DE19536297C2 - Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purpose - Google Patents
Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purposeInfo
- Publication number
- DE19536297C2 DE19536297C2 DE1995136297 DE19536297A DE19536297C2 DE 19536297 C2 DE19536297 C2 DE 19536297C2 DE 1995136297 DE1995136297 DE 1995136297 DE 19536297 A DE19536297 A DE 19536297A DE 19536297 C2 DE19536297 C2 DE 19536297C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- calibration
- camera
- projector
- image
- black
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- 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
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/4972—Alignment of sensor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Ka librierung von optischen 3D-Sensoren zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten relativ zu einem Referenzkoordina tensystem auf den Prinzipien der Streifenprojektion und der Triangulation, unter Verwendung wenigstens einer Ka mera, einer Einrichtung zur Digitalisierung und Speiche rung von Bildfolgen der Kamera, mindestens einem zur Ka mera fixierten Beleuchtungsprojektor, der zeitlich nach einander Lichtstrukturen aus wenigstens eindimensionalen Streifen innerhalb eines Arbeitsvolumens erzeugt, minde stens einer Beleuchtungseinrichtung zur gleichmäßigen Beleuchtung von re flektierenden und/oder streuenden Signalmarken einer Kalibriereinrichtung und eines Rechners zur Steuerung und Ver arbeitung der Bilder sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for geometric Ka Librierung of optical 3D sensors for three-dimensional Measurement of objects relative to a reference coordinate Tensystem on the principles of fringe projection and triangulation, using at least one Ka mera, a digitalization and storage device tion of camera sequences, at least one to Ka mera fixed lighting projector, the time after each other light structures of at least one-dimensional Strip generated within a working volume, minde at least one Lighting device for uniform illumination of re inflecting and / or scattering signal marks a Calibration device and a computer for control and Ver processing the images and a device for carrying out of the procedure.
Verfahren zur optischen Vermessung von Objekten mittels Kameras sind bekannt, z. B. aus DE 40 07 502 A1 oder DE 40 11 407 A1.Method for the optical measurement of objects by means of cameras are known, for. Example from DE 40 07 502 A1 or DE 40 11 407 A1.
Verfahren zur Kamerakalibrierung sind bekannt. Dabei werden mit einer Kamera Punkte aufgenommen, deren Koordinaten bekannt sind, also die x-, y- und z-Koordinaten in der Welt bekannt sind und die Bilder ausgewertet. Die Kalibrierung der Kamera beruht dann darauf, daß die Bildkoordinaten mit den Weltkoordi naten in Übereinstimmung gebracht werden. Die Kalibrierung eines Projektors ist im Unterschied dazu schwieriger, weil der Projektor gewissermaßen nicht sehen kann, wohin er leuchtet. Der Projektor sendet zwar einen bestimmten Streifen mit der Nummer x aus, es gibt jedoch keine Möglichkeit mit dem Projek tor selbst festzustellen, wo der Streifen in der Welt landet, dazu bedarf es zusätzlicher Hilfsgeräte, nämlich weiterer Kame ras im System. Beobachtet man mit einer kalibrierten und orientierten Kamera diese Streifen eines Projektors in der Welt und kennt die Streifen, die der Projektor intern (virtuell) gesendet hat, kann man den Zusammenhang zwischen den externen (visuellen) Streifen des Projektors und den internen (virtuel len) Streifen des Projektors herstellen. Jedoch weiß man nicht, an welcher Stelle man sich längs eines externen Streifens be findet. Wenn der Streifen X gesendet wird, so findet man in der Welt mit der Kamera diesen Streifen X wieder, jedoch weiß man nicht, welche x-y-Stelle im Projektor, an der das Licht erzeugt wurde, dann an der Stelle x-y-z in der Welt auftaucht. Das bedeutet, daß nicht jedem Bildpunkt der Kamera ein räumlicher Koordinatenwert zugeordnet werden kann.Methods for camera calibration are known. It will be with a camera recorded points whose coordinates are known are known, so the x, y and z coordinates in the world are and the images evaluated. The calibration of the camera is then based on the fact that the image coordinates with the Weltkoordi be matched. The calibration a projector is, in contrast, more difficult because of the Projector can not see where he shines. The projector sends a certain strip with the Number x off, but there is no way with the project determine where the strip ends up in the world, this requires additional auxiliary equipment, namely another Kame ras in the system. Watched with a calibrated and camera oriented these strips of a projector in the world and knows the strips that the projector internally (virtually) has sent, you can see the connection between the external (visual) strip of the projector and the internal (virtual len) strip the projector. However, you do not know where to be along an external strip be place. If the strip X is sent, you will find in the World with the camera this stripe X again, but you know not, which x-y point in the projector where the light is generated was, then appears at the point x-y-z in the world. That means, that not every pixel of the camera is a spatial Coordinate value can be assigned.
Es sind flächenhafte optische Meßverfahren mit einer Ma trixkamera und einem Projektor für unkodierte oder ko dierte Streifen bekannt, bei denen die dreidimensionalen Koordinaten der Oberflächenpunkte aus den beiden Bildkoor dinaten des Kamerabildes und der an der jeweiligen Bildko ordinate detektierten Streifennummer berechnet werden (Reinhard W. Malz: Codierte Lichtstrukturen für 3-D-Meß technik und Inspektion, Thesis, Universität Stuttgart 1992, Reihe: Berichte aus dem Institut für Technische Op tik der Universität Stuttgart). Ebenso sind Verfahren mit mehreren Projektoren bekannt.They are areal optical measurement methods with a Ma trix camera and a projector for uncoded or ko known strips in which the three-dimensional Coordinates of the surface points from the two image coordinates Dinaten the camera image and the s.der Bildko Ordinate detected strip number are calculated (Reinhard W. Malz: Coded light structures for 3-D measurement Technology and Inspection, Thesis, University of Stuttgart 1992, Series: Reports from the Institute of Technical Op University of Stuttgart). Likewise are procedures with several projectors known.
Des weiteren sind photogrammetrische optische Meßverfahren mit mehreren Matrixkameras oder eine Matrixkamera in meh reren Positionen bekannt, bei denen die dreidimensionalen Koordinaten eindeutig bestimmbarer Punkte im Raum aus meh reren Ansichten derselben numerisch bestimmt werden. Zur Erzeugung eindeutig bestimmbarer Punkte im Objektraum wer den natürliche Objektmerkmale, zum Beispiel reguläre oder stochastische Grauwert- oder Farbverteilungen am Objekt, ebenso genutzt wie künstliche Merkmale wie aufgeklebte oder aufprojizierte Marken bzw. reguläre oder stochasti sche Grauwert- oder Farbverteilungen.Furthermore, photogrammetric optical measuring methods with multiple matrix cameras or a matrix camera in meh Other known positions in which the three-dimensional Coordinates of clearly determinable points in space from meh their views are determined numerically. to Generation of uniquely definable points in the object space who the natural object features, for example, regular or stochastic grayscale or color distributions on the object, used as well as artificial features such as glued on or projected brands or regular or stochasti grayscale or color distributions.
Bekannt sind des weiteren photogrammetrische Verfahren, die die räumliche Lage einer Kamera relativ zu mehreren sichtbaren Referenzpunkten bestimmen können, deren abso lute Koordinaten bekannt sind (Räumlicher Rückwärts schnitt). Ebenso sind photogrammetrische Verfahren bekannt, die mehrere räumliche Lagen einer Kamera relativ zueinander bestimmen können, sofern die aus mehreren Lagen aufgenommenen Bilder mehrere gemeinsame Referenzpunkte enthalten, deren Koordinaten vorab nicht bekannt sein müs sen (Bündelausgleichung). Bei diesem Verfahren werden zu sätzlich zu den Lagen der Kamera auch die Koordinaten der in mehreren Bildern sichtbaren Punkte berechnet (Punktmes sung).Also known are photogrammetric methods, the spatial position of one camera relative to several visible reference points whose absolute value lute coordinates are known (Spatial backward cut). Likewise, photogrammetric methods are known the multiple spatial positions of a camera relative can determine to each other, provided that of several layers taken pictures several common reference points whose coordinates do not need to be known in advance sen (bundle adjustment). In this procedure become too In addition to the positions of the camera also the coordinates of calculated in several pictures visible points (Punktmes measurement).
