Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Vermessung von insbe- sondere dreidimensionalen Objekten mittels Stereoskopie mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung nach dem Ober- begriff des Anspruchs 12, bei dem mittels eines Projektors ein Muster auf die Objektoberfläche projiziert wird und das als Szene bezeichnete auf die Objekt- Oberfläche projizierte Muster mit mindestens zwei Kameras aufgenommen wird. Mittels einer Recheneinheit werden durch Bildverarbeitung in den durch die Kameras aufgenommenen Bildern Korrespondenzen der Szene aufgefunden und mittels der gefundenen Korrespondenzen eine Vermessung des Objekts durchgeführt. Dies erfolgt insbesondere durch Bestimmen der Koordinaten der gefundenen Korrespondenzen. Mit anderen Worten wird ein Vermessen der Objektoberfläche, die mit dem projizierten Muster beleuchtet ist, durchgeführt.

Für die dreidimensionale optische Vermessung von Objekten ist die sogenannte Stereoskopie ein bekanntes Verfahren. Dazu werden zwei Kameras benutzt, die in einem bestimmten Abstand zueinander montiert sind und in die zu vermes- sende Szene schauen. Es gibt passive Verfahren, die versuchen mit der natürli- chen Beleuchtung oder zumindest einer unstrukturierten Beleuchtung auszu- kommen, und aktive Verfahren, die eine strukturierte Beleuchtung benutzen. Die strukturierte Beleuchtung wird benutzt, damit das schwierigste Problem beim Stereoverfahren, nämlich die robuste Auffindung von Korrespondenzen in den Bildern der verschiedenen Kameras, sicherer gelöst werden kann. Hier sind wiederum mehrere Verfahren bekannt, wobei alle letztendlich Bildpunkte in jeder Kamera auswerten. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2016 002 398 A1 bekannt, bei dem mehrere (unkodierte schmale) Lichtlinien auf das zu messen- de Objekt projiziert und die projizierten Linien mit einer Kamera erfasst werden. Weil es sich um unkodierte Linien handelt, ist mit steigender Linienzahl eine Indizierung der Linien schwierig bei einem großen Sichtwinkel zwischen der Kamera und dem Projektionswinkel der Linien. Ein großer Sichtwinkel (Triangu- lationswinkel) erlaubt aber eine genaue Bestimmung der Tiefe des Objekts am Messpunkt, wobei für die Vermessung des Objekts der Linienindex bekannt sein muss. Eine genaue Vermessung der Tiefe des Objekts mit gleichzeitig hoher Auflösung, d.h. einer hohen Dichte der projizierten Linien, ist systematisch nicht möglich. Es wird daher vorgeschlagen, eine Messung mit zwei Kameras mit verschieden großen Triangulationswinkeln zu der optischen Achse der Linien- projektion durchzuführen, die zeitgleich dieselben Bildpunkte aufnehmen, eine erste Kamera mit einem kleinen und eine zweite Kamera mit einem großen Triangulationswinkel. Die Kamera mit kleinem Triangulationswinkel erlaubt eine sehr genaue Indizierung der projizierten Linien bei einer großen Messunsicher- heit des Abstands respektive der Tiefe des Objekts. Die Kamera mit großen Triangulationswinkel erlaubt eine genau Tiefenbestimmung mit kleinen Triangu- lationswinkel, aber keine präzise Indizierung der in einem dichten Linienmuster prozierten Linien, so dass diese Daten nicht eindeutig auswertbar sind. Zur Kopplung der Daten wird eine Rückprojektion der einzelnen Daten der Triangu- lationssensoren vorgeschlagen, bei dem aus den Daten der Kamera mit kleinem Triangulationssensor zunächst ein erstes Modell des Objekts rekonstruiert wird, das zwei eine große Messuntersicherheit bezüglich der tatsächlichen Tiefe, aber eine genaue Lokalisierung der projizierten Line erlaubt. Die 3D-Punkte des ersten Modells werden nun numerisch mit der aus der Triangulationsmessung der ersten Kamera gewonnenen Indizierung in das Kamerabild der zweiten Kamera mit großem Triangulationssensor rückprojiziert. Die so gewonnen Punk- te besitzen zwar ein großes Rauschen, aber eine korrekte Indizierung. So soll eine genaue Zuordnung der Indizes der Linien zu der genaueren Tiefenmes- sung mit der Triangulationsmessung der zweiten Kamera möglich sein. Die Rückprojektion ist jedoch aufwendig und störanfällig, da die Genauigkeit bei der Zuordnung der Indizes zu den Messpunkten in der Rückprojektion je nach kon- kreter Form des zu vermessenden Objekts nicht unbedingt eindeutig ist.

