DE4325542A1

DE4325542A1 - Method for three-dimensional measurement of inaccessible cavities

Info

Publication number: DE4325542A1
Application number: DE4325542A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr Ing Hartrumpf; Roland Dr Munser
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1995-02-02
Also published as: DE4409854A1; DE59409922D1

Abstract

Published without abstract.

Description

State of the art

Zur Inspektion unzugänglicher Hohlräume werden vielfach fernlenkbare Kamera-Fahrzeuge benutzt. Seitdem zunehmend preisgünstigere und leistungsfähigere Bildverarbeitungssysteme verfügbar sind, werden immer mehr dieser Kameras an Bildverarbeitungssysteme angeschlossen, um einerseits die visuelle Inspektion durch den Bediener zu unterstützen und andererseits eine (halb-) automatische Vermessung der Hohlräume durchzuführen. Da das primäre, die Auslegung des optischen Systems (Kamera und Beleuchtung) weitestgehend bestimmende Ziel die Unterstützung der Bediener ist, wird bei den marktüblichen Geräten mit konstantem, unstrukturiertem Licht beleuchtet. Eine komplette Vermessung des Hohlraums durch Auswertung des Kamerabildes ist mit diesen Systemen derzeit nicht möglich, da dazu bekanntermaßen entweder eine Beleuchtung mit strukturiertem Licht oder eine zweite Kamera (Stereosichtsystem) erforderlich wäre.Remote-controlled camera vehicles are often used to inspect inaccessible cavities used. Since then, increasingly cheaper and more powerful image processing systems are available, more and more of these cameras are connected to image processing systems connected to support the visual inspection by the operator and on the other hand, to carry out a (semi) automatic measurement of the cavities. Since that primary, the design of the optical system (camera and lighting) as far as possible The determining goal is the support of the operator, with the standard devices illuminated with constant, unstructured light. A complete survey of the With these systems, there is currently no cavity due to evaluation of the camera image possible, since it is known that either lighting with structured light or a second camera (stereo vision system) would be required.

Die Kameras befinden sich bei vielen Inspektionsfahrzeugen auf einem Schwenk-Neigekopf. Die Ausrichtung der Kameraachse erfolgt dort durch eine Drehung um die Kameraachse und eine Drehung um eine dazu senkrechte Achse. Im Gegensatz zur normalerweise praktizierten Ausrichtung der menschlichen Augen durch zwei Drehungen des Kopfes um Achsen senkrecht zur mittleren Augenachse, ergibt die Kombination dieser Drehungen letztendlich ein um den Horizont verdrehtes Bild der zu untersuchenden Stelle. Nach dem Stand der Technik (Patentschrift DE 30 19 339 C1) kann diese Drehung durch eine Gegendrehung des Sensorelements in der Kamera kompensiert werden.In many inspection vehicles, the cameras are located on a pan-tilt head. The camera axis is aligned there by rotating around the camera axis and a rotation about an axis perpendicular thereto. Unlike normally practiced alignment of human eyes by two turns of the head around Axes perpendicular to the central eye axis result in the combination of these rotations ultimately an image of the area to be examined, twisted around the horizon. After this State of the art (patent specification DE 30 19 339 C1) can this rotation by a counter-rotation of the sensor element in the camera can be compensated.

