DE19749435A1 - Optical measurement apparatus for three-dimensional measurement of object - Google Patents
Optical measurement apparatus for three-dimensional measurement of objectInfo
- Publication number
- DE19749435A1 DE19749435A1 DE1997149435 DE19749435A DE19749435A1 DE 19749435 A1 DE19749435 A1 DE 19749435A1 DE 1997149435 DE1997149435 DE 1997149435 DE 19749435 A DE19749435 A DE 19749435A DE 19749435 A1 DE19749435 A1 DE 19749435A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- projection
- light
- projected
- grid
- grids
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N N-[2-(1H-indol-3-yl)ethyl]-N-methylprop-2-en-1-amine Chemical compound CN(CCC1=CNC2=C1C=CC=C2)CC=C GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000030538 Thecla Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000008672 reprogramming Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen, flächenhaften, optischen Vermessung von Objekten. Es gibt mittlerweile eine Reihe von optischen Meßverfahren, die durch Projektion von Streifenmustern, welche mit einer Videokamera aufgezeichnet werden, die flächenhafte Berechnung von dreidimensionalen Konturdaten ermöglichen.The invention relates to a device for three-dimensional, areal, optical Measurement of objects. There are now a number of optical measurement methods by projecting stripe patterns recorded with a video camera that enable areal calculation of three-dimensional contour data.
Zur Berechnung der dreidimensionalen Gestalt eines Objektes wird hierbei ein digitales Bildverarbeitungssystem verwendet, das aus einem oder mehreren Kamerabildern die ge wünschten Ergebnisdaten berechnet.To calculate the three-dimensional shape of an object, a digital one is used Image processing system used, the ge from one or more camera images desired result data is calculated.
Die Erzeugung von eindeutig unterscheidbaren Lichtschnitten oder Projektionsstrahlen erfordert eine Lichtcodesequenz, die aus mehreren Linienmustern besteht. Die erforderli che Anzahl der zu projizierenden Linienmuster hängt im allgemeinen von der verwende ten Kodierung und der geforderten Auflösung des Meßsystems ab, also wie viele Licht schnittebenen oder Projektionsstrahlen im Projektionskegel der Projektionseinrichtung unterschieden werden können.The generation of clearly distinguishable light sections or projection beams requires a light code sequence consisting of several line patterns. The required The number of line patterns to be projected generally depends on the use th coding and the required resolution of the measuring system, i.e. how many light cutting planes or projection beams in the projection cone of the projection device can be distinguished.
Die bekanntesten Verfahren zur Erzeugung eines Lichtcodes sind das Phasenshiftverfah ren und das Verfahren des kodierten Lichtansatzes (CLA-Verfahren). Ferner wird in der Patentschrift DE 41 20 115 C2 das kombinierte CLA-Phasenshiftverfahren beschrieben, das die Vorteile des Phasenshiftverfahrens, nämlich die hohe Tiefenauflösung, mit den Vorteilen des Verfahrens nach dem kodierten Lichtansatz kombiniert, so daß absolute Tiefendaten mit hoher Auflösung gewonnen werden können. Bei diesem Verfahren ist die Anzahl der zu projizierenden Linienmuster gleich der Summe aus der Anzahl der zum CLA-Verfahren gehörenden Linienmuster zuzüglich der zum Phasenshiftverfahren gehö renden Linienmuster. Bei Verwendung eines Projektionsgitters mit 1024 Linien ergibt dies z. B. eine Sequenz von 15 zu projizierenden Linienmustern (2 Referenzbilder + 9 Graycodebilder + 4 Phasenshiftbilder). Die unterschiedlichen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Linienmuster werden dabei typischerweise mit einem programmierbarem LCD-Paneel oder einem mechanisch verstellbaren Liniengittern erzeugt.The best known methods for generating a light code are the phase shift method ren and the procedure of the coded light approach (CLA procedure). Furthermore, in the Patent DE 41 20 115 C2 describes the combined CLA phase shift process, that the advantages of the phase shift method, namely the high depth resolution, with the Advantages of the method combined after the coded light approach, so that absolute Depth data with high resolution can be obtained. In this procedure, the Number of line patterns to be projected equal to the sum of the number of to Line patterns belonging to the CLA method plus those belonging to the phase shift method line patterns. When using a projection grid with 1024 lines this z. B. a sequence of 15 line patterns to be projected (2 reference images + 9 Gray code images + 4 phase shift images). The different to a light code sequence associated line patterns are typically used with a programmable LCD panel or a mechanically adjustable line grid generated.
Ein weiteres in der Patentanmeldung AZ 197 38 179.0-52 beschriebenes Verfahren zeigt eine Alternative zum kombinierten CLA-Phasenshiftverfahren auf. Hierbei erfolgt die Gewinnung hochaufgelöster Tiefendaten nicht durch das Phasenshiftverfahren sondern durch ein neuartiges Verfahren, welches neben den Tiefendaten gleichzeitig das für die Binarisierung der Graycodebilder erforderliche dynamische Schwellwertbild liefert. Hier durch verkürzt sich die Sequenz um 2 Bilder, so daß sich für obiges Beispiel die Anzahl der zu projizierenden Linienmuster auf 13 verringert.Another method described in patent application AZ 197 38 179.0-52 shows an alternative to the combined CLA phase shift method. This is where the Obtaining high-resolution depth data not by the phase shift method but by through a new method, which, in addition to the depth data, is also used for the Binarization of the gray code images provides the required dynamic threshold image. Here This shortens the sequence by 2 pictures, so that for the above example the number reduced the line pattern to be projected to 13.
