WO2015120852A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von bildinformationen aus einem zu erfassenden gegenstand - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von bildinformationen aus einem zu erfassenden gegenstand Download PDF

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WO2015120852A1
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image capture
reflector
reflection surface
capture device
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PCT/DE2015/200051
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Hans Huemoeller
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Dr. Wirth Grafische Technik Gmbh & Co. Kg
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    • G—PHYSICS
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    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene

Definitions

  • the invention relates to a device for generating image information from an object to be detected, in particular for two-dimensional modeling of the object with a 3D appearance or with a plastic effect.
  • the invention relates to a method for generating image information from an object to be detected, in particular for two-dimensional modeling of the object with a 3D appearance or with a plastic effect.
  • the present invention is therefore based on the object, an apparatus and a method of the type mentioned for generating image information from an object to be detected in such a way and further, that an original object as realistic as possible can replicate, with a two-dimensional image with 3D impression or with plastic effect, whereby the two-dimensional Image information with simple design means can be generated in an efficient manner.
  • an apparatus for generating image information from an object to be detected is specified, in particular for two-dimensional modeling of the article with 3D appearance or with plastic effect, wherein the device comprises an image capture device for generating two-dimensional image information by scanning the counter state over a viewing Beam path and an illumination device for illuminating the object via an illuminating beam path encompassed, wherein the image detection device and the illumination device are coupled such that the viewing beam path and the illuminating beam path are moved synchronously over the object, wherein the image detection device is designed such in that, preferably with a predefinable overlap, it successively scans a partial region of the object, wherein the illumination device has a reflector with one, preferably substantially diffuse, reflective one Reflection surface, and wherein the reflection surface is arranged such that the portion is indirectly illuminated during the scanning by the light-illuminated reflection surface.
  • a method for generating image information from an object to be detected is specified, in particular for two-dimensional modeling of the object with SD appearance or with plastic effect, wherein for scanning the object a viewing beam path of an image capture device and an illuminating beam path of a lighting device synchronously over the Object are moved, wherein the image capture device, preferably with predetermined overlap, sequentially scans a portion of the object, the scanned portions are assembled into an overall image, wherein the illumination device is a reflector having a, preferably substantially diffuse, reflective reflection surface and wherein the portion is indirectly illuminated as it is scanned by the light-illuminated reflecting surface.
  • an image capture device for generating two-dimensional image information and a lighting device for illuminating the article are provided.
  • the imaging device and the illumination device are coupled to one another in such a way that the viewing beam path for scanning the object and the illuminating beam path for illuminating the object are moved synchronously and thus together and concurrently over the object, in particular while maintaining the alignment of the beam paths.
  • the image capture device is designed such that it successively scans a partial region of the article over the viewing beam path, preferably with a predefinable overlap. That the image capture device successively scans a different or a further subregion of the article.
  • the individual scanned or scanned subregions can be combined to form an overall scan and thus to a two-dimensional image as an overall image of the object to be detected.
  • each sub-area when scanning the object, each sub-area can be treated the same in terms of lighting and viewing since the light intensity distribution can be adjusted once for the sub-area to be scanned, followed by the synchronous coupling of the viewing beam path and illuminating beam path for the complete scan of the area Object is maintained.
  • the illumination device has a reflector with a preferably diffusely reflecting reflection surface, wherein the reflection surface is arranged such that the reflection surface, which is illuminated with light, indirectly illuminates the respective portion to be scanned.
  • the indirect illumination of the part to be scanned by means of illuminated substantially diffusely reflecting reflection surface discrete light sources on the surface of reflective objects are not visible. For example, when lighting highly reflective gold jewelery, one will not see individual light sources, but only a diffusely reflecting wall.
  • diffuse is to be understood as absolutely diffuse or with a weakly defined lobe.
  • an apparatus and a method are provided according to which a simple two-dimensional imaging of the original object can be efficiently produced by simple constructive means Plasticity, ie a 3D appearance, has.
  • object in this context means a general geometric three-dimensional structure.
  • An object may here designate one or more surfaces, one or more bodies and / or a space. It is only essential that an object is limited by surfaces that can be scanned. These surfaces may be flat, curved, structured, opaque, transparent or otherwise configured.
  • a partial area of the object to be scanned can be understood or can be encompassed as part of the object to be scanned, wherein the partial surface can have a spatial or three-dimensional extension / configuration, for example due to its curvature or structuring.
  • At least part of the image capture device and / or the viewing beam path of the image capture device can be arranged within the reflector.
  • the portion of the object to be scanned could be illuminated all around.
  • the viewing beam path of the image capture device can be designed tiltable or inclined to the object plane.
  • the viewing beam path of the image capture device allows for helical scanning of the subject. It is conceivable that at least a part of the image capture device can be arranged or aligned within the reflector in such a way that the individual subsections of the object to be scanned are scanned by means of helical scanning.
  • the image capture device can be configured in such a way that the viewing beam path can be tilted and fixed from a vertical orientation to the object plane to an oblique orientation.
  • the viewing beam path advantageously remains perpendicular to the scanning direction of the device or the image capture device.
  • the lateral sensor surface of a scanning sensor for measuring the height or for measuring height information can be shared.
  • an object to be scanned can be stretched in height and, due to the distortion of the geometry in the two-dimensional image, appears considerably more plastic than in the case of a vertical scan.
  • the reflector at least partially surrounds or encloses the image capture device and / or the viewing beam path of the image capture device.
  • a particularly variable and comprehensive lighting or illumination of the part to be scanned is possible.
  • the reflection surface of the reflector in three-dimensional section in the direction of the scanned portion of the object to be detected may have a substantially convex curvature.
  • the convex curvature of the reflecting surface shears light rays incident on the reflecting surface upwards.
  • the reflection surface downwards from the light sources Outgoing solid angle, due to the convex curvature, smaller and smaller surfaces on the reflection surface, whereby the reflection surface is increasingly brighter, to eventually reach the highest light intensity on the reflection surface. Thereafter, the solid angles must again illuminate larger areas on the reflection surface, so that the reflection surface is darker again.
  • the curvature of the reflection surface may be at least partially circular, elliptical and / or straight.
  • the selected curvature of the reflection surface it can be influenced with which intensity and from which elevation angle, for example more steeply or more flatly, the light beams of the illuminating beam path should strike the portion to be scanned after being deflected by the reflection surface.
