DE102011118351A1 - Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur von bewegten Objekten mittels Streifenlichtprojektion - Google Patents

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Abstract

Streifenprojektionssystem für bewegte Objekte, gekennzeichnet durch: eine Kompensation der Bewegung des Messobjektes durch zeitlich aufeinanderfolgendes Auslesen von Bildbereichen eines Bildsensors wobei jede Belichtung des Bildsensors durch eine Belichtung mit einem bestimmten aufprojizierten Streifenmuster erfolgt.

Description

  • 1. Stand der Technik
  • Zur Bestimmung der Oberflächenstruktur werden unter anderem seit einigen Jahren Streifenprojektionssysteme eingesetzt. Dazu werden mittels eines Lichtprojektors n (z. B. n = 16) n meist horizontale oder vertikale Streifen auf das Messobjekt projiziert, ein auf das Messobjekt ausgerichteter Bildsensor mit entsprechender Abbildungsoptik nimmt jeweils ein Bild pro projiziertem Muster auf. Die aufprojizierten Streifen können sinusförmig mit jeweils unterschiedlicher Ortsfrequenz sein oder Hell/Dunkel Streifen (Graycodes) oder eine Kombination sein. Andere Muster wurden ebenfalls in der Literatur beschrieben. Insgesamt erhält man einen Bildstapel der zur Berechnung der Topographie der Objektoberfläche herangezogen werden kann. Über entsprechende Auswerteverfahren erhält man als Resultat eine Punktewolke, wobei ein Punkt einen Oberflächenpunkt des Messobjekts dreidimensional repräsentiert.
  • Andere optische Methoden zur Erfassung der dreidimensionalen Struktur verwenden einzelne aufprojizierte Linien, meist erzeugt durch einen Laser (Laserscanner). Die Krümmung einer einzelnen Linie wird zur Auswertung der Oberflächenstruktur herangezogen. Im Gegensatz zu den Laserscannern darf sich das Messobjekt bei der Streifenlichtprojektion während der Aufnahme der Einzelbilder nicht bewegen. Andererseits liefert die Streifenprojektionsmethode Punktewolken höherer Qualität und durch die gleichzeitige, flächige Antastung in den meisten Anwendungsfällen mit höherer Geschwindigkeit.
  • Wünschenswert wäre daher eine auf der Streifenprojektion basierende Methode mit der bewegte Objekte erfasst werden können.
  • Dies kann dadurch gelöst werden dass die Belichtung des Messobjekts mit den Streifenmustern kurz erfolgt bzw. der aufnehmende Bildsensor nur kurz belichtet wird und die Bewegung des Messobjektes durch eine gegenläufige Bewegung eines Ausschnitts auf dem Bildsensor kompensiert wird. Die Bestimmung der Geschwindigkeit des Messobjektes kann, falls unbekannt, durch Aufnahme von zwei oder mehr zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern des Messobjektes erfolgen.
  • Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die hohe Auflösung und hohe Messgeschwindigkeit des Streifenlichtverfahrens auch für bewegte Objekte angewendet werden kann.
  • Auführungsbeispiele
  • Eine wesentliche Eigenschaft ist die Erzeugung der Gegenläufigkeit zur Kompensation der Bewegung des Messobjektes. Wie in gezeigt, wird ein Oberflächenpunkt (10) durch die Abbildungsoptik (7) auf dem Bildsensor (9) an der Stelle (11) abgebildet. Bewegt sich das Messobjekt in die gestrichelte Position verschiebt sich der Punkt (10) entsprechend zur Stelle (13). Zur Kompensation werden die zwei nachfolgend beschriebenen Methoden vorgeschlagen.
  • 1. Mitbewegter Bildausschnitt (ROI = Region Of Interest)
  • Wie 1a) zeigt wird aus der gesamten Bildsensorfläche ein kleinerer Bildausschnitt (2) (ROI) gewählt der entsprechend der Bewegung des Messobjekts ”mitgeführt” wird, d. h. eine entsprechende Logik sorgt dafür dass die linke obere Ecke des ROI zwischen zwei Belichtungschritten von (x0, y0) nach (x1, y1) verschoben wird. 1b) und c) verdeutlichen die Situation: der Objektpunkt P wandert relativ zum Bildsensor in die Position P relativ zum ROI jedoch steht der Punkt still.
  • 2. Spaltenweise versetztes Auslesen
  • Bei bekannter Richtung der Translation (horizontal oder vertikal) kann als Spezialfall der Methode 1 der Bildsensor (4) von einem Bild zum nächsten Bild jeweils um eine oder mehrerer Spalten oder Zeilen versetzt ausgelesen werden. ) verdeutlicht dies anhand einer versetzten, spaltenweisen Auslesung, entsprechend einer horizontalen Bewegung des Messobjektes. Die resultierende nutzbare Bildinformation ist bei Bild 1, Spalte 1 bis Spalte n, bei Bild 2 Spalte 2 + N bis Spalte n usw.. Entsprechendes gilt für Zeilen und einer vertikalen Bewegung des Messobjektes ( )

Claims (6)

  1. Streifenprojektionssystem für bewegte Objekte, gekennzeichnet durch: eine Kompensation der Bewegung des Messobjektes durch zeitlich aufeinanderfolgendes Auslesen von Bildbereichen eines Bildsensors wobei jede Belichtung des Bildsensors durch eine Belichtung mit einem bestimmten aufprojizierten Streifenmuster erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der Objektbewegung durch einen mitgeführten Teilbildbereich erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensation durch Auslesen des Bildsensors spalten- oder zeilenweise versetzt erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Objektgeschwindigkeit vor der Messung nach dem Streifenlichtprojektionsverfahren durch mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Bilder erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine schnelle Steuerlogik zur Synchronisierung der Streifenmusterprojektion, der Berechnung der Verschiebung des Bildausschnitts, der Belichtung des Bildsensors sowie des Auslesens des Bildsensors verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass der Bildsensor in CMOS Technik realisiert wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016005173A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Focke & Co. (Gmbh & Co. Kg) Verfahren zur Prüfung von Zigaretten oder Zigarettenpackungen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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