Während der gesamten Abspieldauer der Lichtcodesequenz muß das zu vermessende Objekt oder die zu vermessende Szenerie in absoluter Ruhe verharren, da sonst die Li nienmuster in den aufgenommenen Kamerabildern nicht korrelieren. Die genannten Ver fahren sind daher nicht für die Messung an bewegten Objekten geeignet. Dies muß als ein prinzipbedingter Nachteil in Kauf genommen werden.During the entire playing time of the light code sequence the thing to be measured has to be measured Object or the scene to be measured remain in absolute calm, otherwise the li Do not correlate the line pattern in the recorded camera images. The above ver Driving is therefore not suitable for measurements on moving objects. This must be considered a principle-related disadvantage to be accepted.
Zur Vermeidung dieses Nachteil, ist ein Verfahren (sh. Patentschrift EP 0 419 936) ent
wickelt worden, welches unter der Bezeichnung "direkte Phasenmessung" oder
"räumliches Phasenshiftverfahren" bekannt ist. Dieses Verfahren benötigt nur noch eine
Gitterprojektion bzw. ein Kamerabild um 2π modulierte Tiefendaten zu berechnen. Der
hierdurch gewonnenen Echtzeitfähigkeit stehen jedoch neben der Tatsache, daß nur 2π
modulierte und nicht absolute Tiefendaten gewonnen werden können, weitere gravie
rende Nachteile gegenüber:
Bei der Durchführung des Phasenshifts wird vorausgesetzt, daß die Periodenlänge im
Streifenbild einer konstanten Anzahl von Pixeln entspricht. Ferner wird vorausgesetzt,
daß die Hintergrundintensität benachbarter Pixel identisch ist. Beide Voraussetzungen
werden jedoch bei der Vermessung realer Objekte nur in grober Näherung erfüllt. Dies
resultiert in relativ großen Phasenfehlern im Ergebnis. Deshalb ist dieses Verfahren für
exakte Messungen ungeeignet.To avoid this disadvantage, a method (see patent specification EP 0 419 936) has been developed, which is known under the name "direct phase measurement" or "spatial phase shift method". This method only requires a grid projection or a camera image to calculate 2π modulated depth data. However, the real-time capability gained in this way is offset by the fact that only 2π modulated and not absolute depth data can be obtained, but there are further serious disadvantages:
When performing the phase shift, it is assumed that the period length in the stripe image corresponds to a constant number of pixels. It is also assumed that the background intensity of neighboring pixels is identical. However, both requirements are only roughly met when measuring real objects. This results in relatively large phase errors in the result. This method is therefore unsuitable for exact measurements.
In vielen Anwendungsfällen, z. B. bei der Vermessung von Gesichtern, Rückenpartien, usw. an lebenden, aber in Ruhe verharrenden Personen oder der Vermessung nicht völlig starrer Objekte, kann die Verwendung einer längeren Lichtcodesequenz akzeptiert wer den, falls die gesamte zum Abspielen und Aufnehmen einer Lichtcodesequenz benötigte Zeit hinreichend kurz ist, also z. B. nur Bruchteile einer Sekunde beträgt, und dafür abso lute und genaue Tiefendaten gewonnen werden können.In many applications, e.g. B. when measuring faces, back areas, etc. not fully on living people who remain at rest or on surveying rigid objects, the use of a longer light code sequence can be accepted if the entire needed to play and record a light code sequence Time is short enough, e.g. B. is only a fraction of a second, and absolutely lute and accurate depth data can be obtained.
Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß einem schnellen Abspielen der Lichtcodesequenz durch das notwendige Umprogrammieren oder Verstellen des Projektionsgitters Grenzen gesetzt sind. Während durch den Einsatz von schnellen Videokameras, z. B. mit frequenzverdoppeltem CCD-Chip, die Aufnahme einer 13 Bilder langen Lichtcodesequenz in 0,26 s problemlos möglich ist, kann ein LCD-Pro jektor mit der Projektion der unterschiedlichen Lichtmuster hier nicht Schritt halten.The invention specified in claim 1 is based on the problem that one fast playback of the light code sequence through the necessary reprogramming or Adjusting the projection grid limits are set. While through the use of fast video cameras, e.g. B. with frequency-doubled CCD chip, the inclusion of a An LCD-Pro can easily create 13-picture light code sequences in 0.26 s do not keep up with the projection of the different light patterns here.