Desweiteren sind photogrammetrische Kalibrierverfahren be kannt zur Bestimmung der Strahlgeometrie von Kameras. Hierbei werden durch mehrfache Beobachtung eines zeitlich invarianten Kalibrierkörpers mittels numerischer Verfahren die inneren Parameter der Kamera hinsichtlich Brennweite, Verzeichnungen etc. bestimmt. Photogrammetrische Kali brierverfahren erreichen eine hohe Präzision und erfordern keine Präzisionspositioniereinrichtungen. Bei einem Ob jektfeld von z. B. 250 mm × 350 mm und einer Kameraauflösung von 500 × 700 Pixeln sind laterale Fehler im Objektfeld von < 10 µm (1σ) erreichbar.Furthermore, photogrammetric calibration be. Be knows how to determine the beam geometry of cameras. Here are by multiple observation of a time invariant calibration body by numerical methods the internal parameters of the camera with regard to focal length, Distortions etc. determined. Photogrammetric potash Bring methods achieve high precision and require no precision positioning devices. At a if project field of z. B. 250 mm × 350 mm and a camera resolution of 500x700 pixels are lateral errors in the object field reachable <10 μm (1σ).
Des weiteren ist ein aktives optisches Triangulationsver fahren zur Bestimmung der Strahlgeometrie von Projektoren zur Oberflächenvermessung bekannt geworden, bei dem der Projektor in der Lage sein muß, Linienkreuze zu projizie ren, deren Lage von einem photogrammetrischen Kameraver band vermessen wird (Th. Strutz: Ein genaues aktives opti sches Triangulationsverfahren zur Oberflächenvermessung, Thesis, Technische Universität Braunschweig, 1993). Diese Kalibrierung erfordert somit einen speziellen Projektor, der Linienkreuze zu projizieren imstande ist. Furthermore, an active optical triangulation ver drive to determine the beam geometry of projectors become known for surface measurement, in which the Projector must be able to project line crosses whose position is determined by a photogrammetric camera ver band is measured (Th. Strutz: An exact active opti nice triangulation method for surface measurement, Thesis, Technical University of Braunschweig, 1993). This Calibration thus requires a special projector, the line crosses is able to project.
Ebenso sind numerische Kalibrierverfahren bekannt, die den durch Zentralperspektiven von Kamera und Projektor sowie durch optische Abbildungsfehler verzerrten Bildraum [ξ(x, y)] mittels Polynome an den 3D-Objektraum (x, y, z) adaptieren (B. Breuckmann et al: Präzisionskalibrierung von topometrischen Sensoren, Vor trag auf der LASER 95, München, 19.-23.06.1995). Dabei wird eine weiße Platte, auf die mehrere schwarze Kreisringe aufge bracht sind, mehrfach exakt in Normalenrichtung verschoben und jeweils entsprechend dem Sensorrinzip mit unterschiedlichen Streifenmustern beleuchtet. Die innerhalb der Kreisringe detek tierten Meßwerte werden zur Kalibrierung verwendet. Nachteilig ist, daß diese Kalibrierung eine hochgenaue und wohldefinierte mechanische Positionierung erfordert, da die Kalibrierlatte exakt in Normalenrichtung bewegt werden muß. Des weiteren ist die Korrekturrechnung aufgrund der zahlreichen Polynomkoeffi zienten langwierig. Das Kalibrierverfahren ist nicht für den Einsatz in Verbindung mit photogrammetrischen Verfahren (Navi gation, Bündelriangulation) geeignet, welche auf kompakte und physikalisch begründete Kamera- und Projektormodelle gestützt sind.Likewise, numerical calibration methods are known which the through central perspectives of camera and projector as well as through optical aberrations distorted image space [ξ (x, y)] by means of Adapt polynomials to the 3D object space (x, y, z) (B. Breuckmann et al: Precision Calibration of Topometric Sensors, Vor at LASER 95, Munich, June 19-23, 1995). It will a white plate on which several black circular rings are placed are moved, repeatedly shifted exactly in the normal direction and each according to the sensor principle with different Illuminated stripe patterns. The detek within the circles The measured values are used for calibration. adversely is that this calibration is a highly accurate and well-defined Mechanical positioning requires, as the calibration bar must be moved exactly in the normal direction. Furthermore, it is the correction calculation due to the numerous polynomial coefficients tedious. The calibration procedure is not for the Use in conjunction with photogrammetric methods (Navi gulation, bundle rangulation), which are based on compact and supported physically based camera and projector models are.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung und eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens zu schaffen, mit welchen bei einer Messung prinzipiell jedem Bildpunkt der Kamera ein räumlicher Koordina tenwert in einem Referenzkoordinatenystem zugeordnet werden kann, wobei der Koordinatenwert beliebig reproduzierbar ist.The invention has for its object to provide a method of the aforementioned type and a device for performing tion of the method with which during a measurement In principle, every pixel of the camera has a spatial coordinator value in a reference coordinate system can, where the coordinate value is arbitrarily reproducible.
Zweck der Erfindung ist zum Beispiel, Herstellungsmaschinen, wie Pressen oder Fräsen oder Werkzeugmaschinen, mittels der Erfindung so zu steuern, daß über die optische Aufnahme eines Probenkörpers ein hochgenaues Werkstück als Abbild des Probenkörpers hergestellt werden kann oder softwaremäßig praktisch beliebige Manipulationen am virtu ellen Bildmaterial vorgenommen und wieder als Werkstück ausgegeben werden können.Purpose of the invention is, for example, manufacturing machines, like pressing or milling or machine tools, by means of to control the invention so that the optical Recording a specimen a highly accurate workpiece than Image of the specimen can be made or in terms of software virtually any manipulation on the virtu ellen image material and again as a workpiece can be issued.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß a) die Kalibriereinrichtung innerhalb und am Rande des zu kalibrierenden Arbeitsvolumens nacheinander in verschie dene Positionen relativ zu Kamera und Beleuchtungsprojek tor gebracht und die Kalibriereinrichtung jeweils so be leuchtet wird, daß die Bereiche der Signalmarken der Kali briereinrichtung in den digitalisierten und gespeicherten Bildern eine möglichst hohe Grauwert- oder Farbmodulation ohne Übersteuerung aufweisen, b) die Kalibrierung der Ka meras durch ein photogrammetrisches Standardverfahren er folgt zum Auffinden der Parameter der inneren und äußeren Orientierung, c) der Projektor einen Lichtmodulator auf weist, der nach außen sichtbare Muster aus beliebigen Streifen oder Pixeln als Bildelemente auf die Kalibrier einrichtung projiziert, d) zur Kalibrierung des Projektors dieser als inverse Kamera betrachtet wird, indem den äuße ren Bildelementen ein reales oder fiktives x-y-Projekti onsmuster definierter Breite aber unbestimmter Länge im Innern des Projektors zugeordnet wird, und zur Bestimmung der Parameter der inneren und äußeren Orientierung des Be leuchtungsprojektors mehrere Beobachtungen (Bildfolgen) herangezogen werden, in denen jeweils geometrische Zusam menhänge zwischen den x-y-Projektionsmusters (interne Pro jektorstreifenkoordinaten) und den korrespondierenden außen sichtbaren Mustern hergestellt werden, e) die gefundenen und gespeicherten Kalibrierparameter beim Einsatz des 3D-Sensorsystems zur Vermessung von Objekten von einem Algorithmus wiederverwendet werden, der einerseits die Strahlgeometrien innerhalb der Kamera und des Projektors korrigiert, zum anderen basierend auf dem Prinzip der Tri angulation die xyz-Koordinaten des Objektes im Objektraum berechnet.The solution of the task according to the invention is that a) the calibration device inside and at the edge of the calibrating work volume in succession in different different positions relative to camera and lighting project tor brought and calibrating each be so be is lit, that the areas of the signal marks of Kali Burning device in the digitized and stored Images the highest possible gray value or color modulation without overloading, b) the calibration of the Ka meras by a standard photogrammetric method he follows to find the parameters of the inner and outer Orientation, c) the projector on a light modulator indicates, the externally visible pattern of any Strip or pixels as picture elements on the calibration projected, d) to calibrate the projector this is considered as an inverse camera by the externe In this way, the picture elements are a real or fictitious x-y project onsmuster defined width but indefinite length in Inside the projector, and for identification the parameter of the inner and outer orientation of Be illumination projector several observations (image sequences) be used, in each of which geometric Zusam between the x-y projection pattern (internal Pro jektorstreifenkoordinaten) and the corresponding externally visible patterns are produced, e) the found ones and stored calibration parameters in use of the 3D sensor system for measuring objects of one Algorithm be reused, on the one hand the Beam geometries inside the camera and the projector corrected, on the other hand based on the principle of tri angulation the xyz coordinates of the object in the object space calculated.