DE10025741A1 - Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher ÄnderungInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung vorgeschlagen, bei denen der Gegenstand mit einer Projektionsvorrichtung aus mindestens zwei Richtungen mit Lichtmustern beleuchtet wird, die mit einer zweidimensional auflösenden Sensoranordnung punktweise aufgezeichnet werden. Für den jeweiligen aufgezeichneten Punkt der Oberfläche des Gegenstandes werden mindestens vier Phasenmesswerte bestimmt und daraus die räumlichen Koordinaten der Punkte und/oder deren zeitliche Änderung sowie Kenngrößen des Messsystems berechnet. Der Gegenstand wird zur Erfassung aus unterschiedlichen Ansichten bei unterschiedlichen Positionen der Sensoranordnung aufgezeichnet, und bei einer neuen Position der Sensoranordnung wird mindestens eine Projektionsrichtung so gewählt, dass sie mit einer Projektionsrichtung der vorhergehenden Position der Sensoranordnung übereinstimmt. In diesen beiden Projektionsrichtungen sind die Phasenmesswerte völlig identisch und werden nur an anderen Positionen einer innerhalb der zweidimensionalen Sensoranordnung registriert. Daraus wird eine Verknüpfungsvorschrift zwischen den Aufzeichnungspunkten der Sensoranordnung bei der neuen und der vorhergehenden Position bestimmt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungs
losen Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Ge
genständen und/oder deren zeitlicher Änderung nach
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Zur berührungslosen flächenhaften Erfassung von Ober
flächenformen, Oberflächengeometrien oder Koordinaten
ausgewählter Punkte werden verschiedene optische
Prinzipien eingesetzt. Allen Verfahren ist dabei ge
meinsam, daß die Bestimmung der 3-D-Koordinaten eines
Oberflächenmesspunktes nur dann möglich ist, wenn
mindestens drei unabhängige Meßwerte für diesen Punkt
vorliegen. Zusätzlich gehen Annahmen über die Geome
trie des Messsystems in das Ergebnis ein.
Ein Verfahren ist die klassische Streifenprojektion
stechnik, die mit einer oder mehreren CCD-Kameras und
einem Projektor realisiert wird. (DE 41 20 115 C2, DE 41 15 445 A1.
In derartigen Vorrichtungen werden die
Gitterlinien oder Gray-Code-Sequenzen auf die zu ver
messende Oberfläche projiziert. Eine CCD-Kamera regi
striert an jedem ihrer Empfänger Elemente die Inten
sität eines Bildpunktes auf der Oberfläche. Mit be
kannten mathematischen Algorithmen werden aus den In
tensitätsmesswerten Phasenmesswerte berechnet. Die
gesuchten Objektkoordinaten können nachfolgend aus
den Phasenmesswerten und den Bildkoordinaten der
Messpunkte in der Bildebene des Aufnahmesystems be
rechnet werden. Voraussetzung dafür ist allerdings
die Kenntnis der Geometrie des Messsystems (Orientie
rungsparameter von Projektor und Kamera) sowie der
Abbildungseigenschaften der Projektions- und Abbil
dungsoptik.