Problems

Um mit einem der gebräuchlichen Inspektionssysteme auch die Vermessung der Tiefe des Hohlraums zu ermöglichen, muß - wie oben erwärmt - entweder ein Stereosichtsystem oder eine ggf. zuschaltbare Quelle strukturierten Lichts auf dem Schwenk-Neigekopf angeordnet werden. Nach dem Stand der Technik der dreidimensionalen Vermessung mit Bildverarbeitungssystemen werden dazu die Kameras bzw. Kamera und strukturierte Lichtquelle nebeneinander angebracht. Bedingt durch die geforderte gute Bedienbarkeit und Lenkbarkeit des Inspektionssystems, müssen die Komponenten in dieser Anwendung so angebracht werden, daß die (mittlere) Sichtlinie der Kamera(s) auf der Achse des Schwenk- Neigekopfs liegt.In order to measure the depth of the To allow cavity, as heated above, either a stereo vision system or an optionally switchable source of structured light is arranged on the pan-tilt head become. According to the state of the art of three-dimensional measurement with Image processing systems are the cameras or camera and structured Light source attached side by side. Due to the required ease of use and Steerability of the inspection system, the components in this application must be attached so that the (middle) line of sight of the camera (s) is on the axis of the pan Tilt head.

Für beide Anordnungen (Stereosichtsystem, Kamera und strukturierte Beleuchtung) ergeben sich bei der dreidimensionalen Vermessung der Hohlraumgeometrie jeweils unterschiedliche Probleme, besonders, wenn die Änderung der Drehlage des Kamerabilds nach dem Stand der Technik kompensiert wird.For both arrangements (stereo vision system, camera and structured lighting) result differ in the three-dimensional measurement of the cavity geometry Problems, especially when the rotation of the camera image changes according to the state the technology is compensated.

Für eine Anordnung aus einer Kamera und einer strukturierten Beleuchtung ist die Genauigkeit der Auflösung der einzelnen Koordinaten durch den Abstand zwischen Kamera und strukturierter Beleuchtung begrenzt. Um eine möglichst einfache Bedienbarkeit des Geräts zu gewährleisten, wird die Kamera in der Regel im Zentrum der geschwenkten und geneigten Plattform angeordnet. Dadurch ist der, die Genauigkeit der Messung einschränkende, Abstand auf die Hälfte des maximal möglichen Wertes (bestimmt durch die Ausdehnung der geschwenkten und geneigten Plattform) begrenzt, d. h. die Genauigkeit ist zusätzlich beschränkt. Ferner kommt es bei der Inspektion krummlinig begrenzter Hohlräume mit einer solchen Anordnung, bedingt durch den außerhalb der Achse befindlichen Quellpunkt des beleuchtenden Musters zu Formveränderungen zwischen beleuchtendem Muster und dem auf der Wandung des Hohlraums sichtbaren Muster, sowie zwischen diesen beiden und dem abgebildeten Muster. Zur Ermittlung der Koordinaten der interessierenden Objektstrukturen sind deshalb aufwendige Berechnungen der Koordinaten- und Formtransformationen zwischen beleuchtender Struktur, auf dem Objekt abgebildeter Struktur und mit der Kamera beobachteter Struktur nötig. In diese Strukturtransformationen geht die Lage des Abstands zwischen Kamera und Lichtquelle im Raum ein. Ferner führt dieser Abstand zu einer Verschiebung des abgebildeten Musters auf dem Kamerabild, deren Größe vom Abstand und Winkel des Schwenk-Neigekopfs gegen die Hohlraumwand abhängt. Das gebräuchliche Verfahren zur Vereinfachung der Berechnung von Objektkoordinaten aus einem Kamerabild ist die Beleuchtung mit einem der Geometrie des zu vermessenden Objekts angepaßten Muster. Es kann hier aufgrund der abstands- und winkelabhängigen Verschiebung der Abbildung dieses Musters nicht genutzt werden.For an arrangement of a camera and structured lighting, the Accuracy of the resolution of the individual coordinates by the distance between the camera and structured lighting. To make it as easy to use as possible To ensure device, the camera is usually panned and centered arranged inclined platform. This is the accuracy of the measurement restrictive, distance to half the maximum possible value (determined by the Expansion of the pivoted and inclined platform) limited, d. H. the accuracy is additionally limited. Furthermore, the inspection is more curvilinear Cavities with such an arrangement due to the off-axis located source point of the illuminating pattern to changes in shape between illuminating pattern and the pattern visible on the wall of the cavity, and between these two and the pattern shown. To determine the coordinates of the object structures of interest are therefore complex calculations of the coordinate and shape transformations between illuminating structure, depicted on the object Structure and structure observed with the camera necessary. In these structural transformations considers the position of the distance between the camera and the light source in the room. Furthermore leads this distance to a shift of the depicted pattern on the camera image, the Size of the distance and angle of the pan / tilt head against the cavity wall depends. The common method to simplify the calculation of Object coordinates from a camera image is the illumination with one of the geometry of the pattern adapted to the object to be measured. It can be due to the distance and angle-dependent displacement of the image of this pattern cannot be used.