Aus der DE 10 2011 121 969 A1 ist ein Verfahren zur Vermessung von tiefenli- mitierten Objekten bekannt, bei dem ein zeitlich veränderliches Muster auf ein Objekt projiziert und mit zwei kalibrierten Kameras eines Stereosystems aufge- nommen wird, wobei nach der Methode der Zeitkorrelation homologe Punkte einander zugeordnet werden. Dies erfolgt durch eine pixelweise Ähnlichkeits analyse der zeitlichen Grauwertverläufe der einzelnen Pixel. Die 3D-Messung ist dabei auf tiefenlimitierte Objekte beschränkt, d.h. Objekte, deren Formabwei- chung zu einem Referenzobjekt begrenzt ist und bei dem die Suche der Korres- pondenzzuordnung in einem angepassten Suchfeld stattfindet. Diese Beschrän- kung ist notwendig, um die zeitlichen Grauwertverläufe auch weniger Bildse- quenzen zuverlässig miteinander zu korrelieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren und System dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Vermessung der Objekte robuster und weniger störanfällig ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren und System sind insbesondere zur Verwendung in industriellen Umgebungen vorgesehen, insbesondere bei der Fertigung oder Montage dreidimensionaler Objekte.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist insbesondere vorge- sehen, dass die Kameras intrinsisch und extrinsisch kalibriert sind. Bei der Musterprojektion wird eine flächige Kodierung und eine zeitliche Kodierung erzeugt, indem zum einen

• ein (vollständig) flächig kodiertes Muster projiziert und die Szene mit den Kameras vorzugsweise zeitgleich getriggert aufgenommen wird, und • ein zeitlich kodiertes Muster mit flächig unterschiedlicher Kodierung mehrfach nacheinander projiziert und mehrere Szenen nacheinander mit den Kameras jeweils zeitgleich getriggert aufgenommen werden.

Bei der flächigen Kodierung werden für die Szene Korrespondenzen benachbar- ter Bildpunkte in den durch die verschiedenen Kameras aufgenommen Bildern gefunden. Ferner werden bei der zeitlichen Kodierung für die mehreren Szenen in jeweils denselben Bildpunkten der durch die verschiedenen Kameras aufge- nommenen Bilder Korrespondenzen gefunden. Für jeden Bildpunkt werden gefundene Korrespondenzen in der flächigen Kodierung und in der zeitlichen Kodierung korreliert, und diese Korrelationen werden bei der Vermessung des Objekts verwendet. Die Verwendung kann bspw. in einer Mittelung verschiede- ner Koordinatenpunktberechnungen, einer Überprüfung auf Abweichung und Bewertung mittels zulässiger Toleranzen, einem Verwerfen einzelner Bildpunkte oder dgl. bestehen.

Unter einem vollständig flächig kodierten Muster wird verstanden, dass das Muster zumindest in dem gesamten interessierenden Projektionsbereich, der der auf dem Objekt (bzw. genauer der Oberfläche des Objekts) durch die Pro- jektion dargestellte Ausschnitt des Musters ist, kodiert ist. Grundsätzlich wird bei einer flächigen Kodierung ein Muster projiziert, das eine zweidimensionale Kodierung realisiert, d.h. dass ein Musterpunkt im Kontext des Gesamtmusters oder zumindest einer gewissen Musterumgebung um diesen Musterpunkt ein- deutig identifizierbar ist. Als besonders vorteilhaft haben sich hier zweidimensi- onale Pseudo-Zufallsmuster erwiesen, deren Auflösung so gewählt ist, dass die Kameras die einzelnen Musterpunkte gerade noch sicher auflösen können, d.h. dass die Auflösung der Pixel der Kamera höher ist als die einzelnen Muster- punkte. Mit anderen Worten sind die Pixel der Kamera, auf denen das Muster abgebildet wird, kleiner als die Musterpunkte des in den Pixeln der Kamera abgebildeten Musters. Ein Musterpunkt wird also durch mehrere, vorzugsweise in zwei Dimensionen nebeneinander liegende Pixel der Kamera und des Kame- rabildes beschrieben. Wie hoch die Auflösung der Musterpunkte sein muss, damit die Bildverarbeitung die einzelnen Musterpunkte sicher auffinden (d.h. auflösen) kann, hängt von den jeweiligen optischen Gegebenheiten ab und wird ggf. durch den Fachmann bei der Einrichtung des Systems durch theoretische Überlegungen und/oder Versuche ermittelt und entsprechend eingestellt. Grundsätzlich ist es je nach Anwendungsfall möglich, dass ein Musterpunkt in etwa in nur einem Kamerapixel abgebildet wird. Häufig wird es aber sinnvoll sein, wenn eine Musterpunkt eine flächige Anordnung mehrerer Kamerapixel umfasst.