Die Anzahl der zu bestimmenden Orientierungsparameter
lässt sich erheblich einschränken, wenn ausschließ
lich die Phasenmesswerte zur Koordinatenberechnung
verwendet werden. In solchen Systemen bestimmt die
Lage eines einzelnen Empfängerelementes im Aufnahme
system ausschließlich den Messort, wird aber als
Messinformation nicht ausgewertet. Durch Beleuchtung
der Szene aus mehreren, aber mindestens drei Projek
tionsrichtungen mit Gitterlinien oder auch Gray-Code-
Sequenzen und Beobachtung mit einer oder mehreren in
Bezug zum Objekt fest positionierten Kameras, lassen
sich beispielsweise Koordinaten bei bekannter Geome
trie des Beleuchtungssystems berechnen. In allen die
sen Systemen müssen die Systemparameter (Orientie
rungsparameter) separat erfasst werden, wobei dies
typischerweise durch eine sogenannte Vorabkalibrie
rung des Systems geschieht. Dabei werden Kalibrier
körper mit bekannter Geometrie vermessen, mit Hilfe
derer die Geometrieparameter des Messaufbaus modelliert
werden (DE 195 36 297 A1). Unbrauchbar ist die
se Vorgehensweise immer dann, wenn Geometrieparameter
in weiteren Messungen nicht konstant gehalten werden
können, beispielsweise durch Temperatureinflüsse oder
in Folge mechanischer Beanspruchung des Systems oder
wenn bedingt durch die Komplexität der Messaufgabe
eine variable Sensoranordnung gefordert wird und da
her eine Vermessung mit vorab festgelegten Anordnun
gen nicht in Frage kommt.
Photogrammetrische Messverfahren überwinden die
Schwierigkeit einer separaten Einmessprozedur. Als
Messinformationen dienen hier die Bildkoordinaten,
also die Lage der Messpunkte im Raster des Aufnahme
systems. Aus mindestens zwei unterschiedlichen Kame
rapositionen müssen für einen Objektpunkt die Bildko
ordinaten bekannt sein. Vorteilhaft bei diesen Mess
verfahren ist dabei, daß pro Messpunkt ein überzähli
ger Messwert gewonnen werden kann, d. h. bei zwei Ka
merapositionen liegt ein Messwert mehr vor, als für
die Berechnung der drei Koordinaten eines Punktes er
forderlich ist. Auf diese Weise ist es bei hinrei
chend vielen Messpunkten möglich, simultan Koordina
ten, innere und äußere Orientierungsparameter der Ka
meras sowie Korrekturparameter für die Verzeichnung
zu berechnen. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei
dem Auffinden der dazu notwendigen homologen Punkten,
vor allem für sehr viele Messpunkte. Hierzu müssen in
aufwendigen Bildverarbeitungsprozeduren Texturen oder
Oberflächenstrukturierungen aus verschiedenen Aufnah
men in Verhältnisse gesetzt werden (DE 195 36 296 A1).
Gerade für eine vollständige flächenhafte Erfas
sung einer Objektoberfläche ist dies nicht mit ver
tretbarem Aufwand möglich. Auch sind Markierungen als
Verknüpfungspunkte für das Zusammenfügen der Teilan
sichten erforderlich.
In der DE 196 37 682 A1 wird ein System vorgeschla
gen, welches diese Probleme überwindet. Dabei be
leuchtet ein Projektionssystem die Szene mit einer
Serie von Streifenbildern, bestehend aus zwei zuein
ander um 90° verdrehten Sequenzen. Solche aus zwei
unterschiedlichen Positionen auf das Objekt proji
zierte Streifenbilder ermöglichen bei gleichzeitiger
Beobachtung mit einer fest positionierten Kamera, ei
ne Auswertung gemäss dem funktionalen Modell der Pho
togrammetrie. Nachteile dieses Systemkonzeptes erge
ben sich vor allem bei der vollständigen Vermessung
von komplexen Objekten. Mit der Komplexität des
Messobjektes steigt auch die Anzahl der notwendigen
Ansichten. Es ist aber nicht sinnvoll, die Anzahl der
Kameras zu erhöhen, da eine Messinformation nur an
einem Objektpunkt vorliegt, der sowohl aus zwei un
terschiedlichen Richtungen beleuchtet wird, als auch
von der Kamera beobachtet wird. Das Justieren des
Messsystems, d. h. das Einrichten der erforderlichen
Kameras gestaltet sich darüber hinaus umso schwieri
ger, je mehr Ansichten eingerichtet werden müssen.