Wird zusätzlich eine Anordnung zur Kompensation des Winkels zwischen Kamerabild und Horizont eingesetzt, muß zusätzlich die Verdrehung von Kamerabild und beleuchtender Struktur (d. h. der Kompensationswinkel) bei der Berechnung der Strukturtransformation berücksichtigt werden.In addition, an arrangement for compensation of the angle between the camera image and If the horizon is used, the camera image and the illuminating one must also be rotated Structure (i.e. the compensation angle) when calculating the structure transformation be taken into account.

Bei einem Stereosichtsystem hingegen muß berücksichtigt werden, daß der in die Berechnung der Tiefeninformation eingehende Abstand der Kameras sich durch eine Verdrehung des Schwenk-Neigekopfs räumlich ändert. Der Rechenaufwand bei der Ermittlung der Objektkoordinaten nimmt weiter zu, falls die Kamerabilder nach dem Stand der Technik mit einer Kompensation der Bildlage gegenüber dem Horizont ausgestattet sind.With a stereo vision system, on the other hand, it must be taken into account that the in the Calculation of the depth of the incoming camera distance through a The rotation of the pan-tilt head changes spatially. The computing effort at Determination of the object coordinates continues to increase if the camera images are up to date the technology with a compensation of the image position against the horizon are.

invention

Grundgedanke der Erfindung ist es die mittlere Normale der mit dem Schwenk-Neigekopf geschwenkten und geneigten Plattform mit der (mittleren) Achse der detektierten Strahlung und mit der austretenden strukturierten Beleuchtung zur Deckung zu bringen und ein ggf. erforderliche Kompensation der Drehlage des Bildes bzw. der Bilder mit einem, im Strahlengang angeordneten, drehbaren optischen Element durchzuführen. Dieses optische Element ist derart gestaltet, daß seine Verdrehung zu einer Verdrehung der Lage der Bildebene um die optische Achse führt. Beispiele solcher Elemente sind Anordnungen von Einzelprismen (z. B. Dove-, Abbe-König Prisma) bzw. Anordnungen von Zylinderlinsen.The basic idea of the invention is the medium normal of those with the pan-tilt head pivoted and inclined platform with the (central) axis of the detected radiation and to coincide with the emerging structured lighting and a possibly required compensation of the rotational position of the image or images with an, in Beam path arranged to perform rotatable optical element. This optical Element is designed so that its rotation to a rotation of the position of the Image plane leads around the optical axis. Examples of such elements are arrangements of Single prisms (e.g. Dove, Abbe-König prism) or arrangements of cylindrical lenses.

Advantageous effects of the invention

Eine erfindungsgemäße Anordnung ist symmetrisch bezüglich der (im Regelfall mittleren) Normalen auf der geschwenkten und geneigten Plattform. Diese Symmetrie führt zu einer erheblich vereinfachten Koordinatentransformation zwischen dem Meßkoordinatensystem, das durch diese Plattform und die Normale auf ihr gegeben ist, und dem äußeren Zielkoordinatensystem (z. B. das zur Kartographie des Kanals benutzte Koordinatensystem).An arrangement according to the invention is symmetrical with respect to the (generally middle) Normals on the swiveled and inclined platform. This symmetry leads to one considerably simplified coordinate transformation between the measuring coordinate system, that is given by this platform and the normal on it, and the external Target coordinate system (e.g. the coordinate system used to map the channel).