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit demselben prinzipiell jedem Bildpunkt auf aufnehmenden Kamera ein räumlicher Koordinatenwert in ei nem Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden kann, der beliebig reproduzierbar ist. Dazu besteht die 3D-Sensoran ordnung aus mindestens einer Kamera, wie Videokamera, Still Video Camera, Scanning Camera, und einer Einrichtung zur Digitalisierung und Speicherung von Bildfolgen der Ka mera, mindestens einem zur Kamera fixierten Beleuchtungsprojektor, der zeitlich nacheinander Licht strukturen aus wenigstens eindimensionalen Streifen inner halb eines Arbeitsvolumens erzeugt, mindestens einer Be leuchtungseinrichtung zur gleichmäßigen Beleuchtung von reflektierenden und/oder streuenden Signalmarken einer Ka libriereinrichtung und aus einem Rechner zur Steuerung und Verarbeitung der Bilder.The advantage of the method consists in that with the same in principle every pixel receiving camera a spatial coordinate value in egg can be assigned to a reference coordinate system, the is arbitrarily reproducible. To do this, there is the 3D sensor order from at least one camera, such as video camera, Still Video Camera, Scanning Camera, and a device for the digitization and storage of image sequences of the Ka mera, at least one fixed to the camera Illumination projector, successively light structures of at least one-dimensional stripes inside generated half of a work volume, at least one Be Lighting device for uniform illumination of reflective and / or scattering signal marks of a Ka libriereinrichtung and from a computer to control and Processing the pictures.
Der Kalibrierkörper (Welt) ist zum Zweck der Kalibrierung mit einem schwarz-weiß-gestreiften Muster ausgestattet, was ungefähr orthogonal zu dem gesendeten Streifenmuster des Projektors liegt. Dadurch werden die Streifen des Pro jektors periodisch unterbrochen und es entstehen ungefähr quadratische helle Lichtflecke. Diese Lichtflecke können von einer Kamera lokal, also in zwei oder in drei Dimensionen, detektiert werden und geben eine Aussage über den Ort des Streifens im Referenzkoordinatensystem (Welt). Existieren zur Kalibrierung eines Projektors zwei Kameras, die ein Stereopaar bilden, so betrachten diese Kameras die Kalibrierplatte mit den weißen Quadraten. Dieses Stereo paar kann somit diese quadratischen weißen Flecken der Ka librierplatte im Raum bestimmen.The calibration body (world) is for the purpose of calibration equipped with a black and white striped pattern, which is approximately orthogonal to the sent stripe pattern of the projector. This will cause the stripes of the Pro periodically interrupted and approximately arise square bright spots of light. These spots of light can from a camera locally, in two or three dimensions, be detected and give a statement about the Location of the strip in the reference coordinate system (world). There are two cameras for calibrating a projector, which form a stereo pair, these cameras look at the Calibration plate with the white squares. This stereo pair can thus make these square white spots the Ka Determine librierplatte in the room.
Ebenso ist es möglich, auf die zweite Kamera zu verzichten und die Ortsbestimmung der weißen Quadrate auf der Kali brierplatte mit einer einzigen Kamera zu bewerkstelligen. Das ist möglich, wenn mit der einer Kamera zunächst der Ort der Kalibrierplatte im Raum bestimmt wird über einen sogenannten Vorwärtsschnitt. Voraussetzung hierzu ist, daß die Kamera gewissermaßen die Geometrie der Kalibrierplatte kennt und aufgrund der perspektivischen Verzerrung die Lage der Kalibrierplatte relativ zu der Kamera berechnet, um dann in einem zweiten Schritt zu bestimmen, wo die weißen Quadrate in der Ebene der Kalibrierplatte liegen, so daß diese dreidimensional bestimmt sind. Zur Projektor kalibrierung wird zunächst ein Zwei-Kamera-System kali briert, d. h. es wird von einer Kamera selbst die innere Kalibrierung gemacht und anschließend die relative Zuord nung zueinander, so daß ein komplettes absolut kalibrier tes Stereopaar zur Verfügung steht. Dieses ist geeignet, Punkte im Raum absolut zu vermessen, die von beiden Kame ras gesehen werden. Werden somit weiße Projektorquadrate auf der Kalibrierplatte erzeugt, so können diese auch ab solut im Raum vermessen werden. Wird dies in verschiedenen Stellungen der Kalibrierplatte getan, so läßt sich der Strahlengang der Projektorstreifen im Raum verfolgen und durch das Projektionszentrum in der Kamera durch die Projektorpupille extrapolieren, womit die gesamte Geometrie des Projektors festgelegt ist.It is also possible to dispense with the second camera and the location of the white squares on the potash bristle plate with a single camera. This is possible, if with a camera first of the Location of the calibration plate in the room is determined by a so-called forward cut. The condition for this is that the camera, so to speak, the geometry of the calibration plate knows and because of the perspective distortion the Position of the calibration plate relative to the camera calculated, then, in a second step, determine where the white squares lie in the plane of the calibration plate, so that they are determined three-dimensionally. To the projector Calibration will initially be a two-camera system kali burns, d. H. It is the inner of a camera itself Calibration and then the relative assignment To each other, so that a complete calibration absolutely This stereo pair is available. This is suitable Absolutely to measure points in the room, that of both Kame be seen. Will be white projector squares generated on the calibration plate, so this can also from solut in the room to be measured. Will this be in different Positions done the calibration plate, so can the Trace the beam path of the projector strip in the room and through the projection center in the camera through the projector pupil extrapolate, bringing the entire geometry of the projector.
Die relative Position und Orientierung von Kamera und Pro jektor bzw. Kameras und Projektoren kann zueinander tem porär, d. h. für die Dauer von Kalibrierung und Messung oder dauerhaft, zum Beispiel durch eine mechanische starre Verbindung fixiert sein.The relative position and orientation of Camera and Pro jector or cameras and projectors can each other porous, d. H. for the duration of calibration and measurement or permanently, for example by a mechanical rigid Be fixed connection.
Zur Selbstkalibrierung der Kamera kann die Kalibrierein richtung vorteilhaft wenigstens vier kalibrierte und eine Vielzahl weiterer Signalmarken oder Referenzmarken aufwei sen, die sich im Bildfeld der Kamera befinden müssen. Dar aus können zunächst mit Hilfe direkter Lösungen (Literatur Beyer) Näherungen für die Elemente der äußeren Orientie rung der Kamera relativ zum Referenzkoordinatensystem (Weltkoordinatensystem) berechnet werden. Ausgehend von diesen Näherungen kann die exakte äußere Orientierung des aktiv-optischen Systems in bezug auf den objektbezogenen Koordinatenrahmen berechnet werden.For self-calibration of the camera, the calibration can direction advantageously at least four calibrated and one Variety of other signal brands or reference brands aufwei sen, which must be in the field of view of the camera. Dar First, with the help of direct solutions (literature Beyer) approximations for the elements of the outer Orientie the camera relative to the reference coordinate system (World coordinate system). Starting from These approximations can be the exact external orientation of the active-optical system with respect to the object-related Coordinate frames are calculated.
