigung der in Verbindung mit den Figuren 4, 5 und 6 beschriebenen Rahmenbedingungen. Figur 7 zeigt explizit das erste Messmuster MM1, das zweite Messmuster MM2 und das dritteDepending on a sequence of adjacent symbols or groups G forms a so-called word W, in particular a code word. The Ge ¬ totality of aligned symbols or groups G det education the so-called sequence, in particular code sequence, which may also serve as an overall pattern are referred to GM. It is usually required that each word W has only a maximum number of occurrences within the sequence, so that the correspondence problem can be solved robustly. If a word W in identical form more than once in the sequence before, is the use of geometric conditions, such as the measuring range, and given ¬ if the application of heuristics required to solve the correspondence problem clearly. It is generally advantageous if between the words W a minimum number> = 2 of symbols are different, so that an error detection or even an error correction can be executed before the decoding. 7 shows embodiments of the invention Messmus ¬ ter. FIG. 7 shows as an exemplary embodiment an overall pattern GM or a pattern sequence with the length 3 taking into account the framework conditions described in connection with FIGS. 4, 5 and 6. FIG. 7 explicitly shows the first measurement pattern MM1, the second measurement pattern MM2 and the third one
Messmuster MM3, die alle zu einem Gesamtmuster GM überlagert werden können. Länge 3 bedeutet, dass drei Messmuster überla¬ gert werden. Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rekonstruktion einer Oberfläche eines Objektes 0 mittels strukturierter Beleuchtung. Die Projektion einer Messmustersequenz bzw. eines Gesamtmusters GM, wie es in Verbindung mit den Figuren 4, 5, 6 und 7 beschrieben wurde, kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Gemäß einer ersten Art kann eine räumlich getrennte Anordnung mehrerer Baugruppen mit je einer Lichtquelle, je einer strahlformen- den, beispielsweise kollimierenden, Optik und je einem diffraktiven optischen Element DOE geschaffen werden. Gemäß einer zweiten Art kann eine Baugruppe mit mindestens einer Lichtquelle, mindestens einer strahlformenden Optik und mindestens zwei mechanisch wechselbare DOEs geschaffen werden. LI, L2 und L3 sind in Figur 8 drei separate Lichtquellen, die mittels diffraktiver optischer Elemente DOEs ein Gesamtmuster GM projizieren, die eine Erfassungseinrichtung 3 aufnehmen kann. Figur 8 zeigt das Ausführungsbeispiel mit einem SD- Messsystem mit diffraktiv projizierendem 3-fach-Laserarray LI, L2 und L3 und einer Kamera als Erfassungseinrichtung 3. Auf dem Objekt 0 können mittels diffraktiver Projektion das Gesamtmuster GM bzw. eine Vielzahl von Messmustern MM projiziert werden. Figur 9 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 8. Dabei sind die drei Laser LI, L2 und L3 sowohl in Draufsicht als auch in Seitenansicht darge¬ stellt. Figur 9 zeigt drei mechanisch wechselbare diffraktive optische Elemente DOEs, die in einer Trageeinrichtung Measurement pattern MM3, all of which can be superimposed to a total pattern GM. Length 3 means that three measurement pattern Überla ¬ Gert be. FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention for reconstructing a surface of an object 0 by means of structured illumination. The projection of a measurement pattern sequence or an overall pattern GM, as shown in FIG Connection with Figures 4, 5, 6 and 7 can be carried out in various ways. According to a first type, a spatially separate arrangement of a plurality of assemblies, each with a light source, each one beam forming, for example, collimating, optics and each one diffractive optical element DOE can be created. According to a second type, an assembly with at least one light source, at least one beam-forming optics and at least two mechanically exchangeable DOEs can be created. LI, L2 and L3 in FIG. 8 are three separate light sources which project a total pattern GM by means of diffractive optical elements DOEs that a detection device 3 can record. FIG. 8 shows the exemplary embodiment with an SD measuring system with diffractive projecting 3-fold laser array LI, L2 and L3 and a camera as detection device 3. On the object 0, the overall pattern GM or a plurality of measurement patterns MM can be projected by means of diffractive projection , Figure 9 shows a side view of the device according to the invention according to Figure 8. The three lasers LI, L2 and L3 are both in plan view and in side view Darge ¬ provides. FIG. 9 shows three mechanically exchangeable diffractive optical elements DOEs that are in a carrying device
wechselbar positioniert sind. are positioned changeable.
Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung. Eine Lichtquelle L emittiert einen Lichtstrahl Sl in Richtung zu einem diffraktiven optischen Element DOE, wobei diesem eine Lichtfalle 9 zur Erzeugung ei¬ nes bestimmten Sichtfeldes nachgeordnet ist. Im Sichtfeld FOV sind nicht abgeblendete Lichtstrahlen S2 sichtbar. Um einen ausreichenden Signal-Rauschabstand für die Auswertung zu erreichen, ist es von Vorteil, den in die projizierten Punkte P eingebrachten Lichtstrom zu maximieren. Der in einem Punkt P resultierende Lichtstrom ist im wesentlichen abhängig von der Leistung der Lichtquelle, die beispielsweise ein Laser sein kann, der Beugungseffizienz des diffraktiven optischen Ele- ments DOE und der Größe des Lichtstroms in der 0. Beugungs¬ ordnung. Dies zeigt Figur 10. Die 0. Beugungsordnung wird in der Regel bei der Entwicklung eines diffraktiven optischen Elements DOE minimiert. Die Entwicklungs- und Herstellungs- kosten eines DOE steigen im Allgemeinen, je mehr Aufwand zur Unterdrückung der 0. Beugungsordnung betrieben wird. Oft ist der in der 0. Ordnung emittierte Lichtstrom um die daraus resultierende optische Leistungsdichte begrenzend im Sinne der Augensicherheit, d.h. die Leistung der Lichtquelle muss so angepasst werden, dass die optische Leistungsdichte in der 0. Ordnung für die angestrebte Schutzklasse zulässig ist. Die 0. Ordnung ist in der Regel mit 0,2 bis 3% der eingebrachten Leistung der hellste Punkt im projizierten Muster. Zwischen der 0. Ordnung und gewünschten Musterpunkten liegt oft min- destens eine Größenordnung. Figur 10 zeigt ein Ausführungs¬ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein DOE und eine sogenannte Lichtfalle 9 aufweist, die die 0. Ordnung ab¬ schattet. Die Lichtfalle 9 ist so im Strahlengang positio¬ niert, dass diese mindestens die 0. Ordnung und gegebenen- falls einen größeren Anteil des projizierten Musters absorbiert oder mittels Reflexion umlenkt. Grundsätzlich können mehrere wechselbare DOEs mittels eines gemeinsamen DOE-Träger wechselbar in den Strahlengang Sl der Lichtquelle L gebracht werden. In der Ausführung gemäß Figur 10 wird mindestens 50% des projizierten Messmusters abgeschirmt, um die 0. Ordnung aus dem projizierten Bild zu entfernen. Möglich sind ebenso Anordnungen, die einen geringeren Anteil des Musters abschirmen . Figur 11 zeigt eine Darstellung zum Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 10, und zwar dass hinsichtlich der Positionierung der Lichtfalle 9 im Strahlengang Sl zu beachten ist, dass ein jeweilig ausreichender Abstand zum diffraktiven optischen Element DOE gegeben sein sollte, so dass eine Separierung der Messelemente, beispiels¬ weise Messpunkte, des projizierten Musters bereits stattge¬ funden hat. Figur 11 zeigt den Mindestabstand dmin der Strah¬ lenfalle 9 zum diffraktiven optischen Element DOE aufgrund der erforderlichen geometrischen Separierung von Messelementen der Musterprojektion. A+ und A- bezeichnen gewünschte Projektionen, zwischen denen die Strahlen der 0. Ordnung verlaufen. Links in Figur 11 ist eine Lichtquelle L angedeutet. Da in der Regel die Augensicherheit den Lichtstrom in der 0. Ordnung und somit in den gewünschten Punkten begrenzt, und nicht die maximal mögliche Leistung der Lichtquelle von dem diffraktiven optischen Element DOE, kann mit der Vorrichtung gemäß Figur 10 ein höherer augensicherer Lichtstrom in den gewünschten Punkten P realisiert werden. Figure 10 shows a further embodiment of a device OF INVENTION ¬ to the invention. A light source L emits a light beam Sl in the direction of a diffractive optical element DOE, wherein this is followed by a light trap 9 for generating egg ¬ nes certain field of view. In the field of view FOV, non-dimmed light beams S2 are visible. In order to achieve a sufficient signal-to-noise ratio for the evaluation, it is advantageous to maximize the luminous flux introduced into the projected points P. The luminous flux resulting at a point P is substantially dependent on the power of the light source, which may be a laser, for example, the diffraction efficiency of the diffractive optical Ele DOE and the size of the luminous flux in the 0th diffraction ¬ order. This is shown in FIG. 10. The 0th diffraction order is usually minimized during the development of a diffractive optical element DOE. The development and manufacturing costs of a DOE increase in general, the more effort is made to suppress the 0th diffraction order. Often the luminous flux emitted in the 0th order is limited by the resulting optical power density in terms of eye safety, ie the power of the light source must be adjusted so that the optical power density in the 0th order is allowed for the desired protection class. The 0th order is usually the brightest point in the projected pattern at 0.2 to 3% of the power input. There is often at least one order of magnitude between the 0th order and the desired pattern points. 