Für komplexe Messaufgaben ist ein solches voraus
schauendes Einrichten des Sensorsystems nicht immer
befriedigend möglich. Nachteilig bei bekannten Ver
fahren ist außerdem, daß das Ergebnis der Messung für
eine Bewertung immer erst am Ende des kompletten
Messprozesses zur Verfügung steht. Eine Zwischenaus
wertung und darauf aufbauend eine angepasste Positio
nierung des Projektors und der Kamera(s) ist dabei
nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten
von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
zu schaffen, mit der eine Vermessung von komplexen
Gegenständen ohne Markierungen oder Texturen und ohne
das Auffinden von homologen Punkten zu schaffen, ohne
daß geometrische oder optische Systemgrößen vorab be
kannt sein oder kalibriert werden müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, daß der Gegenstand bzw. das Objekt jeweils
aus mindestens zwei Richtungen mit einer Serie von
Lichtmustern beleuchtet wird und der Gegenstand mit
Lichtmustern zur Erfassung aus unterschiedlichen An
sichten bei unterschiedlichen Positionen der Sen
soranordnung aufgezeichnet wird, wobei bei einer neu
en Position der Sensoranordnung die Projektionsrich
tung relativ zum Gegenstand in Bezug auf die vorher
gehende Position nicht geändert wird, kann aus den
gefundenen gleichen Meßinformationen in Form der
Lichmuster eine Zuordnungsvorschrift der Messpunkte
in der Bildebene der Sensoranordnung gefunden werden.
Auf diese Weise ist eine Vermessung von komplexen Ob
jekten oder auch eine Rundumvermessung möglich. Es
werden keine Markierungen oder Texturen oder auch be
sondere Objekteigenschaften für das Auffinden der ho
mologen Punkte benötigt. Das Ergebnis der Messung
liegt ohne zusätzliche Matchingprozeduren in einem
einheitlichen Koordinatensystem vor. Dabei ist das
System selbsteinmessend, es müssen vor einer Messung
keinerlei geometrische oder optische Systemgrößen be
kannt sein oder kalibriert werden. Die Anzahl der zu
digitalisierenden Objektansichten und damit die Ge
samtanzahl der Messpunkte ist nicht begrenzt. Das Ob
jekt kann in einem schrittweisen Prozess erfasst wer
den, wobei nach dem Abschluss einer Kameraansicht die
3-D-Koordinaten dieser Ansicht vorliegen. Dies ermöglicht
insbesondere eine Bewertung des Zwischenergeb
nisses im 3-D-Raum hinsichtlich Vollständigkeit. Es
können darüber hinaus technische sehr einfache auto
matische Messsysteme aufgebaut werden, wobei diese
trotzdem in der Lage sind, komplexe Objekte vollstän
dig und flächenhaft zu erfassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be
schreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a das erfindungsgemäße Prinzip bei der Vermes
sung, wobei Kamera, zwei Projektorpositionen
und Gegenstand in der Ausgangsposition sind,
Fig. 1b das erfindungsgemäße Prinzip der Vermessung
mit Anschlußorientierung bei neuer Position
der Kamera und zwei Positionen des Projek
tors, wobei die letzte Projektorposition
entsprechend Fig. 1a beibehalten ist,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vor
richtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens, bei der Projektor und Ka
mera im Raum frei beweglich sind,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vor
richtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens mit zwei planaren Rotati
onseinheiten, und
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vor
richtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens mit zwei orbitalen Rotati
onseinheiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden un
ter Heranziehung von Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.
Der zu vermessende Gegenstand bzw. das Objekt, das
beispielsweise auf einem Messtisch befestigt ist, ist
mit dem Bezugszeichen 1, ein Projektor auf einem Sta
tiv mit 3 und eine Sensoreinrichtung, im Ausführungs
beispiel eine CCD-Kamera auf einem Stativ mit 2 be
zeichnet. In Fig. 2a sind zwei verschiedene Positio
nen des Streifenprojektors 3 dargestellt, die Positi
on 3.1 mit durchgezogenen Linien und die Position 3.2
in gestrichelten Linien. Die Kamera 2 nimmt in Fig.
