ES2651626T3 - Procedimiento y dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto Download PDF

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ES2651626T3 ES12006383.9T ES12006383T ES2651626T3 ES 2651626 T3 ES2651626 T3 ES 2651626T3 ES 12006383 T ES12006383 T ES 12006383T ES 2651626 T3 ES2651626 T3 ES 2651626T3
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    • 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

Abstract

Procedimiento para determinar las coordenadas-3D de un objeto (1), en el que un patrón de franjas (6) es proyectado por un proyector (3) sobre el objeto (1), la luz reflejada por el objeto (1) es registrada por una cámara (4) y son evaluadas las tomas registradas por la cámara (4), y se registran marcas de referencia (8) sobre y/o junto al objeto (1) por una cámara de referencia (5), que tiene un campo de visión (9) mayor que la cámara (4), caracterizado por que una única cámara de referencia (5) está conectada con la cámara (4) o con un sensor-3D (2), que comprende el proyector (3) y la cámara (4).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto
La invencion se refiere a un procedimiento para determinar las coordenadas-3D de un objeto y a un dispositivo para realizar tal procedimiento.
En el procedimiento se proyecta un patron de franjas sobre el objeto. La luz reflejada por el objeto es registrada y evaluada. El dispositivo para realizar tal procedimiento comprende un proyector para la proyeccion de un patron sobre el objeto, una camara para registrar el objeto y una instalacion de evaluacion para evaluar las tomas registradas.
Procedimientos y dispositivos de este tipo se conocen ya, por ejemplo por DE 10 2006 048 234 A1 y DE 10 2007 042 963 A1. En estos procedimientos se puede proyectar un patron de franja sobre el objeto. Normalmente, se proyectale patron de franjas en el procedimiento de la proyeccion de franjas de luz blanda sobre el objeto, es decir, con luz blanca.
Puesto que para determinar las coordenadas-3D del objeto no se suficiente, en general, una sola toma para cumplir los requerimientos de medicion y/o para registrar totalmente el objeto, es necesario posicionar el sistema de proyeccion de patrones en el espacio en diferentes posiciones de toma y transferir las tomas realizadas allf a un sistema de coordenadas comun de orden superior, que se puede designar tambien como sistema de coordenadas absoluto. Este proceso designado a mentido como “registro global” requiere una exactitud alta.
En un procedimiento conocido de este tipo, se realizan tomas, que se solapan parcialmente. Estas tomas se pueden orientar entre sf a traves de una optimizacion de las zonas de solape. Sin embargo, el procedimiento posiblemente no es suficientemente exacto en objetos mayores con estructura superficial pequena.
Ademas, se conocen procedimientos, en los que se utilizan marcas de referencia, que se colocan sobre y/o junto al objeto y/o sobre una o varias correderas que rodean el objeto. Las marcas de referencia son medidas en primer lugar. Esto se realiza con preferencia segun el procedimiento de fotogrametna. Con la ayuda de las marcas de referencia, que son registradas por un sistema de proyeccion de patrones, especialmente un sistema de proyeccion de franjas, se pueden transformar las diferentes tomas del objeto sobre los puntos medidos, de manera que es posible un registro global.
Se conoce a partir de EP 2 273 229 A1 un procedimiento, en el que para la determinacion de las coordenadas-3D de un objeto se proyecta un patron de franjas desde un proyector sobre el objeto. El patron de franjas reflejado por el objeto es registrado por una camara, que comprende una optica y un sensor de superficies, en particular un sensor- CCD o sensor-CMOS. El proyector y la camara forman un sistema de proyeccion de franjas. En la proximidad del objeto estan dispuestas varias correderas de referencia, que presentan, respectivamente, varias marcas de referencia. Las correderas de referencia son medidas en primer lugar. A continuacion se determinan las coordenadas-3D del objeto a traves del sistema de proyeccion de franjas.
Se conoce a partir de WO 2004/011876 A1 un dispositivo segun el preambulo de la reivindicacion 8, El dispositivo comprende un proyector para proyectar un patron sobre el objeto, una camara para registrar el objeto y una instalacion de evaluacion para evaluar las tomas del objeto. El dispositivo comprende, ademas, una instalacion de proyeccion para proyectar marcas de referencia sobre el objeto y otra camara para registrar marcas de referencia.
Se conoce a partir de DE 195 36 297 A1 un procedimiento para la calibracion geometrica de sensores-3D opticos para la medicion tridimensional de objetos, en el que se proyecta un patron sobre el objeto y se registra y evalua la luz reflejada desde el objeto por una camara. En el campo de la imagen de la camara se encuentra una instalacion de calibracion con al menos cuatro marcas de senales o marchas de referencia calibras y otra pluralidad de ellas, que son registradas por la camara.