Die Einstellzeit des Projektionsgitters liegt meistens beträchtlich über der Zeit, die zwi schen zwei Kamerabildern hierfür zur Verfügung stünde. Der japanische Hersteller SONY gibt beispielsweise als Antwortzeit des TFT Panels Typ LCX012AL bei 25°C für das Ausschalten eines Punktes 27 ms an. In dieser Zeit steigt die relative Lichtdurchlässig keit von 0% auf 90% an, die Abweichung vom Sollwert beträgt nach 27 ms also noch 10%. Für den inversen Schaltvorgang werden 11 ms angegeben. In dieser Zeit sinkt die relative Lichtdurchlässigkeit von 100% auf 10%. Zuzüglich der Zeit, die zum Program mieren der LCD-Treibereinheit, also z. B. einer Grafikkarte, erforderlich ist, beträgt die Einstellzeit für das Projektionsgitter somit mindestens 30-35 ms. Wird eine Belichtung bei noch nicht voll erreichtem Endwert durchgeführt, so ist der Streifenkontrast und damit das Signal/Rausch-Verhältnis dementsprechend schlechter. Ferner ändert sich dann die Lichtdurchlässigkeit der LCD Elemente noch während der Belichtungszeit der Kamera und zwar in Abhängigkeit von der vorhergehenden Einstellung. Dies führt insbesondere bei Verwendung des Phasenshiftverfahrens zu beträchtlichen Fehlern, da dann an den einzelnen Bildpunkten die Amplitude der sinusförmigen Intensitätsmodulation entgegen den Anforderungen des Phasenshiftverfahrens nicht konstant ist.The setting time of the projection grid is usually considerably longer than the time between two camera images would be available for this. The Japanese manufacturer For example, SONY indicates the response time of the TFT panel type LCX012AL at 25 ° C switching off a point on 27 ms. During this time, the relative light transmission increases speed from 0% to 90%, the deviation from the setpoint is still after 27 ms 10%. 11 ms are specified for the inverse switching process. During this time it sinks relative light transmission from 100% to 10%. Plus the time spent on the program mieren the LCD driver unit, so z. B. a graphics card, is required Response time for the projection grid is at least 30-35 ms. Will an exposure The final contrast has not yet been fully achieved, and so is the strip contrast the signal-to-noise ratio is accordingly worse. The then also changes Translucency of the LCD elements during the exposure time of the camera depending on the previous setting. This leads in particular considerable errors when using the phase shift method, because then at the individual pixels counter the amplitude of the sinusoidal intensity modulation the requirements of the phase shift process is not constant.
Noch ungünstiger sind die Verhältnisse, wenn das Gitter mechanisch bewegt wird. Die Fa. ABW (Automatisierung Bildverarbeitung Dr. Wolf, Gutenbergstr. 9, D-72636 Frickenhausen) gibt beispielsweise für den "Miniatur Linien- und Musterprojektor nach Malz" eine Schaltzeit von ca. 120 ms an. Die Aufnahme eines Linienmusters bei nicht völ lig geschaltetem Projektionsgitter ist hierbei völlig ausgeschlossen.The situation is even more unfavorable when the grille is moved mechanically. The ABW (automation of image processing Dr. Wolf, Gutenbergstrasse 9, D-72636 Frickenhausen) gives way for example for the "miniature line and sample projector Malt "a switching time of about 120 ms. The recording of a line pattern when not full projection grid is completely excluded.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur dreidimensionalen, flächenhaften, optischen Vermessung von Objekten mittels projizierter Lichtmuster anzugeben, die die schnelle Projektion der unterschiedlichen, zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Licht muster ermöglicht und so die Aufnahmezeit der Meßbildsequenz verkürzt.The object of the invention is to provide a device for three-dimensional, areal, optical measurement of objects using projected light patterns to indicate the rapid projection of the different light belonging to a light code sequence enables pattern and thus shortens the recording time of the measurement image sequence.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführte Vorrichtung gelöst. Vor teilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the device listed in claim 1. Before partial further developments are specified in the respective subclaims.
Die Aufgabe der Projektionseinrichtung, die unterschiedlichen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster auf einer optischen Projektionsachse zu projizieren, wird erfin dungsgemäß gleichmäßig auf zwei oder mehrere Projektionsgitter aufgeteilt. Die Pro jektionsgitter werden erfindungsgemäß entweder deckungsgleich oder entsprechend den Erfordernissen der verwendeten Lichtcodesequenz aufeinanderjustiert in der Bildebene der Projektionseinrichtung abgebildet. Werden beispielsweise zur Erzeugung eindeutig unterscheidbarer Projektionsstrahlen zwei in der Projektionsebene aufeinander senkrecht stehende Linienmuster verwendet, so werden zweckmäßigerweise die Linien des einen Projektionsgitters senkrecht zu denen des zweiten Projektionsgitters ausgerichtet.The task of the projection device, the different to a light code sequence Projecting associated light patterns on an optical projection axis is invented appropriately divided over two or more projection grids. The pro According to the invention, the injection grids are either congruent or in accordance with the Requirements of the light code sequence used are aligned with one another in the image plane of the projection device. For example, become unique for generation distinguishable projection beams two perpendicular to each other in the projection plane standing line patterns are used, the lines of one are expedient Projection grid aligned perpendicular to that of the second projection grid.
Die Projektionsgitter werden erfindungsgemäß zeitlich voneinander getrennt mittels schaltbarer Lichtquellen projiziert, so daß die Projektionsgitter unabhängig voneinander projiziert werden können.According to the invention, the projection grids are separated from one another in terms of time switchable light sources are projected so that the projection grids are independent of each other can be projected.
