DE19516656A1 - Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form von Objekten - Google Patents
Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form von ObjektenInfo
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Erfassung von
Forminformationen über einen dreidimensionalen Gegenstand.
Die dreidimensionale Form von Objekten liefert wichtige
Informationen über einen Gegenstand, die z. B. bei industriellen
Inspektionsaufgaben (Identifikation, Lagebestimmung,
Vollständigkeitsprüfung o. ä.) Verwendung finden kann. Hierfür
wir jedoch zuerst eine sichere und robuste Erfassungsmethode für
die Forminformation benötigt.
Bei den herkömmlichen Erfassungsmethoden werden als
Eingangssignale meist Bilder von z. B. CCD-Kameras verwendet.
Durch die Kombination von Bildern aus unterschiedlichen
Objektansichten läßt sich mit Hilfe stereoskopischer Algorithmen
die dreidimensionale Form des Objekts teilweise zurückberechnen.
Im Prinzip basieren die Auswertungsalgorithmen auf sogenannten
Block-matching-Techniken, d. h. sie versuchen, Bildbereiche aus
einem Teilbereich in dem oder den anderen Teilbildern
wiederzufinden.
Eine andere Art von Erfassungsmethoden basiert auf dem
sogenannten Lichtschnittverfahren, bei dem ein punktförmiger
Lichtstrahl eine Oberfläche sehr schnell (z. B. mit Hilfe einer
Drehspiegel-Mechanik) zeilenweise beleuchtet. Im aufgenommenen
Bild kann aus der seitlichen Versetzung des Lichtstrahls in
einem einzigen Kamerabild auf die dreidimensionale Form
geschlossen werden.
Beide Verfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Das
letztgenannte ist aufgrund der Störanfälligkeit der notwendigen
Mechanik teuer und nicht in jedem Fall einsetzbar. Außerdem ist
die Auflösung aufgrund der zeilenweisen Rasterung des Objekts
begrenzt. Beim Einsatz des ersten Verfahrens besteht oft das
Problem, daß einfarbige und unstrukturierte Objekte nicht
genügend "Ansatzpunkte" für eine Block-matching-Technik bieten
und sich deshalb einem Bildbereich in einem Teilbild kein
Bildbereich im anderen Teilbild eindeutig zuordnen läßt. Gerade
in einem industriellen Umfeld sind derartige unstrukturierte
Objekte (z. B. Metallgußteile) jedoch sehr häufig anzutreffen.
Die vorliegende Erfindung stellt nun ein Verfahren zum Erfassen
der dreidimensionalen Form von Objekten bereit, das die
vorgenannten Nachteile nicht aufweist. Es umfaßt (a) das
Beleuchten des Objekts mit Hilfe mindestens einer Lichtquelle,
wobei vor mindestens einer Lichtquelle ein mit einem Muster
versehenes, ansonsten lichtdurchlässiges Flächengebilde derart
angeordnet ist, daß das/die Muster auf der Oberfläche des
Objekts abgebildet werden, (b) das Aufnehmen optischer Daten des
beleuchteten Objekts mit Hilfe von mindestens zwei
Aufnahmegeräten und (c) das Berechnen der Information über die
dreidimensionale Gestalt des Objekts.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Objekte
"strukturiert beleuchtet", wodurch auch Bilder von
unstrukturierten Objekten genügend eindeutige Merkmale erhalten,
die sich in einer stereoskopischen Auswertung in den Teilbildern
wiederfinden lassen und somit die Berechnung der
dreidimensionalen Gestalt erlauben.
Der Aufbau für die Objektbeleuchtung und Bildaufnahme ist in
Fig. 1 beispielhaft dargestellt. Das beleuchtete Objekt wird von
mindestens zwei Aufnahmegeräte (hier Kameras) bevorzugt
gleichzeitig aufgenommen. Deren Anordnung ist in geeigneter
Weise selbstverständlich frei wählbar. Fig. 1 zeigt eine
Lichtquelle, vor der eine "Maske", d. h. ein lichtdurchlässiges
Flächengebilde wie beispielsweise eine durchsichtige Folie oder
Glasscheibe angebracht ist. Selbstverständlich können auch
mehrere Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen zur
Beleuchtung verwendet werden, deren Licht sich überlagern kann,
um eine gleichzeitige Berechnung der Objektform von allen Seiten
zu ermöglichen. Dabei kann sich das Muster nach Wahl vor
beliebig vielen dieser Lichtquellen befinden.
Vorzugsweise sind vor der Lichtquelle weiterhin Linsen und/oder
Blenden derart angeordnet, daß das Muster scharf auf die
Objektoberfläche abgebildet wird.
Die aufgenommenen optischen Daten (Kamerabilder) werden
schließlich einer Auswertungseinheit zugeführt, die aus den
strukturiert beleuchteten Bildern mit Hilfe bekannter
stereoskopischer Verfahren (z. B. dem oben beschriebenen
Block-matching) die dreidimensionale Form des Objekts berechnet.
Als Muster zur strukturierten Beleuchtung verwendet werden kann
jedes regelmäßige oder unregelmäßige Muster. Beispielsweise
können schwarze Punkte unterschiedlicher Größe zufällig auf der
Folie oder dergleichen angebracht oder erzeugt werden.
Statt dessen können selbstverständlich jedoch auch andere
kleinflächige Flächen oder Objekte beliebiger - unregelmäßiger
und/oder regelmäßiger - Form verwendet werden; ferner kann eine
regelmäßige oder unregelmäßige Anordnung der Flecken vorliegen.