Der Vorteil dieser räumlich bzw. flächig kodierten Muster ist, dass sie mit einem einzigen Bild in jeder Kamera auskommen. Der Nachteil ist jedoch, dass sie für jeden Musterpunkt Nachbarschaftsinformation benötigen. Es muss also in der Umgebung jedes Musterpunkts noch genügend Fläche in den Pixeln der Kame- ra abgebildet sein, dass zumindest noch so viel von der Musterumgebung er- kennbar ist, dass die erfindungsgemäß durch die Anordnung der einzelnen Musterpunkte relativ zueinander erzeugte flächige Kodierung sicher erkannt werden kann. Außerdem ist diese Methode aus dem gleichen Grund relativ störungsanfällig, bspw. durch Störungen oder Reflexionen in den Bildern der Kameras.

Bei der zeitlichen Kodierung werden mehrere Muster in schneller Folge hinterei- nander projiziert und aufgenommen. Diese Muster unterscheiden sich leicht voneinander. Die Kodierung liegt hier in der zeitlichen Abfolge von Hell ig keits- werten, bspw. Grauwerten, die in jedem Musterpunkt (oder Kamerapixel bzw. den den Musterpunkt abbildenden Kamerapixeln) aufeinander folgen. Diese Methode hat den Vorteil, dass keine Nachbarschaftsinformation für die einzel- nen Musterpunkte benötigt wird. Dadurch ist die Erkennung robuster und die laterale Auflösung der Kamera kann voll genutzt werden. Der Nachteil der Me- thode ist, dass mehrere Bilder benötigt werden, um eine ausreichende Codie- rung für jeden Musterpunkt zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird durch eine Kombination einer flächigen und einer zeitli- chen Kodierung eine besonders zuverlässige und robuste Kodierung und Vermessung erreicht, die auch dann noch Informationen über das dreidimensio- nal zu vermessende Objekt liefert, wenn eine der beiden Kodierungen keine oder keine genauen Informationen liefern kann. Die Gründe hierfür können vielfältig sein, wie bspw. zufällige Reflexionen oder zugrundeliegende Objekt- Strukturen, die Musterstrukturen in der flächigen oder zeitlichen Kodierung über- decken. Durch Korrelation der flächigen und zeitlichen Kodierung wird die Vermessung aber signifikant zuverlässiger, weil Störungen durch die jeweils andere Kodierung in vielen Fällen korrigierbar sind. Bei Vorliegen von Koordina- ten der Messpunkten des vermessenen Objekts (auch als Punktwolke von Ko- ordinatenpunkten bezeichnet, die als Gesamtheit die Oberfläche des zu ver- messenden Objekts bilden bzw. charakterisieren oder anzeigen) sowohl aus einer flächigen als auch zeitlichen Kodierung wird darüber hinaus die erreichba- re Genauigkeit aufgrund der Redundanzen erhöht, zumal die unterschiedlichen Kodierungen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit auf verschiedene Störungen reagieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das zeitlich kodierte Muster durch mindestens eine räumliche Verschiebung oder mehrere (ggf. auch ver- schiedene) räumliche Verschiebungen desselben (vollständig) flächig kodierten Musters erzeugt werden. Hierdurch wird erreicht, dass in einem Musterpunkt bzw. auch Kamerapixel zeitlich versetzt unterschiedliche Musterinformationen dargestellt werden. Hierdurch lässt sich durch eine bestimmte Abfolge der zeitli chen Informationen auf einfache Weise eine zeitliche Kodierung erreichen. Vorzugsweise ist die Größe der räumlichen Verschiebung klein bzw. gering im Vergleich zur Gesamtgröße des projizierten Musters. Beispielsweise liegt die Verschiebung in der Größenordnung eines Musterpunkts, wobei mit Größenord- nung etwa ein Bereich des 0,25-fachen bis zum 10-fachen der Größe eines Musterpunkts gemeint sein kann. Vorzugweise ist die Bildauflösung der Kame- ras größer (höher) als ein Musterpunkt, vorzugsweise mindestens 5 oder 10 mal so groß. Erfindungsgemäß kann die Größe eines Musterpunkts bei der Abbil dung des Musterpunkts in der Kamera aber auch der Größe eines Pixel der Kamera entsprechen. Ein sinnvolles Verhältnis von Auflösung der Kameras und Größe des projizierten Musterpunkts hängt auch von der Größe und Art des Objekts ab, und kann vom Fachmann nach Bedarf eingestellt werden.