Erfindungsgemäß werden bei der Projektion der einzelnen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster die Projektionszeitpunkte der Projektionsgitter zyklisch hinter einander angeordnet und mit der Bildaufnahme des Bildsensors so synchronisiert, daß während der Aufnahme eines Lichtmusters durch den Bildsensor genau ein Projektions gitter projiziert wird. Die Synchronisation kann auf Basis der Zeitsignale der Kamera er folgen oder durch einen Mikrocomputer, welcher die zeitlichen Abläufe im Meßsystem koordiniert, übernommen werden. In diesem Fall ist eine extern triggerbare Kamera er forderlich.According to the invention, when projecting the individual into a light code sequence belonging light patterns cyclically behind the projection times of the projection grids arranged and synchronized with the image recording of the image sensor so that exactly one projection during the acquisition of a light pattern by the image sensor grid is projected. The synchronization can be based on the time signals from the camera follow or through a microcomputer which keeps track of the timing in the measurement system coordinated, taken over. In this case, he is an externally triggerable camera conducive.
Ferner wird erfindungsgemäß bei der Projektion der einzelnen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster die Einstellung des nächsten von einem Projektionsgitter anzu zeigenden Lichtmusters unmittelbar oder kurzzeitig nach der Projektion des aktuell von diesem Projektionsgitter anzuzeigenden Lichtmusters gestartet und die zur Einstellung dieses Projektionsgitters benötigte Zeit zur Projektion von Lichtmustern mit den jeweils anderen Projektionsgittern genutzt. Dadurch steht jedem Projektionsgitter einerseits eine maximal lange Zeit zur Einstellung des nächsten mit diesem Projektionsgitter zu projizie renden Lichtmusters zur Verfügung, andererseits wird die Aufnahmegeschwindigkeit der Kamera optimal genutzt.Furthermore, according to the invention, when projecting the individual into a light code sequence associated light pattern to adjust the setting of the next one from a projection grid showing light pattern immediately or briefly after the projection of the current from light pattern to be displayed on this projection grid and the one for adjustment this projection grid required time to project light patterns with each other projection grids. As a result, each projection grid has one maximum time to set the next one to project with this projection grille available light pattern, on the other hand, the recording speed of the Optimally used camera.
Der notwendige Zeitabstand den die Projektionseinheit zwischen der aufeinanderfolgen den Projektion von zwei unterschiedlichen Lichtmustern benötigt, beträgt bei der Ver wendung dieser neuen Vorrichtung nur noch einen Bruchteil der ursprünglichen Einstell zeit des Projektionsgitters. Durch den Einsatz von n Projektionsgittern kann somit pro jektionsseitig die Aufnahmegeschwindigkeit um einen Faktor n erhöht werden.The necessary time interval between the projection unit between the successive the projection of two different light patterns, the Ver application of this new device only a fraction of the original setting time of the projection grid. By using n projection grids, pro on the injection side, the absorption speed can be increased by a factor n.
In der Praxis ist insbesondere die Verwendung von 3 Projektionsgittern zweckmäßig, da hierzu die ausgereifte Optik handelsüblicher LCD Projektoren mit 3 LCD-Paneelen fast unverändert übernommen werden kann. Dadurch halten sich die Kosten für eine solche Projektionseinrichtung in Grenzen. Lediglich die Umrüstung auf drei getrennt schaltbare Lichtquellen und das Entfernen der für diese Meßtechnik überflüssigen Farbfilter ist er forderlich. Bei einer typischen Verzögerungszeit von 0,03 s für das LCD-Paneel bis zum Erreichen des vollen Kontrastes ergibt sich durch die Verwendung von 3 Gittern eine theoretische Projektionsfrequenz von 1/0.03 s/3=100 Hz. Bei einer Sequenzlänge von 13 Lichtmustern ergibt dies bei Verwendung einer entsprechend schnellen CCD-Kamera eine Aufnahmezeit von ca. 0,15 s.In practice, the use of 3 projection grids is particularly useful because the sophisticated optics of standard LCD projectors with 3 LCD panels almost can be taken over unchanged. This keeps the cost of such a thing Projection device in limits. Only the conversion to three separately switchable It is a light source and the removal of the color filters that are unnecessary for this measuring technique conducive. With a typical delay time of 0.03 s for the LCD panel to The full contrast is achieved by using 3 grids theoretical projection frequency of 1 / 0.03 s / 3 = 100 Hz. with a sequence length of 13 This results in light patterns when using a correspondingly fast CCD camera Recording time of approx. 0.15 s.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen er läutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with the aid of drawings purifies.
In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1 Den Aufbau eines Meßsystems zur Gewinnung dreidimensionaler Konturdaten mit einer Projektionseinheit mit zwei Projektionsgittern. Fig. 1 The structure of a measuring system for obtaining three-dimensional contour data with a projection unit with two projection grids.
Fig. 2 Das Zeitdiagramm für das in der Fig. 1 gezeigte System. Fig. 2 is the timing diagram for the system shown in Fig. 1.
