DE19749974C2 - Verfahren und Apparat zur Erzeugung einer 3D-Punktwolke - Google Patents
Verfahren und Apparat zur Erzeugung einer 3D-PunktwolkeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer 3-D-Punktwolke für die Topometrie (3-D-Videometrie) oder die 3-D-Vision für Multimedia-Applikationen, also für die messende und nichtmessende Bestimmung der 3-D-Gestalt von Körpern und Szenen in einem Objektraum mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungsobjektiv zur Abbildung einer gerasterten Struktur (Gitter oder Mikrolinsen-Array) mindestens einem Aufnahmeobjektiv, einem Körper oder einer Szene oder einem Körper und einer Szene, einem Beleuchtungsobjektiv und einer Aufnahmekamera, bei der dem Aufnahmeobjektiv bildseitig ein Array aus mikrooptischen Bauelementen oder ein gerasterter Bildempfänger zugeordnet ist und dem Array aus mikrooptischen Bauelementen oder dem gerasterten Bildempfänger ein zweites Objektiv im Bildraum zugeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer 3D-Punktwolke gemäß
dem Oberbegriff des Anspruch 1, wie sie aus der EP 0 679 864 A1 bekannt ist,
sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer 3D-Punktwolke nach Anspruch 12.
Das technische Anwendungsgebiet besteht in der Bestimmung der 3D-Form oder
3D-Gestalt von Körpern im Raum und Szenen, vorzugsweise mit einer
Aufnahmekamera in einem Aufnahmesystem, die im weiteren als 3D-Kamera
bezeichnet wird. Die Anwendung dieses Verfahrens und Apparates zur Erzeugung
einer 3D-Punktwolke, im weiteren als 3D-Aufnahmeverfahren bezeichnet, wird zum
einen im Sinne der Meßtechnik gesehen und als 3D-Meßtechnik oder 3D-
Videometrie bezeichnet. Die 3D-Punktwolke stellt dabei das Ergebnis einer
umfangreichen Berechnung aus optisch erzeugten Signalen dar. Hierbei wird die mit
der vorgeschlagenen Methode erzeugte Punktwolke beispielsweise im Sinne der
Überführung der Daten in ein CAD-System bearbeitet. Es werden Flächen- und
Volumenmodelle generiert und mit bereits vorhandenen Solldaten verglichen. Ein
Anwendungsgebiet kann dabei die 3D-Aufnahmetechnik im Kreislauf des Reverse-
Engineerings sein, s. a. Bieder, H.: "Optische Formerfassung und Reverse-
Engineering - Anforderungen an die Software, Daimler-Benz-AG, GMA-Bericht 30,
DGZfP - VDI/VDE-GMA Fachtagung 28./29. April 1997, Langen, Bundesrepublik
Deutschland, S. 139-146. Ein derartiges System kann in einer 3D-
Koordiatenmeßmaschine als 3D-Meßkopf eingesetzt werden.
Der zweite Anwendungsfall stellt das Erzeugen von 3D-Bildern für die 3D-
Wiedergabe dar. Hierbei geht es um die 3D-Vision im 3D-Video- bzw. 3D-
Fernsehbereich, bzw. um 3D-Multimedia-Anwendungen. Das Wiedergabemedium
ist vorzugsweise elektronischer Natur. Aus der 3D-Punktwolke, die auch bei dieser
zweiten Applikation das Ergebnis einer Berechnung aus optisch erzeugten Signalen
ist, werden Flächen und Volumen von Körpern und Szenen so berechnet, dass eine
3D-Wiedergabe durch elektronische Medien oder optische Verfahren möglich ist.
Dabei ist die elektronische Kopplung einer 3D-Kamera mit einer entsprechend
angepaßten Farbkamera möglich, um 3D-Farbbilder zu erzeugen.
Die 3D-Form von Oberflächen wird häufig mit Streifen-Triangulationsverfahren
vermessen. Dabei wird mit einem möglichst großen Einfallswinkel für die
Prüflingsbeleuchtung, beispielsweise zwischen 20° und 70°, der Prüfling oder die
Szene beleuchtet. Bei einem kleineren Einfallswinkel, beispielsweise 10°, bei der
Abbildung eines Streifenfeldes auf die Prüflingsoberfläche ergibt sich für
vorgegebene Meßaufgaben oft eine zu geringe Empfindlichkeit. Eine Erhöhung der
Empfindlichkeit kann bei einem gegebenen Einfallswinkel durch eine Erhöhung der
Streifendichte erfolgen. Dabei entstehen Probleme bei der Abbildung eines sehr
dichten Streifenmusters, da die verfügbaren Kamerachips in der Größenordnung
von 1000 × 1000 Pixeln nur eine begrenzte Anzahl von Bildpunkten aufweisen und
damit nur Streifenzahlen in der Größenordnung von 100 gut auszuwerten sind. Um
bei einem kleineren Einfallswinkel (< 10°) eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen,
sind jedoch bis zu 10000 Streifen in einer Richtung auszuwerten. Dies ist durch
optische Abbildungssysteme durchaus möglich.
Das Problem liegt in der immer noch bestehenden unterschiedlichen
Übertragungsleistung der elektronischen Bildverarbeitung und der optischer
Systeme.
In der Zeitschrift Optical Engineering, Vol. 32, No. 6 (1993), S. 1374-1382, wird
auch auf die nicht zu unterschätzenden Fehlereinflüsse hingewiesen, die durch
Speckle-Effekte bei der Verwendung kohärenter Planwellen bei der
Triangulationsmeßtechnik auftreten. Allein aus Sicherheitsgründen verbietet sich bei
der Aufnahme von Personen die Anwendung gerichteter Laserstrahlung.
Um eine hohe Schärfentiefe bei der Vermessung von tiefen Objekten zu erreichen,
wird stark abgeblendet, also mit kleinen Objektivöffnungen gearbeitet. Dies erfordert
starke Lichtquellen, beispielsweise in Form von Blitzlampen oder es ist nur die
Ausleuchtung vergleichsweise kleiner Felder möglich, beispielsweise 200 mm × 200 mm.
Ein weiteres Problem sind diskontinuierliche Oberflächen, die zu einer Verletzung
des Sampling-Theorems führen können. Hier wird auf der Grundlage des Gray-
Code-Verfahrens zunächst eine Folge von Binär-Bildern aufprojiziert und
anschließend bei höheren Genauigkeitsforderungen Sinusgitter auf die
Objektoberfläche abgebildet und die bekannte Phasenschiebemethode angewendet.