In vorteilhafter Weise können zur näherungsweisen automa tischen Orientierung der Kalibriereinrichtung relativ zur Kamera wenigstens drei der kalibrierten und/oder der Viel zahl der weiteren Signalmarken kodiert sein, sofern die Koordinaten der letzteren zumindest näherungsweise bekannt sind. Mit dem Einsatz kodierter Signalmarken und direkten Lösungen für die Bestimmung der Näherungen kann somit das Verfahren vollautomatisch durchgeführt werden. Dabei kön nen die Berechnungen sowohl Indikatoren für die Genauig keit, d. h. Standardabweichungen der Orientierungselemente, als auch Indikatoren für die Robustheit des Verfahrens ausgeben.Advantageously, for approximate automa orientation of the calibration device relative to Camera at least three of the calibrated and / or the much number of other signal marks to be encoded, if the Coordinates of the latter at least approximately known are. With the use of coded signal marks and direct Solutions for the determination of the approximations can thus be the Procedure be carried out fully automatically. This king The calculations are both indicators of the accuracy speed, d. H. Standard deviations of the orientation elements, as well as indicators of the robustness of the procedure output.
Bei mehreren Kameras können diese über gleiche oder unter schiedliche Fokussierung für verschiedene Entfernungen verfügen ebenso wie sie über gleiche oder unterschiedliche Bildwinkel verfügen können wie die Kameras auch gleiche oder unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen können. Ebenso können die Kameras in die gleiche oder in verschiedene Raumrichtungen blicken und gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten Bilder aufnehmen.With several cameras, these can be the same or under different focus for different distances as well as they have the same or different Image angles can be the same as the cameras or have different spectral sensitivity can. Likewise, the cameras can be in the same or in look at different spatial directions and at the same time or take pictures at different times.
Es können durch das Verfahren Signalmarken mit einem hohen Kontrast mit sehr hoher Genauigkeit vermessen werden und zwar wenigstens zwischen 1/30 bis 1/100 Pixel.It can by the process signal marks with a high Contrast can be measured with very high accuracy and Although at least between 1/30 to 1/100 pixels.
Will man solche Systeme kalibrieren, die nur aus einer Ka mera und einem Projekt bestehen, so ist eine Zusatzinfor mation erforderlich, es muß dann gefordert werden, daß die Kalibrierplatte exakt beschrieben wird, d. h., daß diese vollständig eben ist und daß die schwarzen Streifen, die den Projektorstreifen schneiden, ebenfalls präzise defi niert sind. Ist das der Fall, kann aus einem einzigen Ka merabild jeweils die Lage der Kalibrierplatte im Raum be stimmt werden, womit wiederum die Lage der weißen Quadrate auf der Kalibrierplatte bestimmt ist. Beim Zweikamerakali brierverfahren werden die weißen Quadrate auf der Kali brierplatte von beiden Kameras gesehen, weitere Infomatio nen der Platte sind nicht erforderlich. Beim Einkameraka librierverfahren muß, um die Kalibrierplatte im Raum loka lisieren zu können, auch eine Vermessung der Retromarken oder Signalmarken der Kalibrierplatte erfolgen. Auf der Basis dieser Information wird eine affine Transformation durchgeführt, aus der sich die Lage der Kalibrierplatte ergibt. Bei der affinen Transformation wird das beobach tete Bild der Retromarken bzw. Signalmarken mit einem ab gespeicherten Bild der Kalibrierplatte verglichen, die Platte wird dann durch eine numerische Operation so ge dreht, bis das Bild mit dem angespeicherten Bild überein stimmt, wodurch dann alle sechs Freiheitsgrade der Drehung der Translation im Raum bekannt sind.Will you calibrate such systems, which only from a Ka mera and a project, so is a Zusatzinfor required, it must then be required that the Calibration plate is described exactly, d. h. that these is completely flat and that the black stripes, the cut the projector strip, also precise defi are defined. If that is the case, can from a single Ka In each case, the position of the calibration plate in the room be be true, which in turn determines the location of the white squares is determined on the calibration plate. At the Zweikamerakali The white squares on the potash are burnished brierplatte seen by both cameras, more infomatio NEN of the plate are not required. When Einkameraka librierverfahren must loka to the calibration plate in space To be able to lisieren, also a measurement of the Retromarken or signal marks of the calibration plate. On the This information is based on an affine transformation performed, from which the position of the calibration plate results. In the affine transformation, this becomes the observation tete image of the retroremarks or signal marks with a stored image of the calibration plate compared to the Plate is then ge by a numerical operation so turns until the image matches the image stored true, which then makes all six degrees of freedom of rotation Translation in space are known.
Vorzugsweise kann mit einer Kamera und einem Projektor ein aktives 3D-Meßsystem kalibriert und ein solches Meßsystem aufgebaut werden, wozu zum Zwecke der Kalibrierung eine zweite Kamera beigestellt wird, die mit der ersten Kamera ein Stereopaar bildet, solange die Kamera kalibriert wird. Nach erfolgter Kalibrierung kann die zweite beigestellte Kamera wieder entfernt werden, wonach der kalibrierte Pro jektor zusammen mit der ersten verbleibenden Kamera ein aktives Meßsystem bildet. Dieser Ansatz mit zwei Kameras zur Kalibrierung kann selbstverständlich auch für Systeme benutzt werden, die von vornherein und permanent zwei Ka meras aufweisen. In diesem Fall könnte die Streifenauswer tung des Projektors sowohl mit der einen als auch mit der anderen Kamera erfolgen, so daß gewissermaßen zwei gekop pelte Meßsysteme vorliegen, die einmal mit der einen Ka mera und dem Projektor und das andere Mal mit der anderen Kamera und demselben Projektor arbeiten. Ebenso ist es möglich, daß beide Kameras, wie beim Kalibrieren, auch beim Messen ein Stereopaar bilden und der Projektor als zusätzliche Information zur Markierung des Objektes ver wendet wird. Preferably can with a camera and a projector calibrated active 3D measuring system and such a measuring system be built, including for the purpose of calibration second camera is provided with the first camera forms a stereo pair as long as the camera is calibrated. After calibration, the second one can be provided Camera are removed, after which the calibrated Pro jector along with the first remaining camera forms active measuring system. This approach with two cameras for calibration can of course also for systems used from the outset and permanently two Ka meras have. In this case, the stripes could be ejected the projector with both the one and the other another camera, so that in a sense gekop two pelte measuring systems are present, the once with the one Ka mera and the projector and the other time with the other Camera and same projector work. It is the same possible that both cameras, as in calibration, too When measuring, make a stereo pair and the projector as additional information for marking the object ver is used.
Wesentlich ist, daß die Kalibrierplatte in ihrer Form be kannt ist, die Anordnungen der Signalmarken vorab vermes sen wird und daß die Kalibrierplatte über codierte Marken verfügt, die eine automatische Orientierung der Kalibrier platte im Raum ermöglicht; wenigstens vier Gitterpunkte auf der Kalibrierplatte dienen dann der Orientierung der selben relativ zur Kamera. Vorteilhaft ist es, wenn die vier Kalibrierpunkte codiert sind, damit ihre Reihenfolge automatisch identifiziert werden kann.It is essential that the calibration plate be in their shape is known, the arrangements of the signal mark in advance vermes sen and that the calibration plate on coded marks features an automatic orientation of the calibration plate in the room allows; at least four grid points on the calibration plate then serve the orientation of the same relative to the camera. It is advantageous if the four calibration points are coded to allow their order can be automatically identified.
