DE102012200152A1

DE102012200152A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Kamera

Info

Publication number: DE102012200152A1
Application number: DE102012200152A
Authority: DE
Inventors: Uwe Apel; Carina Raizner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2013-07-11
Also published as: US20150138372A1; CN104040427B; WO2013102555A1; US9213228B2; JP5893758B2; JP2015504162A; CN104040427A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Vermessen einer Kamera (8) mit einem Bildsensor (21), insbesondere einer Fix-Focus-Kamera (8), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Kamerahalterung (6) zur Aufnahme mindestens einer zu prüfenden Kamera (8) in mindestens einer Kameraposition (7), eine Kollimatoreinrichtung (2) zum Aussenden von Kollimatorlicht (14) eines Testmusters (12) mit unterschiedlichen Gegenstandsweiten, eine Spiegelanordnung (4, 5) zum Umlenken des Kollimatorlichtes (14) zu der Kameraposition (7), wobei die Spiegelanordnung (3, 5) mindestens eine durch eine Spiegel-Verstellvorrichtung (3) in mehrere Schwenkstellungen schwenkbare erste Spiegeleinrichtung (4) und eine zweite Spiegeleinrichtung (5) mit mehreren zweiten Spiegeleinheiten (18-i) aufweist, wobei die zweiten Spiegeleinheiten (18-i) das von der ersten Spiegeleinrichtung (4) in deren unterschiedlichen Schwenkstellungen ausgesandte Licht (16-i) zu der Kameraposition (7) spiegeln zur Abbildung des Testmusters (12) in unterschiedlichen Bildbereichen eines Bildsensors (21).

Description

Stand der Technik
Kameras, die in Fahrerassistenz-Systemen von Fahrzeugen eingesetzt werden, werden im Allgemeinen in Fix-Fokus-Ausführung, d. h. mit fester Fokussierung, hergestellt. Die Kameras sind auf eine korrekte Ausrichtung der Bildebene des Objektivs auf die Oberfläche des Bildsensors zu prüfen. Hierzu wird im Allgemeinen an verschiedenen Positionen im Bildfeld ein Test-Pattern aufgenommen, das von einem motorisch durchstimmbaren Kollimator aus verschiedenen virtuellen Objektabständen projiziert wird. Der Abstandsbereich kann jeweils in mehreren Schritten zwischen unendlich und 2 m verändert werden, um den Objektabstand zu ermitteln, auf den der Prüfling fokussiert ist. Für jede Position und für jeden Objektabstand wird vorteilhafterweise aus der im aufgenommenen Bild des Testmusters bestimmbaren Pulsantwort eine MTF (modulation transfer function) als Maß für den Kontrast berechnet. Das Durchstimmen des Objektabstandes wird auch als Through-Focus-Scan bezeichnet.
Die Kameras sollen im Allgemeinen derartig fokussiert sein, dass der Schärfentiefebereich den für die Fahrerassistenzfunktion relevanten Abstandsbereich sicher abdeckt; im Allgemeinen sollen sowohl Objekte in großem Abstand als auch solche in kürzerer Distanz mit einem ausreichend guten Kontrast abgebildet werden. Diese Eigenschaft soll in den unterschiedlichen Positionen des Bildfeldes, d. h. auch weiter auseinanderliegenden Bildbereichen wie z. B. den Ecken des Imagers bzw. des von ihm gelieferten Bildes, erreicht werden.
Die Prüfung der Kameras erfolgt im Allgemeinen, indem die Kamera und der Kollimator relativ zueinander verdreht werden, um das Testmuster in verschiedenen Bildfeld-Positionen aufnehmen zu können. Somit sind eine die Kamera aufnehmende Halterung oder der Kollimator dreh- oder schwenkbar. In den unterschiedlichen Schwenkpositionen sind entsprechend viele Durchläufe des durchstimmbaren Kollimators erforderlich.
Wird die zu prüfende Kamera oder der Kollimator hierbei gedreht oder gekippt, so ist jeweils eine genaue Zentrierung auf den Drehpunkt der Ausrichtungseinheit erforderlich. Bei derartigen Vermessungen erfolgt im Allgemeinen die Verschiebung des Testmusters auf eine andere Bildfeldposition als äußere Schleife und der Through-Focus-Scan als innere Schleife des Messablaufs, da die Ausrichtung des Testmusters zweitaufwendiger ist.
Derartige Vermessungen sind somit im Allgemeinen aufwendig und erfordern genaue Verstellungen der Kamera und/oder des Kollimators in unterschiedliche Schwenkpositionen.