10 shows an execution ¬ example of an inventive apparatus comprising a DOE and a so-called light trap 9, the shadows the 0th order from ¬. The light trap 9 is in the beam path positio ned ¬ that this at least the 0-order and, if appropriate, a greater proportion of the projected pattern absorbs or deflects by reflection. In principle, a plurality of exchangeable DOEs can be exchanged in the beam path S 1 of the light source L by means of a common DOE carrier. In the embodiment of FIG. 10, at least 50% of the projected measurement pattern is screened to remove the 0th order from the projected image. Also possible are arrangements that shield a smaller portion of the pattern. FIG. 11 shows a representation of the exemplary embodiment of the device according to the invention according to FIG. 10, namely that, with regard to the positioning of the light trap 9 in the beam path S1, it should be noted that a respective sufficient distance from the diffractive optical element DOE should be present, so that a separation of the measuring elements , example ¬ as measurement points, the projected pattern has stattge ¬ found already. Figure 11 shows the minimum distance d m i n the Strah ¬ lenfalle 9 for optical diffractive element DOE due the required geometric separation of measuring elements of the pattern projection. A + and A- indicate desired projections, between which the rays of the 0th order pass. On the left in FIG. 11, a light source L is indicated. Since eye safety generally limits the luminous flux in the 0th order and thus in the desired points, and not the maximum possible power of the light source from the diffractive optical element DOE, with the device according to FIG. 10 a higher eye-safe luminous flux can be achieved in the desired Points P are realized.
Figur 12 zeigt eine Darstellung zur Einstellung einer erfindungsgemäßen Projektoreinrichtung 1. Hinsichtlich der Auslegung von Lichtquelle L und Strahlformungskomponenten, die beispielsweise DOEs sind, ist es vorteilhaft, eine örtliche Auflösung der projizierten Messelemente, bzw. Messpunkte, im Objektraum zu erreichen, die über den gesamten Arbeitsraum mindestens der Auflösung der Erfassungseinrichtung 3 bzw. der Kamera entspricht. Figur 12 zeigt für eine gegebene Wellen- länge λ=830 nm die Radien eines Kamerapixels rc und eines projizierten Strahls rb im Objektraum, aufgetragen über dem Abstand Z zu Kamera bzw. Projektor. Die nummerische Apertur bzw. die Strahltaille im Sinne eines Gauß' sehen Strahls wurde proj ektionsseitig so angepasst, dass der Radius des proji- zierten Strahls rb mindestens über den geforderten Schärfentiefebereich, der hier zwischen 800 und 1200 mm ist, kleiner als der Radium eines Kamerapixels rc im Objektraum bleibt. Die Hochwertachse stellt einen jeweiligen Radius R dar. Die X-Achse stellt den jeweiligen Abstand Z dar. As ist eine Asymptote. Figur 12 zeigt mit der X-Achse einen jeweiligen Abstand von der Vorderlinsenoberfläche der Kamera bzw. des Proj ektors . FIG. 12 shows a representation for setting a projector device 1 according to the invention. With regard to the design of light source L and beam shaping components, which are, for example, DOEs, it is advantageous to achieve a spatial resolution of the projected measuring elements, or measuring points, in the object space, over the entire Working space at least the resolution of the detection device 3 and the camera corresponds. FIG. 12 shows, for a given wavelength λ = 830 nm, the radii of a camera pixel r c and of a projected beam r b in the object space, plotted over the distance Z from the camera or projector. The numerical aperture and / or the beam waist in the sense of a Gaussian ray has been adjusted proj ektionsseitig so that the radius of the projected beam r b at least over the required depth of field, which is here between 800 and 1200 mm, smaller than the radium of a Camera pixel r c remains in the object space. The high-value axis represents a respective radius R. The X-axis represents the respective distance Z. As is an asymptote. FIG. 12 shows with the X-axis a respective distance from the front lens surface of the camera or of the projector.
