CN105528777A - 用于确定三维畸变的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定对象(5)的通过在反射物件(1)处的反射而形成的图像的畸变的方法。为了简单和节省成本地确定所述畸变，首先确定所述物件(1)的表面(2)的三维形状，随后基于所述表面(2)的已知三维形状由不同的视向计算出所述对象(5)的图像的畸变，并由此确定三维畸变。此外还描述了一种相应的装置。

Description

用于确定三维畸变的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定通过在反射物件处的反射形成的对象图像的畸变/失真的方法以及一种用于该方法的装置。
背景技术
当对象在配备有反射表面的物件中被镜反射时，特别是由于物件表面上的不规则性而形成诸如形状变化、变小、变大或弯曲变化的畸变。这些畸变导致对象的图像看上去与对象实际所见不同。
在观察反射物件如汽车的窗玻璃或镜反射正面时经常要求在这个物件的反射表面上尽可能没有畸变地再现外界。再现对象时的畸变经常导致关于镜反射的物件本身的美观问题。例如在汽车的情况中应该感知尽可能均匀的轮廓。反射中的较大畸变会导致观察者对汽车的不可接受的感知。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种用于对在通过在反射物件处的反射而形成的对象图像中的畸变进行评判的简单、节省成本和快速的方法以及提供一种用于实施该方法的简单并节省成本的装置。
上述目的通过一种方法得以实现，在该方法中，首先确定反射物件的表面的三维形状，随后基于所述表面的已知三维形状由不同的视向计算出所述对象的图像的畸变并从中确定三维畸变。
上述发明涉及如下知识：由于弯曲、特别是由于曲率的变化会引起反射中的光学畸变。当观察角度例如由于镜反射物件相对于观察者的运动而发生变化时，曲率的较大变化、特别是较短距离内的较大变化会导致反射物件的可见的运动。镜反射物件的表面中的弯曲或曲率变化也可表示为此处折射值/光焦度(Brechwert)的变化。
因此根据本发明首先确定反射物件的表面的三维形状。所述表面的三维形状包括关于表面的在其所有点上的弯曲/曲率的信息。在物件的表面的特定位置处的弯曲对应于在该位置处的相应折射值。
在优选的实施例中，借助于摄像机利用反射测量术/反射计来确定反射物件的表面的三维形状和因此表面在每个点上的弯曲。利用反射测量可以检测物件的三维形状，而不需要参考标记。为此可以在具有较大表面的较大镜反射物件的情况下这样做，即首先利用多个摄像机局部地测量镜反射物件。由这些测量值可以将表面形状以计算的方式拼合/组合成该表面的三维整体形状。另选地，反射物件的表面的三维形状可以借助具有参考标记的方法、借助纯机械的触觉测量或借助通过三角测量法进行的漫反射表面的测量来确定。
如上所述，可以由反射物件的对于特定视向和表面特定点有效的弯曲来计算确定在该点上的折光力。在这方面可以看到，当观察者在不同观察角度下看向反射物件时，可由这些弯曲计算出的折光力发生变化。因此在由于观察角度的变化而产生的畸变方面的效果可以基于物件的已知三维表面形状来确定。为此在计算时假设：在每个期望的视向上布置一个虚拟摄像机。对象的由这样的虚拟摄像机的视角看到的反射图像然后被确定。由不同观察角度得出的对象图像的畸变也可以概括为术语“三维畸变”。
根据本发明的方法具有以下优点，即可以在仅一次测量反射物件后确定三维畸变。通过根据本发明的方法，用于评判镜反射物件的三维畸变的时间成本被最小化，这是因为仅须确定镜反射物件的三维表面形状。通过根据本发明的方法，不再需要改建用于通过真实摄像机由不同视角确定三维畸变的测量装置，从而用于评判反射物件的时间成本也被减到最小。
根据本发明的方法的另一优点在于，该方法可以用于任意待成像对象。例如该对象可以是矩形格栅/光栅或任意二维或三维对象。
此外还可以针对看向反射物件的表面的任意视角检查畸变。因此根据本发明的方法是非常灵活的并且可以在视角方面快速匹配不同的分别由任务发出者预给定的要求。
优选根据本发明的方法在反射物件的自动质量检验的范围内使用。如上所述，为此确定表面的三维形状并由此自动基于任务发出者针对反射物件例如在视角和/或对象的形状和/或位置方面的要求确定三维畸变。关于畸变的数据然后与任务发出者的在畸变方面的要求进行比较。然后根据基于表面的三维形状所确定的畸变数据与预给定的畸变数据的比较判断：反射物件是否满足任务发出者的质量要求。假如其与任务发出者的质量要求不符，则例如报告瑕疵/缺陷(例如光学地和/或声学地指示出瑕疵)和/或从生产过程剔除相应物件。
在根据本发明的方法的范围内，反射物件不必具有100％的反射率，因为这种反射率在计算三维畸变的范围内可以被改变。反射表面所具有的反射率可以被调整到任意值、例如100％。在此反射率理解为反射光强与入射光强之间的比例。利用根据本发明的方法甚至可以为非反射物件指派100％的反射率并检查三维畸变。
上述目的此外还通过一种装置得以实现，该装置被设置用于，首先(例如借助相应的确定单元)确定反射物件的表面的三维形状并随后基于所述表面的已知三维形状借助计算单元由不同的其它的视向计算出所述对象的图像的畸变并由此确定三维畸变。
根据本发明的装置特别设置用于由不同视向计算出对象图像的畸变，其中为此该计算单元在每个期望的视向上布置一个虚拟摄像机并基于关于表面三维形状的数据确定所述对象的由该虚拟摄像机的视角看到的反射图像。
根据本发明的装置的确定单元借助一摄像机优选利用反射测量术/反射计来确定物件表面形状。
根据本发明的装置的计算单元此外还设置用于，针对所述表面的每个点确定所述对象的图像在如下视向上的畸变，该视向在各个点上对应于物件的表面上的法线。
此外还可以借助计算单元改变物件的表面的反射率。
根据本发明的装置具有与上述方法相同的优点并且设置用于实施上述方法步骤。
利用所确定的结果可以例如在质量检验的范围内在反射时按照对象的形状、形状变化、弯曲、弯曲变化、变大或变小这些标准评判反射物件(或者非反射物件)，例如机动车的窗玻璃或正面玻璃。为此可以通过根据本发明的方法或根据本发明的装置检查不同的极限值，这些极限值在任务发出者为制造这种反射物件而设的不同要求目录中预给定。
在一种优选实施例中，针对反射物件的表面的每个点确定在如下视向上对象图像的畸变，该视向相应于特定点(即看向表面的视线的着眼点)上的表面法线。这种方法尤其在工业产品(其是反射物件)方面具有优点，因为由此可以确定不可避免地由镜反射物件的形状预给定的最小光学效果。
本发明的其它优点、特征和应用可能性也可以由以下对一种实施例的描述和附图得出。在此所有描述的和/或图示的特征自身或以任意组合构成本发明的主题，并且也独立于其在权利要求书中的综合或其引用关系。
附图说明
在附图中：
图1示意性示出用于确定三维畸变的本发明装置的第一子***的侧视图，和
图2示意性示出用于确定三维畸变的本发明装置的第二子***。
附图标记列表：
1窗玻璃
2窗玻璃的表面
3摄像机
5格栅
7虚拟摄像机
具体实施方式
图1中示出的是具有反射表面2的用于机动车车窗的窗玻璃1形式的反射物件，通过摄像机(真实摄像机)3对该反射表面进行观察。摄像机3尤其观察格栅、例如规则格栅(例如正方形格栅5)形式的对象的通过在窗玻璃1的表面2处的反射而产生的图像。任意其它对象同样可以用于反射测量。在窗玻璃1较大的情况下也可以使用多个摄像机检测窗玻璃1的表面的不同区域。
借助反射测量术/反射计，通过本发明装置的确定单元基于借助摄像机3拍摄的对象图像确定窗玻璃1的表面2的三维形状。在使用多个摄像机的情况下，由不同的测量拼合出窗玻璃1的表面2的三维形状。
为了确定格栅5的三维畸变，根据本发明的装置现在如图2所示借助相应设置的计算单元基于所确定的表面2三维形状、表面2的所有点上的由此得出的弯曲和在不同视向下的折光力从不同视向计算出格栅5的畸变。为此计算单元假设：虚拟摄像机7由各自视向看向镜反射物件1。由此例如借助光线跟踪(RayTracing)计算出在格栅5在物件1的表面2处反射时(虚拟)格栅5的图像和其畸变。由此计算单元可以轻易确定观察角度变化时的畸变效果、即三维畸变。格栅5为了计算三维畸变同样作为虚拟格栅被提供。
在质量检验的范围内可以通过计算单元对窗玻璃的所确定的三维畸变与任务发出者的要求进行比较，并判断所确定的窗玻璃1畸变是否符合所述要求。如果情况并非如此，则将窗玻璃1剔除出生产过程。