Se conoce a partir de DE 10 2005 051 020 A1 un procedimiento para la digitalizacion tridimensional de cuerpos, en el que una camara se mueve alrededor del cuerpo a digitalizar. El cuerpo a digitalizar esta rodeado por una pluralidad de marcas evaluables por fotogrametna. Alrededor del cuerpo estan colocados fijos, ademas, varios proyectores de patrones de luz, que se conectan sucesivamente.
El documento US 2010/0092041 A1 publica un procedimiento para la determinacion tridimensional de la forma de un objeto, en el que se proyecta un patron sobre el objeto y la luz reflejada por el objeto es registrada y evaluada por una camara. La camara registra, ademas, una marca de referencia junto al objeto.
Se conoce a partir de DE-A-10 2009 032 771 un procedimiento para terminar las coordenadas-3D de un objeto segun el preambulo de la reivindicacion 1.
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El documento US-A-2010/0134598 muestra un procedimiento similar.
Se conoce a partir del documento DE 10 2011 011 360 no publicado, de prioridad anterior, otro procedimiento para determinar las coordenadas-3D de un objeto.
El cometido de la invencion es proponer un procedimiento mejorado del tipo indicado al principio y un dispositivo mejorado del tipo indicado al principio.
En un procedimiento del tipo indicado al principio, este cometido se soluciona por medio de las caractensticas de la reivindicacion 1. Desde una unica camara de referencia se soluciona este cometido a traves de las caractensticas de la reivindicacion 1. Desde una unica camara de referencia se registran marcas de referencia y/o se registran cerca del objeto. La camara de referencia tiene un campo de vision mayor que la camara. La camara de referencia esta conectada con la camara o con un sensor-3D, que comprende el proyector y la camara. Las marcas de referencia pueden estar presentes ya sobre el objeto. En particular, se pueden utilizar zonas caractensticas del objeto como marcas de referencia. En su lugar o adicionalmente se pueden colocar marcas de referencia sobre el objeto y/o se pueden posicionar junto al objeto. En particular, se pueden utilizar las marcas de referencia, que se describen en DE 10 2009 032 262 A1, al que se hace de referencia asf expresamente. Por lo tanto, se pueden utilizar marcas de referencia, que estan codificadas en sf, y/o marcas de referencia, que no estan codificadas en si, pero estan dispuestas adyacentes en el espacio, de tal manera que esta disposicion espacial contiene una codificacion. Varias marcas de referencia pueden estar agrupadas en una o varias correderas de referencia.
Es posible realizar con la camara varias tomas del objeto. Varias o todas las tomas se pueden solapar. El agrupamiento de las tomas individuales en un sistema de coordenadas de orden superior se puede realizar con la ayuda de la fotogrametna. A tal fin se miden las marcas de referencia por la camara de referencia.
En un dispositivo del tipo indicado al principio, el cometido de la invencion se soluciona por medio de las caractensticas de la reivindicacion 8. El dispositivo comprende una unica camara de referencia para registrar marcas de referencia sobre y/o junto al objeto. La camara de referencia tiene un campo de vision mayor que la camara. La camara de referencia esta conectada con la camara o con un sensor-3D, que comprende el proyector y la camara.
Segun la invencion, un patron de franjas se proyecta sobre el objeto. El patron de franjas se puede proyectar a traves de un elemento formador de imagenes sobre el objeto. En particular, a traves de una diapositiva o a traves de un generador de patrones digitales, especialmente una pantalla de cristal lfquido como por ejemplo una pantalla- DLP, una pantalla-LCD y/o una pantalla-LCOS.
La camara puede comprender una optica y un sensor superficial, en particular un sensor-CCD y/o un sensor-CMOS. La instalacion de evaluacion puede comprender un ordenador, especialmente un PC, o estar constituida por el.
Los datos tomados registrados se pueden almacenar temporalmente en una memoria de la camara. Se pueden transmitir antes o despues del almacenamiento intermedio o sin almacenamiento intermedio.
El proyector y la camara pueden estar integrados en la construccion en un llamado sensor-3D. El sensor-3D comprende el proyector y la camara.
A traves de la invencion se posibilita complementar un dispositivo existente para determinar las coordenadas-3D de un objeto segun el preambulo de la reivindicacion 8 de manera sencilla, para poder determinar con este dispositivo las coordenadas-3D de un objeto, que es mayor que el campo de vision de la camara. Ademas, es posible prever varias camaras. Por ejemplo, se puede utilizar una llamada camara estereo, es decir, una combinacion de dos camaras. No obstante, tambien es posible prever mas de dos camaras. A traves de mas de una camara se puede mejorar la asociacion de los puntos de la imagen registrados por las camaras a las lmeas proyectadas.