Das in der Fig. 1 gezeigte Meßsystem besitzt eine Projektionseinrichtung, welche zwei unabhängige Projektionsgitter G1 und G2 besitzt. Das Gitter G1 wird durch eine Licht quelle, bestehend aus Blitzlichtlampe L1, Reflektor R1 und Kondensor K1, beleuchtet und über die Abbildungsoptik 2 auf dem zu vermessenden Objekt 4 abgebildet. Das Pro jektionsgitter G2 wird durch eine Lichtquelle, bestehend aus Blitzlichtlampe L2, Reflektor R2 und Kondensor K2, über den teildurchlässigen Spiegel 1 und die Abbildungsoptik 2 auf der gleichen Projektionsachse wie Gitter G1 auf dem Objekt 3 abgebildet. Die mittels der Projektionsgitter G1 und G2 auf dem Objekt 4 erzeugten Linienmuster 3 werden über die Abbildungsoptik 5 auf dem Bildsensor 6 abgebildet. Optik 5 und Bildsensor 6 können Bestandteile einer Kamera bzw. Videokamera sein. Die mit dem Bildsensor 6 aufgenom menen Abbildungen und die Zeitsteuerungssignale (Timing-Signale) des Bildsensors wer den zur Weiterverarbeitung zum Bildverarbeitungssystem 7 übertragen. Das Bildverar beitungssystem 7 kann aus einem Mikrocomputer mit eingebauter Bildeinzugskarte (Framegrabber) bestehen. Das Bildverarbeitungssystem 7 übernimmt auf Basis der Zeitsi gnale des Bildsensors 6 die Koordination über die Programmierung der Treibereinrich tung 8 zur Ansteuerung des Projektionsgitters G1, die Programmierung der Treiberein richtung 11 des Projektionsgitters G2, sowie über das Auslösen der Blitzlampen L1 und L2 über deren Triggereinrichtungen 10 bzw. 13. Das Einstellen und Projizieren der Pro jektionsgitter G1 und G2 erfolgt derart, daß abwechselnd ein Linienmuster mit dem Pro jektionsgitter G1 und ein Linienmuster mit dem Projektionsgitter G2 projiziert wird.The measuring system shown in FIG. 1 has a projection device which has two independent projection grids G1 and G2. The grating G1 is illuminated by a light source, consisting of a flash lamp L1, reflector R1 and condenser K1, and is imaged on the object 4 to be measured via the imaging optics 2 . The projection grid G2 is imaged by a light source, consisting of flash lamp L2, reflector R2 and condenser K2, via the partially transparent mirror 1 and the imaging optics 2 on the same projection axis as grid G1 on object 3 . The line patterns 3 generated on the object 4 by means of the projection grids G1 and G2 are imaged on the image sensor 6 via the imaging optics 5 . Optics 5 and image sensor 6 can be components of a camera or video camera. The images recorded with the image sensor 6 and the timing signals (timing signals) from the image sensor are transmitted to the image processing system 7 for further processing. The image processing system 7 can consist of a microcomputer with a built-in image acquisition card (frame grabber). The image processing system 7 takes over, on the basis of the time signals of the image sensor 6, the coordination via the programming of the driver device 8 for actuating the projection grid G1, the programming of the driver device 11 of the projection grid G2, and the triggering of the flash lamps L1 and L2 via their trigger devices 10 or 13. The setting and projecting of the projection grids G1 and G2 is carried out in such a way that a line pattern with the projection grid G1 and a line pattern with the projection grid G2 are alternately projected.
Die genaue Synchronisation der zeitlichen Abläufe des in Fig. 1 gezeigten Meßsystems ist in Fig. 2 dargestellt. Sie zeigt in den obersten beiden Zeilen das typische Belichtungs zeitverhalten einer Videokamera, welche im Zeilensprungverfahren (interlaced Modus) zwei Halbbilder mit ca. 40% Zeitüberlappung belichtet. Die Kamera besitzt als Bildsensor einen frequenzverdoppelten CCD-Chip der 50 Vollbilder pro Sekunde liefert bzw. für ein Halbbild 10 ms und ein Vollbild 20 ms benötigt. Die Einstellung des Gitters G1 ist in der 3. Zeile von oben gezeigt. Die für die Einstellung des Projektionsgitters benötigte Zeit wird mit 35 ms angenommen und setzt sich aus der Zeit zur Ausführung der entsprechenden Programmschritte, Signallaufzeiten sowie der Antwortzeit des Projektionsgitters auf ein neues Lichtmuster zusammen. Nach Beendigung der Einstellung wird das Projektionsgit ter G1 nach Verstreichen einer Sicherheitszeitspanne durch das Einschalten der Lampe L1 projiziert. Der Lichtblitz der Lampe L1 liegt genau in dem Zeitintervall, in dem die Ka mera beide Halbbilder belichtet, so daß das projizierte Lichtmuster mit der vollen Auflö sung des CCD-Chips aufgenommen wird.The exact synchronization of the time sequences of the measuring system shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2. The top two lines show the typical exposure time behavior of a video camera, which uses the interlaced method (interlaced mode) to expose two fields with approx. 40% time overlap. As an image sensor, the camera has a frequency-doubled CCD chip that delivers 50 frames per second or 10 ms for a field and 20 ms for a frame. The setting of the grid G1 is shown in the 3rd line from above. The time required for setting the projection grating is assumed to be 35 ms and is made up of the time required to carry out the corresponding program steps, signal run times and the response time of the projection grating to a new light pattern. After completion of the setting, the projection screen G1 is projected after the lapse of a safety period by switching on the lamp L1. The flash of light from the lamp L1 lies precisely in the time interval in which the camera exposes both fields, so that the projected light pattern is recorded with the full resolution of the CCD chip.
