NL1016617C2 - Inrichting en werkwijze voor het bepalen van een driedimensionale vorm van een object. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het bepalen van een driedimensionale vorm van een object

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het uit een tweedimensionale afbeelding bepalen van een driedimensionale vorm van een object, waarin een lichtpatroon op het object wordt geprojecteerd en een beeld 5 wordt gevormd van het belichte object.

Hiertoe wordt doorgaans een lichtbron toegepast voor het belichten van het object en een camera voor het vormen van een beeld van het belichte object.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het artikel 10 "One-Shot Active 3D Shape Acquisition" van de auteurs Μ.

Proesmans, L. van Gool en A. Oosterlinck, 13th International Conference on Pattern Recognition, Vienna, August 25-29, 1996, Vol. III, pp. 336-340. In deze bekende werkwijze wordt een patroon van vierkanten op het object geprojecteerd, en is 15 een relatief gecompliceerd algoritme nodig om uit het met een camera waargenomen beeldpatroon de oorspronkelijke vorm van het belichte object te reconstrueren. Er bestaat behoefte aan dergelijke reconstructiesystemen onder andere ten behoeve van kwaliteitscontrole van oppervlakken van producten van de 20 agrarische industrie en de metaal- en auto-industrie, ten behoeve van maatvastheidscontrole van producten, en ten behoeve van de automatische herkenning van gezichten, hetgeen doelmatig is voor de beveiligingsindustrie en forensische toepassingen.

25 Doelstelling van de uitvinding is om de bekende werkwijze en inrichting te vereenvoudigen, waarbij de bepaling van de vorm van driedimensionale objecten betrouwbaar, maar vooral sneller kan verlopen.

Daartoe wordt volgens de uitvinding voorgesteld dat 30 een serie in hoofdzaak naaldvormige lichtbundels het object belichten, dat van het aldus belichte object in een afbeel-dingsvlak een lichtpuntenbeeld wordt gevormd, waarbij het object is gepositioneerd tussen voorafbepaalde grenzen, en dat uit het lichtpuntenbeeld de vorm van het object wordt afge- ; / r é.ji 2 leid.

De inrichting volgens de uitvinding laat zich daartoe doelmatig zo uitvoeren, dat de camera en de lichtbron een onderling gefixeerde positie hebben, dat van de lichtbron een 5 patroon van in hoofdzaak onderling naaldvormige lichtbundels afkomstig is welke gericht zijn op het object, dat de camera een lichtpuntenbeeld vormt van het aldus door de lichtbundels belichte object, welk object zich tussen voorafbepaalde grenzen bevindt, en dat op de camera een verwerkingsinrichting is 10 aangesloten voor de reconstructie van de vorm van het object uit het door de camera waargenomen lichtpuntenbeeld. De lichtbundels laten zich eenvoudig zo vormen, dat tussen de lichtbron en het object een masker en een lens zijn geplaatst .

15 Voor het bereiken van de snelheidsdoelstelling waar mee de vorm van het object zich laat reconstrueren, is het wenselijk dat de lichtbundels zodanig zijn gegroepeerd dat bij verplaatsing van het object tussen de voorafbepaalde grenzen, de punten van het lichtpuntenbeeld in het afbeel-20 dingsvlak zich over onderling vrij van elkaar liggende lijnstukken verplaatsen. Hiermee wordt een ééneenduidige relatie gelegd tussen de positie van de afzonderlijke punten van het lichtpuntenbeeld in het afbeeldingsvlak en de onderscheidenlijke plaatsen waar de lichtbundels het object treffen, en 25 waarvan deze punten zijn afgeleid.

Dit maakt dan mogelijk dat de gereconstrueerde vorm van het object afhankelijk is van de plaats van de afzonderlijke punten van het door de camera waargenomen lichtpuntenbeeld op de respectievelijke lijnstukken, en daaruit bepaald 30 kan worden zonder dat daartoe een ingewikkeld algoritme is vereist. De reconstructie van de vorm van het gemeten object kan zodoende op videosnelheid plaatsvinden, hetgeen een belangrijk voordeel van de uitvinding is.