Der Stand der Technik bei der Erzeugung von 3D-Bildern basiert in der Regel auf
der Zweikameratechnik. Es wird das biologische Modell kopiert, welches auf dem
zweiäugigen Sehen aufbaut. Grundsätzlich kann es durch die Verwendung von zwei
Kameras zu Problemen mit der lateralen Genauigkeit bei der Generierung der 3D-
Punktwolke kommen. Deshalb ist bei der hochgenauen 3D-Technik die Ein-Kamera-
Technik von Vorteil.
Außerdem stehen die Daten des Objektraumes bei den herkömmlichen Verfahren
nicht in digitaler Form zur Verfügung.
In der Schrift WO 97/04285 A1 wird ein Moire-Interferometer mit einer
Beleuchtungs- und einer Abbildungslinse zur optischen Abtastung eines
Messobjektes beschrieben. Jedoch kann bei diesem Moire-Interferometer nur ein
durch die Beleuchtungs- und die Abbildungslinse bereits gegebener Tiefenbereich
realisiert werden. Dadurch kann insbesondere bei nichtpunktförmigen Lichtquellen
keine große Tiefe bei der Abtastung aufgrund des Tiefenschärfeproblems erreicht
werden. Bei nahezu punktförmigen Lichtquellen ist es dagegen wegen der geringen
zur Verfügung stehenden Lichtenergie schwierig, Flächen in größerer Entfernung
auszuleuchten, so dass mit dieser Anordnung keine große Tiefe bei der optischen
Abtastung erreichbar ist.
In der In der Schrift EP 0679 864 A1 wird ein konfokaler optischer Apparat zur
optischen Abtastung eines Messobjektes beschrieben, bei welchem ein Objektiv
oder eine Objektivsystem relativ zu einem Messobjekt bewegt wird. Nur mit sehr
großen und aufwendigen Objektivsystemen ist eine größere Abtastung in der Tiefe
erreichbar, da das Objektivsystem über den gesamten Bereich der zu erfassenden
Tiefe bewegt werden muss. So ist mit einer derartigen Anordnung keine große Tiefe
bei der Abtastung erreichbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin die gattungsgemäße Anordnung
dahingehend zu verbessern, dass mit wenig Aufwand eine bessere Tiefenabtastung
möglich wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Anordnung nach
Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Punktwolke nach Anspruch 12
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung löst die Aufgabe der flächenhaften Prüfung der 3D-Gestalt
technischer und natürlicher Oberflächen von Körpern im Raum sowie kompletter
Szenen. Oberflächen von Körpern im Raum sowie komplette Szenen können mit
hoher Meßgenauigkeit in der Tiefe und mit hoher Meßproduktivität gemessen oder
aber in Form elektronischer Bildwiedergabemedien als 3D-Objekte dargestellt
werden. Durch die Möglichkeit der Verwendung hochgeöffneter Objektive, also nahe
der Maximalöffnung, z. B. 1 : 2,8 bis 1 : 5,6 relative Öffnung, wird die benötigte
Lichtleistung für die Ausleuchtung der Szene reduziert, bzw. es können größere
Felder ausgeleuchtet werden. Durch das Auswerteverfahren wird eine Auflösung auf
bis zu 1/1000 der effektiven Wellenlänge in der Tiefe dadurch erreichbar. Dies ist
aber nicht in jedem Fall sinnvoll und möglich.
Der Prüfling steht etwa senkrecht zur optischen Achse des Aufnahmeobjektivs. Das
gestattet eine optimale laterale Auflösung und ist die Voraussetzung für die
Anwendung tomographischer oder tiefenscannender Verfahren.
Technisch wird dadurch die Prüfung der Oberflächengestalt von Werkstücken des
Maschinenbaus, des Fahrzeugbaus, einschließlich der Luft- und Raumfahrt weiter
verbessert. Damit steht der Applikation in der automatisierten Produktion, in der
Robotik, im Bauwesen, in der Medizin und auch im künstlerischen Bereich,
beispielsweise bei der Vermessung von Großplastiken oder Fassaden nichts
entgegen. Auch die elektronische Unterstützung von Blinden zur Orientierung im
Raum ist damit möglich.
Weiterhin ist die Vermessung unbekannter räumlicher Strukturen mit der
Anwendung der Erfindung möglich. Dies ist bei automatisierten Recyclingprozessen
eine Möglichkeit der Trennung von komplexen Objekten.
Selbstverständlich muß die Dynamik im optischen Aufnahmekanal den
Reflexionseigenschaften gegebenenfalls über mehrere Größenordnungen angepaßt
werden, bzw. die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung den realen Verhältnissen
durch eine hochdynamische und genaue Beleuchtungssteuerung.
Weiterhin können in Filmstudios Personen, Tiere, technische Objekte, aber auch
nichttechnische Objekte in ihrer räumlichen Struktur mit nur einer Aufnahmekamera
erfaßt werden, wobei der Raum, in welchem sich die Objekte befinden, strukturiert in
unterschiedlichen Tiefen und zeitlich nacheinander beleuchtet wird. Bei
entsprechend hoher Dynamik des beschriebenen 3D-Verfahrens, also der
eingesetzten elektronischen und mechanischen Komponenten, können auch sich
bewegende Objekte und Szenen erfaßt werden. Dadurch ist die Echtzeitfähigkeit
des Verfahrens grundsätzlich gegeben.
Die Anwendung der Erfindung vergrößert sehr wesentlich den Tiefenmeßbereich bei
der Prüfung der 3D-Gestalt von Oberflächen von Körpern und Szenen, besonders
mit Abmessungen im Bereich oberhalb einiger Zentimeter. Durch die Beleuchtung
des Prüflings unter einem vergleichsweise kleinen Winkel, beispielsweise um 10°
oder darunter, können auch glatte Oberflächen mit einem geringen Streuvermögen
ohne Präparierung der Oberfläche - wie in der Praxis heute oft noch üblich - geprüft
werden, beispielsweise auch feinbearbeitete metallische Oberflächen.
Die bei den bekannten optischen Triangulationsverfahren oft auftretenden und sehr
störenden Lichtschatten bei räumlichen Strukturen werden weitgehend vermieden.
Der in seiner 3D-Form zu erfassende Körper oder die gesamte Szene steht
vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse des Aufnahmeobjektivs. Das gestattet
aufgrund der optimalen Abbildungsbedingungen eine hohe laterale Auflösung und
den Einsatz tomographischer oder tiefenscannender Verfahren. Diese basieren zum
einen auf einer Änderung der Relativlage zwischen der Aufnahmekamera und dem
Körper. Dadurch entsteht kein Auswandern des Bildes in der Kameraebene.