Die Einstellung des Gitters G2 und das Einschalten der dem Gitter G2 zugeordneten Blitzlichtlampe L2 erfolgt analog zum Gitter G1 und dessen Blitzlichtlampe L1, aber mit einer Zeitverschiebung von 20 ms. Dadurch wird jedes zweite Vollbild der Kamera, das zeitlich innerhalb des Zeitintervalls zur Einstellung des Gitters G1 liegt, durch Projektion des Gitters G2 mit Lampe L2 belichtet. Trotz der Verwendung eines frequenzverdoppel ten CCD-Chips und der Einhaltung der für die Einstellung der Projektionsgitter erforder lichen Einstellzeiten bleiben so keine Bilder der Videokamera ungenutzt.The setting of the grid G2 and the switching on of the grid assigned to the G2 Flash lamp L2 is analogous to grid G1 and its flash lamp L1, but with a time difference of 20 ms. This will take every other frame of the camera that is within the time interval for setting the grating G1, by projection of the grating G2 exposed with lamp L2. Despite using a frequency doubler ten CCD chips and compliance with the requirements for setting the projection grille This means that no images from the video camera remain unused.
Claims (7)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Projektionsgitter entweder deckungsgleich oder entsprechend den Erfordernissen der verwendeten Lichtcodesequenz aufeinander justiert in der Bildebene der Projektions einrichtung abgebildet werden,
daß die Projektionsgitter zeitlich voneinander getrennt mittels schaltbarer Lichtquellen projiziert werden,
daß die Projektionen der einzelnen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster gleichmäßig auf die vorhandenen Projektionsgitter verteilt werden,
daß bei der Projektion der einzelnen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster die Projektionszeitpunkte der Projektionsgitter zyklisch hintereinander angeordnet und mit der Bildaufnahme des Bildsensors so synchronisiert sind, daß während der Aufnahme eines Lichtmusters durch den Bildsensor genau ein Projektionsgitter projiziert wird,
daß bei der Projektion der einzelnen zu einer Lichtcodesequenz gehörenden Lichtmuster die Einstellung des nächsten von einem Projektionsgitter anzuzeigenden Lichtmusters unmittelbar oder kurzzeitig nach der Projektion des aktuell von diesem Projektionsgitter anzuzeigenden Lichtmusters gestartet wird und die zur Einstellung dieses Projektionsgit ters benötigte Zeit zur Projektion von Lichtmustern mit den jeweils anderen Projek tionsgittern genutzt wird.1. Device for three-dimensional, areal, optical measurement of objects, in which a projection device with a projection axis and at least two projection grids projects a series of different light patterns onto the object to be measured, images of the light projected onto the object to be measured pattern on the object Image sensor of a camera is generated, projection beams or light sections are determined from the generated images, and the surface contour of the object is calculated by intersection of the projection beams or light sections with the observation beams of the camera using a triangulation calculation.
characterized by
that the projection grids are either congruent or adjusted to one another in accordance with the requirements of the light code sequence used in the image plane of the projection device,
that the projection grids are projected separately from one another by means of switchable light sources,
that the projections of the individual light patterns belonging to a light code sequence are evenly distributed over the existing projection grids,
that when projecting the individual light patterns belonging to a light code sequence, the projection times of the projection grids are arranged cyclically one after the other and are synchronized with the image recording by the image sensor such that exactly one projection grid is projected by the image sensor while a light pattern is being recorded,
that in the projection of the individual light patterns belonging to a light code sequence, the setting of the next light pattern to be displayed by a projection grid is started immediately or briefly after the projection of the light pattern currently to be displayed by this projection grid and the time required for setting this projection grid to project light patterns with the other projection grids are used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997149435 DE19749435B4 (en) | 1997-11-09 | 1997-11-09 | Method and device for the three-dimensional, areal, optical measurement of objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997149435 DE19749435B4 (en) | 1997-11-09 | 1997-11-09 | Method and device for the three-dimensional, areal, optical measurement of objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19749435A1 true DE19749435A1 (en) | 1999-05-27 |
| DE19749435B4 DE19749435B4 (en) | 2005-06-02 |
Family
ID=7848054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1997149435 Expired - Fee Related DE19749435B4 (en) | 1997-11-09 | 1997-11-09 | Method and device for the three-dimensional, areal, optical measurement of objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19749435B4 (en) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001059404A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Volvo Personvagnar Ab | Arrangement and method for measuring surface irregularities at an object |
| EP1209486A2 (en) * | 2000-10-20 | 2002-05-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Range finder, three-dimensional measuring method and light source apparatus |
| DE10143504A1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-03-20 | Sick Ag | Monitoring of an area using an optoelectronic sensor, whereby illuminating light is transmitted with two different patterns to improve detection of homogenous objects and to improve system functionality testing |
| WO2006031143A1 (en) | 2004-08-12 | 2006-03-23 | A4 Vision S.A. | Device for contactlessly controlling the surface profile of objects |