2a die Position 2.1 ein. Der Projektor 3 projiziert
auf das zu vermessende Objekt 1 oder einen Objektbe
reich ein oder mehrere Liniengitter und/oder Gray-
Code-Sequenzen ab. Die Kamera in der Kameraposition
2.1 registriert an jedem ihrer Empfängerelemente die
Intensität der auf dem Objekt 1 abgebildeten Strei
fenbilder als Messwerte. Anschließend wird das Gitter
und/oder die Gray-Code-Sequenz um 90° gedreht und er
neut auf den Gegenstand 1 projiziert, wobei die Dreh
achse parallel zur Gitternormalen liegt. In Fig. 2a
sind nur zwei Projektorpositionen 3.1 und 3.2 darge
stellt, die die Beleuchtungsrichtung bestimmen, übli
cherweise werden weitere Projektorpositionen vorgese
hen, bei denen die Liniengitter bzw. die Gray-Code-
Sequenzen mit entsprechender zwischenzeitlicher Dre
hung um 90° auf das Objekt 1 projiziert werden. Der
Standpunkt der Kamera 2 bleibt dabei relativ zum Ob
jekt unverändert, die Intensitätsmesswerte werden von
der Kamera 2 immer am gleichen Element auf der Objek
toberfläche registriert, wobei die Lage der Empfän
gerelemente i, j (siehe Fig. 1a) den Ort der Objekto
berfläche, an dem gemessen wird, bestimmt.
Fig. 1a stellt die Ausgangsposition bei der Vermes
sung entsprechend Fig. 2a dar, wobei die Kamera 2.1
mit einem Raster aus Empfängerelementen i, j das Ob
jekt 1 beobachtet. In jeder Projektorposition werden
bedingt durch die zwischenzeitliche Drehung des Lini
engitters bzw. der Gray-Code-Sequenz und mit bekann
ten Algorithmen grundsätzlich pro Empfängerelement
der Kamera zwei Messinformationen ξi, ηi gewonnen in
Form von Phasenmeßwerten, die Koordinaten in der Git
terebene des Projektionssystems entsprechen. ξi ist
der Phasenmesswert in der einen Stellung des Linien
gitters bzw. der Gray-Code-Sequenz (erste Sequenz)
und ηi der Phasenmesswert des um 90° verdrehten Git
ters bzw. Gray-Code-Sequenz (zweite Sequenz) in einer
Serie von Projektorpositionen (i = 1. .n). Aus den zwei
in Fig. 2a dargestellten unterschiedlichen Projektor
positionen 3.1, 3.2 stehen im Raster der Kamera nach
der Projektion die Phasenmeßwerte ξ1, ξ2 und η1, η2
zur Verfügung.
Für die Auswertung der Phaseninformation hinsichtlich
der Berechnung der 3-D-Koordinaten ist es erforder
lich, die Geometrieparameter des Projektionssystems
zu kennen. Die Raumlage der einzelnen Projektorposi
tionen wird durch sechs äußere Orientierungsparameter
(drei Koordinaten der Projektionszentren, drei Eule
resche Drehwinkel um die mitgedrehten Koordinatenach
sen) festgelegt. Zur Berechnung dieser Geometriegrö
ßen wird mit funktionalen Modellen der Photogramme
trie ein Gleichungssystem aufgestellt. Als Eingangs
größen dienen die gemessenen bzw. aus den Messwerten
berechneten Phasenwerte. Werden in der in Fig. 1a und
Fig. 2a dargestellten ersten Kameraposition 2.1 als
erste Ansicht mindestens aus den zwei Beleuchtungs
richtungen 3.1, 3.2 Streifenbilder in beschriebener
Weise projiziert, so können 3-D-Koordinaten berechnet
werden. Die Auswertung läßt sich in folgenden Schrit
ten zusammenfassen:
- 1. Mit bekannten Phasenberechnungs- und Versteti gungsalgorithmen gegebenenfalls unter Zuhilfe nahme der Gray-Code-Sequenzen werden Phasenbil der bzw. Phasenwertdifferenzen für jede Beleuch tungsrichtung berechnet.