Andererseits kann im Kopf der Aufnahmeeinheit, die die Aufnahmekamera enthält,
ein Scanner installiert sein, wodurch keine Relativbewegung zwischen dem Objekt
und der 3D-Aufnahmekamera erzeugt werden muß. Mittels Scanner wird der
Objektraum durchfokussiert. Dadurch ist es möglich, aus dem gesamten Objektraum
in sehr kurzen Zeiten, beispielsweise im ms-Bereich Informationen aufzunehmen.
So ermöglicht die Anwendung der Erfindung die nahezu vollständige Ausnutzung
der hohen Leistungsfähigkeit optischer Abbildungsysteme für die Prüfung der 3D-
Oberflächengestalt unter Berücksichtigung der geringeren Leistungsfähigkeit der
elektronischen Bildverarbeitung. Präzisionsobjektive bilden bis zu 10000
Linienpaare über dem Bildfelddurchmesser ab. Andererseits können komplette
Szenen echtzeitnah als 3D-Szenen aufgenommen werden. Die Grenze für das
erfaßbare Volumen stellt die zum Einsatz gebrachte Lichtenergie, die Lichtstärke der
verwendeten Objektive sowie die photometrische Empfindlichkeit der verwendeten
Bildempfänger dar. Je mehr Lichtenergie, je höher die relative Öffnung der
optischen Systeme und der lichtoptische Durchsatz aller im 3D-Aufnahmesystem
verwendeten optischen Komponenten und die Empfindlichkeit des vorzugsweise
elektronischen Aufnahmemediums, um so größer ist der zu erfassende Raum.
Dieser kann durchaus einige Meter und bis 20 m betragen. Die Grenze ist hierbei
nicht physikalischer, sondern eher technischer Natur.
Durch die Auswertung der Farbinformation der Körper oder Szenen durch die
grundsätzlich mögliche Verwendung einer Farbkamera im 3D-Aufnahmesystem oder
durch die Verwendung einer zusätzlich installierten Farbkamera können die Körper
oder Szenen farblich mittels elektronischer Medien wiedergegeben werden. Die
Verwendung einer zusätzlichen Farbkamera ermöglicht eine höhere
Verarbeitungsgeschwindigkeit, da möglicherweise die Farbkamera eine geringere
laterale Auflösung besitzen kann. Die Farbinformation wird der 3D-Form zugeordnet.
Auf die Verwendung von Laserstrahlung wie bei Laser-Scannern notwendig kann
völlig verzichtet werden.
Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Objektraum schnell
und genau digitalisiert werden kann, also die 3D-Koordinaten in digitaler Form für
die weitere Bearbeitung zur Verfügung stehen. Damit können die vorhandenen und
noch zu entwickelnden digitalen Werkzeuge zur Be- und Verarbeitung ohne
Einschränkung eingesetzt werden.
Es werden die Grundzüge des Verfahrens und der Anordnung gemeinsam
beschrieben.
Das Verfahren besteht darin, dass mittels einer gerasterten Struktur, beispielsweise
eines körperliches Gitters, beispielsweise ein Liniengitter, oder eines Arrays aus
mikrooptischen Bauelementen, beispielsweise ein Mikrolinsen-Array mit einer
Lichtquelle oder mittels eines Interferometers mit einer kohärenten Lichtquelle,
welches als Streifengenerator benutzt wird und einem möglichst hochgeöffneten
Beleuchtungsobjektiv ein Lichtgitter im Objektraum erzeugt wird. Ziel ist dabei in der
Tiefe des Raumes bei einer Aufnahme nur eine möglichst geringe Ausdehnung des
Schärfebereiches zu erhalten. Das entspricht einem geringen Tiefenschärfebereich
wie er aus der Photographie bekannt ist. Zusätzlich zum Beleuchtungsobjektiv,
vorzugsweise parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs, ist ein
Aufnahmeobjektiv angeordnet.
Beleuchtungs- und Aufnahmeobjektiv sind vorzugsweise von gleicher Bauart. Auch
fallen die Hauptebenen der Objektive vorzugsweise zusammen und die Objektive
sind dicht beieinander angeordnet oder die Linsen befinden sich sogar in einer
gemeinsamen Fassung. Auch sind die Objektive vorzugsweise mechanisch starre
Präzisions-Objektive, also ohne Fokussiermöglichkeit und mit vorzugsweise großem
Objekt- und Bildfeld und auch in der Tiefe gut korrigiert. D. h. beispielsweise für
einen Bereich des Abbildungsmaßstabes zwischen 0,05x und 0,5x. Durch die
achsparallele Anordnung und die Koinzidenz der Hauptebenen sind die Objektive
stets auf die gleiche Objekt- und Bildebene eingestellt und bilden somit durch den
geringen Abstand der Achsen zumindest einen identischen Teil des Objektfeldes im
Objektraum vorzugsweise verkleinernd in den Bildraum ab. Im Bildraum bestehen
jedoch getrennte Bildfelder, jedoch in der gleichen Bildebene, die senkrecht auf der
optischen Achse steht. Von jedem Objektpunkt aus kann der Triangulationswinkel
durch den Hauptbeleuchtungsstrahl und den Hauptabbildungsstrahl bestimmt
werden. Dieser ändert sich im Objektfeld etwas. Dies ist aber aufgrund des
Auswerte-Algorithmus nicht von Nachteil.
Während sich vor dem Beleuchtungsobjektiv in seiner Bildebene das Gitter oder das
mikrooptische Array befinden, ist in der Bildebene des Aufnahmeobjektivs auch ein
mikrooptisches Array angeordnet, welches vorzugsweise die gleiche Gitterkonstante
wie das Gitter oder das Array in der Bildebene des Beleuchtungsobjektivs aufweist.
Das mikrooptische Array in der Bildebene des Beleuchtungsobjektivs ist ein
Mikrolinsen-Array aus diffraktiven oder refraktiven Elementen, wobei der
lichtoptische Wirkungsgrad der refraktiven Linsen nach dem Stand der Technik
höher ist und so vorzugsweise ein Mikrolinsen-Array aus refraktiven Linsen gleicher
Brennweite im gesamten Array eingesetzt wird.