| WO2007054351A1 (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Measuring system for three-dimensional objects |
| DE102009029179A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Light source and device for recording fast processes |
| DE102011018597B3 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Vrmagic Gmbh | Method for synchronized operation of a camera and a projector |
| JP2013124937A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Ckd Corp | Three-dimensional measuring device |
| US8878929B2 (en) | 2009-05-27 | 2014-11-04 | Koh Young Technology Inc. | Three dimensional shape measurement apparatus and method |
| US9117107B2 (en) | 2004-08-12 | 2015-08-25 | Bioscrypt, Inc. | Device for biometrically controlling a face surface |
| DE102016223671A1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-30 | Continental Automotive Gmbh | Illumination system for the determination of geometric properties as well as driver assistance system and method |
| DE102017004428A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-08 | Universität Stuttgart | Method and device for robust, deep-scanning focusing strip triangulation with multiple wavelets |
| WO2019025096A1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-07 | Ifm Electronic Gmbh | Light section sensor and method for operating a light section sensor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3919917A1 (en) * | 1989-06-19 | 1991-01-03 | Pepperl & Fuchs | Optical sensor identifying and/or locating object - uses matrix of discret light sources at known spacing and main radiation angle |
| WO1991008439A1 (en) * | 1989-12-05 | 1991-06-13 | Böhler Gesellschaft M.B.H. | Process and arrangement for optoelectronic measurement of objects |
| DE4007502A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4007500A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4129796A1 (en) * | 1990-03-09 | 1993-04-01 | Zeiss Carl Fa | Stripe-projection contactless measurement of object surfaces - involves phase comparison of distorted lines on object surface, stored reference values, grating periodicity and geometrical constants of equipment. |
| DE4115445C2 (en) * | 1990-07-05 | 1994-02-17 | Reinhard Malz | Method for recording a three-dimensional image of an object according to the active triangulation principle and device therefor |
| US5636025A (en) * | 1992-04-23 | 1997-06-03 | Medar, Inc. | System for optically measuring the surface contour of a part using more fringe techniques |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3930632A1 (en) * | 1989-09-13 | 1991-03-14 | Steinbichler Hans | METHOD FOR DIRECT PHASE MEASUREMENT OF RADIATION, IN PARTICULAR LIGHT RADIATION, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD |
| DE4120115C2 (en) * | 1991-06-19 | 1996-06-27 | Volkswagen Ag | Non-contact method for determining the spatial coordinates of object points |
| DE19738179C1 (en) * | 1997-09-02 | 1999-05-12 | Bernward Maehner | Optical measurement of spatial coordinates of object points |
-
1997
- 1997-11-09 DE DE1997149435 patent/DE19749435B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3919917A1 (en) * | 1989-06-19 | 1991-01-03 | Pepperl & Fuchs | Optical sensor identifying and/or locating object - uses matrix of discret light sources at known spacing and main radiation angle |
| WO1991008439A1 (en) * | 1989-12-05 | 1991-06-13 | Böhler Gesellschaft M.B.H. | Process and arrangement for optoelectronic measurement of objects |
| DE4007502A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4007500A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4129796A1 (en) * | 1990-03-09 | 1993-04-01 | Zeiss Carl Fa | Stripe-projection contactless measurement of object surfaces - involves phase comparison of distorted lines on object surface, stored reference values, grating periodicity and geometrical constants of equipment. |
| DE4115445C2 (en) * | 1990-07-05 | 1994-02-17 | Reinhard Malz | Method for recording a three-dimensional image of an object according to the active triangulation principle and device therefor |
| US5636025A (en) * | 1992-04-23 | 1997-06-03 | Medar, Inc. | System for optically measuring the surface contour of a part using more fringe techniques |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001059404A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Volvo Personvagnar Ab | Arrangement and method for measuring surface irregularities at an object |
| US6577404B2 (en) | 2000-02-09 | 2003-06-10 | Volvo Personvagnar Ab | Arrangement and method for measuring surface irregularities |
| EP1209486A2 (en) * | 2000-10-20 | 2002-05-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Range finder, three-dimensional measuring method and light source apparatus |
| EP1209486A3 (en) * | 2000-10-20 | 2004-12-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Range finder, three-dimensional measuring method and light source apparatus |
| DE10143504A1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-03-20 | Sick Ag | Monitoring of an area using an optoelectronic sensor, whereby illuminating light is transmitted with two different patterns to improve detection of homogenous objects and to improve system functionality testing |
| EP1300691A2 (en) * | 2001-09-05 | 2003-04-09 | Sick AG | Surveillance method and optoelectronic sensor |
| EP1300691A3 (en) * | 2001-09-05 | 2004-06-30 | Sick AG | Surveillance method and optoelectronic sensor |
| US6940060B2 (en) | 2001-09-05 | 2005-09-06 | Sick Ag | Monitoring method and optoelectronic sensor |
| WO2006031143A1 (en) | 2004-08-12 | 2006-03-23 | A4 Vision S.A. | Device for contactlessly controlling the surface profile of objects |
| EP1783453A1 (en) * | 2004-08-12 | 2007-05-09 | A4 Vision S.A. | Device for contactlessly controlling the surface profile of objects |