Die DE 10 2004 010 958 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kamera, bei der ein erstes Kalibrierfeld in eine Haltevorrichtung aufgenommen wird und ein zweites Kalibrierfeld für größere virtuelle Objektabstände getrennt von der Haltevorrichtung vorgesehen ist, wobei das zweite Kalibrierfeld über in der Haltevorrichtung aufgenommene, mehrere Spiegeleinheiten von der Kamera erfasst werden kann. Die Position des Bildsensors der Kamera kann durch eine Hexapoden-Einrichtung fein positioniert werden. Durch die mehreren Kalibrierfelder und die Umlenkvorrichtung aus den Spiegeleinheiten können somit größere Bereiche virtueller Objektabstände realisiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermessen einer Kamera weist gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf. So ist eine Spiegelanordnung mit einer schwenkbaren ersten Spiegeleinrichtung vorgesehen, um verschiedene Bildbereiche bzw. Bereiche des Imagers der Kamera sukzessive zu überprüfen. Durch Einstellung unterschiedlicher Schwenkstellungen kann ein von einer Kollimatoreinrichtung ausgegebenes Testmuster auf die verschiedenen Bildbereiche bzw. Bereiche des Imagerchips gelenkt werden, ohne dass hierfür eine Verstellung der Kamera erforderlich ist. Eine verstellbare erste Spiegeleinrichtung lenkt das von der lichtaussendenden Einrichtung ausgegebene Licht in unterschiedlichen Kippwinkeln zu zweiten Spiegeleinheiten einer zweiten Spiegeleinrichtung, die dieses Licht jeweils zu der Kamera bzw. zu der Eintrittspupille der Kamera umlenken. Die Kameraposition ist hierbei durch die Kamerahalterung genau definiert.
Unter der Kameraposition wird bei der Betrachtung des optischen Lichtverlaufs insbesondere die Position einer Eintrittspupille des Objektivs der aufzunehmenden Kamera verstanden.
Die Kamera kann somit in einer festen, nicht zu verstellenden Kameraaufnahme aufgenommen werden. Die Kameraaufnahme kann insbesondere gegenüber einer Kollimatoraufnahme und einer zweiten Spiegeleinrichtung fest bzw. starr angeordnet sein.
Somit ist zur Vermessung des Imagers bzw. der Kamera lediglich die Einstellung unterschiedlicher Kippwinkel der ersten Spiegeleinrichtung erforderlich, ohne die Kamera und/oder den Kollimator als Ganzes zu kippen oder zu schwenken. Die erste Spiegeleinrichtung kann insbesondere um zwei versetzte Achsen, z. B. zueinander orthogonale Schwenkachsen, geschwenkt werden, um somit die Testmuster sukzessive auf die zweidimensionale Fläche des Imagerchips abzubilden. Die zweiten Spiegeleinheiten sind vorteilhafterweise plan ausgebildet; auch die schwenk- oder kippbare erste Spiegeleinrichtung ist als solche vorteilhafterweise plan ausgebildet, so dass die Fokussierung alleine durch die Kollimatoreinrichtung erfolgt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind die zweiten Spiegeleinheiten der zweiten Spiegeleinrichtung derartig angeordnet, dass die Gesamtlänge des optischen Lichtpfades von der Kollimatoreinrichtung zu der Kameraposition bzw. der Eintrittspupille der Kamera in den unterschiedlichen Schwenkstellungen ganz oder zumindest im wesentlichen gleich ist; hierbei können z. B. Unterschiede innerhalb eines Toleranzwertes zugelassen werden. Die Gesamtlänge setzt sich somit insbesondere zusammen aus den Lichtpfaden von der Kollimatoreinrichtung zu der schwenkbaren ersten Spiegeleinrichtung, von dort zu der zweiten Spiegeleinrichtung und von dort zu der Kamera. Eine derartige Ausbildung kann insbesondere durch eine hemisphärische und/oder rotationsellipsoide Anordnung der zweiten Spiegeleinheiten erfolgen. Die zweiten Spiegeleinheiten können hierzu fest in einer zweiten Spiegelhalterung aufgenommen, z. B. eingegossen oder starr befestigt sein.
Vorteilhafterweise ist für jede Schwenkstellung, d. h. insbesondere unterschiedliche Werte-Paare von zwei Kippwinkeln, jeweils eine zweite Spiegeleinheit vorgesehen, so dass eine genaue Abstimmung der optischen Weglängen erfolgen kann.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die zu schwenkende Masse gering gehalten werden kann, da lediglich die erste Spiegeleinrichtung zu verstellen ist, die z. B. ein einziger planer erster Spiegel sein kann, der durch eine Spiegel-Verstellvorrichtung in unterschiedliche Kippwinkel eingestellt wird. Die Einstellung unterschiedlicher Gegenstandsweiten bzw. Fokussierungen kann in an sich bekannter Weise durch eine fokussierbare Kollimatoreinrichtung erfolgen, der hierbei jedoch nicht ergänzend zu schwenken ist.