Figur 13 zeigt zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungs- gemäßer Vorrichtungen. Figuren 13a und 13b weisen jeweils eine Lichtquelle L, ein diffraktives optisches Element DOE, ei¬ nen Spiegel M und eine Erfassungseinrichtung 3 auf. Mittels eines jeweiligen Spiegels M kann ein Messmuster auf ein Ob- jekt 0 projiziert und von der Erfassungseinrichtung 3 erfasst werden. Es ist erkannt worden, dass die Messpunktdichte durch eine zeitlich variierende Verschiebung der Messmusterprojektion aller genannten Baugruppen zusätzlich erhöht werden kann. Figur 13a zeigt einen herkömmlichen stationären Spiegel M, wobei im Unterschied dazu gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 13b die vorteilhafte zeitlich variierende Ver¬ schiebung mittels scannender Verfahren ausgeführt werden kann. Entsprechend können gemäß Figur 13b rotatorisch oder translatorisch aktuierte Komponenten verwendet werden, wie es beispielsweise ein Umlenkspiegel SM sein kann. Der Scan- Spiegel oder Umlenkspiegel SM kann in einer Winkelfläche drehbar sein. Figur 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens. Das Verfahren dient zur Rekonstruktion einer Oberfläche eines Objektes 0 mittels einer strukturierten Be¬ leuchtung, wobei folgende Schritte ausgeführt werden. Mit ei¬ nem ersten Schritt Sri erfolgt ein diffraktives Projizieren von aus Messelementen, insbesondere Messpunkten P, bestehenden Messmustern auf die Oberfläche des Objekts, wobei die Projektoreinrichtung 1 eine zeitliche Abfolge von aus Mess¬ elementen bestehenden Messmustern auf die Oberfläche des Projektes projiziert, wobei die zeitliche Abfolge der Messmuster überlagert ein Gesamtmuster ausbildet, in dem alle möglichen Positionen von Messelementen in sich wiederholenden Gruppen dargestellt und zusammengefasst sind, in denen eine jeweilige Kombination von vorhandenen und/oder nicht vorhandenen Messelementen den jeweiligen Ort im Gesamtmuster codiert. Mit ei- nem zweiten Schritt Sr2 erfasst eine Erfassungseinrichtung 3 gleichzeitig zum Schritt Sri die Messmuster auf der Oberflä¬ che des Objektes. Mit einem dritten Schritt Sr3 kann mittels einer Rechnereinrichtung die Oberfläche des Objektes aus ei¬ ner jeweiligen Verzerrung eines Messmusters rekonstruiert werden. Als Rechenverfahren beziehungsweise als Verfahren zur Berechnung von 3D-Koordinaten eignet sich insbesondere die Triangulation. FIG. 13 shows two further exemplary embodiments of devices according to the invention. Figures 13a and 13b each have a light source L, a diffractive optical element DOE, egg ¬ NEN mirror M and a detecting means. 3 By means of a respective mirror M, a measurement pattern can be displayed on an observer. projected 0 and detected by the detection device 3. It has been recognized that the measurement point density can be additionally increased by a temporally varying displacement of the measurement pattern projection of all the assemblies mentioned. Figure 13a shows a conventional stationary mirror M, where in contrast the advantageous time-varying Ver ¬ shift can be performed by scanning monochromatic method according to the embodiment of FIG 13b. Correspondingly, rotationally or translationally actuated components can be used according to FIG. 13b, as it may be, for example, a deflection mirror SM. The scanning mirror or deflecting mirror SM can be rotatable in an angular surface. Figure 14 shows an embodiment of an inventive method ¬ SEN. The method is used to reconstruct a surface of an object by means of a structured 0 Be ¬ lighting, wherein the following steps are executed. With egg ¬ nem first step Sri a diffractive projecting from measuring elements, particularly measuring points P, existing measuring patterns on the surface of the object, whereby the projector device 1 projects a temporal sequence of from measuring ¬ elements existing measuring patterns on the surface of the project, the superimposed temporal sequence of the measurement pattern forms an overall pattern in which all possible positions of measuring elements in repetitive groups are shown and summarized, in which a respective combination of existing and / or nonexistent measuring elements encoded the respective location in the overall pattern. With egg nem second step Sr2 detection means 3 detects simultaneously to step Sri the measuring pattern on the Oberflä ¬ surface of the object. With a third step Sr3 the surface of the object from egg ¬ ner respective distortion of a measurement pattern can be reconstructed by means of a computer device. Triangulation is particularly suitable as a calculation method or as a method for calculating 3D coordinates.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Rekonstruktion einer Oberfläche eines Objektes (0) mittels einer strukturierten Beleuchtung, aufwei- send 1. A device for the reconstruction of a surface of an object (0) by means of a structured illumination aufwei- send
mindestens eine Projektoreinrichtung (1) zur  at least one projector device (1) for