Bei der flächigen Kodierung ist mit einem Bildpunkt grundsätzlich ein Muster- punkt gemeint, der im Folgenden noch näher definiert wird. Da die Pixelauflö- sung der Kameras erfindungsgemäß in vielen Fällen größer ist als die Raste- rung des Musters mit einzelnen Musterpunkten, werden für die Auswertung meist mehrere Kamerapixel (im Sinne der technisch kleinstmöglichen Bildpunk- te) erfindungsgemäß zusammengefasst, um Musterpunkte als Bildpunkte zu beschreiben, die dann mittels Bildverarbeitung ausgewertet werden, um flächige Korrespondenzen zu finden. Grundsätzlich können erfindungsgemäß aber auch einzelne Kamerapixel als Bildpunkte betrachtet werden.

Dies (d.h. die Auswertung einzelner Kamerapixel als Bildpunkte) ist erfindungs- gemäß bevorzugt bei der zeitlichen Kodierung der Fall, in der es technisch einfacher ist, jeden Bildpunkt eines Kamerabilds auf die zeitliche Abfolge der Inhaltswerte zu untersuchen, so die zeitliche Kodierung zu erfassen und Kor- respondenzen in den Bildern der anderen Kameras zu finden.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die ausgewerteten Bildpunkte bei der flächigen und der zeitlichen Kodierung also verschieden definiert sein. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Korrelieren der Korrespondenzen der flächigen Kodierung und der zeitlichen Kodierung erfolgt erfindungsgemäß in diesem Fall bevorzugt auf Basis der kleineren Bild- punkte, d.h. konkret der Kamerapixel.

Die Definition unterschiedlicher Bildpunkte bei den unterschiedlichen Kodierun- gen ist jedoch optional, weil das Verfahren grundsätzlich auch durchführbar ist, wenn die Bildpunkte bei der Auswertung der beiden Kodierungen gleich (auf die eine oder die andere Weise) definiert sind.

Erfindungsgemäß kann vorgeschlagen sein, dass die räumliche Verschiebung des Musters und die Aufnahme der Szene durch die zeitgleich getriggerten Kameras nicht aufeinander abgestimmt sind. Damit ist gemeint, dass diese nicht in einem vorgegebenen Bezug zueinanderstehen, sondern zeitlich zufällig zuei- nander liegen. Hierdurch wird das Auftreten systematischer Fehler vermieden.

Ferner kann die Größe der räumlichen Verschiebung zwischen den nacheinan- der aufgenommenen Szenen zur Erzeugung einer zeitlichen Kodierung unter- schiedlich sein. Auch dies dient der Vermeidung systematischer Fehler durch zufällige Übereinstimmungen der Größe der Verschiebung des Musters und möglicher auf dem Objekt erkennbarer Strukturen.

Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Größe mindestens einer der räumlichen Verschiebungen kleiner ist als ein Musterpunkt des flächigen Musters, bspw. etwa die Hälfte eines Musterpunkts. Unter Musterpunkt wird - entsprechend einem Pixel bei der Bildaufnahme - der in dem Muster dargestellte kleinste Musterbereich verstan- den, aus dem durch flächiges Aneinanderfügen verschiedener kleinster Muster- bereiche (mit in der Darstellung verschiedenem und/oder gleichem Inhalt, wobei ein Musterbereich jeweils einem Inhaltswert wie Farbe oder Helligkeit zugeord- net ist) das Gesamtmuster dargestellt werden kann. Anders beschrieben wird ein Musterpunkt durch einen Rasterpunkt gebildet, der bei der Rasterung des gesamten Musters durch jeweils benachbarte (aneinander anschließende) Ras- terpunkte entsteht, wobei einem Rasterpunkt (respektive Musterpunkt) ein flä- chig gleicher Inhalt (Inhaltwert wie Farbe oder Helligkeit) zugeordnet ist.