Somit können sukzessive die verschiedenen Kameras in der Kamerahalterung aufgenommen und durch Einstellung unterschiedlicher Fokussierungen und unterschiedlicher Kippwinkel vermessen werden. Diese Einstellungen können durch eine innere und äußere Schleife durchfahren werden
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Schleifenstruktur des Messablaufs gegenüber herkömmlichen Systemen umgestellt werden kann, so dass der Kollimator in einer äußeren Schleife nur einen einzigen Through-Focus-Scan durchläuft und die verstellbare erste Spiegeleinheit in einer inneren Schleife jeweils schnell nacheinander die Bildpositionen einstellt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Vermessung unter Verstellung der mit geringer Masse ausbildbaren, schnell und genau verstellbaren ersten Spiegeleinheit in einer kürzeren Prüfdauer erfolgen kann als bei Verschwenkung großer Massen wie der Kamera oder der Kollimatoreinrichtung.
Neben der Vermessung jeweils gleicher Kameras können auch Kameras mit unterschiedlichem Öffnungswinkel vermessen werden; hierfür ist die zweite Spiegeleinrichtung vorteilhafterweise mit unterschiedlichen Spiegelsätzen für die Kameras mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln ausgelegt, d. h. im Allgemeinen mit weiter auseinander liegenden Spiegeleinheiten für Kameras mit größerem Öffnungswinkel. Eine derartige zweite Spiegeleinrichtung kann somit für unterschiedliche Kameras verwendet werden, ohne dass sie hierfür auszutauschen, zu verändern oder zu verstellen ist, wobei lediglich eine Software-Anpassung für die Steuersignale zur Ansteuerung der Spiegel-Verstelleinrichtung und/oder der Verstelleinrichtung der Kollimatoreinrichtung vorzunehmen ist.
Neben der Vermessung von ein-okularen Kameras ist auch die Vermessung von Stereo-Kamerasystemen möglich. Hierbei können die beiden einzelnen Kameras zum einen durch Einstellen unterschiedlicher Schwenkstellungen sukzessive vermessen bzw. abgefahren werden, so dass auch hier nur die Anpassung der Steuersignale vorzunehmen ist. Die zweite Spiegeleinrichtung weist vorteilhafterweise unterschiedliche Spiegelsätze für die beiden Achsen des Stereo- Kamerasystems auf, die auf zueinander versetzten Hemisphären bzw. Rotationsparaboloiden liegen; somit ist auch für eine derartige Ausbildung lediglich eine gemeinsame zweite Spiegeleinrichtung mit fest angeordneten Spiegelsätzen erforderlich, ohne die zweite Spiegeleinrichtung hierbei verändern oder austauschen zu müssen.
Ein Vorteil liegt somit auch darin, dass durch Verwendung einer zweiten Spiegeleinrichtung mit mehreren Spiegelsätzen für Kameras mit unterschiedlichem Öffnungswinkel und/oder Stereokameras komplexere Vermessungen möglich sind, bei denen lediglich eine Konfigurationsanpassung der Software zur Ansteuerung der Spiegel-Verstellvorrichtung und/oder der Fokussierung der Kollimatoreinrichtung erforderlich ist.
Die verstellbare erste Spiegeleinheit kann insbesondere einen um zwei Achsen kippbaren ersten Spiegel aufweisen. Dies kann z. B. durch eine motorisierte Zwei-Achsen-Einheit realisiert werden. Alternativ hierzu kann jedoch auch ein kombiniertes System aus zwei um verschiedene Kippwinkel schwenkbare Spiegel, z. B. Galvanometer-Spiegel realisiert werden, die als solches z. B. in der Laserbearbeitung bereits bekannt sind.
Erfindungsgemäß können weiterhin auch definierte Klimabedingungen eingestellt werden. Somit können mehrere Vermessungen in unterschiedlichen Klimabedingungen, d. h. Temperatur oder Feuchte bei der zu prüfenden Kamera sukzessive eingestellt werden. Da die Kamera in der Kamerahalterung fest und ohne Einstellung unterschiedlicher Schwenkwinkel aufgenommen werden kann, entfallen Probleme der Isolierung einer schwenkbaren Kameraaufnahme. Die fest aufgenommene Kamera kann somit unterschiedlichen Bedingungen ohne großen Aufwand unterworfen werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass lediglich drei Achsen motorisiert auszubilden sind, die von einer Auswerte- und Steuereinrichtung genau eingestellt werden können, nämlich eine Achse für den Through-Focus-Scan der lichtaussendenden Einrichtung bzw. Kollimatoreinrichtung und zwei Schwenkachsen der ersten Spiegeleinrichtung. Die für die Messgenauigkeit relevante Kalibrierung der Unendlich-Position des Kollimators ist lediglich für einen einzigen Kollimator erforderlich; Abweichungen für die verschiedenen Messfeld-Positionen können vermieden werden.