- 2. Die so berechneten Phasendifferenzen werden durch 2 Pi dividiert und mit dem Linienabstand des Gitters multipliziert. An die so berechneten Phasenmeßwerte wird ein Offset in der Weise an gebracht, daß der Phasennullpunkt des im Durch stoßungspunkt der optischen Achse durch die Git terebene des Projektors liegt. Die so gewonnene Bildinformation entspricht Koordinaten in der Gitterebene des Projektionssystems wie sie aus der Photogrammetrie bekannt sind.
- 3. Eine Auswahl von Phasenmeßwerten nach bestimmten Kriterien ist notwendig, wenn die Anzahl der Messpunkte sehr hoch ist. Diese Auswahl kann in einem vordefinierten Raster von Bildelementen der Kamera, anhand von Qualitätskriterien der Phasenbilder, wie z. B. Modulation oder interak tiv, d. h. an beliebig über das Messfeld verteil ten Punkten vorgenommen werden.
- 4. Mit den in Schritt 3 gewonnen Phasenmeßwerten werden mit bekannten photogrammetrischen Bündel blockausgleichsalgorithmen die Orientierungspa rameter des Projektors berechnet. Zusätzlich können auch Korrekturparameter für Abbildungs fehler der Projektoroptik bestimmt werden.
- 5. An jedem Sensorelemente der Kamera kann nun ein Gleichungssystem gelöst werden, wenn mindestens drei Phasenmeßwerte bekannt sind. Die Eingangs größen dieses Gleichungssystems sind die in Schritt 2 gewonnenen Phasenmeßwerte, die Orien tierungsparameter und gegebenenfalls Korrektur parameter der Projektoroptik die aus Schritt 4 bekannt sind.
Als Ergebnis werden die 3-D-Koordinaten für die erste
Objektansicht erhalten, die zur Verfügung stehen und
mit geeigneten Darstellungsprogrammen angezeigt und
bewertet werden können. Alle Koordinaten liegen in
einem Koordinatensystem, so daß mit Abschluß der Ko
ordinatenberechnung keine weitere Nachbearbeitung
mehr notwendig ist.
Für eine weitere Objektansicht ist es nun notwendig,
eine neue Kameraposition einzustellen. Dies ist in
Fig. 1b und Fig. 2b dargestellt. Die Position der
letzten Beleuchtungsrichtung bzw. der letzten Projek
torposition 3.2 wird beibehalten und die Kamera 2
wird von der Position 2.1 in die Position 2.2 ver
setzt. Da die letzte Projektorposition 3.2 gleich 3.3
(Fig. 1b) beibehalten wird, kann eine Anschlußorien
tierung erreicht werden. Wenn die Kamera in die neue
Position 2.2 verschoben wird, verändert sich die Zu
ordnung von Pixelindex der Kamera i2 und j2 und Ob
jekt. Eine durch das Bezugszeichen 4 in Fig. 1b ange
deutete Rücktransformation wird über die Phasenmeß
werte des Projektors erreicht, da die Projektorposi
tion 3.2 in Fig. 1a und 3.3 in Fig. 1b exakt die
gleichen Phasenmeßwerte ξ, η liefern.
Um auch 3-D-Koordinaten für diese zweiten Ansicht,
d. h. Position 2.2 der Kamera 2 zu erhalten, ist es
wieder notwendig, die mindestens benötigten zwei Pro
jektorpositionen für diese Ansicht einzustellen. Dies
wird in Fig. 2c und in Fig. 1b durch die Beleuch
tungsrichtung 3.4 erhalten werden. Entsprechend Fig.