Durch dieses Merkmal wird vermieden, dass systematische Strukturen auf dem Objekt und/oder der Objektoberfläche, deren Größe den Musterpunkten bzw. der durch die Musterpunkte vorgegebenen systematischen Rasterstruktur des Musters auf dem Objekt entspricht, zu systematischen Fehlern bei der Bewer- tung der Korrelationen führen.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, das zeitlich kodierte Muster durch pha- senversetzte Projektion einer Helligkeitsverteilung zu erzeugen. Eine (zeitlich) phasenversetzte Projektion kann als alleinige Realisierung eines zeitlich kodier- ten Musters oder in Kombination mit der vorstehend beschrieben räumlichen Verschiebung eines flächigen Musters in einer oder mehreren der vorbeschrie- benen Ausgestaltungen realisiert werden. Die phasenversetzte Projektion einer Helligkeitsverteilung kann bspw. durch Projektion eines flächigen Musters mit unterschiedlichen Projektionshelligkeiten erfolgen. Als Muster kann jedes beliebige flächige Muster verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass für die Musterprojektion ein einfacher Diaprojektor verwendet werden kann, der ein auf einen transparenten Träger (Dia) (körper- lieh) vorhandenes Muster projiziert, wobei verschiedene Helligkeiten durch entsprechende Ansteuerung der Projektionslampen und/oder durch Filter unter- schiedlicher Dichte, bspw. Graufilter, erzeugt werden, die dem transparenten Träger des Musters (Musterträger) in der Projektion überlagert werden. Ein solcher Diaprojektor kann auch für die vorbeschriebene räumliche Verschie- bung eines flächigen Musters genutzt werden. Hier ist es ausreichend, den mit dem das Muster tragenden Dia versehenen Diaträger des ansonsten festste- henden Diaprojektors (einschließlich dessen raumfest angeordneten Projekti- onsoptik) räumlich (minimal) zu verschieben und/oder zu verkippen (nachfol- gend auch allgemein als "bewegen" bezeichnet). Die Bewegung wird dann entsprechend der Projektionsoptik auf der Oberfläche des Objekts dargestellt. Damit wird die Verschiebung des Dias entsprechend der Projektionsvergröße- rung auf dem Objekt abgebildet. Dies ist mit dem Begriff "minimale Verschie- bung und/oder Verkippung" gemeint. Es ist also eine um den Faktor der Projek- tionsvergrößerung verminderte Bewegung des Dia vor der Projektionsoptik ausreichend, um die gewünschte räumliche Verschiebung des Musters auf dem Objekt zu erreichen.

Der Vorteil derartiger Diaprojektoren, die erfindungsgemäß für das Durchführen des hier beschriebenen Verfahrens verwendet werden können, liegt darin, dass diese günstig, robust und technisch leicht handhabbar sind. Sie eignen sich daher insbesondere auch für Industrieumgebungen.

Grundsätzlich ist es auch möglich, Digitalprojektoren zu verwenden, die beliebi ge auf einem Display darstellbare Muster projizieren können. Neben flächigen (Struktur-) Mustern können diese bspw. auch eine - an sich strukturlose - Hel- ligkeitsverteilung auf das Objekt projizieren, deren räumliche Lage sich zeitlich phasenverschoben ändert. Ein typisches Beispiel ist ein zeitlich phasenver- schobenes Sinus-Helligkeitsprofil, das besonders einfach erzeugbar und hand- habbar ist. Bei einem solchen Phasenshift-Verfahren werden bspw. sinusförmi- ge Grauwertverläufe phasenverschoben projiziert. Theoretisch kann man für einen solchen Sinus-Verlauf mit drei phasenverschobenen Mustern auskom- men, in der Praxis werden jedoch fast immer mindestens vier phasenverscho- bene Muster benutzt. Um die Mehrdeutigkeiten des Sinusverlaufes auflösen zu können, benötigt man in industriellen Umgebungen meist noch deutlich mehr Muster. Dies kann durch Digitalprojektoren vergleichsweise einfach umgesetzt werden. Natürlich ist die Erfindung nicht grundsätzlich auf die hier beispielhaft beschriebenen sinusförmigen Grauwertverläufe (oder allgemeiner Hell igkeitsver- läufe) beschränkt.

Bei der Verwendung (herkömmlicher) Diaprojektoren ist es erfindungsgemäß einfacher, Verfahrensvarianten zu verwenden, bei denen nur ein flächiges Mus- ter projiziert wird. Beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Diamagazi- ne (mit der entsprechenden Positioniergenauigkeit) ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, verschiedene (flächig strukturierte) Muster zeitlich nacheinander zu projizieren, auch wenn dies mit Digitalprojektoren einfacher erreichbar ist. Diese sind jedoch technisch aufwendiger und deutlich teurer, erlauben aber auch die Verwendung verschiedenster Muster durch rein digitale Musterdefiniti- on.