Die Verwendung eines einzigen Kollimators mit Ablenkung des Testmusters auf die verschiedenen Messpositionen vereinfacht weiterhin auch die Anpassung der spektralen Auslegung der Lichtquelle, die ja z. B. für die Vermessung von Nachtsicht-Systemen oder bildauswertenden Systemen erforderlich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Vermessungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform in Seitenansicht;
2 zeigt das Prinzip der feststehenden zweiten Spiegeleinrichtung in Vorderansicht;
3 zeigt eine Vorderansicht einer feststehenden zweiten Spiegeleinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zur sukzessiven Vermessung zweier unterschiedlicher Kameras;
4 zeigt eine Vorderansicht einer feststehenden zweiten Spiegeleinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Vermessung einer Stereokamera-Einrichtung mit zwei einzelnen Kameras;
5 ein Flussdiagramm eines Vermessungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Vermessungsvorrichtung 1 weist gemäß 1 einen als Kollimatoreinrichtung dienenden fokussierbaren Kollimator 2, eine Spiegel-Verstellvorrichtung 3 mit einem schwenkbar aufgenommenen ersten Spiegel 4, eine feststehende zweite Spiegeleinrichtung 5 sowie eine Kamerahalterung 6 mit einer in einer Kameraposition 7 aufgenommenen, zu prüfenden Kamera 8 auf.
Der Kollimator 2 weist in an sich bekannter Weise auf:
ein Gehäuse 2a, eine Optikeinrichtung 9, als Lichtquelle z. B. eine LED-Einheit 10 im hinteren Bereich des Gehäuses 2a, und ein durch eine Verstelleinrichtung 15 in dem Gehäuse 2a entlang der optischen Achse A verstellbares Testmuster (Testpattern) 12.
Die Optikeinrichtung 9 ist vorzugsweise ein Okular (Sammellinse) mit fester Position im Gehäuse 2a. Das Testmuster 12 kann z. B. eine geätzte Platte oder Glasscheibe sein, z. B. wie aus der Abbildung der 3 ersichtlich ein kreuzförmiges Testmuster 12, das von hinten von der LED-Einheit 10 beleuchtet wird und somit nach vorne, d. h. zum Okular 9 hin, als Licht aussendender Gegenstand erscheint, der nachfolgend über die gesamte optische Anordnung von der Kamera 8 abzubilden ist. Die verschiedenen Längspositionen des Testmusters 12 im Kollimator 2 dienen somit zur Darstellung unterschiedlicher Gegenstandsweiten bzw. Objektweiten, die von der zu prüfenden Kamera 8 abzubilden sind.
Der Kollimator 2 bzw. dessen Kollimatorgehäuse 2a ist in einer Kollimatoraufnahme 11 der Vermessungsvorrichtung 1 fest gelagert; die Verstelleinrichtung 15 zur Einstellung der Fokussierung des Kollimators 2 ist somit gegenüber der Kollimatoraufnahme 11 verstellbar. Von dem Kollimator 2 ausgesandtes Licht 14 verläuft entlang der optischen Achse A zu dem schwenkbaren ersten Spiegel 4. Der erste Spiegel 4 ist über die Spiegel-Verstelleinrichtung 3 um zwei orthogonale Schwenkachsen C und D schwenkbar, die beide nicht parallel zur optischen Achse A verlaufen. Der erste Spiegel 4 steht in seinen Schwenkpositionen jeweils nicht orthogonal zur optischen Achse A, damit das einfallende Licht 14 nicht direkt zum Kollimator 2 zurückgeworfen wird, sondern zu der zweiten Spiegeleinrichtung 5. Die Schwenkachsen C und D verlaufen vorteilhafterweise parallel zu dem ersten Spiegel 4. Anstelle eines einzigen, um zwei Schwenkachsen C und D schwenkbaren Spiegels kann grundsätzlich auch eine Spiegeleinrichtung mit zwei um jeweils eine Schwenkachse schwenkbaren ersten Spiegeln vorgesehen sein.
Der erste Spiegel 4 ist vorzugsweise plan ausgebildet. In der Darstellung der 1 verläuft die Schwenkachse C senkrecht zu der Bildebene, die weitere Schwenkachse D in der Bildebene.