Otros desarrollos se describen en las reivindicaciones dependientes.
Es ventajoso que el dispositivo comprenda un proyector para proyectar las marcas de referencia sobre el objeto.
Segun otro desarrollo ventajoso, las tomas de la camara y las tomas de la camara de referencia se realizan desplazadas en el tiempo. En su lugar o adicionalmente, las tomas de la camara y las tomas de la camara de referencia se realizan al mismo tiempo.
Es ventajoso que se agrupen varias tomas de la camara. Para el agrupamiento de las tomas se pueden aplicar adicionalmente procedimientos de coincidencia.
Otro desarrollo ventajoso de caracteriza por que en una primera pasada de medicion se registran y almacenan las posiciones de las marcas de referencia. La primera pasada de medicion se puede realizar sin medicion
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(determinacion de las coordenadas-3D). No obstante, tambien es posible medir tambien un objeto en esta primera pasada de medicion. Las posiciones registradas de las marcas de referencia se pueden transformar en el sistema de coordenadas de orden superior. Las posiciones registradas y/o transformadas se pueden almacenar.
Puede ser ventajoso que las coordenadas-3D de un objeto sean determinadas sobre la base de posiciones registradas de las marcas de referencia. Esto es especialmente ventajoso cuando en una primera pasada de medicion se registran las posiciones de las marcas de referencia y, dado el caso, se transforman y se almacenan. No obstante, tambien es posible determinar las coordenadas-3D de un objeto sobre la base de posiciones de las marcas de referencia, que ya han sido almacenadas. A traves de la utilizacion de las posiciones almacenadas de las marcas de referencia se puede ahorrar tiempo de medicion. No obstante, tambien puede ser ventajoso determinar de nuevo las posiciones de las marcas de referencia en una o en cada determinacion de las coordenadas-3D de un objeto.
Un objeto de realizacion de la invencion se explica en particular a continuacion con la ayuda del dibujo adjunto. En el dibujo:
La figura 1 muestra un dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto con un proyector, una camara y una camara de referencia y
La figura 2 muestra un dispositivo modificado segun la figura 1.
La figura 1 muestra un dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto 1, a saber, de una aleta de un automovil. El dispositivo comprende un sensor-3D 2, que comprende un proyector 3 y una camara 4. El dispositivo comprende, ademas, una camara de referencia 5, que esta conectada con el sensor-3D 2. En el ejemplo de realizacion, la camara de referencia 5 se encuentra entre el proyector 3 y la camara 4.
Desde el proyector 3 se proyecta un patron, a saber, un patron de franjas 6, sobre el objeto 1. La luz reflejada por el objeto 1 en la zona del patron de franjas 6 es registrada por la camara 4.
La toma de la camara 4 es transmitida a una instalacion de evaluacion (no representada en el dibujo), por la que es evaluada. A partir de la toma se pueden determinar las coordenadas-3D del objeto 1 en el campo de vision 7 de la camara 4. El contorno 7' del patron de franjas 6 es mayor que el campo de vision 7 de la camara 4. El contorno 7' rodea el campo de vision 7 por todos los lados. La camara 4 presenta un sensor de superficies, que registra el objeto 1 con preferencia en todo el campo de vision 7 de la camara 4.
Sobre el objeto 1 y sobre el entorno del objeto 1 se proyectan marcas de referencia a traves de otro proyector 8 (no representado en el dibujo). Desde la camara de referencia 5 se registran las marcas de referencia, que se encuentran dentro del campo de vision 9 de la camara de referencia 5.
El campo de vision 9 de la camara de referencia 5 es mayor que el campo de vision 7 de la camara 4. Ademas, el campo de vision 9 de la camara de referencia 5 rodea por todos los lados el campo de vision 7 de la camara 4. Desde la camara de referencia 5 se registran las marcas de referencia 8, que se encuentran en su campo de vision 9. A partir de ello se pueden determinar la posicion y la orientacion de la camara de referencia 5. Despues de que la parte del objeto 1, que se encuentra dentro del campo de vision 7 de la camara 4, ha sido registrada por la camara 4, se posiciona el dispositivo, que comprende el proyector 3, la camara 4 y la camara de referencia 5, en otro lugar. Este posicionamiento se realiza de tal forma que el campo de vision 7 de la camara 4 se encuentra en otro lugar del objeto 1, con preferencia en un lugar junto al campo de vision original 7. El campo de vision, que cubre la camara 4 en su nueva posicion, se puede solapar con el campo de vision original 7 de la camara 4. Puesto que el campo de vision 9 de la camara de referencia 5 es mayor que el campo de vision 7 de la camara 4, se garantiza que la camara de referencia 5 pueda registrar un numero suficiente de marcas de referencia 8 en la posicion original y en la nueva posicion. El numero y las posiciones de las marcas de referencia 8 estan seleccionados de tal forma que existe un numero suficiente de marcas de referencia 8, que puede registrar la camara de referencia 5 en ambas posiciones. De esta manera se garantiza un registro global de las tomas de la camara 4 y, por lo tanto, de las coordenadas-3D del objeto 1. Puesto que el proyector 2, que proyecta el patron de franjas 6 sobre el objeto 1, esta conectado con la camara 4 y con la camara de referencia 6, se mueve a mismo tiempo el patron de franjas 6 durante un movimiento del dispositivo, que comprende el proyector 3, la camara 4 y la camara de referencia 5.