  • the sectional shape of the reflector thus essentially determines the illumination of the subarea as a function of the elevation angle viewed from the direction of the subarea.
  • the reflector may be designed such that the cross-sectional area of the reflector is circular, elliptical or straight extruded.
  • a straight shape of the reflector, i. the cross-sectional area of the reflector is just extruded, particularly suitable for image formation.
  • the reflector may be designed in the form of a rotation body having a rotational body, wherein the reflection surface of the reflector has a substantially convex curvature as a boundary of the rotation surface in the direction of the scanned portion or in the direction of the object to be detected.
  • the reflector is a kind of dome that allows a flexible and versatile lighting, possibly around the part to be scanned.
  • the optical axis of the image detection device can advantageously form the axis of rotation of the rotation body when the viewing beam path is perpendicular to the object plane, ie, when scanning the object vertically.
  • the illumination device can comprise a lighting head with one or more light sources, the light sources radiating substantially in the direction of the reflection surface, so that the reflection surface illuminates the light emitted by the light sources onto the object to be scanned or onto the subarea to be scanned redirect the subject to be recorded.
  • LEDs light emitting diodes
  • the illumination device can comprise a lighting head with one or more light sources, the light sources radiating substantially in the direction of the reflection surface, so that the reflection surface illuminates the light emitted by the light sources onto the object to be scanned or onto the subarea to be scanned redirect the subject to be recorded.
  • LEDs light emitting diodes
  • the illumination head may comprise a support for the arrangement of the light sources, which is preferably formed in the form of a plate or a disc, and wherein the carrier is formed centrally open so that the scanned portion of the object for the viewing beam path and for the illuminating beam path, preferably through a corresponding opening, is freely accessible.
  • the light sources can be arranged on the carrier substantially in the form of one or more concentric circles, circular arcs and / or ellipses on the carrier.
  • the light sources can be individually and / or group-wise switchable and / or controllable. Thus, depending on the activation of the light sources, it can be influenced from which side angles and / or elevation angles the partial area to be scanned, in particular with maximum light intensity, is illuminated.
  • the illumination head can be arranged below the reflector.
  • the illumination head and / or the reflector can be rotatable about the optical axis of the image detection device when the viewing beam is oriented perpendicular to the object plane.
  • the side angle for the illuminating beam path - viewed from the part to be scanned from - be set directly.
  • the illumination device, the illumination head and / or the reflector can be installed exchangeably or easily exchangeable in the device. It is conceivable in a particularly advantageous manner that the lighting device, the lighting head and / or the reflector by means of clip, locking, plug, clamping and / or screw mechanism is fixed or used in the device.
  • the brightness illumination of the subarea to be scanned can be influenced or controlled via the shape of the reflection surface and the position of the light emitting light sources.
  • the image capture device may comprise a camera, for example a color camera, with a scanning sensor.
  • a scanning sensor for example, a surface sensor, line sensor or point sensor can be used as a scanning sensor.
  • each portion scanned by the scanning sensor can be similarly illuminated and viewed.
  • the image capture device or the camera may comprise a telecentric optics, preferably arranged in a tube.
  • individual contiguous partial areas or partial surfaces of an article with a selectable overlap can be scanned and illuminated.
  • the partial areas or sub-surfaces may be small areas or small lines transversely to the scanning direction, which are combined to form a large row.
  • overlapping takes place advantageously in the x and y directions of the scan.
  • a line chip as a scanning sensor, only the entire area of the continuously scanned large line in the y direction is advantageously overlapped.
  • each overlap can compensate for the disadvantages associated with the Bayer matrix, unless a non-interpolating camera is used. Otherwise, each overlap increases the density range of the overall image, which is composed of the individual, comprehensive subregions.
  • Another advantage of an overlap is the compensation of a fundamental disadvantage of area or line chips as a scanning sensor.
  • Flat sensor elements are always arranged side by side. This results in a regular undersampling in the sampling. Setting the overlap scan not exactly on the pixels of the first scan, but in the middle between the previous pixels, the template is scanned more complete and accurate.
  • the sensing surfaces butt against each other and form a continuous surface. If a 50% overlap is to be achieved, not only will a scan be started at the beginning and end of a section to be scanned, but additionally exactly in the middle of the section. The scanning surfaces started in the middle of the sub-area also fit seamlessly together. Taking into account half a partial length of lead and tail at the beginning and end of a scanning line, the first and second scanning line match exactly. Furthermore, it is possible to overlap any number of times. If you start a new subrange every 10 percent of the subrange length, so the overlap is 90 percent. Since the start of the successive scan is freely selectable, thus creating a freely selectable overlap.
  • the color white can be composed of different white light sources.
  • LEDs usually have wavelength-dependent drops in the white spectrum.
  • a professional software can be used as part of a classic color management.
  • FIG. 1 in a schematic sectional view of an embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 2 in a schematic sectional view of a simplified
  • FIG. 1 with an indicated elevation angle, in a schematic plan view of a lighting head of the embodiment of FIG. 1 and FIG. 2,
  • Fig. 4 in a schematic plan view of the lighting head of
  • Embodiment of FIG. 3 with an indicated side angle and in a schematic sectional view of another embodiment of a device according to the invention with a tiltable viewing beam path.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a device according to the invention with a lighting device 1 and a centrally arranged image capture device 2.
  • the image capture device 2 comprises a tube 3 with viewing telecentric optics and a scanning sensor 4 for scanning an object 5 with an object plane 6.
  • Der Item 5 has a structured surface.
  • the image capture device 2 scans on the scanning sensor 4 and the viewing optics successively each a portion 7 of the article 5 from.
  • the overall scan is composed of area-wide subregions allowing for heavy overlap or even multiple overlaps.
  • the illumination device 1 comprises a reflector 8 with a reflection surface 9 convexly curved relative to the object 5 or the partial region 7 and substantially diffusely reflecting.
  • the reflector 8 shown in section in FIG. 1 is designed in the form of a rotation body having a rotation surface, wherein the reflection surface 9 of the reflector 8 as limiting the surface of revolution in the direction of the portion 7 to be scanned has the convex curvature.
  • the optical axis 10 of the image capture device 2 forms the axis of rotation of the rotational body or of the reflector 8.
  • a lighting head which has a disk 1 formed as a disk.
  • the carrier 1 1 has an opening in the middle, so that the portion 7 to be scanned is freely accessible both for the viewing optics, and thus for the viewing beam path, as well as for the illuminating beam path.