Grundsätzlich entspricht es auch einer möglichen Variante des beschriebenen Verfahrens, das zeitlich kodierte Muster durch zeitlich versetzte Projektion ver- schiedener Muster zu erzeugen. Auch diese Variante des Verfahrens ist grund- sätzlich mit allen vorbeschriebenen Varianten frei kombinierbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlage- nen Verfahrens kann vorgesehen werden, dass für einen Bildpunkt der Muster, in dem vorbeschriebenen Sinn auch als Musterpunkt bezeichnet, eine Korrelati- on von Informationen aller Kameras durchgeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, eine Korrelation von Informationen aller Kameras und aller verwendeten Kodierungen, mindestens als der mindestens einen flächigen und der mindestens einen zeitlichen Kodierung, gemeinsam (und gleichzeitig) zu verwenden und einen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens in einer Recheneinheit implementierten Auswertealgorithmus so zu gestalten, dass die gesamte Information aus allen Kameras und/oder allen Kodierungen integriert und zusammen ausgewertet wird. Hierdurch ergeben sich zwei wesentliche Vorteile:

Zum einen ist ein Bildpunkt erst dann nicht messbar, wenn alle Informations- quellen versagen. Mit anderen Worten ist ein Bildpunkt bereits auswertbar, wenn er bei einer der mehreren verwendeten Kodierungen und in zwei Kameras erfasst wird. Die vorzugsweise mehreren Kodierungen und die vorzugsweise mehr als zwei Kameras führen erfindungsgemäß also dazu, dass das Verfahren zur Vermessung von Objekten - gerade in unter bildoptischen Gesichtspunkten technisch schwierigen Industrieumgebungen - robuster wird.

Zum anderen wird für jeden Bildpunkt die maximal mögliche Information verar- beitet. Dies führt zu Redundanzen bei den für einen Bildpunkt zur Verfügung stehenden Informationen, da üblicherweise mehr als die unbedingt benötigten Informationsquellen zur Verfügung stehen. Diese redundanten Informationen können gegenseitig überprüft werden. Nach durch den Fachmann im Einzelfall festlegbaren, geeigneten Kriterien können die insgesamt zur Verfügung stehen redundanten Informationen dann zu einer verlässlichen Bildpunktinformation zusammengefasst werden, bspw. durch algorithmische Verbindung und/oder Verwerfen bestimmter (als fehlerhaft eingestufter) Informationen. Hierbei kön- nen Verfahren und Methoden der künstlichen Intelligenz, der Fuzzy-Logik und/oder dergleichen Hilfsmittel zum Einsatz kommen.

Da für die Stereoskopie mindestens zwei Bilder eines Bildpunktes benötigt werden, wird gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, die Szene mit mindestens drei Kameras, vorzugsweise vier Kameras, aus verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen. Hierdurch werden redundante Bildaufnahmen geschaffen, die wie vorbeschrieben die Robustheit des Verfahrens weiter erhöhen.

Zur weiteren Verbesserung der vorbeschriebenen (dreidimensionalen) Vermes- sung des Objekts wird in einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen, die Bilder einzelner der Kameras, d.h. einer oder auch mehrerer Kameras, mittels zweidimensionaler Bildanalyse auszuwerten, insbesondere zur Kantenerken- nung, und eine in einem Bild erkannte Kante in eine dreidimensionale Punkte- wolke zu projizieren. Die dreidimensionale Punktwolke (Gesamtheit der gemes- senen Koordinatenpunkte der Oberfläche des Objekts) stellt insbesondere das Ergebnis der dreidimensionalen Vermessung des Objekts, wie sie zuvor be- schrieben wurde, dar. Das beschriebene Sensorsystem mit der stereoskopi- schen Vermessung dreidimensionaler Objekte wird entsprechend auch als Punktewolkensensoren bezeichnet, weil das Ergebnis der Vermessung eine Punktewolke aus (durch die Vermessung erhaltenen) dreidimensionalen Koordi- natenpunkten bildet, die die Oberfläche des zu vermessenden Objekts be- sch reiben.