De reconstructie van de vorm van het object verloopt 35 daarbij zo door voor ieder afzonderlijk punt uit het lichtpuntenbeeld de daardoor ingenomen positie op het bij dat punt horende lijnstuk te bepalen, en vervolgens daaruit voor iedere dergelijke positie de ruimtelijke plaats af te leiden waar 3 de desbetreffende lichtbundel het object raakt, waarna voor alle punten uit het puntenbeeld de daarbij horende ruimtelijke plaatsen worden samengesteld voor het bepalen van de vorm van het object.

5 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, welke in fig. 1 aan de hand van een grafisch beeld het basisprincipe toont dat aan de werkwijze volgens de uitvinding ten grondslag ligt; en 10 in fig. 2A en 2B respectievelijk een in de inrich ting volgens de uitvinding te gebruiken lichtmasker en een daarbij horend lijnenpatroon in een afbeeldingsvlak toont.

Verwijzend nu eerst naar fig. 1 wordt met verwij-zingscijfer 1 een masker aangeduid, welke in samenhang met 15 een lichtbron 2 een serie lichtbundels vormt waarmee een object 3 wordt belicht. Ten behoeve van de duidelijkheid toont fig. 1 slechts één lichtbundel 4, aan de hand waarvan de werking van de inrichting volgens de uitvinding zal worden toe-gelicht. Deze lichtbundel 4 resulteert in een verlicht ob-20 jectpunt 5 aan de oppervlakte van het object 3. Het object 3 is overigens geplaatst binnen voorafbepaalde grenzen 6 en 7. Het belichte objectpunt 5 wordt in het afbeeldingsvlak 8 van een camera waargenomen en levert daar een beeldpunt 9 op. Dit beeldpunt 9 ligt in het afbeeldingsvlak 8 op een lijnstuk UI, 25 U2, waarvan de uiterste grenzen worden bepaald door de feite lijke grenzen 6 en 7 waarbinnen het object 3 zich bevindt.

De uitvinding levert onder meer een oplossing voor het probleem dat bij aanwezigheid van meerdere lichtbundels die het object 3 aanstralen, het onderscheid tussen de diver-30 se afbeeldingspunten 9 in het afbeeldingsvlak 8 van de camera verloren dreigt te gaan.

Fig. 2A toont in aanzicht een masker dat voor de vorming van de evenwijdige lichtbundels kan worden gebruikt. De openingen 10 in het masker 2 zijn zodanig gegroepeerd dat 35 de daarmee samenhangende lijnstukken UI, U2 als het ware dakpansgewijs in het afbeeldingsvlak 8 van de camera komen te liggen; dit toont fig. 2B. De afbeeldingspunten 9 in het afbeeldingsvlak 8 kunnen daardoor van elkaar worden onderschei- 4 den. Zoals hierboven toegelicht, corresponderen deze lijnstukken UI, U2 met een variatie in de positie van de bijhorende objectpunten 5 van het object 3 tussen de grenzen 6 en 7.