Vorteilhaft wird ein Projektor verwendet, der nur ein ein ziges periodisches Grauwert- oder Farbgitter projiziert, das in ein Phasenbild umgerechnet werden kann (laterales Phasenshiftverfahren), wobei die für die Kalibrierung er forderlichen Projektorstreifen synthetisch aus dem Phasen bild abgeleitet werden und die Schwarz-Weiß-Schwarz-Über gänge der synthetischen Streifen jeweils Orte konstanter Phase im Phasenbild darstellen.Advantageously, a projector is used, the only one projected a periodic gray-scale or color grid, which can be converted into a phase image (lateral Phase shift method), wherein the calibration for required projector strips synthetic from the phases image and the black and white black over each of the synthetic strips is more constant Phase in the phase image.
Der Algorithmus zur Wiedererkennung der Kalibrierparameter korrigiert ebenfalls die im Projektormodell vorgesehenen und von üblichen Fehlermodellen für Kameras abweichenden Verzeichnungsfehler, zum Beispiel durch eine zylindrische Projektionsoptik verursachten Fehler; der zunächst nicht direkt beobachtbare Ort längs des Projektorstreifens wird zum Zwecke der Verzeichnungskorrektur über eine iterative Rechnung bestimmt.The algorithm for recognizing the calibration parameters also corrects the ones provided in the projector model and deviating from common error models for cameras Distortion error, for example by a cylindrical Projection optics caused errors; not at first directly observable place along the projector strip becomes for the purpose of distortion correction via an iterative Invoice determined.
Ist die Kalibriereinrichtung eine ebene Kalibrierplatte, so kann sie wenigstens vier kalibrierte Signalmarken auf weisen, und das zur Kalibrierung erforderliche schwarz weiße Streifengitter bekannter Geometrie synthetisch erzeugt werden, indem ein berechnetes Streifengitter mit Hilfe der aktuell bestimmte Orientierungsparameter in die Bildebene der Kamera transformiert und mit dem Bild der Kalibrierplatte logisch verknüpft wird.If the calibration device is a plane calibration plate, so she can at least four calibrated signal marks on and the black required for calibration White stripe grid known geometry generated synthetically by using a calculated strip grid with Help the currently determined orientation parameters in the Image plane of the camera transformed and with the image of Calibration plate is logically linked.
Vorteilhaft ist somit als Kalibriereinrichtung eine ebene Kalibrierplatte, die wenigstens vier kalibrierte Signal marken und ein schwarz-weißes Streifengitter bekannter Geometrie aufweist.Thus, a plane is advantageous as a calibration device Calibration plate containing at least four calibrated signal brands and a black and white striped grid known Has geometry.
Die Kalibriereinrichtung kann aber auch eine nichtebene Kalibrierplatte sein, die wenigstens vier kalibrierte Si gnalmarken und ein schwarz-weißes Streifengitter bekannter Geometrie aufweist, wobei wenigstens zwei Kameras zum Ein satz gelangen, mit welchen die aktuelle Topologie der Ka libriereinrichtung jederzeit nachmessbar ist.The calibration device can also be a non-planar Calibration plate containing at least four calibrated Si gnalmarken and a black and white striped grid known Geometry, wherein at least two cameras for Ein set with which the current topology of Ka Libriereinrichtung is anytime nachmessbar.
Wenn die Kalibriereinrichtung eine ebene Kalibrierplatte ist, die wenigstens vier kalibrierte Signalmarken auf weist, so kann das zur Kalibrierung erforderliche schwarz weiße Streifengitter bekannter Geometrie synthetisch er zeugt werden, indem ein berechnetes Streifengitter mit Hilfe der aktuell bestimmten Orientierungsparameter in die Bildebene der Kamera transformiert und mit dem Bild der Kalibrierplatte logisch verknüpft wird.If the calibration device is a flat calibration plate is at least four calibrated signal marks on indicates the black required for calibration white stripe grid known geometry synthetic he be convinced by using a calculated strip grid with Help of currently determined orientation parameters in the Image plane of the camera transformed and with the image of Calibration plate is logically linked.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in einer Kostenreduktion durch Verzicht auf mechanische Prä zisionspositioniereinrichtungen wie Koordinatenmeßgeräte, Präzisions-Meßroboter, oder zusätzliche Präzisionsmeßsy steme, wie Theodolit, Interferometer, die ansonsten die Länge von Werkstück oder Sensor vermessen.Further advantages of the invention are in particular a cost reduction by waiving mechanical pre precision positioning equipment such as coordinate measuring machines, Precision measuring robot, or additional precision measuring stems, such as theodolite, interferometers, otherwise the Measure length of workpiece or sensor.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:Brief description of the drawing, in which:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Kamera- Projektor-Einheit als Sensor, der auf eine Kalibrierplatte gerichtet ist Fig. 1 is a schematic representation of a camera-projector unit as a sensor, which is directed to a calibration plate
Fig. 2 eine mögliche Ausführung einer Kalibriereinrichtung in Form einer ebenen Kalibrierplatte Fig. 2 shows a possible embodiment of a calibration device in the form of a flat calibration plate
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verschiebung der Kalibrierplatte im Arbeitsvolumen Fig. 3 is a schematic representation of the displacement of the calibration plate in the working volume
Fig. 4 eine beleuchtete Kalibrierplatte mit retroreflektierenden Marken Fig. 4 is an illuminated calibration plate with retroreflective marks
Fig. 5 ein typisches Beleuchtungsfeld eines Projektors, wie er im Verfahren Anwendung findet Fig. 5 shows a typical illumination field of a projector, as it finds application in the process
Fig. 6 eine Kalibrierplatte unter Beleuchtung mit einem periodischen Projektorstreifenmuster Fig. 6 shows a calibration plate under illumination with a periodic projector strip pattern
Fig. 1 zeigt eine kompakte Ausführung eines 3D-Sensors bestehend aus einer Kamera 10 und einen Projektor 11, wo bei die Strahlen der Kamera 10 mit x-y-Koordinaten und die eindimensionale Streifenkoordinate des Projektors 11 mit z bezeichnet sind. Weiterhin ist in Fig. 1 eine Kalibrier platte 12 mit mehreren Signalmarken 13 gezeigt, die sich im Blickfeld von Kamera 10 und Projektor 11 befindet. Fig. 1 shows a compact embodiment of a 3D sensor consisting of a camera 10 and a projector 11, where referred to in the rays of the camera 10 with xy-coordinates and the one-dimensional Streifenkoordinate the projector 11 with z. Furthermore, in Fig. 1, a calibration plate 12 is shown with a plurality of signal marks 13 , which is in the field of view of the camera 10 and projector 11 .
Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführung einer Kalibrierein richtung als ebene Platte 21 mit den vier Ecken A, B, C, D und mit drei verschiedenen Strukturen: Erstens codierte Marken 22 mit einem eindeutig identifizierbaren Label, die in der Mitte der Kalibrierplatte 21 quadratisch angeordnet sind. Weitere uncodierte Marken 23, weiterhin parallele schwarz-weiße Streifenmuster 24, die in der Anwendung dann orthogonal zu den Projektorstreifen stehen und aus den Projektorstreifen stückweise Abschnitte herausschneiden. Fig. 2 shows a possible embodiment of a Kalibrierein direction as a flat plate 21 with the four corners A, B, C, D and with three different structures: First coded marks 22 with a unique identifiable label, which is arranged in the center of the calibration plate 21 square are. Further uncoded marks 23 continue to be parallel black-and-white stripe patterns 24 , which in the application are then orthogonal to the projector strips and cut piecewise sections from the projector strips.
Fig. 3 zeigt schematisch, wie eine Kalibrierplatte 30 mit ihren vier Ecken A, B, C, D im Arbeitsvolumen 31 bewegt wird, wobei das Arbeitsvolumen 31 dargestellt ist durch ein Drahtmodell mit den Punkten P1 bis P12 in Zuordnung der Ecken A, B, C, D die den Punkten P1 bis P12 entsprechen sol len; diese Punkte werden in einer Tabelle abgelegt, Ta belle 1. Fig. 3 shows schematically how a calibration plate 30 having its four corners A, B, C, D is moved in the working volume 31, wherein the working volume 31 is illustrated by a wireframe with the points P1 to P12 in correspondence of the corners A, B, C, D should correspond to points P1 to P12; these points are stored in a table, Table 1.