diffraktiven Projektion mindestens eines Messelemente, insbe¬ sondere Messpunkte (P) , aufweisenden Messmusters (MM1, MM2, MM3) auf die Oberfläche des Objekts; diffractive projection of at least one measuring elements, in particular ¬ sondere measuring points (P), comprising measurement pattern (MM1, MM2, MM3) onto the surface of the object;
- mindestens eine Erfassungseinrichtung (3) zur Erfassung des Messmusters (MM1, MM2, MM3) auf der Oberfläche des Ob¬ jekts; - At least one detection device (3) for detecting the measuring pattern (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object ¬ ;
eine Rechnereinrichtung (5) zur, insbesondere mittels Triangulation ausgeführten, Rekonstruktion der Oberfläche des Objekts aus einer jeweiligen Verzerrung des Messmusters, dadurch gekennzeichnet, dass  a computer device (5) for, in particular by means of triangulation, reconstruction of the surface of the object from a respective distortion of the measuring pattern, characterized in that
in dem Messmuster alle möglichen Positionen von Messelementen in sich wiederholenden Gruppen (G) enthalten sind, in denen eine jeweilige Kombination von erzeugten und/oder nicht erzeugten Messelementen den jeweiligen Ort im Messmuster darstellt oder kodiert.  in which the measurement pattern contains all possible positions of measurement elements in repeating groups (G) in which a respective combination of generated and / or non-generated measurement elements represents or encodes the respective location in the measurement pattern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) das Messmuster als eine zeitli- che Abfolge von Messmustern (MM1, MM2, MM3) auf die Oberflä¬ che des Objekts projiziert, wobei die zeitliche Abfolge der Messmuster (MM1, MM2, MM3) überlagert ein Gesamtmuster (GM) ausbildet . 2. Device according to claim 1, characterized in that the projector means (1) to project the measurement pattern as a time sequence of measured samples (MM1, MM2, MM3) in the Oberflä ¬ surface of the object, the temporal sequence of measurement pattern (MM1 , MM2, MM3) superimposed forms a total pattern (GM).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) in den Gruppen zusätzlich mittels einer jeweiligen Lichtwellenlänge von Messele¬ menten den jeweiligen Ort im Messmuster darstellt. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the projector device (1) in the groups additionally by means of a respective wavelength of light Messele ¬ ment represents the respective location in the measurement pattern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) das Messmuster als eine Aneinanderreihung hexagonaler geometrischer Grundformen erzeugt. 4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the projector device (1) generates the measurement pattern as a juxtaposition of hexagonal geometric basic shapes.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) in mindestens ei¬ nem Messmuster (MM1) der zeitlichen Abfolge immer alle Mess- elemente (P) erzeugt. 5. Apparatus according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the projector device (1) in at least ei ¬ nem measurement pattern (MM1) of the temporal sequence always generates all the measuring elements (P).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die zeitliche Abfolge von drei Messmustern (MM1, MM2, MM3) erzeugt, wobei in jeder Gruppe aus einem Messmuster (MM1) der zeitlichen Abfolge immer ein Messelement (P) erzeugt ist und aus den beiden anderen Messmustern (MM2, MM3) der zeitlichen Abfolge jeweils maximal zwei Messelemente (P) erzeugt sind. 6. Device according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that the projector device (1) generates the temporal sequence of three measurement patterns (MM1, MM2, MM3), wherein in each group from a measurement pattern (MM1) of the time sequence always a measuring element (P) is generated and from the other two measurement patterns (MM2, MM3) of the temporal sequence a maximum of two measuring elements (P) are generated.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) innerhalb der Vielzahl an Gruppen (G) eine maximale Anzahl grö¬ ßer als vier von erzeugten oder nicht erzeugten Messelementen (P) bereit stellt. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) within the plurality of groups (G) provides a maximum number greater ¬ than four of generated or non-generated measuring elements (P).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) innerhalb der Vielzahl an Gruppen (G) lediglich Kodierungen mit einer Mindestanzahl von erzeugten und nicht erzeugten Mess- elementen bereit stellt. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) within the plurality of groups (G) only provides coding with a minimum number of generated and non-generated measuring elements.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die Gruppen (G) derart überlappend erzeugt, dass eine Anzahl an Messelementen sowohl Teil einer Gruppe k als auch Teil einer benachbarten Gruppe k+1 beziehungsweise k-1 ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) generates the groups (G) overlapping such that a number of measuring elements both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 or k-1 is.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) eine Folge benachbarter Gruppen (G) als ein Wort (W) erzeugt. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) generates a sequence of adjacent groups (G) as a word (W).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die Gesamtheit aller be- nachbarten Gruppen als eine Sequenz oder als das Gesamtmuster (GM) erzeugt. 11. The device according to claim 10, characterized in that the projector device (1) the entirety of all adjacent groups as a sequence or as the overall pattern (GM) generated.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) ein Wort (W) innerhalb ei¬ ner Sequenz oder eines Gesamtmusters (GM) lediglich so oft erzeugt, dass das Korrespondenzproblem aufgrund geometrischer Rahmenbedingungen zwischen Kamera und Projektor, insbesondere mittels Epipolargeometrie, eindeutig lösbar ist. 12. The device according to claim 11, characterized in that the projector device (1) generates a word (W) within ei ¬ ner sequence or a total pattern (GM) only so often that the correspondence problem due to geometric constraints between the camera and the projector, in particular by means of Epipolar geometry, clearly solvable.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) ein Wort (Wl) von einem anderen Wort (W2) in mindestens zwei Gruppen (G) unterschiedlich erzeugt. 13. The apparatus of claim 10, 11 or 12, characterized in that the projector device (1) generates a word (Wl) of another word (W2) in at least two groups (G) differently.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) für jedes aus Messelementen (P) bestehende Messmuster (MM1) räumlich getrennt jeweils eine Lichtquelle (L) , eine strahlfor- mende Optik und ein diffraktives optische Element (DOE) auf¬ weist. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) for each of measuring elements (P) existing measuring pattern (MM1) spatially separated in each case a light source (L), a strahlfor- mende optics and a diffractive optical element ( DOE) on ¬ points.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) für alle aus Messelementen (P) bestehenden Messmuster (MM1,15. Device according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the projector device (1) for all of measuring elements (P) existing measuring pattern (MM1,
MM2, MM3) räumlich zusammengefasst mindestens eine Lichtquel¬ le (LI, L2, L3) , mindestens eine strahlformende Optik (7) und mindestens zwei mechanisch wechselbare diffraktive optische Elemente (DOE1, DOE2, DOE3) aufweist. MM2, MM3) spatially combined at least one Lichtquel ¬ le (LI, L2, L3), at least one beam-forming optical system (7) and at least two mechanically exchangeable diffractive optical elements (DOE1, DOE2, DOE3).
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) mindestens ein diffraktives optisches Element (DOE) aufweist, dem im nachfolgenden Strahlengang eine Filtereinrichtung, insbesondere eine Lichtfalle (9) oder Umlenkeinrichtung, zur Absorption und/oder Reflektion mindestens der 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) has at least one diffractive optical element (DOE), in the subsequent beam path a filter device, in particular a light trap (9) or deflection device, for absorption and / or reflection at least the
0. Beugungsordnung nachgeordnet ist. 0. diffraction order is subordinate.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die die Filtereinrichtung derart zum diffraktiven optischen Element beabstandet ist, dass eine Separierung der Messelemente vor der Filtereinrichtung erfolgt. 17. The device according to claim 16, characterized in that the filter device is spaced apart from the diffractive optical element such that a separation of the measuring elements takes place before the filter device.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur und die Strahltaille im Sinne eines Gauß' sehen Strahls der 18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the numerical aperture and the beam waist in the sense of a Gauss' see beam of
Projektoreinrichtung (1) derart angepasst sind, dass der Ra- dius (rb) eines projizierten Strahls (S2) zumindest über den geforderten Schärfentiefebereich, insbesondere zwischen circa 800mm und 1200mm, kleiner als der Radius (rc) eines Kamerapi¬ xels im Objektraum ist. Projector device (1) are adapted such that the radius (r b ) of a projected beam (S2) at least over the required depth of field, in particular between about 800mm and 1200mm, smaller than the radius (r c ) of a Kamerapi ¬ xels in the object space is.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) zur Erhöhung einer Messelementdichte mittels einer zeitlich variierenden Verschiebung eines jeweiligen Messmusters (MM1, MM2, MM3) , insbesondere der zeitlichen Abfolge, rotatorisch oder translatorisch aktuierte Komponenten, insbesondere einen Scanspiegel (SM), aufweist. 19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projector device (1) for increasing a measuring element density by means of a time-varying displacement of a respective measuring pattern (MM1, MM2, MM3), in particular the temporal sequence, rotationally or translatorily aktuierte components, in particular a scanning mirror (SM).