  • two exemplary positions L and R of a light source can be seen on the carrier 1 1.
  • the light source at the position R of the carrier 1 1 is positioned more towards the edge.
  • the light source at the position L on the carrier 1 1 is oriented more towards the center of the carrier 1 1.
  • the lighting structure can be influenced and controlled by the shape of the exchangeable reflector 8 and by the position of the light sources or groups of light sources on the support 11 which are more or less positioned outwardly or inwardly ,
  • the massed interpolation of light sources for the solid angle (side angle 135 °, elevation angle 45 °) - viewed from the direction of the partial area 7 - leads, for example, to classical plastic illumination from one direction with a suitable course of the decrease of brightness to other angles.
  • FIG. 1 shows a simplified elevation angle of 45 ° relative to the optical axis 10 of the image capture device 2.
  • the intersection of the optical axis 10 of the image capture device 2 with the article plane 6 of the article 5 in the scanned portion 7 forms the apex of the elevation angle 17 of 45 °.
  • FIG. 3 shows in a schematic plan view a lighting head of the exemplary embodiment from FIG. 1 or from FIG. 2.
  • the lighting head comprises a carrier 1 1 formed as a disk, which has an opening 14 in the middle.
  • Fig. 3 shows schematically the arrangement of light sources 15, e.g. LEDs, in concentric rings. It is also conceivable that the light sources are arranged in ellipses or form free forms. Inner rings on the carrier 1 1 generate reflection light from steeper or larger elevation angles, whereas outer rings preferably produce reflection light from shallower or smaller elevation angles.
  • the light sources can be switched individually, in groups or in any combination.
  • the brightness is controlled by pulse width and pulse height, with continuous light is possible.
  • FIG. 4 shows, in a schematic plan view, the illumination head of the exemplary embodiment from FIG. 3 with an indicated side angle 18 of 135 °.
  • 5 shows a schematic sectional view of a further embodiment of a device according to the invention with a tiltable viewing beam path.
  • the image capture device 2 comprises a tube 3, wherein the tube 3 and thus the viewing beam path can be made oblique via an outer joint 16.
  • the tube 3 can be variably adjusted and fixed between a vertical position for perpendicular scanning and an oblique position for oblique scanning of the object.
  • existing structures of the sub-area 7 are imaged the same size at different distances, for example, in greater or smaller distance.
  • the structures of the object 5 to be scanned are imaged with the same size and sharpness.
  • the partial region 7 to be scanned becomes larger in comparison to a vertical scan.
  • the generated scanning spot becomes asymmetrical. If the scanning spot is not to be distorted again, it is necessary to increase the asymmetrical size on the image side until the useful field is reproduced true to scale. The necessary magnification is calculated from angle and angle function.
  • the scanned portions scan seamlessly together to create the overall image. The entire surface of a lateral layer remains undistorted. If, for example, a round coin is placed flat on a scanning surface, it will still be displayed as a round circle. The height of the vertical edge is e.g. doubled and the engraving on the surface is significantly stretched in height and appears much more plastic by distortion of the geometry.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. plastischem Effekt, umfassend eine Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung von zweidimensionalen Bildinformationen durch Abtasten des Gegenstands über einen betrachtenden Strahlengang und eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Gegenstands über einen beleuchtenden Strahlengang, wobei die Bilderfassungseinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart gekoppelt sind, dass der betrachtende Strahlengang und der beleuchtende Strahlengang synchron über den Gegenstand bewegt werden, wobei die Bilderfassungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, nacheinander einen Teilbereich des Gegenstands abtastet, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor mit einer, vorzugsweise diffus, reflektierenden Reflexionsfläche aufweist, und wobei die Reflexionsfläche derart angeordnet ist, dass der Teilbereich bei der Abtastung durch die mit Licht angestrahlte Reflexionsfläche indirekt beleuchtet wird. Des Weiteren ist ein entsprechendes Verfahren angegeben.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERZEUGEN VON BILDINFORMATIONEN AUS EINEM ZU ERFASSENDEN
GEGENSTAND
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. mit plastischem Effekt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. mit plastischem Effekt.
Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in unterschiedlichsten Ausführungsformen und Ausprägungen. So wird beispielsweise im Dekorbereich versucht, durch zweidimensionale Scan-Fotografie möglichst naturgetreu Formen und Oberflächenstrukturen abzubilden, wobei man die bei entsprechender Beleuchtung der Strukturen entstehende Schattenbildung ausnutzt, um einen dreidimensionalen Eindruck der Oberflächenstruktur im Rahmen der zweidimensionalen Abbildung zu vermitteln. Die Erfassung von Oberflächenstrukturen nach dieser Methode ist jedoch äußerst schwierig und aufwendig. Insbesondere gestaltet es sich problematisch den Gegenstand insgesamt so auszuleuchten bzw. so zu beleuchten, dass über die ganze Oberfläche des zu scannenden Gegenstandes eine möglichst ideale und plastische Beleuchtung realisierbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sich ein Original-Gegenstand möglichst realitätsgetreu nachbilden lässt, und zwar mit einer zweidimensionalen Abbildung mit 3D- Anmutung bzw. mit plastischem Effekt, wobei die zweidimensionalen Bildinformationen mit einfachen konstruktiven Mitteln auf effiziente Weise erzeugbar sind.
Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patent- anspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand angegeben, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. mit plastischem Effekt, wobei die Vorrichtung eine Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung von zweidimensionalen Bildinformationen durch Abtasten des Gegen- Stands über einen betrachtenden Strahlengang und eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Gegenstands über einen beleuchtenden Strahlengang um- fasst, wobei die Bilderfassungseinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart gekoppelt sind, dass der betrachtende Strahlengang und der beleuchtende Strahlengang synchron über den Gegenstand bewegt werden, wobei die Bilder- fassungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, nacheinander einen Teilbereich des Gegenstands abtastet, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor mit einer, vorzugsweise im Wesentlichen diffus, reflektierenden Reflexionsfläche aufweist, und wobei die Reflexionsfläche derart angeordnet ist, dass der Teilbereich bei der Abtastung durch die mit Licht angestrahlte Reflexionsfläche indirekt beleuchtet wird.