Der erste Spiegel 4 reflektiert das einfallende Licht 14 entsprechend seinen Schwenkstellungen in unterschiedlichen Richtungen als Lichtpfade 16-1, 16-2, d.h. 16i mit i = 1, 2, 3, ...; wobei in 1 beispielhaft Lichtpfade 16-i und 16-(i + 1) gezeigt sind. Jeder Lichtpfad 16-i wird auf eine zweite Spiegeleinheit 18-i mit i = 1, 2, ... der zweiten Spiegeleinrichtung 5 gelenkt. Die einzelnen zweiten Spiegeleinheiten 18-1, 18-2, ... sind vorteilhafterweise wiederum plan ausgebildet und auf einer konkaven, sphärisch bzw. hemisphärisch oder ellipsoid geformten zweiten Spiegelhalterung 19 aufgenommen.
Vorteilhaft sind plane Ausbildungen des ersten Spiegels 4 und der zweiten Spiegeleinheiten 18-i, so dass die Fokussierung alleine durch den Kollimator 2 festgelegt wird und eine genaue Herstellung der Spiegel 4 und Spiegeleinheiten 18-i kostengünstig ist. Es sind grundsätzlich jedoch auch nicht-plane Ausbildungen des ersten Spiegels 4 und/oder der zweiten Spiegeleinheiten 18-i möglich und dann bei der Ermittlung der jeweiligen Gegenstandsweite der Kamera 8 entsprechend zu berücksichtigen.
Die einzelnen zweiten Spiegeleinheiten 18-i reflektieren die einfallenden Lichtpfade 16-i jeweils zu der Eintrittspupille 8a des Objektivs der Kamera 8, deren Bildsensor (Imagerchip) 21 somit ein Bild liefert, das (im Wesentlichen) der in 2 gezeigten Vorderansicht der zweiten Spiegeleinrichtung 5 entspricht.
In 2 und den weiteren Ausführungsformen der 3 und 4 sind entsprechend Bilder B12 des Testmusters an Positionen der zweiten Spiegeleinheiten 18-i eingezeichnet; die 2 bis 4 stellen somit der Übersichtlichkeit dienende Überlagerungen der Vorderansicht der zweiten Spiegeleinrichtung und des vom Bildsensor 21 der Kamera aufgenommenen Bildes bzw. des erzeugten Bildsignals S1 dar.
Das Bildsignal S1 wird an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ausgegeben, die wiederum Steuersignale S2 an die Spiegel-Verstellvorrichtung 3 und die Verstellvorrichtung 15 ausgibt. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 ist hier schematisiert dargestellt und kann entsprechend auch aus mehreren Einheiten zur Steuerung und zur Auswertung gebildet sein.
Je nach Einstellung der Schwenkwinkel (Kippwinkel) α um die C-Achse und β um die D-Achse des Spiegels 4 wird das Bild B12 des Testmusters 12 somit in unterschiedlichen horizontalen Positionen (x-Achse) und vertikalen Positionen (y-Achse) eines von der Kamera 8 ausgegebenen Bildsignals S1 gezeigt. Es ergibt sich somit eine Matrix-Anordnung der Bilder B12 des Testmusters 12 in den unterschiedlichen Winkelwerten von α und β.
Unterschiedliche Bildfeldpositionen im Bildsensor 21 der Kamera 8 werden somit durch die Schwenkwinkel α und β der Spiegel-Verstelleinrichtung 3 eingestellt, so dass die Position und Qualität überprüft werden können.
Die einzelnen zweiten Spiegeleinheiten 18-i sind vorteilhafterweise derartig angeordnet, dass die gesamte optische Wegstrecke von dem ersten Spiegel 4 in dessen unterschiedlichen Winkelstellungen über die zweiten Spiegeleinheiten 18-i zu der Eintrittspupille 8a der Kamera 8 für alle i gleich ist. Dies wird durch die hemisphärische bzw. ellipsoide Anordnung der zweiten Spiegeleinheiten 18-i auf der zweiten Spiegelhalterung 19 erreicht, da bei einer derartigen Anordnung die Summe der Abstände vom ersten Spiegel 4 (bzw. dem Schnittpunkt der Schwenkachsen C und D im Spiegel 4) über die jeweiligen zweiten Spiegeleinheiten 18-i zu dem Objektiv 8a konstant ist.
Die Kollimatoraufnahme 11, die zweite Spiegelhalterung 19 und die Kamerahaltung 6 sind somit zueinander ortsfest angeordnet; sie sind vorteilhafterweise in einem Gestell der Vermessungsvorrichtung 1 aufgenommen. Die Kamerahalterung 6 erlaubt eine definierte Kameraposition 7 der Kamera 8 in der optischen Anordnung.
Grundsätzlich sind auch komplexere Spiegelausbildungen, z. B. mit mehr als einer festen Spiegeleinrichtung 5 oder mit zwei um verschiedene Schwenkachsen kippbaren Spiegeln möglich; die gezeigte Ausbildung ist jedoch bezüglich der Ausbildung gleicher optischer Weglängen durch die hemisphärische bzw. ellipsoide Anordnung der zweiten Spiegeleinheiten 18-i vorteilhaft.