| EP1783453A4 (en) * | 2004-08-12 | 2012-05-30 | A4 Vision S A | Device for contactlessly controlling the surface profile of objects |
| US8238661B2 (en) | 2004-08-12 | 2012-08-07 | Bioscrypt, Inc. | Device for contactlessly controlling the surface profile of objects |
| US9117107B2 (en) | 2004-08-12 | 2015-08-25 | Bioscrypt, Inc. | Device for biometrically controlling a face surface |
| WO2007054351A1 (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Measuring system for three-dimensional objects |
| US8878929B2 (en) | 2009-05-27 | 2014-11-04 | Koh Young Technology Inc. | Three dimensional shape measurement apparatus and method |
| DE102010029319B4 (en) * | 2009-05-27 | 2015-07-02 | Koh Young Technology Inc. | Apparatus for measuring a three-dimensional shape and method thereto |
| DE102009029179A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Light source and device for recording fast processes |
| DE102011018597B3 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Vrmagic Gmbh | Method for synchronized operation of a camera and a projector |
| DE102011018597B9 (en) * | 2011-04-21 | 2013-01-24 | Vrmagic Gmbh | Method for synchronized operation of a camera and a projector |
| US10045015B2 (en) | 2011-04-21 | 2018-08-07 | Vrmagic Gmbh | Method for operating a camera and a projector in a synchronized manner |
| JP2013124937A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Ckd Corp | Three-dimensional measuring device |
| DE102016223671A1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-30 | Continental Automotive Gmbh | Illumination system for the determination of geometric properties as well as driver assistance system and method |
| US10836301B2 (en) | 2016-11-29 | 2020-11-17 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Lighting system for ascertaining geometric properties, and driver assistance system and method therefor |
| DE102017004428A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-08 | Universität Stuttgart | Method and device for robust, deep-scanning focusing strip triangulation with multiple wavelets |
| DE102017004428B4 (en) | 2017-05-08 | 2018-11-29 | Universität Stuttgart | Method and device for robust, deep-scanning focusing strip triangulation with multiple wavelets |
| US10866088B2 (en) | 2017-05-08 | 2020-12-15 | Universität Stuttgart | Method and arrangement for robust, depth-scanning/focusing strip triangulation by means of a plurality of wavelets |
| WO2019025096A1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-07 | Ifm Electronic Gmbh | Light section sensor and method for operating a light section sensor |
| CN110573831A (en) * | 2017-08-04 | 2019-12-13 | Ifm电子股份有限公司 | Light section sensor and method for operating a light section sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19749435B4 (en) | 2005-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2309948B1 (en) | 3d dental camera for recording surface structures of a measuring object by means of triangulation | |
| DE102010029319B4 (en) | Apparatus for measuring a three-dimensional shape and method thereto | |
| DE2230650C2 (en) | Method and device for the optical examination of a surface | |
| DE69133108T2 (en) | Apparatus for three-dimensional measurement | |
| DE102004014048B4 (en) | Measuring device and method according to the basic principle of confocal microscopy | |
| DE2709353C2 (en) | Reproduction device for producing rasterized images | |
| DE3829925A1 (en) | Optical probe for 3D measurement of teeth in the buccal cavity | |
| DE19749435B4 (en) | Method and device for the three-dimensional, areal, optical measurement of objects | |
| WO2016188939A1 (en) | Device for optical 3d measuring of an object | |
| DE10014331A1 (en) | Confocal microscope employing Nipkow type disc | |
| EP0076866A1 (en) | Interpolating light section process | |
| DE112017007154T5 (en) | THREE-DIMENSIONAL MEASURING DEVICE | |
| WO1990007691A1 (en) | Process and device for observing moire patterns on test surfaces by moireing with phase shifts | |
| DE2433872B2 (en) | ARRANGEMENT FOR MAKING THE CONDITION CARD OF A THREE-DIMENSIONAL ITEM VISIBLE OR FOR MAKING DIFFERENCES FROM A REFERENCE ITEM VISIBLE | |
| EP1277059A1 (en) | Method and device for analysing flows | |
| DE3687483T2 (en) | LIGHTING SYSTEM OF THE DIGITAL CONTROL TYPE. | |
| DE69915655T2 (en) | APPARATUS FOR IMAGING AND INSPECTING THE SURFACE OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS | |
| DE19633686C2 (en) | Device and method for measuring distances and / or spatial coordinates of objects and / or their change over time | |
| DE3342076C2 (en) | Method and device for converting video camera images into electrical signals | |
| DE102006028409A1 (en) | Scanning microscope e.g. confocal scanning microscope, for use in micro-system technology, has signal detector arranged in optical path such that radiation is formed on detector, where focusing device is connected with scanner control unit | |
| DE102004051607A1 (en) | Displaying digital image on projection surface e.g. of any shape or texture, by geometrically distorting digital image using information relating to projection surface | |
| DE2822639A1 (en) | Producing photographic exposures from digitally stored image data - using moving reproduction lens and switched raster light array | |
| DE19753246C2 (en) | Device for determining three-dimensional data from objects | |
| DE2612965A1 (en) | PROCESS FOR DISTRIBUTION OF MOVING IMAGES AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS | |
| DE4011780C1 (en) | Scanning surface by projection of modulation pattern - ascertaining coordinates by observing at angle to projection direction line pattern produced when second modulation pattern is projected |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MAEHNER, BERNWARD, 82275 EMMERING, DE |
|
| 8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01B 1125 |
|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130601 |