DE4238891A1

DE4238891A1 - Kamerasystem mit integrierter Entfernungsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE4238891A1
Application number: DE4238891A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Phys Credo; Reiner Martin
Original assignee: OPTIMESS GES fur OPTOELEKTRON
Current assignee: OPTIMESS GES fur OPTOELEKTRON
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-05-26

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem, in das eine Entfernungsmeßeinrichtung so integriert ist, daß der Abstand zwischen der Kamera und einem aufzunehmenden Objekt entlang der optischen Achse der Kamera bestimmt werden kann.

Vor allem im Bereich der industriellen Qualitätssicherung kommen zur exakten Vermessung von geometrischen Größen Zeilen- bzw. Matrixkameras in Verbindung mit leistungsstarken Bildverarbeitungseinrichtungen in immer stärkeren Maße zum Einsatz. Diese Kameras befinden sich entweder in einem definierten, unveränderlichen Abstand zum aufzunehmenden Objekt oder es wird zusätzlich ein zweites Objekt mit bekannten Abmaßen als Referenzmaßstab aufgenommen. Nur so ist es möglich, absolute Größen verschiedener Objektdetails aus den aufgenommenen Bildern zu bestimmen. In allen Fällen, wo durch äußere Gegebenheiten, wie z. B. bei der Aufnahme von unzugängliche Objekten mittels ferngesteuerten, selbstfahrenden Kamerawagen, diese beide Verfahren nicht anwendbar sind, ist es unmöglich Aussagen über absolute Objektgrößen aus aufgenommenen Bildern zu erhalten.

Durch das einfache Anbringen einer aktiven Triangulations-Entfernungsmeßeinrichtung in unmittelbarer Nähe der Kamera könnten die geschilderten Probleme für bestimmte Objekte teilweise gelöst werden. Da in diesem Fall die Bildlage des Meßstrahlauftreffpunktes auf dem Objekt nicht unabhängig von der Entfernung des Objektes ist, ist die für eine spätere Weiterverarbeitung der Bilder notwendige eindeutige Zuordnung zwischen dem Meßstrahlauftreffpunkt und einem bestimmten Bildpunkt nicht gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der neben der Bildaufnahme eine exakte Bestimmung des Abstandes zur aufgenommenen Objektfläche entlang der optischen Achse der Kamerasystems möglich ist, so daß über den zu berechnenden Abbildungsmaßstab exakte Aussagen zu absoluten Objektgrößen aus den aufgenommenen Bildern gemacht werden können; bei Einsatz von Kamerasystemen mit kleinen Objektiven ist die Abschattung des Kameraobjektives möglichst gering zu halten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine optische Entfernungsmeßeinrichtung so in ein Kamerasystem integriert wird, daß der über eine spezielle optische Baugruppe vor dem Objektiv der Kamera eingekoppelte Meßstrahl entlang der optischen Achse des Kamerasystems verläuft. Dadurch wird gewährleistet, daß der Auftreffpunkt des Meßstrahls auf dem Objekt unabhängig von der Objektentfernung ständig genau in der Mitte des Bildes abgebildet wird. Damit ist für die weitere Verarbeitung des Bildes eine eindeutige Zuordnung gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die dazu gehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Aufbau des Gesamtsystems,

Fig. 2 die speziell geformte, dünne Strahlteilerplatte.

Das Objekt 1 wird über das Kameraobjektiv 2 auf eine CCD-Matrix 3 abgebildet. Dabei ist die Abschattung durch die Teilerfläche 4 der Strahlteilerplatte 8 so gering, daß sie keinen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des Bildes hat.

Gleichzeitig wird der durch die Strahlungsquelle 5 erzeugte und das Objektiv 6 geformte, dünne Meßstrahl 7 über eine spezielle optische Baugruppe, natürlich der dünnen Strahlteilerplatte 8, mit der optischen Achse 9 des Kamerasystems in Übereinstimmung gebracht. Dabei ist die Abschattung des Kameraobjektives 2 durch die speziell geformte, dünne Strahlteilerplatte 8 vernachlässigbar gering.

Die Strahlteilerplatte 8 besteht aus dem unteren und dem oberen strahlungsdurchlässigen Körper 10, 11, die an der Teilerfläche 4 miteinander verbunden sind. Der Meßstrahl 7 trifft auf die vollständig hintergrundverspiegelte und um 45° zur Strahlnormalen geneigte Fläche 12 und wird um 90° in Richtung Teilerfläche 4 abgelenkt. Die Teilerfläche 4 ist so beschaffen, daß der überwiegende Teil des Meßstrahls 7 reflektiert wird und somit entlang der optischen Achse 9 des Kamerasystems verläuft.

Der durch den Meßstrahl 7 erzeugte Lichtfleck auf dem Objekt 1 wird über das Sensorobjektiv 13 auf eine positionsempfindliche Diode 14 abgebildet. Dabei ist die Schwerpunktslage des Lichtfleckbildes auf der positionsempfindlichen Diode 14 ein Maß für den Abstand zwischen der Kamera und dem Objekt 1. Die Ausgangssignale der positionsempfindlichen Diode 14 werden einer Signalverarbeitungseinheit 15 zugeführt und für die weitere Verarbeitung im Rechner 16 aufbereitet. Das Videosignal der CCD-Kamera wird in der Bildverarbeitungseinheit 17 digitalisiert und zusammen mit den vorverarbeiteten Signalen der positionsempfindlichen Diode im Rechner in geeigneter Art und Weise verknüpft, so daß exakte Detailgrößen aus den aufgenommenen Bildern bestimmt werden können.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Objekt
2 Kameraobjektiv
3 CCD-Matrix
4 Teilerfläche
5 Strahlungsquelle
6 Objektiv
7 Meßstrahl
8 spezielle Strahlteilerplatte
9 optische Achse des Kamerasystems
10 unterer strahlungsdurchlässiger Körper
11 oberer strahlungsdurchlässiger Körper
12 hintergrundverspiegelte Fläche
13 Sensorobjektiv
14 positionsempfindliche Diode
15 Signalverarbeitungseinheit
16 Rechner
17 Bildverarbeitungseinheit

Claims

1. Kamerasystem mit integrierter Entfernungsmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einkopplung des Meßstrahles (7) auf die optische Achse (9) als speziell geformte optische Baugruppe, eine dünne Strahlteilerplatte (8) angeordnet ist.

2. Kamerasystem mit integrierter Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Strahlteilerplatte (8) aus einem unteren und einem oberen strahlungsdurchlässigen Körper (10, 11) besteht und diese an der Teilerfläche (4) mit einander verbunden sind.

3. Kamerasystem mit integrierter Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines intensiven Meßstrahles (7) bei gleichzeitiger geringer Abschattung des Kameraobjektives (2), die Teilerfläche (4) mit einem hohen Reflexionsgrad versehen ist.

4. Kamerasystem mit integrierter Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umlenkung des Meßstrahles (7) in Richtung Teilerfläche (4) der untere Körper (10) mit einer vollständig hintergrundverspiegelten und um 45° zur Strahlnormalen geneigten Fläche (12) versehen ist.