Dem Mikrolinsen-Array nach dem Aufnahmeobjektiv ist ein weiteres Objektiv
zugeordnet, welches im Sinne der Lichtrichtung nachgeordnet ist und im weiteren
als Aufnahmeobjektiv 2 bezeichnet wird. Dieses Aufnahmeobjektiv 2 ist auf der dem
Array zugeordneten Seite möglichst gut telezentrisch ausgeführt. Auf der zweiten
Seite des Objektivs 2 befindet sich der Bildaufnehmer, vorzugsweise eine
elektronische Aufnahmekamera. Das Gitter auf der Bildseite des
Beleuchtungsobjektivs und das Mikrolinsen-Array auf der Bildseite sind
vorzugsweise fest miteinander verbunden. Gleichzeitig sind das Gitter, bzw. das
Mikrolinsen-Array, und das Mikrolinsen-Array auf der Bildseite des
Aufnahmeobjektivs mit einem hochdynamischen Scanner verbunden. Der Scanner
ist mit einem Meßsystem verbunden und hat die Bewegungsrichtung in Richtung der
optischen Achse der beiden Objektive. Dem Beleuchtungsobjektiv ist eine
Lichtquelle zugeordnet. So entsteht im Objektraum ein Lichtgitter, welches aber nur
auf den Bereichen der Körper oder der Teile der Szene scharf, also kontrastreich,
zu sehen ist, welche sich in der Schärfeebene des Beleuchtungsobjektivs befindet.
Die anderen Bereiche zeigen eine mehr oder wenig gleichmäßig beleuchtete
Oberfläche. Das Aufnahmeobjektiv bildet die Streifenstruktur auf den in der
Schärfeebene sich befindenden Oberflächenteilen in den Bildraum ab, wobei die
Fokusebene der Mikrolinsen nach dem Aufnahmeobjektiv mit der Gitterebene oder
der Fokusebene des Mikrolinsen-Arrays zur Beleuchtung koinzidiert. So wird das
Bild der Objektoberfläche durch das Mikrolinsen-Array des Aufnahmeobjektivs nach
Unendlich abgebildet. Da das Mikrolinsen-Array des Aufnahmeobjektivs sich jedoch
im Strahlraum des telezentrischen Objektivs 2 befindet, wird das Mikrolinsen-Array
als Objekt durch das Objektiv 2 auf den Bildaufnehmer scharf abgebildet.
Durch das Bewegen des Gitters vor dem Beleuchtungsobjektiv und des mit dem
Gitter starr gekoppelten Mikrolinsen-Arrays mittels Scanner werden nach und nach
die Teile des Objektes oder der Szene in der Tiefe - selbstverständlich innerhalb
eines endlichen Tiefenbereiches durchfahren. Vorausgesetzt das Mikrolinsen-Array
bewegt sich mechanisch innerhalb des Telezentrie-Bereiches, entsteht stets ein
scharfes Bild der Objektoberfläche auf dem Bildempfänger - von den jeweils durch
die Schärfeebenen erfaßten Teilen des Objektes oder der Szenen. So ist innerhalb
dieses Telezentrie-Bereiches keine Bewegung der Kamera notwendig, um die
jeweils scharf abgebildeten Teile der Objektoberfläche zu erfassen.
Selbstverständlich kann auch der kameraseitige Teil des Objektivs 2 telezentrisch
ausgeführt sein. In Sinne der besten lateralen Auflösung kann dann auch die
Kamera entsprechend der Tiefenübertragung des Objektivs verschoben werden.
Dies erfordert aber die Bewegung zum Mikrolinsen-Array vergleichsweise großer
Massen, welches beispielsweise massearm in Kunststoff oder in Glas ausgeführt
ist.
Für eine hohe Tiefenempfindlichkeit wird eine hohe Streifendichte gewählt,
beispielsweise 500 bis 1000 Streifen oder mehr. Die Kamera kann etwa 500 bis
1000 Bildpunkte lateral auflösen und damit kann nach dem Abtast-Theorem ein
derartiges Gitter nicht mehr aufgelöst werden. Deshalb wird eine optische
"Austastung" des Gitters vorgenommen. Dies bedeutet, dass nur Teile des Gitters
auf die Kamera zur Abbildung kommen, beispielsweise bezogen auf den
Streifenabstand maximal jeweils nur eine halbe Streifenperiode, besser nur eine
viertel Periode. Dies wird wie folgt erreicht: Das Aufnahmeobjektiv besitzt eine
bestimmte bildseitige numerische Apertur. Dieser Apertur ist das Mikrolinsen-Array
angepaßt. Es weist demzufolge eine ähnliche oder sogar größere Apertur in den
Mikrolinsen auf. Die Anzahl der Mikrolinsen entspricht vorzugsweise der Anzahl der
Bildpunkte des Bildempfängers. Zumindest ist jedoch vorzugsweise die
Gitterkonstante des Gitters und das Rastermaß des Mikrolinsen-Arrays gleich.
Durch die vorzugsweise näherungsweise übereinstimmende numerische Apertur
von Aufnahmeobjektiv und Mikrolinsen wird das Licht vom Aufnahmeobjektiv nahezu
vollständig, im Sinne einer guten Lichtausbeute erfaßt und nach Unendlich
abgebildet. Dies gilt zumindest für achsnahe Punkte.
Um die im Randbereich des Mikrolinsen-Arrays schräg vom Aufnahmeobjektiv
auftreffenden Hauptstrahlen optimal zu erfassen, kann grundsätzlich mit
dezentrierten Mikrolinsen gearbeitet werden. Dabei ist die Dezentrierung im Bereich
der Achse null und nimmt zum Rand kontinuierlich zu.
Das telezentrische Objektiv 2 weist eine geringere numerische Apertur auf als das
Aufnahmeobjektiv. Dies entspricht auch dem bekannten technischen Stand. In der
Fokalebene des Abbildungsobjektivs befindet sich beispielsweise eine Kreisblende,
vorzugsweise auf der optischen Achse. Damit ist die numerische Apertur für die
Abbildung des Mikrolinsen-Arrays durch das Objektiv 2 vorgegeben. Das Verhältnis
der numerischen Aperturen bestimmt das Tastverhältnis. Beträgt beispielsweise die
numerische Apertur des Objektivs 2 nur ein Drittel der des Aufnahme-Objektivs wird
von dem Gitterbild näherungsweise nur ein Drittel einer Streifenperiode auf den
Bildempfänger abgebildet. So entsteht beim Scannen des Gitters gemeinsam mit
dem Mikrolinsen-Array ein zeitlich moduliertes Signal in den Bildpunktes des
Empfängers, vergleichbar dem Interferogramm einer breitbandigen Lichtquelle,
weiterhin als Korrelogramm bezeichnet. Der Scanner ist ein Linearscanner und muß
sehr präzise scannen, beispielsweise muß die Zuordnung des Weges über der Zeit
bis auf wenige Nanometer genau sein. Dies hängt aber von der Aufgabe ab.