5 Fig. 2B toont dat deze lijnstukken bepaald zijn en vrij van elkaar liggen, en dit biedt de mogelijkheid om uitgaande van de positie die het beeldpunt 9 dat is gevormd in het afbeeldingsvlak 8 van de camera en dat correspondeert met het objectpunt 5, direct te gebruiken voor het bepalen van de 10 positie die dat objectpunt 5 in de ruimte inneemt. Voor ieder objectpunt 5 van het object 3 dat via het masker 1 door de lichtbron 2 is belicht, wordt uit de positie die het afbeel-dingspunt 9 in het afbeeldingsvlak 8 van de camera op de daarbij horende lijn UI, U2 inneemt, de positie bepaald, 15 waarna deze positie vervolgens wordt gebruikt om voor ieder objectpunt 5 de ruimtelijke plaats af te leiden waar de desbetreffende lichtbundel het object 3 raakt. Deze ruimtelijke plaats in samenhang met de grenzen 6 en 7 waarbinnen het object 3 zich bevindt, is eenduidig bepaald door de plaats die 20 het afbeeldingspunt 9 inneemt op de lijn U1-U2. Door een eenvoudige rekenbewerking kan derhalve deze ruimtelijke plaats worden afgeleid uit de plaats van het afbeeldingspunt 9 op het lijnstuk U1-U2. Daarna kan voor alle lichtpunten uit het afbeeldingsvlak 8 de daarbij horende en op de in het voor-25 gaande beschreven wijze bepaalde ruimtelijke plaatsing van de desbetreffende objectpunten 5 worden gebruikt in een integrale samenstelling voor het bepalen van de vorm van het object 3 .

Overigens wordt opgemerkt dat het systeem en de 30 werkwijze zich volgens de uitvinding ook goed lenen voor toepassing van meer dan een camera, teneinde daarmee een hogere nauwkeurigheid te bereiken in het bepalen van de vorm van het object.

Claims (7)

1. Inrichting voor het uit een tweedimensionale afbeelding bepalen van een driedimensionale vorm van een object, welke een lichtbron voor het belichten van het object, en een camera voor het vormen van een beeld van het belichte 5 object omvat, met het kenmerk, dat de camera en de lichtbron een onderling gefixeerde positie hebben, dat van de lichtbron een patroon van in hoofdzaak naaldvormige lichtbundels afkomstig is welke gericht zijn op het object, dat de camera een lichtpuntenbeeld vormt van het aldus door de lichtbundels belt) lichte object, welk object zich tussen voorafbepaalde grenzen bevindt, en dat op de camera een verwerkingsinrichting is aangesloten voor de reconstructie van de vorm van het object uit het door de camera waargenomen lichtpuntenbeeld.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat tussen de lichtbron en het object een masker en een lens zijn geplaatst voor de vorming van de lichtbundels.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het masker is voorzien van een gatenpatroon dat zodanig is georganiseerd dat de afzonderlijke punten van het 20 door de camera waargenomen lichtpuntenbeeld bij verplaatsing van het object tussen de voorafbepaalde grenzen zich over onderling van elkaar vrij liggende lijnstukken verplaatsen.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de gereconstrueerde vorm van het object af- 25 hankelijk is van de plaats die de afzonderlijke punten van het door de camera waargenomen lichtpuntenbeeld innemen op de respectievelijke lijnstukken.

5. Werkwijze voor het bepalen van een driedimensionale vorm van een object, waarin een lichtpatroon op het ob- 30 ject wordt geprojecteerd en een beeld wordt gevormd van het belichte object, met het kenmerk, dat een serie in hoofdzaak naaldvormige lichtbundels het object belichten, dat van het aldus belichte object in een afbeeldingsvlak een lichtpuntenbeeld wordt gevormd, waarbij het object is gepositioneerd 35 tussen voorafbepaalde grenzen, en dat uit het lichtpunten- •i . « .* : - - , I' "·· * beeld de vorm van het object wordt afgeleid.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de lichtbundels zodanig zijn gegroepeerd dat bij verplaatsing van het object tussen de voorafbepaalde grenzen, de 5 punten van het lichtpuntenbeeld in het afbeeldingsvlak zich over onderling vrij van elkaar liggende lijnstukken verplaatsen.

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de vorm van het object wordt gereconstrueerd door 10 voor ieder afzonderlijk punt uit het lichtpuntenbeeld de daardoor ingenomen positie op het bij dat punt horende lijnstuk te bepalen, en vervolgens daaruit voor iedere positie de ruimtelijke plaats af te leiden waar de desbetreffende lichtbundel het object raakt, waarna voor alle punten uit het 15 lichtpuntenbeeld de daarbij horende ruimtelijke plaatsen worden samengesteld voor het bepalen van de vorm van het object.