2c bleibt die Position 2.2 der Kamera 2 unverändert
und der Projektor 2 wird aus der Position 3.3 in die
Position 3.4 verschoben. Die Verknüpfung der beiden
Ansichten entsprechend Fig. 1a und Fig. 1b ist nach
folgendem Ablaufschema möglich:
- 1. Auffinden von gleichen Phasenmeßwerten in den beiden Objektansichten, wobei dies dann gegeben ist, wenn die beiden Ansichten überlappende Be reiche aufweisen.
- 2. Die gefundenen gleichen Phasenmeßwerte in den beiden Objektansichten definieren eine Zuord nungsvorschrift, die über die Pixelindizes des Aufnahmesystems an denen gleiche Phasenmesswerte gefunden wurden, womit sich eine Anschlußorien tierung der neuen Objektansicht erreichen läßt. In der Projektionsrichtung 3.2 in Fig. 1a wird in der Objektansicht 2.1 an der Pixelposition i1, j1 die Phasenmesswerte ξ2, η2 registriert. Wird nun, wie in Fig. 1b dargestellt, das Auf nahmesystem versetzt um eine neue Objektansicht zu erreichen (2.2) aber die Projektionsrichtung beibehalten, so werden nun an einer neuen Pixel position i2, j2 die gleichen Phasenmesswerte ξ2, η2 erhalten. Die Zuordnungsvorschrift besagt dann, daß über die gleichen Phasenmesswerte ξ2, η2 die Pixelposition i1, j1 der Pixelposition i2, j2 zugeordnet werden kann.
- 3. Die nun folgende mindestens eine Beleuchtungspo sition (Position 3.4) muß mit den Beleuchtungs position der ersten Ansicht in einem einheitli chen Koordinatensystem orientiert werden. Das ist die Voraussetzung für ein einheitliches Ko ordinatenfeld. Mit der aus Schritt 2 gewonnen Zuordnungsvorschrift können die für die An schlussorientierung notwendigen Phasenmeßwerte gewonnen werden.
- 4. Zusätzlich können aber auch in der neuen Ansicht neue Punkte ausgewählt werden, die als Verknüp fungspunkte für eine nachfolgende Ansicht die nen, wenn die nächste Ansicht die Verknüpfungs punkte beinhaltet.
Die Messvorschrift des wechselseitigen, aber niemals
gleichzeitigen Umsetzens von Projektor und Kamera
kann nun fortgesetzt werden, bis das Objekt in genü
gender Weise vollständig vermessen ist. Der Benutzer
kann die Vollständigkeit der Messung jederzeit beur
teilen, da die Zwischenergebnisse jederzeit verfügbar
sind. Mit dieser oben beschriebenen Messvorschrift
ist es möglich, eine klaffungsfreie Zuordnung zu der
jeweils vorhergehenden Ansicht zu schaffen. Weiterhin
ist kein interaktives Auffinden von Strukturmerkmalen
oder Texturen auf dem Objekt notwendig und das Anein
anderfügen der Einzelansichten ist völlig unabhängig
von den Eigenschaften des Objektes. In Fig. 3 ist ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens darge
stellt. Dabei ist das Objekt 1 auf einem Objekttisch
5 in der Mitte von zwei konzentrischen Dreh- oder Ro
tationseinheiten 6, 7 angeordnet. Diese Rotationsein
heiten 6, 7 sind unabhängig voneinander um den Ob
jekttisch 5 herum verdrehbar. Der Projektor 3 ist an
einem mit der Rotationseinheit 6 verbundenen Ständer
befestigt, während die Kamera 2 an einem mit der Ro
tationseinheit 7 verbundenen Ständer 9 befestigt.
Projektor 3 und Kamera 2 sind an den jeweiligen Ständern
8, 9 in der Höhe verstellbar, vorzugsweise sind
sie auf Schienen befestigt, die eine variable Ein
stellung der Beobachtungs- bzw. Projektionshöhe er
möglichen. Durch geeignete Wahl der Befestigung ist
eine Justage, d. h. das Einrichten der Projektions-
bzw. Abbildungsfelder auf das Messobjekt 1 möglich.