20. Verfahren zur Rekonstruktion einer Oberfläche eines Objektes (0) mittels einer strukturierten Beleuchtung, mittels folgender Schritte: 20. Method for the reconstruction of a surface of an object (0) by means of a structured illumination, by means of the following steps:
mittels mindestens einer Projektoreinrichtung (1) ausgeführtes diffraktives Projizieren mindestens eines Messelemen¬ te, insbesondere Messpunkte (P) , aufweisenden Messmusters (MM1, MM2, MM3) auf die Oberfläche des Objekts; by means of at least one projector device (1) diffractive projecting at least one Messelemen ¬ te, in particular measuring points (P), having measuring pattern (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object;
- mittels mindestens einer Erfassungseinrichtung (3) aus¬ geführtes Erfassen des Messmusters (MM1, MM2, MM3) auf der Oberfläche des Objekts; - by means of at least one detection device (3) from ¬ guided detection of the measurement pattern (MM1, MM2, MM3) on the surface of the object;
mittels einer Rechnereinrichtung (5) ausgeführtes Be¬ rechnen, insbesondere Triangulieren, zur Rekonstruktion der Oberfläche des Objekts aus einer jeweiligen Verzerrung des Messmusters , by means of a computing device (5) embodied Be expected ¬, in particular triangulation, for reconstruction of the surface of the object from a respective distortion of the measurement pattern,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messmuster alle möglichen Positionen von Messelementen in sich wiederholenden Gruppen (G) enthalten sind, in denen eine jeweilige Kombination von erzeugten und/oder nicht erzeugten Messelementen den jeweiligen Ort im Messmuster (GM) darstellt oder kodiert. characterized in that in which the measurement pattern contains all possible positions of measurement elements in repeating groups (G) in which a respective combination of generated and / or non-generated measurement elements represents or encodes the respective location in the measurement pattern (GM).
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) das Messmuster als eine zeitliche Abfolge von Messmustern (MM1, MM2, MM3) auf die Oberflä- che des Objekts projiziert, wobei die zeitliche Abfolge der Messmuster (MM1, MM2, MM3) überlagert ein Gesamtmuster (GM) ausbildet . 21. Method according to claim 20, characterized in that the projector device (1) projects the measurement pattern onto the surface of the object as a temporal sequence of measurement patterns (MM1, MM2, MM3), the temporal sequence of the measurement patterns (MM1, MM2 , MM3) superimposed forms a total pattern (GM).
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeich- net, dass die Projektoreinrichtung (1) in den Gruppen zusätzlich mittels einer jeweiligen Lichtwellenlänge von Messele¬ menten den jeweiligen Ort im Messmuster darstellt. 22. The method according to claim 20 or 21, characterized marked, that the projector device (1) in the groups additionally by means of a respective light wavelength of Messele ¬ ments represents the respective location in the measurement pattern.
23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) das Messmuster als eine Aneinanderreihung hexagonaler geometrischer Grundformen erzeugt. 23. The method of claim 20, 21 or 22, characterized in that the projector device (1) generates the measurement pattern as a juxtaposition of hexagonal geometric basic shapes.
24. Verfahren nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) in mindestens ei¬ nem Messmuster (MM1) der zeitlichen Abfolge immer alle Messelemente (P) erzeugt. 24. The method of claim 21, 22 or 23, characterized marked characterized in that the projector means (1) in at least ei ¬ nem measurement pattern generated (MM1) the time sequence always all measuring elements (P).
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die zeitliche Abfolge von drei Messmustern (MM1, MM2, MM3) erzeugt, wobei in jeder Gruppe aus einem der Messmuster (MM1) der zeitlichen Abfolge immer ein Messelement (P) erzeugt ist und aus den beiden anderen Messmustern (MM2, MM3) der zeitli- chen Abfolge jeweils maximal zwei Messelemente (P) erzeugt sind . 25. The method according to any one of the preceding claims 20 to 24, characterized in that the projector device (1) generates the temporal sequence of three measurement patterns (MM1, MM2, MM3), wherein in each group from one of the measurement patterns (MM1) of the temporal sequence always a measuring element (P) is generated and from the two other measurement patterns (MM2, MM3) of the temporal sequence in each case a maximum of two measuring elements (P) are generated.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis26. The method according to any one of the preceding claims 20 to
25, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) innerhalb der Vielzahl an Gruppen (G) eine maximale Anzahl größer als vier von erzeugten oder nicht erzeugten Messele- menten (P) bereit stellt. 25, characterized in that the projector device (1) within the plurality of groups (G) provides a maximum number greater than four of generated or not generated Messele- elements (P).