Die voranstehende Aufgabe ist des Weiteren durch die Merkmale des Patentanspruchs 20 gelöst. Danach ist ein Verfahren zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand angegeben, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit SD- Anmutung bzw. mit plastischem Effekt, wobei zur Abtastung des Gegenstands ein betrachtender Strahlengang einer Bilderfassungseinrichtung und ein beleuchtender Strahlengang einer Beleuchtungseinrichtung synchron über den Gegenstand bewegt werden, wobei die Bilderfassungseinrichtung, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, nacheinander einen Teilbereich des Gegenstands abtastet, wobei die abgetasteten Teilbereiche zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor mit einer, vorzugsweise im Wesentlichen diffus, reflektierenden Reflexionsfläche umfasst, und wobei der Teilbereich bei der Abtastung durch die mit Licht angestrahlte Reflexionsfläche indirekt beleuchtet wird.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass es für die Erzeugung von Bildinformationen mit möglichst hoher Plastizität von ganz besonderem Vorteil ist, wenn eine möglichst einheitliche Beleuchtung über die gesamte Oberfläche des zu scannenden Gegenstands realisierbar ist. Dazu sind eine Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung von zweidimensionalen Bildinformationen und eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Gegenstands vorgesehen. Erfindungsgemäß sind die Bilderfassungseinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart miteinander gekoppelt, dass der betrachtende Strahlengang zum Abtasten des Gegenstands und der beleuchtende Strahlengang zum Beleuchten des Gegenstands synchron und damit gemeinsam und gleichlaufend, insbesondere unter Beibehaltung der Ausrichtung der Strahlengänge, über den Gegenstand bewegt werden. Dabei ist die Bilderfassungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie über den betrachtenden Strahlengang nacheinander einen Teilbereich des Gegenstands, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, abtastet. D.h. die Bilderfassungseinrichtung tastet sukzessive jeweils einen anderen bzw. einen weiteren Teilbereich des Gegenstands ab. Die einzelnen abgetasteten bzw. gescannten Teilbereiche können zu einem Gesamtscan und damit zu einer zweidimensionalen Abbildung als Gesamtbild des zu erfassenden Gegenstands zusammengesetzt werden.
Somit kann beim Scannen des Gegenstands jeder Teilbereich hinsichtlich der Beleuchtung und hinsichtlich der Betrachtung völlig gleich behandelt werden, da die Verteilung der Lichtintensität einmal für den abzutastenden Teilbereich einstellbar ist und anschließend durch die synchrone Kopplung des betrachtenden Strahlengangs und des beleuchtenden Strahlengangs für die komplette Abtastung des Gegenstandes beibehalten wird.
Des Weiteren weist die Beleuchtungseinrichtung erfindungsgemäß einen Reflektor mit einer vorzugsweise diffus reflektierenden Reflexionsfläche auf, wobei die Reflexionsfläche derart angeordnet ist, dass die Reflexionsfläche, die mit Licht angestrahlt wird, den jeweils abzutastenden Teilbereich indirekt beleuchtet. Durch die indirekte Beleuchtung des abzutastenden Teilbereichs mittels angestrahlter im Wesentlichen diffus reflektierender Reflexionsfläche sind diskrete Lichtquellen auf der Oberfläche spiegelnder Gegenstände nicht erkennbar. Zum Beispiel wird man bei Beleuchtung von stark spiegelndem Goldschmuck keine einzelnen Lichtquellen sehen, sondern lediglich eine diffus reflektierende Wand. Des Weiteren sei angemerkt, dass in diesem Zusammenhang unter diffus absolut diffus oder mit schwach ausgeprägter Keule zu verstehen ist.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, wonach mit einfachen konstruktiven Mitteln auf effiziente Weise eine zweidimensionale Abbildung des Original-Gegenstands erzeugbar ist, wobei die Abbildung eine hohe Plastizität, d.h. eine 3D-Anmutung, aufweist.
Mit dem Begriff Gegenstand ist in diesem Zusammenhang ein allgemeines geometrisches dreidimensionales Gebilde zu verstehen. Ein Gegenstand kann hier eine oder mehre Oberflächen, einen oder mehrere Körper und/oder einen Raum bezeichnen. Wesentlich ist lediglich, dass ein Gegenstand durch Oberflächen begrenzt ist, die abtastbar sind. Diese Oberflächen können eben, gekrümmt, strukturiert, opak, transparent oder in sonstiger Art und Weise ausgestaltet sein.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter einem abzutastenden Teilbereich des Gegenstands eine abzutastende Teiloberfläche des Gegenstands verstanden werden kann oder umfasst sein kann, wobei die Teiloberfläche beispielsweise aufgrund ihrer Krümmung oder Strukturierung eine räumliche bzw. dreidimensionale Ausdehnung/Ausgestaltung aufweisen kann.
In vorteilhafterweise kann zumindest ein Teil der Bilderfassungseinrichtung und/oder des betrachtenden Strahlengangs der Bilderfassungseinrichtung, vorzugsweise zentral bzw. mittig, innerhalb des Reflektors angeordnet sein. Somit könnte der abzutastende Teilbereich des Gegenstands auf allen Seiten rundherum beleuchtet werden. In weiter vorteilhafter Weise kann der betrachtende Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung neigbar oder geneigt zur Gegenstandsebene ausgebildet sein. Somit ermöglicht der betrachtende Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung eine Schrägabtastung des Gegenstands. Dabei ist es denkbar, dass zumindest ein Teil der Bilderfassungseinrichtung derart innerhalb des Reflektors angeordnet oder ausgerichtet werden kann, dass die einzelnen abzutastenden Teilbereiche des Gegenstands mittels Schrägabtastung gescannt werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann konkret derart ausgestaltet sein, dass der betrachtende Strahlengang von einer senkrechten Ausrichtung zur Gegen- standsebene zu einer schrägen Ausrichtung neigbar und fixierbar ist. In vorteilhafter Weise bleibt dabei der betrachtende Strahlengang senkrecht zur Scanrichtung der Vorrichtung bzw. der Bilderfassungseinrichtung. Somit kann durch das schräge Abtasten der einzelnen Teilbereiche des Gegenstands die laterale Sensorfläche eines Abtastsensors zur Messung der Höhe bzw. zur Messung von Höheninformationen mitbenutzt werden. Damit kann auf vorteilhafte Weise ein zu scannender Gegenstand in der Höhe gestreckt werden und erscheint durch die Verzerrung der Geometrie in der zweidimensionalen Abbildung erheblich plastischer als bei einer senkrechten Abtastung. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Reflektor die Bilderfassungseinrichtung und/oder den betrachtenden Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung zumindest teilweise umgibt bzw. umschließt. Somit ist eine besonders variable und umfassende Beleuchtung bzw. Ausleuchtung des abzutastenden Teilbereichs möglich.