Claims (10)

1.一种用于确定对象(5)的图像的畸变的方法，所述图像通过在反射物件(1)处的反射而形成，其特征在于，首先确定物件(1)的表面(2)的三维形状，随后基于所述表面(2)的已知三维形状由不同视向计算出所述对象(5)的图像的畸变，并由此确定三维畸变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了由不同的视向计算出所述对象(5)的图像的畸变，假设在每个期望的视向上布置有虚拟摄像机(7)并由该虚拟摄像机(7)的视角确定所述对象(5)的反射图像。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于摄像机(3)利用反射测量术来确定所述反射物件的表面(2)的形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述表面(2)的每个点，确定所述对象(5)的图像在如下视向上的畸变，该视向在各个点上对应于所述反射物件(1)的表面(2)的法线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使物件的表面的反射率发生改变。
6.一种用于确定对象(5)的通过在反射物件(1)处的反射而形成的图像的畸变的装置，该装置具有摄像机(3)，其特征在于，该装置被设置用于：首先确定物件(1)的表面(2)的三维形状，随后基于所述表面(2)的已知三维形状由不同的另外的视向计算出所述对象(5)的图像的畸变，并由此确定三维畸变。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置被设置用于：为了由不同的视向计算出所述对象的图像的畸变，在每个期望的视向上布置有虚拟摄像机(7)并由该虚拟摄像机(7)的视角确定所述对象(5)的反射图像。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的装置，其特征在于，该装置被设置用于：借助于所述摄像机(3)利用反射测量术来确定物件的表面(2)的形状。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，该装置被设置用于：针对所述表面(2)的每个点，确定所述对象(5)的图像在如下视向上的畸变，该视向在各个点上对应于物件(1)的表面(2)的法线。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，物件的表面的反射率是可变的。
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