Für eine vollständige Vermessung der Abbildungseigenschaften der optischen Kamera 8 werden ihre Bildsignale S1 bei verschiedenen virtuellen Objektabständen an verschiedenen Positionen auf dem Bildsensor (Imager) 21 aufgenommen. Die verschiedenen virtuellen Objektabstände werden durch die Verstelleinrichtung 15 des Kollimators 2 eingestellt und entsprechen realen Objektabständen, z. B. zwischen 2 m und unendlich.
Vorteilhafterweise werden zur Erfassung sämtlicher Werte eine innere Schleife und eine äußere Schleife durchlaufen werden. Vorzugsweise werden die Winkeleinstellungen α und β entsprechend der x- und y-Richtung im Bildsensor 21 als innere Schleife durchlaufen und der Through-Focus-Scan durch Verstellung des Kollimators 2 als äußere Schleife. Somit wird jeweils durch die Verstelleinrichtung 15 eine Fokus-Einstellung des Kollimators 2 eingestellt, und für diese Fokus-Einstellung werden nachfolgend sämtliche Werte von α und β durchlaufen, wobei jeweils ein Bildsignal S1 aufgenommen wird, dann wird nachfolgend die nächste Einstellung der Verstelleinrichtung 15 eingestellt, bei der wiederum sämtliche Winkelwerte α und β sukzessiv eingestellt werden und Bildsignale S1 aufgenommen werden, und so weiter.
Die Vermessungen mit der Vermessungsvorrichtung 1 können auch bei unterschiedlichen Klimabedingungen durchgeführt werden. So können für unterschiedliche Temperaturwerte und/oder Feuchtewerte jeweils Vermessungen mit sämtlichen Fokuseinstellungen und Winkeleinstellungen α und β durchgeführt werden. Hierbei sind Kippausbildungen des Spiegels 4 für derartige unterschiedlichen Temperaturbedingungen und/oder Klimabedingungen technisch leicht realisierbar, da der zweite Spiegel 4 nur eine geringe Masse aufweist.
Mit der Vermessungsvorrichtung 1 können auch Kameras 8 mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln γ verwendet werden. Vorteilhafterweise kann dieselbe Vermessungsvorrichtung 1 für Kameras 8 mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln γ ohne Umbau bzw. ohne hardwaremäßige Umrüstung und alleine als Konfigurationsanpassung der Auswerte-Software zur Auswertung bzw. Verarbeitung der Bildsignale S1 realisiert werden.
3 zeigt eine Vorderansicht einer zweiten Spiegeleinrichtung 5 mit zwei Spiegelsätzen, d. h. einem Spiegelsatz 18 aus Spiegeleinheiten 18-i mit i = 1 bis 9 für eine Kamera 8 mit weiterem Öffnungswinkel γ und einem weiteren Spiegelsatz 20 aus Spiegeleinheiten 20-i mit i = 1 bis 9 für eine weitere Kamera 8 mit kleinerem Öffnungswinkel γ. Die optische Achse E der Kamera 8 verläuft symmetrisch durch beide Spiegelsätze 18 und 20, die somit symmetrisch zueinander bzw. für vergrößerte bzw. verkleinerte Abbildungen ausgelegt sind.
In 3 entspricht somit der äußere Kasten der zweiten Spiegeleinrichtung 5 dem Bildsensor 21 der Kamera 8 mit größerem Öffnungswinkel, entsprechend der innere, die Spiegeleinheiten 20-i umgebende Kasten dem Bildsensor 21 der Kamera 8 mit kleinerem Öffnungswinkel, bei gleicher optischer Achse E.
4 zeigt eine Ausbildung der zweiten Spiegeleinrichtung 5 zur Vermessung von Stereokamera-Einrichtungen mit zwei Kameras, d, h. mit zwei zueinander versetzten optischen Achsen E1 und E2. Hierzu kann wiederum ein gemeinsamer erster, verstellbarer Spiegel 4 und eine gemeinsame zweite Spiegeleinrichtung 5 eingesetzt werden, die einen linken Spiegelsatz 18 mit linken zweiten Spiegeleinheiten 18-i mit i = 1 bis 9 für die linke Kamera und einen rechten Spiegelsatz 28 mit rechten zweiten Spiegeleinheiten 28-i mit i = 1 bis 9 für die rechte Kamera der Stereokamera-Einrichtung aufweist. Somit sind die linken Spiegeleinheiten 18-i auf einer ersten Hemisphäre bzw. einem ersten Rotationsparaboloiden mit optischer Achse E1, und die rechten Spiegeleinheiten 28-i der rechten Kamera 8 auf einer zweiten Hemisphäre bzw. einem zweiten Rotationsellipsoiden mit hierzu versetzter optischer Achse E2 angeordnet, wobei sämtliche Spiegeleinheiten 18-i und 28-i in der zweiten Spiegeleinrichtung 5 starr aufgenommen sind.