Gegebenenfalls genügt auch eine Genauigkeit von einigen Mikrometern.
Auf den Bildempfänger wird das Mikrolinsen-Array abgebildet. Durch die hohe
Öffnung des Beleuchtungs- und des Abbildungsobjektivs weist das Korrelogramm
vorzugsweise einen eindeutig erkennbaren Mitten-Peak auf. Das Auffinden des
Mitten-Peaks, bzw. des Kontrast-Maximums wird zur Bestimmung eines
Nullpunktes in z-Richtung für jeden Punkt des Körpers oder der Szene benutzt.
Möglicherweise kann auch ein bestimmter Phasenwert als Kriterium genutzt werden
oder eine Kopplung von Merkmalen. Die Ausprägung des Mittenpeaks nimmt mit
kleiner werdendem Triangulationswinkel noch zu.
Grundsätzlich ist es beispielsweise für die Applikation dieses Verfahrens für die
hochgenaue Koordinatenmeßtechnik vorteilhaft, keinen Scanner für das Gitter und
das Mikrolinsen-Array einzusetzen und diese fest zu den Objektiven anzuordnen
und eine Relativbewegung zwischen dem Aufnahmesystem und dem zu
vermessenden Körper durchzuführen. Die z-Bewegung kann dabei durch die
hochgenaue Achse einer Koordinatenmeßmaschine mit Mikrometergenauigkeit
durchgeführt werden.
Für die Erzeugung von 3D-Bildern für die nichtmeßtechnische Applikation dürfte
dagegen eher der vordem beschriebene Ansatz vorteilhaft ein. Auch wenn es um die
Erfassung großer Volumina geht, wird der Ansatz mit dem internen Scanner als der
technisch günstigere, weil schnellere angesehen.
Durch die Anwendung von Auswerte-Algorithmen auf der Basis der Erkennung von
Kontrast-Maxima von Signalen in der beschriebenen Form können für den
gesamten Objektraum die 3D-Koordinaten, also die Raumpunkte, errechnet werden.
Diese stellen die Punktwolke dar. Zur Anwendung kommt beispielsweise die
Wavelet-Transformation oder auch Phasenschiebe-Auswerte-Algorithmen.
Grundsätzlich müssen das Beleuchtungs- und das Aufnahmeobjektiv nicht
unbedingt parallel angeordnet werden. Dies gilt als eine gute technische Lösung, um
die Schärfeebenen zur Koinzidenz zu bringen. Wesentlich ist nur, dass die
Schärfeebenen der beiden Objektive im Objektraum koinzidieren. Es müssen auch
keine Ebenen sein. Die Schärfeflächen der Objektive können beliebige im Raum
gekrümmte Flächen sein. Die vollständige Koinzidenz in einer möglichst Fläche ist
für die schnelle Datenerfassung wegen sicher am besten. Für technische
Applikationen kann aber auch bereits die Koinzidenz der Schärfeflächen in einem
Teilbereich von Interesse sein. So kann die Achse des Beleuchtungsobjektivs auch
eine Neigung zu der des Aufnahmeobjektivs aufweisen. Die Schärfeebenen können
auch im Raum gekrümmte Schärfeflächen sein, also keine Ebenen. In diesem Fall
besitzt das Mikrolinsen-Array ggf. auch eine gekrümmte Oberfläche. Auch kann die
Gitterfläche vor dem Beleuchtungsobjektiv gekrümmt sein, bzw. Gitter und Fläche
des Mikrolinsen-Arrays sind beide gekrümmt.
Das Beleuchtungsobjektiv kann weiterhin aus einer 4f-Anordnung oder einem
afokalen Teleskop bestehen und das Gitter zur optischen Achse geneigt sein. Diese
Anordnung ermöglicht einen größeren Triangulationswinkel und somit eine
besonders hohe Empfindlichkeit für die Tiefenmessung.
In der Fig. 1 wird das Verfahren in den wesentlichen Verfahrensschritten
dargestellt. Die Beleuchtung der Objektoberfläche erfolgt mit einem Streifenmuster
möglichst hoher Dichte. Durch die Verringerung der numerischen Apertur vom
Aufnahmeobjektiv zum nachgeordneten Objektiv, dem Objektiv 2, mit einer
Kreisblende oder Spaltblende in der Fokalebene erfolgt das optische Austasten des
optischen Musters, so dass weniger als die Hälfte einer Gitterperiode von einer
Mikrolinse erfaßt wird. Beispielsweise ein Drittel. Dieser Quotient entspricht
näherungsweise dem Verhältnis von numerischer Apertur des Objektivs 2 zu der
numerischen Apertur der Linsen des Mikrolinsen-Arrays in der Zeichenebene. Die
numerische Apertur der Linsen des Mikrolinsen-Arrays ist immer größer als die des
Objektivs 2.
Die Mikrolinsen erfassen so nur einen Teil des Objektfeldes vergleichbar in der Form
eines Nadelkissens. Andererseits wird dieser erfaßte Lichtfleck oder Ausschnitt aus
dem Streifenfeld durch die einzelnen Mikrolinsen jeweils nach Unendlich abgebildet.
Dabei können die Mikrolinsen in Ihrer gesamten Fläche zum Objektiv 2 hin leuchten.
Dies wird als Blow-up-Effekt bezeichnet. So kann vom Objektiv 2 aus eine nahezu
vollständig leuchtende Fläche aus gesehen werden, wenn der Füllgrad des
Mikrolinsen-Arrays fast 100% beträgt. Das Objektiv 2 nimmt außerdem die
flächenmäßige Anpassung an die Größe des Bildempfängers vor, der eine CCD-
Matrix sein kann. Beim Scannen des Gitters und des Mikrolinsen-Arrays wird in den
einzelnen Pixeln des Bildempfängers ein Korrelogramm ausgelesen.