Derartige Vermessungen können flächige Objekte, d.h. Objekte mit einer konti- nuierlich ausgebildeten Oberfläche (d.h. flächigen Merkmalen) sehr gut vermes- sen. An unstetigen Übergängen, wie z.B. Kanten, Schnittkanten, Löchern, stu- fenartigen Erhöhungen oder dgl., treten aber häufig Problemen auf. Gerade bei Sensoren mit aktiver Beleuchtung, sei es mit oder ohne Musterprojektion, kommt es an solchen Kanten oft zu optischen Effekten wie Überstrahlungen oder Abdunkelungen, die die Messung stören. Das kommt daher, dass die (in diesem Text zusammenfassend als "Kanten" bezeichneten Unstetigkeiten) in der Realität niemals ideal sind. Wenn beispielsweise geschnittenes Material eine gewisse Dicke aufweist (wie z.B. Blech), bilden sich an den Kanten kleine Einzüge oder Aufwölbungen aus, die wie optisch Mikrolinsen oder Mikrosam- melspiegel wirken. An scharfen Kanten kommt das Problem hinzu, dass ein Kamerapixel nicht unendlich klein sein kann. Auf dem Kamerapixel wird letztendlich immer ein (wenn auch kleiner) Bereich der Oberfläche des Objekts abgebildet. Bei einer durch ein Pixel verlaufenden Kante (d.h. einer Unstetigkeit der Oberfläche) liegen also verschiedene (auf dem Kamerapixel abgebildeten) Oberflächen, in dem Abbildungsbereich. Dadurch ergibt sich für dieses Pixel eine Helligkeit, die irgendwo zwischen der Helligkeit der einen Oberfläche und der Helligkeit der anderen Oberfläche liegt, wobei eine der Oberflächen auch ein Hintergrund sein kann, der nicht zu dem zu vermessenden Objekt gehört.

Gängige kamerabasierte 3D-Messverfahren interpretieren solche Helligkeitsun- terschiede als Höhenänderung des Objekts, obwohl es gar keine Höhenände- rung gibt, sondern nur eine Kante des Objekts durch diese Fläche (Pixel) ver- läuft. Für Verfahren, bei denen eine flächige Kodierung verwendet wird, gilt das gleiche auch für diesen flächigen Code. Wenn dieser auf der Kante liegt, führt das je nach Verfahren ebenfalls zu scheinbaren Höhenänderungen in den drei- dimensionalen Koordinaten der die Vermessung des Objekts beschreibenden Punktwolke.

Da die Form der Kante a-priori meist nicht bekannt ist, lässt sich dieser Effekt nicht mit hoher Genauigkeit kompensieren oder korrigieren. Die auftretenden Effekte an solchen Kanten können sogar dazu führen, dass einzelne Kamerapi- xel gar nicht mehr auswertbar sind. Die Kodierung der Kamerapixel ist dann nicht mehr interpretierbar. Insbesondere wenn die Kante (vom der Kamera bzw. dem Sensor aus gesehen) die Hinterkante einer Fläche ist, kann in der Punkt- wolke nicht mehr genau ermittelt werden, wo die Fläche aufhört. Es kann nicht zuverlässig erkannt werden, ob kein Punkt mehr in der Fläche liegt, weil die Fläche zu Ende ist oder weil eine solche Störung vorliegt. Dies ist ein spezielles Problem der dreidimensionalen Auswertung durch Stereometrie. Eine höhere Genauigkeit bei Unstetigkeiten (respektive Kanten) der Fläche lässt sich erfindungsgemäß erreichen, indem die Kamerabilder nicht nur für den Algorithmus zur 3D-Punktwolkenberechnung benutzt, sondern zusätzlich auch noch zweidimensional ausgewertet werden, d.h. das Bild der oder jeder Kamera oder mehrerer Kameras jeweils einer eigenständigen Bildauswertung zugeführt wird. Mittels einer solchen Auswertung eines einzelnen Kamerabilds können, insbesondere aufgrund von in jedem Bild auftretenden Gradienten in Helligkeit und/oder Farbe, Kanten (im Sinne von Unstetigkeiten) in den Bildern bestimmt werden. Die so bestimmten Kanten werden dann unter Zuhilfenahme der be- kannten Kalibrierparameter der Kamera in die Punktwolke projiziert. Damit lässt sich eine erhöhte Genauigkeit an den Kanten erzielen, weil die zweidimensional erkannten Kanten nicht durch die oben beschriebenen Effekte bei der dreidi- mensionalen Rekonstruktion gestört sind. Erfindungsgemäß lässt sich unter der Annahme eines stetigen Kantenverlaufs sogar eine subpixel-genaue Rekon- struktion der Kante erreichen. Unter der Annahme, dass bei einer erkannten Kante in dem zweidimensionalen Bild ein abrupte Unstetigkeit in der Fläche auftritt, können die bei der dreidimensionalen Vermessungen auftretenden, zuvor beschriebenen Effekte durch Korrelation der Daten geglättet und/oder korrigiert werden.