Das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren ist an einem Flussdiagramm in 5 beispielhaft gezeigt. Es wird in Schritt St0 gestartet, dann werden eine äußere Schleife St1 und eine innere Schleife St2 durchlaufen. Die äußere Schleife St2 dient der Einstellung unterschiedlicher Through-Focus-Werten; hierzu werden von der Verstelleinrichtung 15 des Kollimators 2 Werte eine Parameters von k = 1 bis k = m durchlaufen. Die innere Schleife St2 dient der Einstellung unterschiedlicher Kippwinkel α, β; hierzu läuft ein Parameter n von n = 1 bis n = j.
Die Darstellung der Schleifen in 5 mit anfänglicher Festsetzung der Parameter k und m auf 1 und nachfolgender Inkrementierung ist hierbei nur beispielhaft.
In Schritt St3 werden jeweils von der Kamera 8 Bilder aufgenommen und Bildsignale S1 erzeugt, die nachfolgend in Schritt St4 ausgewertet werden; für die Ausführungsformen der 2 wird das Verfahren in Schritt St5 beendet. Für eine Vermessung von Kameras 8 mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln γ werden aufeinander folgend die unterschiedlichen Kameras 8 in die Kamerahaltung 6 eingesetzt und die Vermessungsverfahren gemäß 5 durchgeführt. Für die Vermessung einer Stereokamera können nach dem Start in St0 ebenfalls für beide einzelnen Kameras 8 jeweils die innere und äußere Schleife St1 und St2 mit Messungen in St3 durchlaufen werden, mit nachfolgend gemeinsamer Auswertung in Schritt St4.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004010958 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (1) zum Vermessen einer Kamera (8) mit einem Bildsensor (21), insbesondere einer Fix-Focus-Kamera (8), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Kamerahalterung (6) zur Aufnahme mindestens einer zu prüfenden Kamera (8) in mindestens einer Kameraposition (7), eine Kollimatoreinrichtung (2) zum Aussenden von Kollimatorlicht (14) eines Testmusters (12) mit unterschiedlichen Gegenstandsweiten, eine Spiegelanordnung (4, 5) zum Umlenken des Kollimatorlichtes (14) zu der Kameraposition (7), wobei die Spiegelanordnung (3, 5) mindestens eine durch eine Spiegel-Verstellvorrichtung (3) in mehrere Schwenkstellungen schwenkbare erste Spiegeleinrichtung (4) und eine zweite Spiegeleinrichtung (5) mit mehreren zweiten Spiegeleinheiten (18-i) aufweist, wobei die zweiten Spiegeleinheiten (18-i) das von der ersten Spiegeleinrichtung (4) in deren unterschiedlichen Schwenkstellungen ausgesandte Licht (16-i) zu der Kameraposition (7) spiegeln zur Abbildung des Testmusters (12) in unterschiedlichen Bildbereichen eines Bildsensors (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Schwenkstellung der ersten Spiegeleinrichtung (4) genau eine zweite Spiegeleinheit (18-i) vorgesehen ist, die das von der ersten Spiegeleinrichtung (4) in der Schwenkstellung ausgesandte Licht (16i) zu der Kameraposition (7), insbesondere der Position einer Eintrittspupille (8a) der aufzunehmenden Kamera (8), umlenkt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Spiegeleinheiten (18-i) der zweiten Spiegeleinrichtung (5) relativ zueinander und zu der Kamerahalterung (6) in einer festen Position und festen Ausrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegeleinrichtung (4) oder ein oder mehrere Teilspiegel der ersten Spiegeleinrichtung um zwei nicht parallele Schwenkachsen (C, D), vorzugsweise orthogonale Schwenkachsen (C, D), in jeweils mehrere Kippwinkelstellungen (α, β) einstellbar ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtlänge des optischen Lichtpfades (14, 16-i, 18-i) von der Kollimatoreinrichtung (2) zu der Kameraposition (7) in sämtlichen Schwenkstellungen der ersten Spiegeleinrichtung (4) gleich ist oder innerhalb eines Toleranzbereichs liegt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimatoreinrichtung (2) durch eine Verstelleinrichtung (15) fokussierbar ist zur Einstellung unterschiedlicher Fokussierungen oder Gegenstandsweiten zum Aussenden von parallelem Licht und/oder Lichtkegeln des Testmusters (12).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimatoreinrichtung (2) aufweist: das durch die Verstelleinrichtung (15) verstellbare Testmuster (12), eine Optikeinrichtung (9) und eine Beleuchtungseinrichtung (10) zum Beleuchten des Testmusters (12) in Transmission oder Reflexion.