Fig. 2 zeigt die Aufnahme einer Szene. Die Beleuchtung ist nur symbolisch
dargestellt. Das Aufnahmeobjektiv erfaßt die Szene. Das Aufnahmeobjektiv bildet
die Szene in den Bildraum ab, wobei die Lichtverteilung in der Fokalebene des
Mikrolinsen-Arrays, welches sich hier im optischen Korrelator verbirgt, nach
Unendlich abgebildet wird. Der Kamera ist bereits mindestens ein eigener Prozessor
zugeordnet, um eine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung zu ermöglichen. Es
erscheint sinnvoll für die 3D-Video-Applikation, um beispielsweise mit bis zu 1000
Bildern pro Sekunde abzutasten. Dabei werden pro Videotakt bis zu 40 Bilder aus
unterschiedlichen Tiefen des Objektraumes aufgenommen, um eine hohe Auflösung
in der Tiefe zu erreichen. Auch ist es möglich das zwei oder drei oder noch mehr
Kamerasysteme sich den Raum in der Tiefe aufteilen und so zeitlich simultan
arbeiten. Auch ist es möglich, dass das Aufnahmesystem kleiner als die erfaßte
Objektoberfläche oder Szene gestaltet werden kann. So können mehrere
Aufnahmesysteme parallel in Form einer Zeile oder Matrix angeordnet werden, um
sehr große Körper oder Szenen in ihrer 3D-Gestalt zu erfassen, beispielsweise
große Karossen oder Schiffs- oder Flugzeugteile. Selbstverständlich bedeutet dies
das Management eines außerordentlich großen Datenstromes im Multi-Mega-Byte-
bis Multi-Giga-Byte-Bereich.
Auch ist es möglich, den gesamten Aufnahmekopf im Raum zum Objekt zu kippen
oder um das Objekt zu drehen. Dies dient der Vermeidung von Schatten oder der
3D-Aufnahme von Innenräumen.
Bild 3 zeigt die Abbildungsstufe mit einem Aufnahmeobjektiv und dem
nachgeschalteten Mikrolinsen-Array und dem diesem wiederum nachgeschalteten
telezentrischen Abbildungssystem, dem Objektiv 2. Hierbei ist zu erkennen, dass
sich beim Scannen des Mikrolinsen-Arrays der Abbildungsmaßstab vom Objektraum
zum Mikrolinsen-Array physikalisch bedingt ändert. Dies ist numerisch bei der
Bearbeitung der Korrelogramm zu berücksichtigen. Die eingezeichneten
Schärfeebenen liegen im Objektraum auch nicht äquidistant. Der Abstand der
Schärfeebenen nimmt mit größerem Abstand vom Aufnahmeobjektiv ebenfalls zu.
Die Punktwolke stellt dann den bereits auf der Basis der Abbildungsverhältnisse
korrigierten Datensatz - also unter Einrechnung des Abbildungsmaßstabes dar. Das
Einmessen eines derartigen System erfordert deshalb eine sehr sorgfältige
Vorgehensweise. Es ist jedoch für hochgenaue 3D-Meßaufgaben an Körpern bis
maximal 0,5 m Durchmesser auch möglich, ein objektseitig telezentrisches
Aufnahmeobjektiv einzusetzen.
Um die im Randbereich des Mikrolinsen-Arrays schräg vom Aufnahmeobjektiv
auftreffenden Hauptstrahlen optimal zu erfassen, kann grundsätzlich mit
dezentrierten Mikrolinsen gearbeitet werden. Dabei ist die Dezentrierung im Bereich
der Achse null und nimmt zum Rand kontinuierlich zu.
Auch sollte die numerische Apertur der Mikrolinsen in der Regel gleich oder größer
als die des Aufnahmeobjektivs sein. Auch ist es möglich, die Restverzeichnung des
Aufnahmeobjektivs mit dem Mikrolinsen-Array zu korrigieren.
Es wird von Mikrolinsen mit einer numerischen Apertur in der Größenordnung von
0,3 ausgegangen. Fig. 4 zeigt wie die Mikrolinsen Bildpunkte (A') nach Unendlich
abbilden. Das telezentrische Objektiv in Fig. 3 bildet dagegen das Mikrolinsen-
Array innerhalb des Telezentriebereiches scharf auf die CCD-Chip-Fläche ab. Die
Blende im telezentrischen Objektiv, dem Objektiv 2, bestimmt die effektive
numerische Apertur und damit das optische Austastverhältnis.
Fig. 5 zeigt ein Objekt und das Aufnahmeobjektiv sowie zwei
Beleuchtungsobjektive mit den zugehörigen Gittern. Dem Aufnahmeobjektiv ist das
Mikrolinsen-Array zugeordnet. Die Rasterkonstante des Mikrolinsen-Arrays
entspricht der Gitterkonstante des Gitters vor dem Beleuchtungsobjektiv. Die
Lichtquellen, der Scanner, und das telezentrische System sind nicht dargestellt. Das
Aufnahmeobjektiv kann beispielsweise bis zu 40 l/mm verarbeiten und besitzt ein
Bildfeld von über 100 mm Durchmesser.
Fig. 6 zeigt eine Mehrprojektor-Anordnung mit einem mittig angeordneten
Aufnahmesystem. Mehre Projektoren, also Beleuchtungsobjektive mit Gittern, oder
ein in verschiedenen Positionen anzuordnender Projektor, beispielsweise um das
Aufnahmeobjektiv drehbarer Projektor, dienen zum Ausblenden von Reflexen und
zum Vermeiden von nicht erfaßten Teilen von Körpern oder in der Szene. Dabei ist
die radialsymmetrische Wirkung der Mikrolinsen eines Arrays von großem Vorteil, da
das Austastungsprinzip stets funktioniert. Die Ausrichtung der Streifen erfolgt
vorteilhafterweise tangential. Es ist möglich, dass das Gitter für die Beleuchtung als
Mikrolinsen-Array mit Zylinderlinsen ausgeführt ist.
Fig. 7 zeigt eine optische Anordnung nach dem vorgeschlagenen Verfahren.
Ein beleuchtetes Gitter, welches mit einem Mikrolinsen-Array und mit einem nicht
dargestellten Linear-Scanner starr verbunden ist, wird durch ein
Beleuchtungsobjektiv in den Objektraum abgebildet. Der Ort, an dem das Gitterbild
entsteht, stellt die aktuelle Meßebene dar. Der Schärfebereich der Abbildung des
Gitters ist in der Tiefe durch die große Öffnung des Beleuchtungsobjektivs begrenzt.
In der Meßebene entsteht auf der Objektoberfläche das Bild des Gitters. Die
Meßebene mit den Objektpunkten, beispielsweise mit dem Objektpunkt A, wird von
einem Abbildungsobjektiv erfaßt und in den Bildraum abgebildet. Es entsteht der
Bildpunkt A' in der Bildebene.