Ferner können bei einer Anordnung aus strukturierter Lichtquelle und Kamera nach Anspruch 2 Unterschiede zwischen der Form des detektierten Musters und dem beleuchtenden Muster lediglich auf den Verlauf bzw. die Form der Wand des Hohlraums relativ zum Zentrum der geschwenkten und geneigten Plattform zurückgeführt werden, während die Größe des detektierten Musters nur vom Abstand dieser Wand zum Schwenk- Neigekopf sowie dem bekannten Abstand zwischen Kamera und Beleuchtung abhängt. Liegen die optischen Achsen von Beleuchtung und Kamera genau übereinander, so liegen der Mittelpunkt des beleuchtenden Musters und der Mittelpunkt des Kamerabildes stets fest zueinander. Es treten dann keine Verschiebungen der Mittelpunkte in Abhängigkeit von dem Abstand zur Wand des Hohlraums auf, d. h. durch eine entsprechende Wahl des beleuchtenden Musters kann die Bildauswertung und Interpretation stark vereinfacht werden.Furthermore, with an arrangement of structured light source and camera Claim 2 differences between the shape of the detected pattern and illuminating pattern only on the course or shape of the wall of the cavity be returned relative to the center of the tilted and tilted platform, while the size of the detected pattern only depends on the distance from this wall to the swivel Tilt head and the known distance between the camera and lighting depends. If the optical axes of the lighting and the camera lie exactly above one another, then lie the center of the illuminating pattern and the center of the camera image are always fixed to each other. Then there are no shifts in the center points depending on the distance to the wall of the cavity, d. H. by an appropriate choice of illuminating pattern can greatly simplify image evaluation and interpretation become.

Wird die erfindungsgemäße Kompensation der Drehlage des Kamerabildes nach Anspruch 3 mittels eines, zwischen Strahlteiler und zu inspizierendem Hohlraumabschnitt angeordneten, drehbaren optischen Elements durchgeführt, so ist zusätzlich gewährleistet, daß die relative Drehlage zwischen beleuchtendem und detektiertem Muster stets konstant ist. Auch ohne Kenntnis des Schwenk-, Neige- und Kompensationswinkels können dann dreidimensionale Messungen des abgebildeten Hohlraumabschnitts im Meßkoordinatensystem durchgeführt werden, d. h. die Auswertung des Kamerabildes wird weiter vereinfacht.If the compensation according to the invention of the rotational position of the camera image according to claim 3 by means of a cavity section to be inspected, which is arranged between the beam splitter and rotatable optical element performed, it is also ensured that the relative The rotational position between the illuminating and the detected pattern is always constant. Without too Knowledge of the pan, tilt and compensation angle can then be three-dimensional Measurements of the cavity section shown were carried out in the measurement coordinate system become, d. H. the evaluation of the camera image is further simplified.

Für eine erfindungsgemäße Anordnung von zwei Kameras (Stereosichtsystem) mit einer erfindungsgemäßen Kompensation der Drehlage kann der Abstand der Kameras horizontal ausgerichtet werden, ohne daß es zu einer Verdrehung der Bilder relativ zu diesem Abstand kommt. Die so erhaltenen Bilder entsprechen denjenigen, die ein menschlicher Beobachter direkt erhalten würde. Die Auswertung dieser Bilder wird stark vereinfacht, da gegenüber einer Anordnung nach dem Stand der Technik die Berücksichtigung von 3 verschiedenen Drehungen entfällt (Drehungen der Bildlagen der Kameras, Drehung des Abstands der Kamera um eine Normale auf der geschwenkten und geneigten Plattform).For an arrangement according to the invention of two cameras (stereo vision system) with one compensation of the rotational position according to the invention, the distance of the cameras can be horizontal be aligned without causing the images to twist relative to this distance is coming. The images obtained in this way correspond to those of a human observer would get directly. The evaluation of these images is greatly simplified, however an arrangement according to the prior art, the consideration of 3 different Rotations are omitted (rotations of the image positions of the cameras, rotation of the distance of the Camera around a normal on the swiveled and inclined platform).