In ganz besonders vorteilhafter Weise kann die Reflexionsfläche des Reflektors im dreidimensionalen Schnitt in Richtung des abzutastenden Teilbereichs des zu erfassenden Gegenstands eine im Wesentlichen konvexe Krümmung aufweisen. Somit kann durch Bestrahlung der Reflexionsfläche mit Licht, vorzugsweise mittels unterhalb der Reflexionsfläche angeordneten Lichtquellen, eine besonders geeignete Verteilung der Lichtintensität, die auf den abzutastenden Teilbereich gelenkt wird, erreicht werden. Die konvexe Krümmung der Reflexionsfläche schert auf der Reflexionsfläche auftreffende Lichtstrahlen nach oben hin weg. Auf der Reflexionsfläche nach unten hin leuchten die von den vorgesehenen Lichtquellen ausgehenden Raumwinkel, bedingt durch die konvexe Krümmung, immer kleiner werdende Flächen auf der Reflexionsfläche aus, wodurch die Reflexionsfläche zunehmend heller wird, um irgendwann die höchste Lichtintensität auf der Reflexionsfläche zu erreichen. Danach müssen die Raumwinkel wieder größere Flächen auf der Reflexionsfläche ausleuchten, so dass die Reflexionsfläche wieder dunkler wird.
In weiter vorteilhafter Weise kann die Krümmung der Reflexionsfläche zumindest teilweise kreisförmig, elliptisch und/oder gerade ausgebildet sein. Somit kann abhängig von der gewählten Krümmung der Reflexionsfläche beeinflusst werden, mit welcher Intensität und aus welchem Höhenwinkel, zum Beispiel mehr steil oder mehr flach, die Lichtstrahlen des beleuchtenden Strahlengangs nach ihrer Ablenkung durch die Reflexionsfläche auf den abzutastenden Teilbereich treffen sollen. Die Schnittform des Reflektors bestimmt damit wesentlich die Beleuchtung des Teilbereichs als Funktion des Höhenwinkels aus Richtung des Teilbereichs betrachtet.
Im Hinblick auf eine geeignete Beleuchtung des Gegenstands, beispielsweise eine Beleuchtung, die gezielt auf eine strukturelle Beschaffenheit der Oberfläche des zu scannenden Gegenstands ausgerichtet ist, kann der Reflektor derart ausgestaltet sein, dass die Querschnittsfläche des Reflektors kreisförmig, elliptisch oder gerade extrudiert ist. So kann für eine strenge und klare Linienmaserung eines Holzes eine gerade Form des Reflektors, d.h. die Querschnittsfläche des Reflektors ist gerade extrudiert, besonders geeignet zur Bilderzeugung sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Reflektor in Form eines eine Rotationsfläche aufweisenden Rotationskörpers ausgestaltet sein, wobei die Reflexionsfläche des Reflektors als Begrenzung der Rotationsfläche in Richtung des abzutastenden Teilbereichs bzw. in Richtung des zu erfassenden Gegenstands eine im Wesentlichen konvexe Krümmung aufweist. Somit ist der Reflektor eine Art Kuppel die eine flexible und vielseitige Beleuchtung ermöglicht, ggf. rundherum um den abzutastenden Teilbereich. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Rotationskörpers kann in vorteilhafter Weise bei einer senkrechten Ausrichtung des betrachtenden Strahlengangs zur Gegenstandsebene, d.h. bei senkrechter Abtastung des Gegenstands, die optische Achse der Bilderfassungseinrichtung die Rotationsachse des Rotationskörpers bilden.
Zur Lichterzeugung für den beleuchtenden Strahlengang kann die Beleuchtungseinrichtung einen Beleuchtungskopf mit einer oder mehreren Lichtquellen umfassen, wobei die Lichtquellen im Wesentlichen in Richtung der Reflexionsfläche abstrahlen, so dass die Reflexionsfläche das von den Lichtquellen emittierte Licht auf den zu scannenden Gegenstand bzw. auf den abzutastenden Teilbereich des zu erfassenden Gegenstands umlenken. Zum Beispiel eigenen sich LEDs (light emitting diodes) als Lichtquellen zum Anstrahlen der Reflexionsfläche.
In vorteilhafter Weise kann der Beleuchtungskopf einen Träger für die Anordnung der Lichtquellen umfassen, der vorzugsweise in Form einer Platte oder einer Scheibe ausgebildet ist, und wobei der Träger mittig derart offen ausgebildet ist, dass der abzutastende Teilbereich des Gegenstands für den betrachtenden Strahlengang und für den beleuchtenden Strahlengang, vorzugsweise durch eine entsprechende Öffnung, frei zugänglich ist.
Zur Abstrahlung des Lichts in Richtung der Reflexionsfläche des Reflektors können die Lichtquellen auf dem Träger im Wesentlichen in Form von einem oder mehreren konzentrischen Kreisen, Kreisbögen und/oder Ellipsen auf dem Träger angeordnet sein.
Hinsichtlich einer flexiblen Beleuchtung können die Lichtquellen einzeln und/oder gruppenweise schalt- und/oder steuerbar sein. Somit kann je nach Ansteuerung der Lichtquellen beeinflusst werden, aus welchen Seitenwinkeln und/oder Höhenwinkeln der abzutastende Teilbereich, insbesondere mit maximaler Lichtintensität, beleuchtet wird. In vorteilhafter Weise kann der Beleuchtungskopf unterhalb des Reflektors angeordnet sein.
Hinsichtlich einer besonders einfachen Einstellung der Beleuchtung des abzu- tastenden Teilbereichs aus einer bestimmten Richtung können der Beleuchtungskopf und/oder der Reflektor bei senkrechter Ausrichtung des betrachtenden Strahlengangs zur Gegenstandsebene des Gegenstands um die optische Achse der Bilderfassungseinrichtung drehbar sein. Somit kann der Seitenwinkel für den beleuchtenden Strahlengang - vom abzutastenden Teilbereich aus betrachtet - direkt eingestellt werden.
Im Hinblick auf einen variablen Einsatzzweck können die Beleuchtungseinrichtung, der Beleuchtungskopf und/oder der Reflektor wechselbar bzw. leicht austauschbar in der Vorrichtung installiert sein. Dabei ist es in besonderes vorteilhafter Weise denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtung, der Beleuchtungskopf und/oder der Reflektor mittels Klipp-, Rast-, Steck-, Klemm- und/oder Schraubmechanismus in der Vorrichtung fixiert oder eingesetzt wird.