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis27. The method according to any one of the preceding claims 20 to
26, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) innerhalb der Vielzahl an Gruppen (G) lediglich Kodierungen mit einer Mindestanzahl von erzeugten und nicht erzeugten Messelementen ausbildet. 26, characterized in that the projector device (1) within the plurality of groups (G) only forms codes with a minimum number of generated and non-generated measuring elements.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis28. The method according to any one of the preceding claims 20 to
27, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die Gruppen (G) derart überlappend erzeugt, dass eine Anzahl an Messelementen sowohl Teil einer Gruppe k als auch Teil einer benachbarten Gruppe k+1 beziehungsweise k-1 ist. 27, characterized in that the projector device (1) generates the groups (G) overlapping in such a way that a number of measuring elements is both part of a group k and part of an adjacent group k + 1 or k-1.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) eine Folge benachbarter Gruppen (G) als ein Wort (W) erzeugt. 29. Method according to claim 20, wherein the projector device generates a sequence of adjacent groups as a word
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) die Gesamtheit aller benachbar- ten Gruppen als eine Sequenz oder als das Gesamtmuster (GM) erzeugt . 30. The method according to claim 29, characterized in that the projector device (1) generates the entirety of all neighboring groups as a sequence or as the overall pattern (GM).
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) ein Wort (W) innerhalb einer Se- quenz oder eines Gesamtmusters (GM) lediglich so oft erzeugt, dass das Korrespondenzproblem aufgrund geometrischer Rahmenbedingungen zwischen Kamera und Projektor, insbesondere mittels Epipolargeometrie, eindeutig lösbar ist. 31. The method according to claim 30, characterized in that the projector device (1) generates a word (W) within a sequence or a total pattern (GM) only so often that the correspondence problem due to geometric conditions between the camera and the projector, in particular by means of Epipolar geometry, clearly solvable.
32. Verfahren nach Anspruch 29, 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) ein Wort (Wl) von einem anderen Wort (W2) in mindestens zwei Gruppen (G) unterschiedlich erzeugt. 32. The method of claim 29, 30 or 31, characterized in that the projector device (1) generates a word (Wl) of another word (W2) in at least two groups (G) differently.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis33. The method according to any one of the preceding claims 20 to
32, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) im nachfolgenden Strahlengang eines diffraktiven optischen Elements (DOE) mittels einer Filtereinrichtung, insbesondere einer Lichtfalle (9) oder Umlenkeinrichtung mindestens die 0. Beugungsordnung, insbesondere durch Absorption oder Reflexion aus dem Messraum entfernt. 32, characterized in that the projector device (1) in the subsequent beam path of a diffractive optical element (DOE) by means of a filter device, in particular a light trap (9) or deflecting at least the 0th diffraction order, in particular by absorption or reflection from the measuring space.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis34. The method according to any one of the preceding claims 20 to
33, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur und die Strahltaille im Sinne eines Gauß' sehen Strahls der 33, characterized in that the numerical aperture and the beam waist are in the sense of a Gaussian ray of the
Projektoreinrichtung (1) derart angepasst wird, dass der Ra¬ dius (rb) eines projizierten Strahls (S2) zumindest über den geforderten Schärfentiefebereich, insbesondere zwischen circa 800mm und 1200mm, kleiner als der Radius (rc) eines Kamerapi¬ xels im Objektraum ist. Projector device (1) is adapted such that the Ra ¬ dius (r b ) of a projected beam (S2) at least over the required depth of field, in particular between about 800mm and 1200mm, smaller than the radius (r c ) of a Kamerapi ¬ xels in the object space is.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoreinrichtung (1) zur Erhöhung einer Messelementdichte mittels rotatorisch oder translatorisch aktuierter Komponenten, insbesondere eines Scanspiegels (SM) , eine zeitlich variierenden Verschiebung eines jeweiligen Messmusters (MM1, MM2, MM3) ausführt. 35. The method according to any one of the preceding claims 20 to 34, characterized in that the projector device (1) for increasing a measuring element density by means of rotationally or translatorisch aktuierter components, in particular a scanning mirror (SM), a time-varying displacement of a respective measuring pattern (MM1, MM2 , MM3).
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