Developments of the invention

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben. In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird ein Strahlteiler zwischen Kamera und Eintrittsoptik angeordnet und die strukturierte Beleuchtung gelangt aus dem zweiten Teilstrahlengang kommend zur gemeinsamen Optik (5). Dadurch kann die Eintritts-/Austrittsoptik einen relativ kleinen Durchmesser besitzen. Ferner können die optischen Achsen von Kamera und strukturierter Beleuchtung im gemeinsamen Strahlengang so zur Deckung gebracht werden, daß es bei einer Verschiebung der Hohlraumwand gegen den Schwenk-Neigekopf zu keiner Verschiebung des Mittelpunkts des abgebildeten Musters relativ zum Kamerabild kommt.Advantageous developments of the invention are specified in claims 2 to 10. In a further development of the invention according to claim 2, a beam splitter is arranged between the camera and the entrance optics and the structured illumination comes from the second partial beam path to the common optics ( 5 ). As a result, the entry / exit optics can have a relatively small diameter. Furthermore, the optical axes of the camera and structured lighting can be made to coincide in the common beam path in such a way that when the cavity wall is displaced against the pan / tilt head, there is no displacement of the center of the pattern shown relative to the camera image.

Durch eine Anbringung eines drehbaren optischen Elements (7) im Strahlengang zwischen Kamera und Eintrittsoptik gemäß Anspruch 3, kann eine Kompensation der Drehlage des Kamerabildes durchgeführt werden. Insbesondere werden das Kamerabild und das beleuchtende Muster gemeinsam kompensiert, falls dieses Element zwischen Strahlteiler (6) und Eintrittsoptik (5) angeordnet ist.The rotary position of the camera image can be compensated for by attaching a rotatable optical element ( 7 ) in the beam path between the camera and the entrance optics. In particular, the camera image and the illuminating pattern are compensated together if this element is arranged between the beam splitter ( 6 ) and the entrance optics ( 5 ).

In der Weiterbildung nach Anspruch 4 wird die strukturierte Beleuchtung durch eine Kamera ersetzt. Die Beleuchtung erfolgt entsprechend dem Stand der Technik mit unstrukturiertem Licht von einer außerhalb der Anordnung angebrachten Lichtquelle. Die dreidimensionale Vermessung des Hohlraums erfolgt dann mit dem so aufgebauten Stereosichtsystem.In the development according to claim 4, the structured lighting by Camera replaced. The lighting takes place according to the state of the art unstructured light from an outside light source. The three-dimensional measurement of the cavity is then carried out with the so constructed Stereo vision system.

Mit einer Weiterbildung nach Anspruch 5 wird der Hohlraum mit strukturiertem Licht beleuchtet und kann durch die weitere Aufspaltung eines der Teilstrahlengänge mit einer weiteren Kamera untersucht werden. Beispielsweise kann dann eine Kamera als Farbkamera und die 2. Kamera als Schwarzweißkamera bzw. können Kameras unterschiedlicher Auflösung eingesetzt werden bzw. kann ein Stereosichtsystem zusammen mit einer strukturierten Beleuchtung betrieben werden. Dadurch können weitere Eigenschaften des Hohlraums ermittelt werden.With a development according to claim 5, the cavity with structured light Illuminated and can be split by one of the partial beam paths with a further another camera. For example, a camera can then be used as a color camera and the second camera as a black and white camera or cameras can be different A stereo vision system can be used together with a resolution structured lighting. This allows further properties of the Cavity are determined.