In besonders vorteilhafter Weise kann über die Form der Reflexionsfläche und die Position der Licht emittierenden Lichtquellen die Helligkeitsbeleuchtung des abzutastenden Teilbereichs beeinflusst bzw. gesteuert werden.
Hinsichtlich der Abtastung des zu erfassenden Gegenstands kann die Bilderfassungseinrichtung eine Kamera, zum Beispiel eine Farbkamera, mit einem Abtastsensor umfassen. Dabei kann als Abtastsensor zum Beispiel ein Flächensensor, Zeilensensor oder Punktsensor zum Einsatz kommen. In vorteilhafter Weise kann jeder durch den Abtastsensor abgetastete Teilbereich gleichartig beleuchtet und betrachtet werden. In Bezug auf eine geeignete Bilderzeugung kann die Bilderfassungseinrichtung bzw. die Kamera eine, vorzugsweise in einem Tubus angeordnete, telezentrische Optik umfassen. Im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens können einzelne zusammenhängende Teilbereiche oder Teiloberflächen eines Gegenstands mit einer wählbaren Überlappung gescannt und beleuchtet werden. Die Teilbereiche bzw. Teiloberflächen können dabei, je nach Abtastsensor, kleine Flächen oder kleine Zeilen quer zur Scanrichtung sein, die zu einer großen Zeile zusammengefasst werden. Bei einem Flächenchip als Abtastsensor erfolgt eine Überlappung in vorteilhafter Weise in x und in y-Richtung des Scans. Bei einem Zeilenchip als Abtastsensor wird in vorteilhafter Weise nur die Gesamtfläche der kontinuierlich gescannten großen Zeile in y-Richtung überlappt.
Die Überlappung kann zum Ausgleich der Nachteile dienen, die mit der Bayermatrix einhergehen, sofern keine nicht-interpolierende Kamera verwendet wird. Ansonsten erhöht jede Überlappung den Dichteumfang des Gesamtbildes, das aus den einzelnen, flächendeckenden Teilbereichen zusammengesetzt wird.
Ein weiterer Vorteil einer Überlappung ist der Ausgleich eines grundsätzlichen Nachteils von Flächen- oder Zeilenchips als Abtastsensor. Flächige Sensorelemente sind stets nebeneinander angeordnet. Dadurch entsteht regelmäßig ein Undersampling bei der Abtastung. Setzt man den Überlappungsscan nicht genau auf die Bildpunkte des ersten Scans, sondern in die Mitte zwischen den vorherigen Bildpunkten, so wird die Vorlage vollständiger und genauer abgetastet.
Scannt man bei Verwendung eines Flächenchips ohne Überlappung, so stoßen die Abtastflächen stumpf aneinander und bilden eine durchgehende Fläche. Soll eine 50-prozentige Überlappung erreicht werden, so startet man nicht nur am Anfang und zum Ende eines abzutastenden Teilbereichs eine Abtastung, sondern zusätzlich genau in der Mitte des Teilbereichs. Die in der Mitte des Teilbereichs gestarteten Abtastflächen passen genauso nahtlos aneinander. Unter Berück- sichtigung einer halben Teilbereichslänge Vorlauf und Nachlauf am Anfang und Ende einer Abtastflächenzeile passen die erste und zweite Abtastflächenzeile genau aufeinander. Des Weiteren ist es möglich, beliebig oft zu überlappen. Startet man alle 10 Prozent der Teilbereichslänge einen neuen Teilbereichsstrang, so beträgt die Überlappung 90 Prozent. Da der Start der Nachfolgeabtastung frei wählbar einstellbar ist, entsteht somit auch eine frei wählbare Überlappung.
Hinsichtlich der Farbe des Lichtspektrums der Lichtquellen ist anzumerken, dass die Farbe Weiß aus unterschiedlichen Weißlichtquellen zusammengesetzt werden kann. LEDs haben beispielsweise meist wellenlängenabhängige Einbrüche des weißen Spektrums. Durch Mischen von LEDs, bei denen der Einbruch in anderen Bereichen des Spektrums stattfindet, können extreme Einbrüche des Gesamtspektrums vermieden werden. Um ggf. restliche Unregelmäßigkeiten zu kompensieren kann eine Profi lersoftware im Rahmen eines klassischen Color- managements verwendet werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine vereinfachte
Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 mit einem eingezeichneten Höhenwinkel, in einer schematischen Draufsicht einen Beleuchtungskopf des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 bzw. aus Fig. 2,
Fig. 4 in einer schematischen Draufsicht den Beleuchtungskopf des
Ausführungsbeispiels aus Fig. 3 mit einem eingezeichneten Seitenwinkel, und in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem neigbaren betrachtenden Strahlengang.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung 1 und einer zentral angeordneten Bildererfassungseinrichtung 2. Die Bilderfassungseinrichtung 2 umfasst einen Tubus 3 mit betrachtender telezentrischer Optik und einem Abtastsensor 4 zum Abtasten eines Gegenstands 5 mit einer Gegenstandsebene 6. Der Gegenstand 5 weist eine strukturierte Oberfläche auf. Die Bilderfassungseinrichtung 2 tastet über den Abtastsensor 4 und die betrachtende Optik nacheinander jeweils einen Teilbereich 7 des Gegenstands 5 ab. Der Gesamtscan wird aus flächendeckenden Teilbereichen zusammengesetzt, wobei starke Überlappung oder sogar mehrfache Überlappungen möglich sind.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst einen Reflektor 8 mit einer zum Gegenstand 5 bzw. zum Teilbereich 7 konvex gekrümmten und im Wesentlichen diffus reflektierenden Reflexionsfläche 9. Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Reflektor 8 ist in Form eines eine Rotationsfläche aufweisenden Rotationskörpers ausgestaltet, wobei die Reflexionsfläche 9 des Reflektors 8 als Begrenzung der Rotationsfläche in Richtung des abzutastenden Teilbereichs 7 die konvexe Krümmung aufweist. Bei senkrechter Stellung des Tubus 3 der Bilderfassungseinrichtung 2 bildet die optische Achse 10 der Bilderfassungseinrichtung 2 die Rotationsachse des Rotationskörpers bzw. des Reflektors 8.