Die notwendigen Schritte für eine Formvermessung nach
dem oben beschriebenen Prinzip sind wie folgt. Zur
Aufnahme der ersten Objektansicht wird die Kamera 2
durch Drehen der Rotationseinheit 7, durch Höhenver
schiebung und Ausrichtung positioniert. Für die Pro
jektion der Streifensequenzen wird der Projektor 3 in
entsprechender Weise durch Drehen der Rotationsein
heit 6 und Verschieben des Projektors 3 an dem Stän
der 8 positioniert. Es werden, wie beschrieben, Git
tersequenzen projiziert und die Kamera digitalisiert
an den sichtbaren beleuchteten Objektpunkten Intensi
tätswerte. Ist die letze Projektionsrichtung einer
Ansicht erreicht, bewegt sich die Kamera 2 zur Auf
nahme einer weiteren Objektansicht, wobei die Positi
on des Projektors 3 unverändert bleibt. Dieser Ablauf
wird solange wiederholt, bis die vorgegebene Anzahl
von Objektansichten, d. h. Kamerapositionen erreicht
wurde oder durch die algorithmische Auswertung der 3-
D-Messdaten das Objekt als vollständig vermessen
klassifiziert wurde.
Fig. 4 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Entsprechend
der Figur sind zwei orbitale Rotationseinheiten 10,
11 vorgesehen, die unabhängig voneinander drehbar ge
lagert sind und die jeweils halbkreisförmig sind und
vorzugsweise als Schienen ausgebildet sind. Der Pro
jektor 3 und die Kamera 2 sind jeweils an den Schie
nen verschieblich gelagert, so daß ihre Positionierung
innerhalb der Schienen uneingeschränkt möglich
ist. Die schienenförmigen Rotationseinheiten 10, 11
sind mindestens um 180°, gegebenenfalls um 360° über
Antriebe 12, 13 drehbar. Die Lage des das Messobjekt
aufnehmenden Objekttisches ist positionsneutral in
Bezug auf die beiden Rotationseinheiten 10, 11. Durch
diese Anordnung wird eine vollständige Rundumvermes
sung des Objektes ermöglicht. Sowohl die Kamera 2 als
auch der Projektor 3 können durch Drehen der jeweili
gen Rotationseinheit 10, 11 und Verschieben innerhalb
der jeweiligen Schiene an jeden beliebigen Ort im Or
bit des Messobjektes positioniert werden. Entschei
dend ist weiterhin, daß bei einer Neupositionierung
von Kamera oder Projektor keine neue Ausrichtung des
Bildfeldes auf das Messobjekt notwendig ist. Auch die
Nachjustierung der entsprechenden Optik entfällt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordi
naten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher
Änderung, bei dem der Gegenstand mit einer Pro
jektionsvorrichtung aus mindestens zwei Richtun
gen mit Lichtmustern beleuchtet wird, die mit
einer zweidimensional auflösenden Sensoranord
nung punktweise aufgezeichnet werden und wobei
für den jeweiligen aufgezeichneten Punkt der
Oberfläche des Gegenstandes mindestens vier Pha
senmesswerte bestimmt und daraus die räumlichen
Koordinaten der Punkte und/oder deren zeitliche
Änderung sowie Kenngrößen des Messsystems be
rechnet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gegenstand zur Erfassung aus unter schiedlichen Ansichten bei unterschiedlichen Po sitionen der Sensoranordnung aufgezeichnet wird,
daß bei einer neuen Position der Sensoranordnung (2) mindestens eine Projektionsrichtung so ge wählt wird, daß sie mit einer Projektionsrich tung der vorhergehenden Position der Sen soranordnung übereinstimmt, wobei in diesen bei den Projektionsrichtungen die Phasenmeßwerte völlig identisch sind und nur an anderen Posi tionen einer innerhalb der zweidimensionalen Sensoranordnung registriert werden und daraus eine Verknüpfungsvorschrift zwischen den Auf zeichnungspunkten der Sensoranordnung (2) bei der neuen und der vorhergehenden Position be stimmt wird.