Durch das lineare Bewegen des Scanners mit dem Gitter und dem Mikrolinsen-Array
wird der Objektraum durchfokussiert. Dies bedeutet, in verschiedenen Tiefen des
Objektraumes entsteht das scharte Bild des abgebildeten Gitters. Das optische
System ist dabei so ausgeführt, dass die Gitterebene in die Fokalebene der
Mikrolinsen scharf abgebildet wird, wenn sich in der Meßebene eine körperliche
Objektfläche befindet. Dann sind die Gitterebenen, die Meßebene und die
Fokalebene der Mikrolinsen optisch konjugiert.
Das Mikrolinsen-Array bildet in diesem Fall jeweils vergleichsweise sehr kleine
Flächenbereiche der Objektoberfläche, die praktisch als Punkte angesehen werden,
nach Unendlich ab. Die einzelnen Linsen des Mikrolinsen-Array werden durch ein
Objektiv 2, welches in Richtung des Mikrolinsen-Arrays telezentrisch ausgeführt ist,
auf eine CCD-Kamera abgebildet. Dabei ist das System so ausgeführt, dass der
Telezentriebereich des Objektivs 2 mindestens dem Scan-Bereich des Linear-
Scanners entspricht. So werden die Linsen des Mikrolinsen-Arrays faktisch selbst zu
leuchtenden Objektpunkten, die scharf auf die Pixel fest angeordnete CCD-Kamera
abgebildet werden. Durch die Wahl der numerischen Apertur der Mikrolinsen im
Verhältnis zur Apertur des telezentrischen Objektivs 2, welche durch die Blende
bestimmt wird, wird die Größe der Objektpunkte bestimmt.
Da die Objektpunkte (A) der Meßebene direkt in die Fokalebene des Objektivs 2
abgebildet wird (A"), wo sich die Blende befindet, bestimmt die Größe dieser Blende
die auf der Objektoberfläche in der Meßebene erfaßte Fleckgröße. Diese liegt stets
unterhalb der halben Gitterperiode des abgebildeten Gitters. So entsteht ein gut
moduliertes Signal als Folge der Auslesung der Kamerapixel im Bereich der
Schärfeebene, welches aber durch die Größe der relativen Öffnung von
Beleuchtungs- und Abbildungsobjektiv sehr schnell wieder abklingt, so dass ein
Mitten-Peak im Signal vorhanden ist.
Die Pupille der Mikrolinsen (B) wird in die Ebene der CCD-Kamera scharf abgebildet
(B'). Dabei sind die Pixel der CCD-Kamera etwa in der Größe der Bilder der
Mikrolinsen.
Für eine besonders hohe Genauigkeit sind die auf die Pixel der Kamera
abgebildeten Mikrolinsen etwas kleiner als die Pixel. Die Anordnung ist so optimiert,
dass jede Mikrolinse genau auf ein Pixel abgebildet wird.
So werden aus dem Objektraum hinreichend kleine Bereiche der Oberfläche
ausgetastet, die faktisch als Punkte angesehen werden können. Mittels der
Signalauswertung des Signals, welches der Form eines Weißlichtinterferogrammes
sehr ähnlich ist, wird der Z0-Punkt für jeden so definierten Objektpunkt berechnet,
beispielsweise aus dem Kontrastmaximum oder den Phasenwerten.
Aus der Einrechnung des aktuellen Abbildungsmaßstabes werden schließlich die x-,
y- und z-Koordinaten für jeden so gewonnenen Punkt berechnet. Als Ergebnis
entsteht die Punktwolke für den Objektraum. Damit stehen die 3D-Koordinaten des
Objektraumes in digitaler Form zur Verfügung. Diese Punktwolke wird je nach
Aufgabenstellung für meßtechnische Applikationen oder Aufgaben mit einer 3D-
Wiedergabe verwendet.
Claims (17)
1. Anordnung zur Erzeugung einer 3D-Punktwolke mit mindestens einer Lichtquelle,
mindestens einem Beleuchtungsobjektiv zur Abbildung einer gerasterten
Struktur, mindestens einem Aufnahmeobjektiv, einem Körper in einer Szene und
mindestens einem Bildempfänger,
dadurch gekennzeichnet,
dass
dem Aufnahmeobjektiv bildseitig ein Array aus mikrooptischen Bauelementen zugeordnet ist und dem Array aus mikrooptischen Bauelementen ein zweites Objektiv im Bildraum zugeordnet ist,
dass das Array aus mikrooptischen Bauelementen aus Mikrolinsen besteht, und relativ zu dem Aufnahmeobjektiv linear bewegt wird, wodurch das Objekt schnell und mit großer Tiefenerfassung abtastbar ist, und
dass das Array aus Mikrolinsen derart eingesetzt wird, dass das Bild nach dem Aufnahmeobjektiv ins Unendliche abgebildet wird.
dass
dem Aufnahmeobjektiv bildseitig ein Array aus mikrooptischen Bauelementen zugeordnet ist und dem Array aus mikrooptischen Bauelementen ein zweites Objektiv im Bildraum zugeordnet ist,
dass das Array aus mikrooptischen Bauelementen aus Mikrolinsen besteht, und relativ zu dem Aufnahmeobjektiv linear bewegt wird, wodurch das Objekt schnell und mit großer Tiefenerfassung abtastbar ist, und
dass das Array aus Mikrolinsen derart eingesetzt wird, dass das Bild nach dem Aufnahmeobjektiv ins Unendliche abgebildet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, dass die Rasterkonstante des Arrays aus Mikrolinsen der
Konstante der gerasterten Struktur vor dem Beleuchtungsobjektiv entspricht.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, dass die Rasterkonstante des Arrays aus Mikrolinsen
einem ganzzahligen Teil der Konstante der gerasterten Struktur vor dem
Beleuchtungsobjektiv entspricht.
4. Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, dass die Rasterkonstante des Arrays aus Mikrolinsen
einem Vielfachen der Konstante der gerasterten Struktur vor dem
Beleuchtungsobjektiv entspricht.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet dadurch, dass die Mikrolinsen des Arrays als dezentrierte Linsen
ausgebildet sind, wobei die Dezentrierung im Bereich der Achse des
Aufnahmeobjektivs null ist und zum Rand des Arrays kontinuierlich zunimmt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet dadurch, dass die Mikrolinsen refraktive Linsen sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet dadurch, dass das zweite Objektiv zur Array-Seite telezentrisch
ausgeführt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet dadurch, dass die gerasterte Struktur, die dem
Beleuchtungsobjektiv zugeordnet ist, und das Array aus Mikrolinsen starr
miteinander verbunden sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet dadurch, dass die gerasterte Struktur und das Array aus Mikrolinsen
gemeinsam starr mit einem Präzisions-Scanner, scannend in Richtung der optischen
Achse, verbunden sind, und das Beleuchtungs- und das Aufnahmeobjektiv
baugleich sind, wobei die optischen Achsen parallel sind und die Hauptebenen
koinzidieren.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet dadurch, dass das zweite Objektiv beidseitig telezentrisch
ausgeführt ist, und eine Bildverkleinerung erzeugt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet dadurch, dass das Gitter vor dem Beleuchtungsobjektiv als
Mikrolinsen-Array mit Zylinderlinsen ausgeführt ist.
12. Verfahren zur Erzeugung einer 3D-Punktwolke von einem Körper in einer Szene
mit einer Lichtquelle, mit einer gerasterten Struktur und mit mindestens einem
Beleuchtungsobjektiv zur Erzeugung eines Lichtgitters im Objektraum und mit
mindestens einem Aufnahmeobjektiv und mit mindestens einem Bildaufnehmer zur
Aufnahme von Bildern aus dem Objektraum und einem dem Aufnahmeobjektiv
bildseitig zugeordneten Array aus Mikrolinsen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Array aus Mikrolinsen eine Linearbewegung in Richtung der optischen
Achsen erfährt, wodurch das Objekt schnell und mit großer Tiefenerfassung
abtastbar ist, und dass das Array aus Mikrolinsen derart eingesetzt wird, dass das
Bild nach dem Aufnahmeobjektiv ins Unendliche abgebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
gekennzeichnet dadurch, dass durch das lineare Scannen des Arrays aus
Mikrolinsen der Objektraum vor dem Aufnahmeobjektiv sehr schnell optisch in der
Tiefe durchgescannt wird, so dass die jeweils scharf abgebildeten Objektpunkte des
Raumes durch die strukturierte Beleuchtung ein Korrelogramm, ähnlich dem eines
Zweistrahl-Interferometers mit einer spektral breitbandigen Quelle, in jedem Punkt
des Array aus Mikrolinsen liefern.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13,
gekennzeichnet dadurch, dass das Array aus Mikrolinsen selbst durch ein
telezentrisches Objektiv arrayseitig telezentrisch auf einen Bildempfänger abgebildet
wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
gekennzeichnet dadurch, dass die Fokusebene der Mikrolinsen nach dem
Aufnahmeobjektiv mit dem Gitter zur Beleuchtung beim Scannen derselben in
Richtung der optischen Achse koinzidiert.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
gekennzeichnet dadurch, dass die Fokusebene der Mikrolinsen nach dem
Aufnahmeobjektiv mit der Fokusebene der Mikrolinsen zur Beleuchtung beim
Scannen derselben in Richtung der optischen Achse koinzidiert.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
gekennzeichnet dadurch, dass aus den Korrelogrammen die durch Auslesung der
Pixel des Bildempfängers für den Körper in der Szene erzeugt werden unter
Berücksichtigung der optischen Abbildungsverhältnisse die x-, y- und z-
Raumkoordinaten errechnet werden.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013018569A1 (de) | 2013-10-30 | 2015-04-30 | Technische Universität Ilmenau | Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen |
WO2018206233A1 (de) | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Universität Stuttgart | Verfahren und anordnung zur robusten, tiefenscannenden/fokussierenden streifen-triangulation mit mehreren wavelets |
DE102017001524B4 (de) | 2017-02-10 | 2018-12-20 | Technische Universität Ilmenau | Anordnung zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen |
DE102017004429B4 (de) | 2017-05-08 | 2019-05-09 | Universität Stuttgart | Verfahren und Anordnung zur robusten, tiefenscannenden/fokussierenden Streifen-Triangulation |
US10952827B2 (en) | 2014-08-15 | 2021-03-23 | Align Technology, Inc. | Calibration of an intraoral scanner |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10105765A1 (de) * | 2001-02-08 | 2002-09-05 | Karlheinz Schmidt | Verfahren zur visuellen Darstellung von räumlichen Objekten |
DE10127611C2 (de) * | 2001-06-07 | 2003-08-07 | Jena Optronik Gmbh | Anordnung zum Anregen und Auslesen der Fluoreszenzstrahlung eines Probenträgers mit einer Vielzahl von Einzelproben |
ATE406850T1 (de) | 2004-06-17 | 2008-09-15 | Cadent Ltd | Verfahren und gerät zur farbbildformung einer dreidimensionalen struktur |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0679864A1 (de) * | 1993-09-30 | 1995-11-02 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Optischer konfokalapparat |
WO1997004285A1 (en) * | 1995-07-18 | 1997-02-06 | The Budd Company | Moire interferometry system and method with extended imaging depth |
-
1997
- 1997-11-05 DE DE1997149974 patent/DE19749974C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0679864A1 (de) * | 1993-09-30 | 1995-11-02 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Optischer konfokalapparat |
WO1997004285A1 (en) * | 1995-07-18 | 1997-02-06 | The Budd Company | Moire interferometry system and method with extended imaging depth |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013018569A1 (de) | 2013-10-30 | 2015-04-30 | Technische Universität Ilmenau | Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen |
DE102013018569B4 (de) * | 2013-10-30 | 2015-07-16 | Technische Universität Ilmenau | Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen |
US10952827B2 (en) | 2014-08-15 | 2021-03-23 | Align Technology, Inc. | Calibration of an intraoral scanner |
DE102017001524B4 (de) | 2017-02-10 | 2018-12-20 | Technische Universität Ilmenau | Anordnung zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen |
WO2018206233A1 (de) | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Universität Stuttgart | Verfahren und anordnung zur robusten, tiefenscannenden/fokussierenden streifen-triangulation mit mehreren wavelets |
DE102017004428B4 (de) | 2017-05-08 | 2018-11-29 | Universität Stuttgart | Verfahren und Anordnung zur robusten, tiefenscannenden fokussierenden Streifen-Triangulation mit mehreren Wavelets |
DE102017004429B4 (de) | 2017-05-08 | 2019-05-09 | Universität Stuttgart | Verfahren und Anordnung zur robusten, tiefenscannenden/fokussierenden Streifen-Triangulation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19749974A1 (de) | 1999-05-27 |
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