[发明专利]用于对强反射或透明对象进行三维光学测量的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于以地形测量方法来对对象进行三维测量的一种设备和一种方法。

背景技术

根据地形测量原理借助光学三角测量传感器对对象表面进行三维检测是充分已知的。在此例如将不同的条纹图案投影到要测量的对象上，由一个或多个摄影机观察这些条纹图案并且然后对其进行计算机辅助的分析。分析方法例如是相移方法、光编码方案或者外差方法。

投影仪以相同或不同宽度的平行的明条纹和暗条纹在时间上连续地照射测量对象。根据对象的形状和视向，所投影的条纹图案变形。一个或多个摄影机以与投影方向成已知视角地记录所投影的条纹图案。对于每个投影图案，用每个摄影机拍摄图像。为了对测量进行分析，明条纹和暗条纹之间的边界线（边缘）是决定性的。

为了测量整个对象，图案在对象上运动（扫描）。因此对于所有摄影机的每个像点，存在不同亮度值的时间顺序。摄影机图像中的图像坐标对于给定的对象点是已知的。条纹的数目可以从亮度值的顺序中计算出来，这些亮度值从针对每个摄影机像点的图像序列中测得。在最简单的情况下，这通过二进制码（例如灰度码）进行，该二进制码将条纹的号数标记为投影仪中的离散坐标。

更高的精确性可以用所谓的相移方法来实现，因为相移方法可以确定非离散坐标，其中所调制信号的相位位置通过逐点的强度测量来确定。信号的相位位置在此至少两次被移动一个已知的值，同时在一点上测量强度。从三个或更多个测量值中可以计算出该相位位置。相移方法可以要么用作为灰度编码的补充，要么用作为绝对测量的外差方法（利用多个波长）。

这样的地形测量方法的基础和实际应用例如在Bernd Breuckmann:“Bildverarbeitung und optische Messtechnik in der industriellen Praxis”（1993，Franzis-Verlag GmbH，慕尼黑）中被详细描述。

但是如果想要测量非常强反射的对象（例如汽车的涂漆的车身）或者对于可见光甚至透光的对象（例如玻璃面），则迄今为止基于条纹投影的测量系统不能以地形测量方式检测这样的对象，因为在这样的对象的表面上不能看到投影图案。

从DE 202 16 852 U1中已知一种用于检查强反射表面的方案，该方案可以通过反射测定法或偏折测定法（Deflektometrie）来探测例如凸起或凹陷。但是该设备由于测量原理不适于以足够的精确性或必要的分辨率来检测对象，因为横向分辨率太小。

在借助条纹投影对对象进行三维测量时的测量结果的质量强烈地依赖于投影与环境光的对比。 

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明所基于的问题是，提供一种利用地形测量方法对对于可见光透光的或者强烈地反射光的对象进行三维光学测量的设备，该设备提供投影图案在对象上的良好对比。

所述问题通过根据权利要求1的设备和根据权利要求10的方法来解决。

根据本发明用于对对象进行三维测量的设备包括具有第一红外光源以将能运动的第一图案投影到对象上的第一投影装置和用于拍摄红外光谱范围中的对象图像的至少一个图像拍摄装置。

使用红外光来投影图案所具有的优点是，所投影的图案在要测量的对象上作为热分布留下印记，即相应地用投影装置的红外辐射所照射的对象的面与没有这样照射的对象的面相比区别在于温度差。该温度差又以红外波长范围中的辐射——尤其是所谓的例如可以用热成像摄影机拍摄的热辐射——的不同强度来表达。

在此要注意的是，所照射的红外图案的波长范围不一定与由对象所辐射的波长范围一致。与此对应的情况也适用于图像拍摄装置对其敏感的波长范围。

所投影的图案尤其可以被构造为点状的、线状的或面状的。

根据本发明的设备的扩展方案在于，该设备可以包括用第二红外光源来将能运动的第二图案投影到对象上的第二投影装置。通过这种方式可以实现两种图案的组合，其中尤其是可以将第二投影装置布置为使得该第二图案可以从另一方向和以另一角度被投影。

另一扩展方案在于，第一投影装置的第一红外光源具有第一发射面和/或其中第二投影装置的第二红外光源可以具有第二发射面。结合所加热的发射面的高辐射能力，所产生的热被快速和高效地作为红外辐射输出。

另一扩展方案在于，相应的发射面可以通过相应的电阻加热装置来加热。通过电加热功率实现了IR辐射的快速直接调制。