In der Weiterbildung nach Anspruch 6 können die an dem bzw. einem der Strahlteiler entstehenden Intensitätsverluste minimiert werden. Das von der strukturierten Lichtquelle kommende linear polarisierte Licht gelangt bei entsprechender Ausrichtung der Polarisationsrichtung relativ zum Strahlteiler nahezu ungeschwächt durch diesen Strahlteiler. Falls im weiteren Strahlengang zum Objekt und von diesem zu dem polarisierenden Strahlteiler zurück keine Drehung der Polarisationsrichtung erfolgt, wird die vom Objekt und der strukturierten Beleuchtung kommende Strahlung an ihm nahezu vollständig in den Strahlengang zu der strukturierten Lichtquelle zurückreflektiert und kann deshalb im anderen Teilstrahlengang nicht detektiert werden. Wird hingegen gemäß Anspruch 7 ein Verzögerungselement in den Strahlengang zwischen polarisierendem Strahlteiler und Eintrittsoptik bzw. Scheibe eingefügt, so kann die vom Objekt zurückkommende Strahlung nahezu ungeschwächt in den Teilstrahlengang vom polarisierenden Strahlteiler zur Kamera gelangen. Falls keine Änderung der Polarisationsrichtung im Strahlengang vom polarisierenden Strahlteiler zum Objekt und zurück auftreten, kann dies z. B. mit einem entsprechend ausgerichteten λ/4-Plättchen erreicht werden.In the development according to claim 6, the on or one of the beam splitters resulting intensity losses are minimized. That from the structured light source Coming linearly polarized light arrives with the appropriate orientation The direction of polarization relative to the beam splitter is almost unattenuated by this Beam splitter. If in the further beam path to the object and from this to the polarizing beam splitter back no rotation of the direction of polarization takes place Radiation coming from the object and the structured lighting on it almost fully reflected in the beam path to the structured light source and can therefore cannot be detected in the other partial beam path. However, according to Claim 7 a delay element in the beam path between polarizing Beam splitter and entrance optics or disc inserted, so that of the object returning radiation almost unattenuated in the partial beam path from polarizing beam splitter get to the camera. If no change in Direction of polarization in the beam path from the polarizing beam splitter to the object and occur back, this can e.g. B. with a correspondingly aligned λ / 4 plate can be achieved.

Mit einer Weiterbildung nach Anspruch 8 kann durch Verwendung eines wellenlängenselektiven Strahlteilers eine weitestgehende Trennung von visueller Inspektion und Vermessung erreicht werden. Wird beispielsweise dieser Strahlteiler so dimensioniert, daß nur Strahlung aus einem engen Spektralbereich um die Wellenlänge der schmalbandigen Strahlung der strukturierten Beleuchtung in den Teilstrahlengang vom Strahlteiler in Richtung strukturierter Lichtquelle bzw. zurück reflektiert wird, so gelangt ein Maximum der von der Weißlicht Beleuchtung stammenden eingehenden Strahlung in den anderen Teilstrahlengang. Die von der strukturierten Beleuchtung an dem Hohlraum erzeugten Lichtmuster sind in diesem Teilstrahlengang nahezu unsichtbar, d. h. das Kamerabild entspricht praktisch dem mit einer der bisher gebräuchlichen Inspektionsanordnungen erhaltenen. In dem anderen Teilstrahlengang ist demgegenüber fast nur die aus der strukturierten Beleuchtung des Objekts resultierende Strahlung vorhanden, d. h. das durch die strukturierte Beleuchtung auf dem Objekt entstehende Muster kann mit maximalem Kontrast abgebildet werden.With a development according to claim 8 can by using a wavelength-selective beam splitter the greatest possible separation from visual inspection and measurement can be achieved. If, for example, this beam splitter is dimensioned that only radiation from a narrow spectral range around the wavelength of the narrow band Radiation of the structured lighting in the partial beam path from the beam splitter in Is reflected towards the structured light source or back, a maximum is reached the incoming radiation from the white light lighting in the others Partial beam path. The generated by the structured lighting on the cavity Light patterns are almost invisible in this partial beam path, i. H. the camera image corresponds practically to that with one of the previously used inspection arrangements received. In contrast, in the other partial beam path there is almost only that from the structured radiation of the object resulting radiation is present, d. H. that through The structured lighting on the object can be created with maximum Contrast.