daß der Gegenstand zur Erfassung aus unter schiedlichen Ansichten bei unterschiedlichen Po sitionen der Sensoranordnung aufgezeichnet wird,
daß bei einer neuen Position der Sensoranordnung (2) mindestens eine Projektionsrichtung so ge wählt wird, daß sie mit einer Projektionsrich tung der vorhergehenden Position der Sen soranordnung übereinstimmt, wobei in diesen bei den Projektionsrichtungen die Phasenmeßwerte völlig identisch sind und nur an anderen Posi tionen einer innerhalb der zweidimensionalen Sensoranordnung registriert werden und daraus eine Verknüpfungsvorschrift zwischen den Auf zeichnungspunkten der Sensoranordnung (2) bei der neuen und der vorhergehenden Position be stimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß nach Einstellen einer neuen Position
der Sensoranordnung (3) zur Abfassung des Objek
tes (1) aus einer anderen Ansicht die letzte Po
sition des Projektors relativ zum Objekt bei der
vorhergehenden Position der Sensoranordnung
nicht geändert, wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß eine Verknüpfungsvor
schrift oder auch Zuordnungsvorschrift zur Ver
knüpfung der erhaltenden Ansichten in ein ge
meinsames Koordinatensystem durch Rücktransfor
mation über die Lichtmuster oder auch Phasenmeß
werte des Projektionsssystems bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Gegenstand aus je
der Projektionsrichtung in einem ersten Schritt
mit einem Liniengitter und/oder Gray-Code-
Sequenzen und in einem zweiten Schritt mit dem
um 90° versetzten Liniengitter und/oder um 90°
versetzten Gray-Code-Sequenzen beleuchtet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 4 mit mindestens einer
Sensoreinheit (2), mindestens einer Projek
toreinheit (3) und einem den zu vermessenden Ge
genstand aufnehmenden Messtisch (5) sowie eine
Auswerteeinrichtung, die abhängig von den Infor
mationen der Sensoreinheit und der Projektorein
heit die dreidimensionalen Koordinaten des Ob
jektes berechnet, wobei die Projektoreinheit (3)
und die Sensoreinheit (2) unabhängig frei von
einander beweglich sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit
einer Sensoreinheit (2), mindestens einer Pro
jektoreinheit (3) und einem den zu vermessenden
Gegenstand aufnehmenden Messtisch (5) sowie eine
Auswerteeinrichtung, die abhängig von den Infor
mationen der Sensoreinheit und der Projektorein
heit die dreidimensionalen Koordinaten des Ob
jektes berechnet, wobei die Projektoreinheit (3)
und die Sensoreinheit (2) auf jeweils einer Dre
heinheit (6, 7) angeordnet sind, in deren Mit
telpunkt sich der Messtisch (5) befindet und die
unabhängig voneinander verdrehbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dreheinheiten (6, 7) planar
sind und auf den Dreheinheiten (6, 7) Translati
onseinheiten (8, 9) befestigt sind, an denen die
Sensoreinheit (2) und die Projektoreinheit (3)
unabhängig voneinander in der Höhe verschiebbar
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dreheinheiten (10, 11) orbita
le Dreheinheiten sind, die kreisbahnförmig aus
geführt sind und an denen die Projektionseinheit
und die Sensoreinheit unabhängig voneinander
kreisbahnförmig verschiebbar sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10025741A DE10025741C2 (de) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung |
EP01945128A EP1285226A1 (de) | 2000-05-19 | 2001-05-14 | Verfahren zur bestimmung der räumlichen koordinaten von gegenständen und/oder deren zeitlicher änderung |
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DE10025741A DE10025741C2 (de) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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