Unterhalb der Reflexionsfläche 9 ist ein Beleuchtungskopf angeordnet, der einen als Scheibe ausgebildeten Träger 1 1 aufweist. Der Träger 1 1 weist mittig eine Öffnung auf, so dass der abzutastenden Teilbereich 7 sowohl für die betrachtende Optik, und damit für den betrachtenden Strahlengang, als auch für den beleuchtenden Strahlengang frei zugänglich ist. In Fig. 1 sind auf dem Träger 1 1 zwei exemplarische Positionen L und R einer Lichtquelle zu erkennen. Die Lichtquelle an der Position R des Trägers 1 1 ist mehr zum Rand hin positioniert. Die Lichtquelle an der Position L auf dem Träger 1 1 ist mehr zur Mitte des Trägers 1 1 orientiert.
Von beiden Lichtquellen ausgehend sind Strahlen mit gleichabständigem Raumwinkel dargestellt. Bei der Lichtquelle an der Position R auf dem Träger 1 1 ist in Fig. 1 zu erkennen, dass der obere Teil der Reflexionsfläche 9 an der Innenseite des Reflektors 8 nicht mehr ausgeleuchtet wird. Die konvexe Krümmung der Reflexionsfläche 9 des Reflektors 8 schert die Strahlen, die von der Lichtquelle an der Position R ausgehen, nach oben weg.
Auf der Reflexionsfläche 9 nach unten hin leuchten die von der Lichtquelle an der Position R ausgehenden Raumwinkel, bedingt durch die konvexe Krümmung, immer kleiner werdende Flächen auf der Reflexionsfläche 9 aus, wodurch die Reflexionsfläche 9 zunehmend heller wird, um in einem bestimmten Bereich 12 die höchste Lichtintensität auf der Reflexionsfläche 9 zu erreichen. Danach müssen die Raumwinkel wieder größere Flächen auf der Reflexionsfläche 9 ausleuchten, so dass die Reflexionsfläche 9 zum Rand hin wieder dunkler wird.
Ist die Lichtquelle mehr zur Mitte angeordnet, nämlich entsprechend der Lichtquelle an der Position L auf dem Träger 1 1 , so werden noch weiter oben liegende Flächen der Reflexionsfläche 9 des Reflektors 8 beleuchtet und das Maximum der Beleuchtungsintensität schiebt sich mehr nach oben, nämlich in einen Bereich 13. Somit kann die Beleuchtungsstruktur (Höhenwinkel und Verteilung) durch die Form des austauschbaren Reflektors 8 und durch die Position der Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen auf dem Träger 1 1 , die mehr oder weniger nach außen oder innen positioniert sind, beeinflusst und gesteuert werden.
Positionen und Verteilung der Lichtquellen auf dem Träger 1 1 in Verbindung mit der Form der reflektierenden Reflexionsfläche 9 des Reflektors 8 führen zu einer Aufhellung des abzutastenden Teilbereichs 7. Aus der Richtung des Teilbereichs 7 betrachtet gibt es einen hellsten Punkt, beispielsweise für einen Raumwinkel (Seitenwinkel 135°, Höhenwinkel 45°). Für größere oder kleinere Seiten- und Höhenwinkel nimmt die Helligkeit der Beleuchtung ab. Zeigt die Normale eines Teilbereichs bzw. einer Teiloberfläche in Richtung 135° Seitenwinkel und 45° Höhenwinkel, so wird dieser Teilbereich bzw. diese Teiloberfläche maximal aufgehellt. Oberflächen mit anderer Winkelung werden weniger aufgehellt und erscheinen dunkler. Der winkelabhängige Verlauf der Helligkeit wird somit durch die Form des Reflektors und die Anordnung der Lichtquellen und/oder deren Schaltbarkeit gesteuert.
Die massierte Einschaltung von Lichtquellen für den Raumwinkel (Seitenwinkel 135°, Höhenwinkel 45°) - aus Richtung des Teilbereichs 7 betrachtet - führt bei- spielsweise zu klassischer plastischer Beleuchtung aus einer Richtung mit passendem Verlauf der Abnahme von Helligkeit zu anderen Winkeln.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine vereinfachte Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 mit einem eingezeichneten Höhenwinkel 17 von 45° im Verhältnis zur optischen Achse 10 der Bilderfassungseinrichtung 2. Der Schnittpunkt der optischen Achse 10 der Bilderfassungseinrichtung 2 mit der Gegenstandsebene 6 des Gegenstands 5 im abzutastenden Teilbereich 7 bildet den Scheitelpunkt des Höhenwinkels 17 von 45°.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Beleuchtungskopf des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 bzw. aus Fig. 2. Der Beleuchtungskopf umfasst einen als Scheibe ausgebildeten Träger 1 1 , der in der Mitte eine Öffnung 14 aufweist. Des Weiteren zeigt Fig. 3 schematisch die Anordnung von Lichtquellen 15, z.B. LEDs, in konzentrischen Ringen. Dabei ist es auch denkbar, dass die Lichtquellen in Ellipsen angeordnet sind oder freie Formen bilden. Innere Ringe auf dem Träger 1 1 erzeugen Reflexionslicht aus steileren bzw. größeren Höhenwinkeln, äußere Ringe hingegen erzeugen bevorzugt Reflexionslicht aus flacheren bzw. kleineren Höhenwinkeln. Die Lichtquellen können einzeln, in Gruppen oder in beliebigen Kombinationen geschaltet werden. Die Helligkeit wird dabei gesteuert durch Pulsbreite und Pulshöhe, wobei auch Dauerlicht möglich ist.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Draufsicht den Beleuchtungskopf des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3 mit einem eingezeichneten Seitenwinkel 18 von 135°. Fig. 5 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem neigbaren betrachtenden Strahlengang. Die Bilderfassungseinrichtung 2 umfasst einen Tubus 3, wobei der Tubus 3 und damit der betrachtende Strahlengang über ein Außengelenk 16 schräg gestellt werden kann. Somit kann der Tubus 3 zwischen einer senkrechten Stellung zur senkrechten Abtastung und einer schrägen Stellung zur schrägen Abtastung des Gegenstands variabel eingestellt und fixiert werden. Durch den Einsatz einer telezentrischen Optik werden in unterschiedlicher Entfernung, beispielsweise in größerer oder in kleinerer Entfernung, vorhandene Strukturen des Teilbereichs 7 gleich groß abgebildet. Somit werden bei der sukzessiven Abtastung des Gegenstands 5 die Strukturen des abzutastenden Gegenstands 5 mit gleicher Größe und Schärfe abgebildet.