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (30) aufweist, die von der Kamera (8) erzeugte Bildsignale (S1) aufnimmt und Steuersignale (S2, S3) zur Einstellung unterschiedlicher Schwenkstellungen (α, β) der ersten Spiegeleinrichtung (4) und unterschiedlicher Fokussierungen oder Gegenstandsweiten der lichtaussendenden Einrichtung (2) ausgibt, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (30) aus den in den Schwenkstellungen und Fokussierungen oder Gegenstandsweiten erzeugten Bildsignalen (S1) jeweils einen Kontrast ermittelt, z. B. durch Berechnung einer Modulation-Transfer-Funktion.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spiegeleinrichtung (5) einen oder mehrere Spiegelsätze (18, 20, 28) aufweist, wobei jeder Spiegelsatz jeweils mehrere vorzugsweise plane zweite Spiegeleinheiten (18-i, 20i, 28i) aufweist, die jeweils in einer hemisphärischen oder rotationsellipsoiden Anordnung zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spiegeleinrichtung (5) mindestens zwei Spiegelsätze (18, 20) aufweist, wobei jeder Spiegelsatz (18, 20) jeweils mehrere zweite Spiegeleinheiten (18-i, 20-i) aufweist zur Vermessung von Kameras (8) mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (γ), wobei die zweiten Spiegeleinheiten (18i) eines Spiegelsatzes (18) für eine Kamera (8) mit größerem Öffnungswinkel (γ) weiter auseinanderliegen als die zweiten Spiegeleinheiten (20i) eines Spiegelsatzes (20) für eine Kamera (8) mit kleinerem Öffnungswinkel (γ).
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Vermessung von Stereo-Kamerasystemen mit zwei zueinander versetzten optischen Achsen (E1, E2) ausgebildet ist, wobei die zweite Spiegeleinrichtung (5) zwei Spiegelsätze (18, 28) aufweist, wobei die zweiten Spiegeleinheiten (18i, 28i) jedes Spiegelsatzes (18, 28) jeweils in einer hemisphärischen oder rotationsparaboloiden Anordnung zu einer der beiden optischen Achsen (E1, E2) angeordnet sind.
Messanordnung, die eine Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine in der Kamerahalterung (6) aufgenommene Kamera (8) mit einem Bildsensor (21) aufweist, die Bildsignale (S1) ausgibt.
Verfahren zum Vermessen einer Kamera (8), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit mindestens folgenden Schritten: Aufnehmen einer einen Bildsensor (21) aufweisenden Kamera (8) in einer Kamerahalterung (6), Einstellen unterschiedlicher Gegenstandsweiten oder Fokussierungen einer Kollimatoreinrichtung (2) zum Aussenden von Kollimatorlicht (14) eines Testmusters (12) mit unterschiedlichen Gegenstandsweiten, Einstellen unterschiedlicher Schwenkstellungen (α, β) einer im optischen Strahlengang zwischen der Kollimatoreinrichtung (2) und der Kamera (8) angeordneten, verstellbaren ersten Spiegeleinrichtung (4) derartig, dass das von der ersten Spiegeleinrichtung (4) in ihren Schwenkstellungen (α, β) reflektierte Licht (16-i) sukzessiv auf unterschiedliche zweite Spiegeleinheiten (18-i, 20-i, 28-i) einer zweiten Spiegeleinrichtung (5) gelenkt wird, die das Licht jeweils zu der zu vermessenen Kamera (8) umlenken, wobei Gesamtlängen des optischen Lichtpfades (14, 16-i, 18-i) von der Kollimatoreinrichtung (2) zu der Kamera (8) in sämtlichen Schwenkstellungen der ersten Spiegeleinrichtung (4) gleich sind und das Testmuster in den verschiedenen Schwenkstellungen in unterschiedlichen Bildbereichen des Bildsensors (21) abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Gegenstandsweiten oder Fokussierungen und die unterschiedlichen Schwenkstellungen (α, β) jeweils sukzessiv in einer inneren Schleife und einer äußeren Schleife sukzessive eingestellt werden, wobei zu jeder Einstellung der äußeren Schleife jeweils sukzessiv die unterschiedlichen Einstellungen der inneren Schleife eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kamera (8) in den unterschiedlichen Gegenstandsweiten und den unterschiedlichen Schwenkstellungen (α, β) der ersten Spiegeleinrichtung (4) ausgegebenen Bildsignale (S1) nachfolgend auf ihren Kontrast ausgewertet werden, z. B. unter Bildung einer Modulation-Transfer-Funktion.