Fig. 4 beschreibt die Kalibrierplatte 41 der Fig. 2 und eine Beleuchtung mit retroreflektierenden Marken 42, wobei nur diese mit erkennbarer Helligkeit zu sehen sind. Fig. 4 describes the calibration plate 41 of Fig. 2 and an illumination with retro-reflective marks 42 , only those with visible brightness can be seen.
Fig. 5 zeigt das typische Beleuchtungsfeld des Projek tors, bei dem mehrere Projektorstreifen jeweils zu einem Streifenblock zusammengefaßt sind, z. B. ist im Streifen block 51 der Projektstreifen 1 bis 8 zusammengefaßt und auf weiß geschaltet, im Streifenblock 52 sind die Projek torstreifen 9 bis 16 zusammengefaßt und schwarz geschaltet usw. Fig. 5 shows the typical illumination field of Projek sector, in which a plurality of projector strips are combined to form a strip block, z. B. is in the strip block 51 of the project strip 1 to 8 summarized and switched to white, in the strip block 52 are the Projek torstreifen 9 to 16 combined and switched black etc.
Fig. 6 zeigt die Kalibrierplatte der Fig. 2 unter Be leuchtung mit einem periodischen Projektorstreifenmuster unter einem Winkel von 90 Grad; bei dieser Art der Be leuchtung werden die Projektorlichtstreifen in kleine qua dratische Bereiche 61 unterteilt, die einer Vermessung ei ner photogrammetrischen Erkennung und Vermessung mittels Kamera und Bildkorrelation zugänglich sind, und zwar gemäß der Fig. 3. Fig. 6 shows the calibration plate of Fig. 2 under illumination with a periodic projector strip pattern at an angle of 90 degrees; In this type of illumination Be the projector light strips are divided into small qua dratische areas 61 which are accessible to a measurement ei ner photogrammetric detection and measurement by means of camera and image correlation, in accordance with FIG. 3rd
Die Erfindung ist insbesondere dazu anwendbar, eine Ein- Kamera-Projektor-Einheit oder eine Zwei-Kamera-Projek toreinheit unter Verzicht auf teure Präzisionskalibrier einrichtungen zu kalibrieren, um mit einem dergestalt ka librierten Ein-Kamera-Projektor-Sensor oder Zwei-Kamera- Projektor-Sensor bei einer nachfolgenden Messung prinzipi ell jedem Bildpunkt der Kamera einen räumlichen Koordina tenwert in einem Referenzkoordinatensystem in eindeutiger und reproduzierbarer Weise zuzuordnen. Damit können Her stellungsmaschinen, wie Pressen oder Fräsen oder Werkzeug maschinen angesteuert werden, so daß über die optische Aufnahme eines Probenkörpers ein hochgenaues Werkstück als Abbild des Probenkörpers hergestellt werden kann oder softwaremäßig praktisch beliebige Manipulationen am virtu ellen Bildmaterial vorgenommen und wieder als Werkstück ausgegeben werden können.The invention is particularly applicable to a Camera projector unit or a two-camera project without expensive precision calibrators to calibrate facilities to ka librated single-camera projector sensor or two-camera Projector sensor in principle for a subsequent measurement ell every pixel of the camera a spatial coordina value in a reference coordinate system in clear and reproducible manner. Her positioning machines, such as presses or milling or tools machines are controlled so that the optical Recording a specimen a highly accurate workpiece than Image of the specimen can be made or in terms of software virtually any manipulation on the virtu ellen image material and again as a workpiece can be issued.
Claims (9)
- a) die Kalibriereinrichtung innerhalb und am Rande des zu kalibrierenden Arbeitvolumens nacheinander in verschiedene Positionen relativ zu Kamera und Beleuchtungsprojektor gebracht und die Kalibrier einrichtung jeweils so beleuchtet wird, daß die Bereiche der Signalmarken der Kalibriereinrichtung in den digitalisierten und gespeicherten Bildern eine möglichst hohe Grauwert- oder Farbmodulation ohne Übersteuerung aufweisen,
- b) die Kalibrierung der Kameras durch ein photogram metrisches Standardverfahren erfolgt zum Auffinden der Parameter der inneren und äußeren Orientie rung,
- c) der Projektor einen Lichtmodulator aufweist, der nach außen sichtbare Muster aus beliebigen Strei fen oder Pixeln als Bildelemente auf die Kali briereinrichtung projiziert,
- d) zur Kalibrierung des Projektors dieser als inverse Kamera betrachtet wird, indem den äußeren Bildele menten ein reales oder fiktives x-y-Projektionsmu ster definierter Breite aber unbestimmter Länge im Innern des Projektors zugeordnet wird, und zur Be stimmung der Parameter der inneren und äußeren Orientierung des Beleuchtungsprojektors mehrere Beobachtungen (Bildfolgen) herangezogen werden, in denen jeweils geometrische Zusammenhänge zwischen den x-y-Projektionsmustern (interne Projek torstreifenkoordinaten) und den korrespondierenden außen sichtbaren Mustern hergestellt werden,
- e) die gefundenen und gespeicherten Kalibrierparame ter beim Einsatz des 3D-Sensorsystems zur Vermes sung von Objekten von einem Algorithmus wiederverwendet werden, der einerseits die Strahlgeometrien innerhalb der Kamera und des Projektors korri giert, zum anderen basierend auf dem Prinzip der Triangulation die xyz-Koordinaten des Objektes im Objektraum berechnet.
- a) brought the calibration device within and at the edge of the calibrated work volume sequentially in different positions relative to the camera and lighting projector and the calibration device is illuminated in each case so that the areas of the signal marks of the calibration in the digitized and stored images as high as possible grayscale or Have color modulation without clipping,
- b) the calibration of the cameras by a photogrammetric standard method is carried out to find the parameters of the inner and outer orientation,
- c) the projector has a light modulator which projects externally visible patterns of arbitrary strips or pixels as picture elements onto the calibration device;
- d) for the calibration of the projector this is regarded as an inverse camera by the outer Bildele elements a real or fictional xy-Projektionsmu defined width but indefinite length is assigned to the interior of the projector, and Be mood of the parameters of the inner and outer orientation of the Illumination Projector several observations (image sequences) are used, in each of which geometrical relationships between the xy projection patterns (internal projector greifstor coordinates) and the corresponding externally visible patterns are produced,
- e) the found and stored Kalibrierparame ter when using the 3D sensor system for Vermes measurement of objects are reused by an algorithm that corrects the beam geometries inside the camera and the projector on the one hand, on the other based on the principle of triangulation xyz coordinates of the object in the object space.
zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine ebene Kalibrierplatte ist,
die wenigstens vier kalibrierbare Signalmarken und
und ein schwarz-weißes Streifengitter bekannter Geometrie aufweist. 7. Device for geometric calibration of a 3D optical sensor, which has at least one camera,
for the three-dimensional measurement of objects,
characterized,
that it is a plane calibration plate,
the at least four calibratable signal marks and
and a black and white striped grid of known geometry.
zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine nichtebene Kalibrierplatte ist,
die wenigstens vier kalibrierbare Signalmarken und
und ein schwarz-weißes Streifengitter bekannter Geometrie aufweist.8. Device for geometric calibration of an optical 3D sensor, which has at least two cameras,
for the three-dimensional measurement of objects,
characterized,
that it is a non-planar calibration plate,
the at least four calibratable signal marks and
and a black and white striped grid of known geometry.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995136297 DE19536297C2 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purpose |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995136297 DE19536297C2 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purpose |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19536297A1 DE19536297A1 (en) | 1997-04-03 |
| DE19536297C2 true DE19536297C2 (en) | 2003-10-02 |
Family
ID=7773561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1995136297 Expired - Lifetime DE19536297C2 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purpose |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19536297C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2900727A1 (en) * | 2006-05-05 | 2007-11-09 | Acticm | Light projecting screen for photogrammetry device, has luminous codings established on black band and including circular counting marks, projecting on surface of connected zones, where codings are repeated along connected zones |
| DE102014102634A1 (en) | 2014-02-27 | 2015-08-27 | Lavision Gmbh | Method for calibrating an optical arrangement, use of a display of a mobile electronic device as a calibration plate, method for displaying a periodic pattern and computer program product |
| US10952827B2 (en) | 2014-08-15 | 2021-03-23 | Align Technology, Inc. | Calibration of an intraoral scanner |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19727281C1 (en) | 1997-06-27 | 1998-10-22 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Geometric calibration device for CCD camera |
| DE19748062C2 (en) * | 1997-10-31 | 2000-10-05 | Bernward Maehner | Method and device for three-dimensional optical measurement of objects |
| DE19960873C2 (en) * | 1999-12-17 | 2002-06-20 | Hema Elektronik Fertigungs Und | Process for the geometric self-calibration of an image processing system |
| DE10049926A1 (en) * | 2000-10-07 | 2002-04-11 | Robert Massen | Camera for photogrammetric detection of shape of limb has projector attachment for providing visually detectable alignment structures |
| DE10143504A1 (en) * | 2001-09-05 | 2003-03-20 | Sick Ag | Monitoring of an area using an optoelectronic sensor, whereby illuminating light is transmitted with two different patterns to improve detection of homogenous objects and to improve system functionality testing |
| DE10219054B4 (en) | 2002-04-24 | 2004-08-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method and device for determining the spatial coordinates of an object |
| US7068303B2 (en) | 2002-06-03 | 2006-06-27 | Microsoft Corporation | System and method for calibrating a camera with one-dimensional objects |
| JP4147059B2 (en) | 2002-07-03 | 2008-09-10 | 株式会社トプコン | Calibration data measuring device, measuring method and measuring program, computer-readable recording medium, and image data processing device |
| DE102004033468A1 (en) * | 2004-06-05 | 2005-12-22 | Adc Automotive Distance Control Systems Gmbh | Procedure for calibrating a camera |
| DE602005004332T2 (en) | 2004-06-17 | 2009-01-08 | Cadent Ltd. | Method for providing data related to the oral cavity |
| DE102005002190B4 (en) * | 2005-01-17 | 2007-04-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Scanner and method for operating a scanner |
| DE102006056232B4 (en) * | 2006-11-29 | 2017-08-17 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Device for calibrating a camera |
| DE102007030378A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Spatial View Gmbh Dresden | Camera system e.g. eye tracking system, position determining method for use in vehicle, involves performing determination of position of camera system with respect to reference system under consideration of position of display system |
| DE102007056777B4 (en) * | 2007-11-23 | 2012-02-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Measurement method and arrangement with a stochastic dot pattern and stochastic dot pattern for use |
| DE102009035755A1 (en) * | 2009-07-24 | 2011-01-27 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Method and device for monitoring a room area |
| DE102011114674C5 (en) * | 2011-09-30 | 2020-05-28 | Steinbichler Optotechnik Gmbh | Method and device for determining the 3D coordinates of an object |
| DE102012220048B4 (en) * | 2012-11-02 | 2018-09-20 | Sirona Dental Systems Gmbh | Calibration device and method for calibrating a dental camera |
| CN103453835A (en) * | 2013-08-06 | 2013-12-18 | 王向阳 | Spine white light three-dimensional motion measuring method |
| CN103968858B (en) * | 2014-04-30 | 2016-10-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | A kind of geometric calibration device of ultra-large vision field ultraviolet imager |
| CN103968859B (en) * | 2014-04-30 | 2016-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | A kind of ultra-large vision field ultraviolet faces the geometric calibration method of limit imager |
| DE112014006640A5 (en) | 2014-05-06 | 2017-02-09 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Method and device for calibrating imaging optics for metrological applications |
| DE102014012710A1 (en) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | Steinbichler Optotechnik Gmbh | Method and device for determining the 3D coordinates of an object |
| DE102015207348B4 (en) * | 2015-04-22 | 2018-02-15 | Siemens Healthcare Gmbh | Method, data processing unit, motorized device, computer program product and computer readable medium for calibrating a camera |
| US10757394B1 (en) | 2015-11-09 | 2020-08-25 | Cognex Corporation | System and method for calibrating a plurality of 3D sensors with respect to a motion conveyance |
| US10812778B1 (en) | 2015-11-09 | 2020-10-20 | Cognex Corporation | System and method for calibrating one or more 3D sensors mounted on a moving manipulator |
| US11562502B2 (en) | 2015-11-09 | 2023-01-24 | Cognex Corporation | System and method for calibrating a plurality of 3D sensors with respect to a motion conveyance |
| DE102015122842B4 (en) | 2015-12-27 | 2019-02-07 | Faro Technologies, Inc. | Method for calibrating a 3D measuring device by means of a calibration plate |
| US10401145B2 (en) | 2016-06-13 | 2019-09-03 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Method for calibrating an optical arrangement |
| DE102016217792A1 (en) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Xion Gmbh | alignment system |
| DE102016220888A1 (en) * | 2016-10-24 | 2018-04-26 | Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Reference plate and method for calibrating and / or checking a deflectometry sensor system |
| DE102017201827A1 (en) | 2017-02-06 | 2018-08-09 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Method for correcting deviations in a manufacturing process of an article |
| JP2021500541A (en) * | 2017-10-22 | 2021-01-07 | マジック アイ インコーポレイテッド | Adjusting the projection system of the distance sensor to optimize the beam layout |
| DE102018109586A1 (en) * | 2018-04-20 | 2019-10-24 | Carl Zeiss Ag | 3D digitizing system and 3D digitizing process |
| US20200014909A1 (en) | 2018-07-03 | 2020-01-09 | Faro Technologies, Inc. | Handheld three dimensional scanner with autofocus or autoaperture |
| DE102019113799B4 (en) | 2019-05-23 | 2024-04-25 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Measuring system and method for measuring a measuring object |
| CN113188478B (en) * | 2021-04-28 | 2022-10-18 | 伏燕军 | Mixed calibration method for telecentric microscopic three-dimensional measurement system |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3932745A (en) * | 1974-09-30 | 1976-01-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Far field construction for optical fourier transforms |
| SU553447A1 (en) * | 1975-02-26 | 1977-04-05 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Test object for photogrammetric calibration of shooting cameras |
| DE3201804A1 (en) * | 1982-01-21 | 1983-09-08 | Institut kosmičeskich issledovanij Akademii Nauk SSSR, Moskva | Method for distortion measurement on the image field of a photographic camera |
| DE3712958C1 (en) * | 1987-04-16 | 1988-10-06 | Rollei Fototechnic Gmbh | Method and device for photographically measuring a three-dimensional object |
| DE3817561A1 (en) * | 1988-05-24 | 1989-11-30 | Fraunhofer Ges Forschung | Device for producing a projected object grating |
| DE3829925A1 (en) * | 1988-09-02 | 1990-03-15 | Kaltenbach & Voigt | Optical probe for 3D measurement of teeth in the buccal cavity |
| DE3831630A1 (en) * | 1988-09-17 | 1990-03-22 | Ulrich M Landwehr | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE DIMENSIONS OF AN OBJECT BY PHOTOGRAPHIC WAY |