Durch Verwendung von Umlenkelementen wie Spiegel oder Prismen nach Anspruch 9 können die Strahlengange gefaltet und die räumliche Ausdehnung der gesamten Anordnung optimiert werden.By using deflecting elements such as mirrors or prisms according to claim 9 the ray paths can be folded and the spatial extent of the entire arrangement be optimized.

Die Verwendung abbildender optischer Elemente (z. B. Linsen, Hohl-, Parabolspiegel) in den Strahlengängen nach Anspruch 10 ermöglicht die Optimierung der optischen Eigenschaften (z. B. Tiefenschärfe, effektive Brennweiten der einzelnen Kameras, Abstrahlcharakteristik der strukturierten Beleuchtung benötigter Wellenlängenbereich des wellenlängenselektiven Strahlteilers, effektiver Abstand zwischen strukturierter Lichtquelle und der Kamera bzw. den einzelnen Kameras).The use of imaging optical elements (e.g. lenses, concave, parabolic mirrors) in the beam paths according to claim 10 enables the optimization of the optical Properties (e.g. depth of field, effective focal lengths of the individual cameras, Emission characteristics of the structured lighting required wavelength range of wavelength-selective beam splitter, effective distance between structured light source and the camera or the individual cameras).

Presentation of the invention

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Ansprüchen 2, 3 und 5 bis 10 wird anhand der Fig. 1 erläutert. Es zeigt die Sicht auf eine ebene Anordnung der optischen Elemente auf einem gemeinsamen Träger (der Plattform eines Schwenk-Neigekopfs) (4).An embodiment of the invention according to claims 2, 3 and 5 to 10 will be explained with reference to FIG. 1. It shows the view of a flat arrangement of the optical elements on a common carrier (the platform of a pan / tilt head) ( 4 ).