Im Bereich des Teilbereichs 7 ist zu erkennen, dass durch die Winkelstellung in der Schnittebene der abzutastende Teilbereich 7 größer wird im Vergleich zu einer senkrechten Abtastung. Somit wird der erzeugte Abtastfleck asymmetrisch. Soll der Abtastfleck wieder nicht verzerrt sein, so muss man auf der Bildseite so stark asymmetrisch vergrößern, bis das Nutzfeld wieder maßstabsgetreu abgebildet wird. Die notwendige Vergrößerung wird aus Winkel und mit Winkelfunktion berechnet. Die mittels Schrägabtastung gescannten Teilbereiche passen nahtlos aneinander zur Erzeugung des Gesamtbilds. Die gesamte Fläche einer lateralen Schicht bleibt unverzerrt. Wird zum Beispiel eine runde Münze flach auf eine Scanfläche gelegt, so wird sie nach wie vor, rund wie ein Kreis abgebildet. Die Höhe des senkrechten Randes wird z.B. verdoppelt und die Gravur auf der Oberfläche wird in der Höhe deutlich gestreckt und erscheint durch Verzerrung der Geometrie erheblich plastischer.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vor- richtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
1 Beleuchtungseinrichtung
2 Bildererfassungseinrichtung
3 Tubus
4 Abtastsensor
5 Gegenstand
6 Gegenstandsebene
7 Teilbereich
8 Reflektor
9 Reflexionsfläche
10 Optische Achse
11 Träger
12 Bereich höchster Lichtintensität
13 Bereich höchster Lichtintensität
14 Öffnung
15 Lichtquelle
16 Außengelenk
17 Höhenwinkel
18 Seitenwinkel
L Position L einer Lichtquelle
R Position R einer Lichtquelle

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des
Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. mit plastischem Effekt, umfassend
eine Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung von zweidimensionalen Bildinformationen durch Abtasten des Gegenstands über einen betrachtenden Strahlengang und
eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Gegenstands über einen beleuchtenden Strahlengang,
wobei die Bilderfassungseinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung derart gekoppelt sind, dass der betrachtende Strahlengang und der beleuchtende
Strahlengang synchron über den Gegenstand bewegt werden,
wobei die Bilderfassungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, nacheinander einen Teilbereich des
Gegenstands abtastet,
wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor mit einer, vorzugsweise diffus, reflektierenden Reflexionsfläche aufweist, und
wobei die Reflexionsfläche derart angeordnet ist, dass der Teilbereich bei der Abtastung durch die mit Licht angestrahlte Reflexionsfläche indirekt beleuchtet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung und/oder der betrachtende Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Reflektors angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der betrachtende Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung neigbar oder geneigt zur Gegenstandsebene ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor die Bilderfassungseinrichtung und/oder den betrachtenden Strahlengang der Bilderfassungseinrichtung zumindest teilweise umgibt bzw. umschließt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche in Richtung des abzutastenden Teilbereichs eine im
Wesentlichen konvexe Krümmung aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Reflexionsfläche zumindest teilweise kreisförmig, elliptisch und/oder gerade ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor derart ausgestaltet ist, dass die Querschnittsfläche des Reflektors kreisförmig, elliptisch oder gerade extrudiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor in Form eines eine Rotationsfläche aufweisenden Rotationskörper ausgestaltet ist, wobei die Reflexionsfläche des Reflektors als Begrenzung der Rotationsfläche in Richtung des abzutastenden Teilbereichs eine/die im Wesentlichen konvexe Krümmung aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse der Bilderfassungseinrichtung, insbesondere bei senkrechter Ausrichtung des betrachtenden Strahlengangs zur Gegenstandsebene, die Rotationsachse des Rotationskörpers bildet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung einen Beleuchtungskopf mit einer oder mehreren Lichtquellen, insbesondere LEDs, umfasst, wobei die Lichtquellen im Wesentlichen in Richtung der Reflexionsfläche abstrahlen.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf einen Träger für die Anordnung der Lichtquellen umfasst, der vorzugsweise in Form einer Platte oder einer Scheibe ausgebildet ist, wobei der Träger mittig derart offen ausgebildet ist, dass der abzutastende Teilbereich für den betrachtenden Strahlengang und für den beleuchtenden Strahlengang zugänglich ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf dem Träger im Wesentlichen in Form von einem oder mehreren konzentrischen Kreisen, Kreisbögen und/oder Ellipsen auf dem Träger angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen einzeln und/oder gruppenweise schalt- und/oder steuerbar sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf unterhalb des Reflektors angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf und/oder der Reflektor um die optische Achse der Bilderfassungseinrichtung, insbesondere bei senkrechter Ausrichtung des be- trachtenden Strahlengangs zur Gegenstandsebene, drehbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung, der Beleuchtungskopf und/oder der Reflektor, vorzugsweise mittels Klipp-, Rast-, Steck-, Klemm- und/oder Schraubmechanismus, wechselbar in der Vorrichtung installiert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass über die Form der Reflexionsfläche und die Position der Lichtquellen die Helligkeitsbeleuchtung des abzutastenden Teilbereichs gesteuert wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung eine Kamera, insbesondere eine Farbkamera, mit einem Abtastsensor umfasst, wobei der Abtastsensor als Flächensensor, Zeilensensor oder Punktsensor ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung bzw. die Kamera eine, vorzugsweise in einem Tubus angeordnete, telezentrische Optik umfasst.
20. Verfahren zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, insbesondere zum zweidimensionalen Nachbilden des Gegenstands mit 3D-Anmutung bzw. mit plastischem Effekt,
wobei zur Abtastung des Gegenstands ein betrachtender Strahlengang einer Bilderfassungseinrichtung und ein beleuchtender Strahlengang einer Beleuchtungseinrichtung synchron über den Gegenstand bewegt werden,
wobei die Bilderfassungseinrichtung, vorzugsweise mit vorgebbarer Überlappung, nacheinander einen Teilbereich des Gegenstands abtastet,
wobei die abgetasteten Teilbereiche zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden,
wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor mit einer, vorzugsweise diffus, reflektierenden Reflexionsfläche umfasst, und
wobei der Teilbereich bei der Abtastung durch die mit Licht angestrahlte Reflexionsfläche indirekt beleuchtet wird.
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