| DE3933994A1 (en) * | 1989-10-11 | 1991-05-08 | Kaltenbach & Voigt | OPTICAL PROBE FOR ABSOLUTE 3-DIMENSIONAL MEASUREMENT OF INDIVIDUAL TEETH AND GROUPS OF TEETH IN THE ORAL CAVE |
| DE4007502A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4011407A1 (en) * | 1990-04-09 | 1991-10-10 | Steinbichler Hans | Quantitative absolute measurer for three=dimensional coordinates - contains projector of test pattern, sensor and displacement device for surface evaluation of test object |
| DE4103646C1 (en) * | 1991-02-07 | 1992-01-30 | Rollei Fototechnic Gmbh & Co. Kg, 3300 Braunschweig, De | Line image scanner suitable for close range photogrammetry - has photogrammetric recording chamber with central projector for imaging reference marks |
| DE4037383A1 (en) * | 1990-11-20 | 1992-05-21 | Mesacon Messtechnik | METHOD FOR CONTINUOUS TOUCH-FREE MEASUREMENT OF PROFILES AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE MEASURING METHOD |
| US5251037A (en) * | 1992-02-18 | 1993-10-05 | Hughes Training, Inc. | Method and apparatus for generating high resolution CCD camera images |
| US5414647A (en) * | 1992-11-23 | 1995-05-09 | Ford Motor Company | Non-contact method and system for building CAD models by integrating high density data scans |
-
1995
- 1995-09-29 DE DE1995136297 patent/DE19536297C2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3932745A (en) * | 1974-09-30 | 1976-01-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Far field construction for optical fourier transforms |
| SU553447A1 (en) * | 1975-02-26 | 1977-04-05 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Test object for photogrammetric calibration of shooting cameras |
| DE3201804A1 (en) * | 1982-01-21 | 1983-09-08 | Institut kosmičeskich issledovanij Akademii Nauk SSSR, Moskva | Method for distortion measurement on the image field of a photographic camera |
| DE3712958C1 (en) * | 1987-04-16 | 1988-10-06 | Rollei Fototechnic Gmbh | Method and device for photographically measuring a three-dimensional object |
| DE3817561A1 (en) * | 1988-05-24 | 1989-11-30 | Fraunhofer Ges Forschung | Device for producing a projected object grating |
| DE3829925A1 (en) * | 1988-09-02 | 1990-03-15 | Kaltenbach & Voigt | Optical probe for 3D measurement of teeth in the buccal cavity |
| DE3831630A1 (en) * | 1988-09-17 | 1990-03-22 | Ulrich M Landwehr | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE DIMENSIONS OF AN OBJECT BY PHOTOGRAPHIC WAY |
| DE3933994A1 (en) * | 1989-10-11 | 1991-05-08 | Kaltenbach & Voigt | OPTICAL PROBE FOR ABSOLUTE 3-DIMENSIONAL MEASUREMENT OF INDIVIDUAL TEETH AND GROUPS OF TEETH IN THE ORAL CAVE |
| DE4007502A1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Zeiss Carl Fa | METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF OBJECT SURFACES |
| DE4011407A1 (en) * | 1990-04-09 | 1991-10-10 | Steinbichler Hans | Quantitative absolute measurer for three=dimensional coordinates - contains projector of test pattern, sensor and displacement device for surface evaluation of test object |
| DE4037383A1 (en) * | 1990-11-20 | 1992-05-21 | Mesacon Messtechnik | METHOD FOR CONTINUOUS TOUCH-FREE MEASUREMENT OF PROFILES AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE MEASURING METHOD |
| DE4103646C1 (en) * | 1991-02-07 | 1992-01-30 | Rollei Fototechnic Gmbh & Co. Kg, 3300 Braunschweig, De | Line image scanner suitable for close range photogrammetry - has photogrammetric recording chamber with central projector for imaging reference marks |
| US5251037A (en) * | 1992-02-18 | 1993-10-05 | Hughes Training, Inc. | Method and apparatus for generating high resolution CCD camera images |
| US5414647A (en) * | 1992-11-23 | 1995-05-09 | Ford Motor Company | Non-contact method and system for building CAD models by integrating high density data scans |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| DEGENKOLBE,E., HEINZE,M.: Rechnergestützte Justierung eines zweikanaligen optischen Abbildungssystems mit CCD-Zeilen. In: Feingerätetechnik, Berlin 37, 1988, 4, S.159- S.162 * |
| GERDES,R., u.a.: Kalibrierung eines digitalen Bildverarbeitungssystems mit CCD-Kamera Teil 1: Modellbildung und Verfahren. In: tm - Technisches Messen 60, 1993, 6, S.255-261 * |
| GERDES,R., u.a.: Kalibrierung eines digitalen Bildverarbeitungssystems mit CCD-Kamera Teil II: Implementierung und Fehleranalyse. In: tm - Technisches Messen 60, 1993, 7/8, S.283-288 * |
| GRANT,Ian, et. al.: Topographical measurements of water waves using the projection moire method. In: Applied Optics, Vol.29, No.28, 1 Oct. 1990, S.3981-3983 * |
| GRÜN,A.: Digitale Nahbereichsphotogrammetrie. In: AVN 8-9/1992, S.324-343 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2900727A1 (en) * | 2006-05-05 | 2007-11-09 | Acticm | Light projecting screen for photogrammetry device, has luminous codings established on black band and including circular counting marks, projecting on surface of connected zones, where codings are repeated along connected zones |
| DE102014102634A1 (en) | 2014-02-27 | 2015-08-27 | Lavision Gmbh | Method for calibrating an optical arrangement, use of a display of a mobile electronic device as a calibration plate, method for displaying a periodic pattern and computer program product |
| DE102014102634B4 (en) | 2014-02-27 | 2019-02-21 | Lavision Gmbh | Method for calibrating an optical arrangement, method for displaying a periodic calibration pattern and computer program product |
| US10952827B2 (en) | 2014-08-15 | 2021-03-23 | Align Technology, Inc. | Calibration of an intraoral scanner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19536297A1 (en) | 1997-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19536297C2 (en) | Method for the geometric calibration of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects and apparatus for this purpose | |
| EP2079981B1 (en) | Device and method for the contactless detection of a three-dimensional contour | |
| DE19536294C2 (en) | Method for geometric navigation of 3D optical sensors for the three-dimensional measurement of objects | |
| AT506110B1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR DETECTING BODY MEASURE DATA AND CONTOUR DATA | |
| DE19727281C1 (en) | Geometric calibration device for CCD camera | |
| DE102012108567B4 (en) | Method of obtaining depth information using a light pattern | |
| DE102007054906B4 (en) | Method for optical measurement of the three-dimensional geometry of objects | |
| EP0897524B1 (en) | Device for non-contact measurement of the surface of a three dimensional object | |
| EP2574876B1 (en) | Method and device for determining the 3D coordinates of an object | |
| DE10137241A1 (en) | Arrangement, for detecting and measuring objects, optically projects markers onto object, records partial views of object in global coordinate system using information re-detected markers | |
| DE102008048963B4 (en) | 3D geometry detection method and apparatus | |
| WO2001088471A1 (en) | Method and device for determining the 3d profile of an object | |
| DE4134546A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ABSOLUTE COORDINATES OF AN OBJECT | |
| DE19637682B4 (en) | Method for determining the spatial coordinates of objects and / or their temporal change and device for applying this method | |
| DE102008002725B4 (en) | Method and device for 3D reconstruction | |
| DE102013014475A1 (en) | Method for calibration of optical measurement device for measuring geometric features of measuring object, involves executing static calibration and generating static calibration data or from evaluating- and control unit | |
| DE10359104B3 (en) | Method for dynamic, three-dimensional acquisition and display of a surface | |
| DE19846145A1 (en) | Three-dimensional imaging device for shape measurement has transmitter array whose elements move in straight, parallel lines | |
| DE19749974C2 (en) | Method and apparatus for generating a 3D point cloud | |
| DE102012001307A1 (en) | Method for three dimensional measurement of objects, particularly under obstructive lighting conditions, involves detecting to be changed or multiple different patterns by detector, where patterns are projected on object surface | |
| DE102014016087B4 (en) | Three-dimensional optical detection of object surfaces | |
| DE19747061A1 (en) | Laminar 3D optical measuring of objects with light pattern with light | |
| EP0867689B1 (en) | Microphotogrammatic measuring device | |
| DE102004035102A1 (en) | 3 D object measurement projector has real or virtual point light sources with separate spectral intensity distributions strip modulated by cylindrical lens | |
| DE10009870C2 (en) | Method and device for examining test objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
| 8304 | Grant after examination procedure | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: 3D IMAGING TECHNOLOGIES GMBH, CREMINES, CH |
|
| 8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: SEFFER, A., RECHTSANW., 60549 FRANKFURT |
|
| R071 | Expiry of right |