In den Figuren ist der Teilstrahlengang von der strukturierten, polarisierten und schmalbandigen Lichtquelle (3) über einen Spiegel (11) und eine Linse (12) zum polarisierenden Strahlteiler (8) mit (d) bezeichnet. Bei entsprechender Ausrichtung der Polarisationsrichtung zu diesem Strahlteiler gelangt die strukturierte Beleuchtung nahezu ungeschwächt auf das λ/4-Plättchen (10). Die von dort zu einem wellenlängenselektiven Strahlteiler (6) gelangende Strahlung ist bei entsprechender Ausrichtung des λ/4-Plättchens zirkular polarisiert und gelangt über eine Linse (12) und ggf. z. B. über ein drehbares Dove- Prisma (7) auf die Optik bzw. Scheibe (5) und von dort auf den zu vermessenden Abschnitt des Hohlraums (1). Das dort entstehende Lichtmuster und die von dort kommende Strahlung gelangen über die Optik bzw. Scheibe (5) ggf. z. B. über das drehbare Dove- Prisma (7) auf die Linse (12) und von dort auf den wellenlängenselektiven Strahlteiler (6). Mit Ausnahme der Strahlung aus einem engen spektralen Bereich um die Wellenlänge der strukturierten Beleuchtung gelangt die vom Hohlraum kommende Strahlung nahezu vollständig durch diesen Strahlteiler in den Teilstrahlengang (a), d. h. über eine Linse (12) und 2 Prismen zur Faltung des Strahlengangs (11) auf eine (Farb-)Kamera (2). Die von dem mittels der strukturierten Beleuchtung erzeugten Lichtmuster kommende zirkular bzw. elliptisch polarisierte Strahlung gelangt im Teilstrahlengang (b) durch das λ/4-Plättchen auf den polarisierenden Strahlteiler. Sie ist nach dem λ/4-Plättchen annähernd senkrecht zur Richtung der in der Gegenrichtung durchlaufenden, von der strukturierten Beleuchtung kommenden Strahlung polarisiert und wird deshalb nahezu vollständig von dem polarisierenden Strahlteiler (8) im Teilstrahlengang (c) auf die Kamera gelenkt.In the figures, the partial beam path from the structured, polarized and narrow-band light source ( 3 ) via a mirror ( 11 ) and a lens ( 12 ) to the polarizing beam splitter ( 8 ) is designated by (d). With a corresponding orientation of the polarization direction to this beam splitter, the structured illumination reaches the λ / 4 plate ( 10 ) almost unattenuated. The radiation from there to a wavelength-selective beam splitter ( 6 ) is circularly polarized with a corresponding orientation of the λ / 4 plate and passes through a lens ( 12 ) and possibly z. B. via a rotatable Dove prism ( 7 ) on the optics or disc ( 5 ) and from there to the section of the cavity to be measured ( 1 ). The resulting light pattern and the radiation coming from there pass through the optics or disc ( 5 ), if necessary, for. B. on the rotatable Dove prism ( 7 ) on the lens ( 12 ) and from there on the wavelength-selective beam splitter ( 6 ). With the exception of the radiation from a narrow spectral range around the wavelength of the structured illumination, the radiation coming from the cavity arrives almost completely through this beam splitter into the partial beam path (a), ie via a lens ( 12 ) and 2 prisms for folding the beam path ( 11 ). on a (color) camera ( 2 ). The circularly or elliptically polarized radiation coming from the light pattern generated by the structured illumination reaches the partial beam path (b) through the λ / 4 plate onto the polarizing beam splitter. According to the λ / 4 plate, it is polarized approximately perpendicular to the direction of the radiation coming from the structured illumination in the opposite direction and is therefore directed almost completely by the polarizing beam splitter ( 8 ) in the partial beam path (c) onto the camera.

Claims

1. A method for three-dimensional measurement of inaccessible cavities ( 1 ) (z. B. sewer pipes) by means of light source and camera ( 2 ), characterized in that a structured light source ( 3 ) is used and camera and structured light source a common entrance or exit optics ( 5 ) have.

2. The method according to claim 1, characterized in that between the entrance optics ( 5 ) and the camera ( 2 ) a beam splitter ( 6 ) is arranged such that the camera is in one of the partial beam paths (z. B. (a)) and the structured lighting coming from the second partial beam path passes through the beam splitter to the entrance optics.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that between the entrance optics ( 5 ) and the camera ( 2 ) an optical element ( 7 ) for rotating the image position (z. B. Dove prism, arrangement of prisms or one or several cylindrical lenses) is rotatably arranged.

4. The method according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that a second camera ( 3 ) is used instead of the structured light source and the cavity is illuminated with unstructured light.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the partial beam path to the camera ( 2 ) or to the structured light source ( 3 ) a further beam splitter ( 8 ) is attached, and the third partial beam path (c) thus generated meets a second camera ( 9 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the beam splitter ( 6 ) or one of the two beam splitters ( 6 or 8 ) is designed as a polarizing beam splitter.

7. The method according to claim 6, characterized in that between the polarizing beam splitter and the entrance optics, a delay element, for. B. a λ / 4 plate ( 10 ) is arranged.

8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the beam splitter ( 6 ) splits the light wavelength-selective into the partial beams (a) and (b).

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that deflecting elements ( 11 ) (prisms, mirrors) for folding the associated (partial) beam path are arranged in one or more of the beam paths.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that imaging optical elements (z. B. lenses, concave, parabolic mirror) ( 12 ) are arranged in the individual beam paths.