La figura 2 muestra un dispositivo, en el que esta presente un proyector 3', que proyecta lmeas laser 10 sobre el objeto 1. Algunas lmeas laser 10 se extienden paralelas al lado longitudinal del campo de vision 7 de la camara 4. Otras lmeas laser 10 se extienden paralelas al lado estrecho del campo de vision 7 de la camara 4. Otra lmea laser 10 se extiende en angulo con respecto a los bordes del campo de vision 7 de la camara 4.
El tamano del campo de vision de la camara 4 y/o de la camara de referencia 5 se puede fijar a traves de la distancia focal de la optica respectiva. En su lugar o adicionalmente se puede fijar el campo de vision a traves del tamano del
sensor. Las tomas de la camara de referencia 5 se pueden transmitir a un sistema de evaluacion, en particular un PC. A partir de ello se pueden calcular las coordenadas-3D de las marcas de referencia 8. De esta manera, se pueden obtener puntos de fotogrametna. A continuacion se pueden utilizar estos puntos de fotogrametna y las posiciones de la camara de referencia 5 y de la camara 4 calculadas a traves de fotogrametna para la alineacion y 5 registro exactos de los datos, es decir, de las coordenadas-3D.
Para determinar coordenadas-3D del objeto 1 se pueden registrar y almacenar en una primera pasada de medicion las posiciones de las marcas de referencia 8. Estas posiciones se pueden utilizar entonces en una segunda pasada de medicion para determinar las coordenadas-3D del objeto 1. Se pueden utilizar otras pasadas de medicion para 10 determinar las coordenadas-3D del objeto 1 o para determinar las coordenadas-3D de otros objetos.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento para determinar las coordenadas-3D de un objeto (1), en el que un patron de franjas (6) es proyectado por un proyector (3) sobre el objeto (1), la luz reflejada por el objeto (1) es registrada por una camara (4) y son evaluadas las tomas registradas por la camara (4), y se registran marcas de referencia (8) sobre y/o junto al objeto (1) por una camara de referencia (5), que tiene un campo de vision (9) mayor que la camara (4), caracterizado por que una unica camara de referencia (5) esta conectada con la camara (4) o con un sensor-3D (2), que comprende el proyector (3) y la camara (4).
  2. 2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las marcas de referencia (8) son proyectadas sobre el objeto (1).
  3. 3. - Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que las tomas de la camara (4) y las tomas de la camara de referencia (5) se realizan desplazadas en el tiempo.
  4. 4. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las tomas de la camara (4) y las tomas de la camara de referencia (5) se realizan al mismo tiempo.
  5. 5. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se agrupan varias tomas de la camara (4).
  6. 6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en una primera pasada de medicion se registran y almacenan las posiciones de las marcas de referencia (8).
  7. 7. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las coordenadas-3D de un objeto (1) se determinan sobre la base de posiciones almacenadas de las marcas de referencia (8).
  8. 8. - Dispositivo para determinar coordenadas-3D de un objeto (1), en particular para realizar el procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, con un proyector (3) para proyectar un patron de franjas (6) sobre el objeto (1), con una camara (4) para registrar el objeto (1) y con una instalacion de evaluacion para evaluar las tomas del objeto (1), caracterizado por una unica camara de referencia (5) para registrar marcas de referencia (8) sobre y/o junto al objeto (1), que tiene un campo de vision (9) mayor que la camara (4) y que esta conectada con la camara (4) o con un sensor-3D (2) que comprende el proyector (3) y la camara (4).
  9. 9. - Dispositivo segun la reivindicacion 8, caracterizado por un proyector para proyectar las marcas de referencia (8) sobre el objeto (1).
ES12006383.9T 2011-09-30 2012-09-11 Procedimiento y dispositivo para determinar las coordenadas-3D de un objeto Active ES2651626T3 (es)

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