Die Flecken müssen nicht unbedingt diskret sein, sie können
statt dessen auch ineinander übergehen. In einer besonders
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können farbige Flecken
zur Beleuchtung verwendet werden. Hierdurch erzielt man eine
zusätzliche Verbesserung der Auflösung, da nun neben der Form
und Größe des Fleckens zusätzlich noch seine Farbe zur
eindeutigen Zuordnung zu einem Flecken im anderen Teilbild zur
Verfügung steht. Durch diese Zusatzinformation läßt sich die
Gefahr von Fehlzuordnungen von Flecken/Punkten weiter reduzieren
und somit die Güte der berechneten dreidimensionalen
Forminformation steigern. Die exakte Farbe der Flecken/Punkte
auf dem strukturiert beleuchteten Objekt kann dabei auch
berechnet werden, indem von einem strukturiert beleuchteten
Objektbild ein unmittelbar vorher aufgenommenes unstrukturiert
beleuchtetes Objektbild abgezogen wird. Nach der
Differenzbildung zwischen den beiden Bildern bleibt (unabhängig
von der Farbe des eigentlichen Objekts) nur noch die genaue
Farbinformation der zur Beleuchtung aufgebrachten Punkte übrig.
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Muster zur strukturierten
Beleuchtung.
Fig. 3 zeigt zwei Teilbilder eines Objektes, die mit diesem
Muster strukturiert beleuchtet wurden. Willentlich wurde in
diesem Beispiel der ungünstigste Aufnahmefall (weißes Objekt vor
weißem Hintergrund) gewählt, so daß für den menschlichen
Betrachter nicht einmal das Objekt (ein Buch) zu erkennen ist;
Die dreidimensionale Forminformation scheint völlig verschwunden
zu sein. Fig. 4 zeigt die berechnete Oberflächenform, die
mittels eines einfachen, konventionellen
Block-Matching-Verfahrens aus den beiden Teilbildern gewonnen
wurde.
Es zeigt sich also, daß bereits mit dieser einfachen
Auswertungsart die Form des Buches klar zurückgewinnen läßt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form eines
Objektes, umfassend
- (a) das Beleuchten des Objekts mit Hilfe mindestens einer Lichtquelle, wobei vor mindestens einer Lichtquelle ein mit einem Muster versehenes, ansonsten lichtdurchlässiges Flächengebilde derart angeordnet ist, daß das/die Muster auf der Oberfläche des Objekts abgebildet werden,
- (b) das Aufnehmen optischer Daten des beleuchteten Objekts mit Hilfe von mindestens zwei Aufnahmegeräten, und
- (c) das Berechnen der Information über die dreidimensionale Gestalt des Objekts.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der/den Lichtquelle(n) Linsen und/oder Blenden
derart angeordnet sind, daß das/die Muster auf der
Oberfläche des Objekts scharf abgebildet wird/werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß das Flächengebilde eine Folie oder eine Glasscheibe ist.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß das Muster aus kleinflächigen, unregelmäßigen oder
regelmäßigen Flecken unterschiedlicher oder gleicher Größe
besteht, die regelmäßig oder unregelmäßig verteilt sind.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß das Berechnen der Information über die dreidimensionale
Gestalt des Objekts mit dem Block-Matching-Verfahren
erfolgt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster farbig ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vor den Verfahrensschritten (a) und (b) das Objekt
beleuchtet wird und eine Aufnahme von dem beleuchteten
Objekt vorgenommen wird, ohne daß vor der/den Lichtquelle(n)
ein mit einem Muster versehenes Flächengebilde angeordnet
ist, und daß das Berechnen der Information über die
dreidimensionale Gestalt des Objekts die Subtraktion des
ohne gemustertes Flächengebilde aufgenommenen Objektbildes
vom mit diesem Flächengebilde beleuchteten Objektbild
umfaßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995116656 DE19516656A1 (de) | 1995-05-05 | 1995-05-05 | Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form von Objekten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995116656 DE19516656A1 (de) | 1995-05-05 | 1995-05-05 | Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form von Objekten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19516656A1 true DE19516656A1 (de) | 1996-11-14 |
Family
ID=7761248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995116656 Ceased DE19516656A1 (de) | 1995-05-05 | 1995-05-05 | Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen Form von Objekten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19516656A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983341B4 (de) * | 1998-06-30 | 2007-07-05 | Intel Corporation, Santa Clara | Verfahren und Einrichtung zur Erfassung stereoskopischer Bilder unter Verwendung von Bildsensoren |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4842411A (en) * | 1986-02-06 | 1989-06-27 | Vectron, Inc. | Method of automatically measuring the shape of a continuous surface |
-
1995
- 1995-05-05 DE DE1995116656 patent/DE19516656A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4842411A (en) * | 1986-02-06 | 1989-06-27 | Vectron, Inc. | Method of automatically measuring the shape of a continuous surface |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MALZ, R.: Adaptive Light Encoding for 3-D-Sensing with Maximum Measurement Efficiency. In: Infor- matik-Fachberichte, Springer-Verlag, Oktober 1989,S. 98-105 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983341B4 (de) * | 1998-06-30 | 2007-07-05 | Intel Corporation, Santa Clara | Verfahren und Einrichtung zur Erfassung stereoskopischer Bilder unter Verwendung von Bildsensoren |
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