Sofern eine Kanten in mehreren Bildern erkennbar ist, kann für jedes Bild eine Projektion der Kante in die Punktwolke ermittelt werden, und die Koordinaten der Kantendaten in der Punktwolke, die aus verschiedenen Bildern stammen, können korreliert werden. Die Korrelation bspw. kann durch deine Mittelung, eine gewichtete Mittelung und/oder eine Glättung gemittelter Koordinatendaten erfolgen.

Für die zweidimensionale Bildanalyse kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn zusätzlich Bilder der Szene ohne Projektion eines Musters aufgenommen werden. Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit können die zusätzliche Bilder mit einer zusätzlichen (unstrukturierten) Beleuchtung aufgenommen werden. Ein Muster kann die zweidimensionale Auswertung stören, weil die Struktur des Musters als Artefakt die zweidimensionale Bildauswertung stören kann. Aber auch wenn keine zusätzlichen Bilder aufgenommen werden, kann die Genauig- keit durch die zweidimensionale Auswertung der mit strukturierter Beleuchtung aufgenommenen Daten schon erhöht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ermöglicht eine besonders vorteil hafte Ausgestaltung mit Aufnahme der Szene durch vier Kameras eine extrinsi- sche und/oder intrinsische Rekalibrierung des Systems im laufenden Betrieb. Wenn ein Bildpunkt in den Bildern aller vier Kameras sichtbar ist, liegt ein hoch- redundantes System vor, weil es dann sehr wahrscheinlich ist, dass für jeden Bildpunkt die für die stereoskopische Vermessung des Objekts benötigten In- formationen zweier Kameras doppelt vorliegen. Für die Rekalibrierung können zwei Teilsysteme aus jeweils zwei verschiedenen Kameras gebildet werden, wobei zur Kalibrierung eines Teilsystems immer die Messwerte der anderen Teilsysteme benutzt werden. Grundsätzlich geht dies auch mit nur drei Kame- ras, indem drei Teilsysteme mit jeweils zwei Kameras gebildet werden, wobei jeweils zwei Kameras umfassende Teilsysteme je genau eine identische Kame- ra aufweisen. Bei mehr als vier Kameras lässt sich das System beliebig skalie- ren.

Als Alternative kann man auch das System als Ganzes nachkalibrieren. Dazu kann man eine Abwandlung des - dem Fachmann grundsätzlich bekannten Bündelausgleichs - benutzen. Dies ist in diesem Fall auch in Industrieumge- bungen möglich, weil sich aus den vier Kameras genügend Information extrahie- ren lässt. Grundsätzlich kann diese Nach-oder Rekalibrierung sogar bei jeder Messung durchgeführt werden. Das ist allerdings nicht immer sinnvoll, weil in der Regel sehr viele Messungen in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden, in der es üblicher Weise nicht zu einer eine Rekalibrierung erfordernden Dejustage kommt. Insofern wird erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagen, eine Rekalib- rierung in vorgegeben zeitlichen Abständen automatisch und/oder - bspw. nach bestimmten Störungen manuell durchzuführen.

Durch den Einsatz von mindestens drei, vorzugsweise vier, oder ggf. noch mehr Kameras kann also das bei der stereoskopischen Messung in der Praxis beste- hende Problem gelöst werden, dass das System sehr sensitiv gegenüber Feh- lern in der Kalibrierung reagiert. Um eine stereoskopische Messung durchführen zu können, müssen die beteiligten Kameras sowohl intrinsisch als auch extrin- sisch (möglichst genau) kalibriert sein.

Die intrinsische Kalibrierung umfasst die Bestimmung aller Parameter, die die Kamera selbst unabhängig von ihrer Lage beschreiben, also z.B. Brennweite, optische Verzerrungen, Hauptpunktverschiebung, usw. Es sind in der Literatur viele verschiedene Methoden bekannt, wie man eine solche Kalibrierung durch- führen kann. Fast alle diese Methoden benutzen ein Muster aus Passpunkten, deren Lage zueinander bekannt ist. Diese Passpunkte können z.B. Punkte auf einer Platte oder auch räumlich verteilt angebrachte Punkte sein. Es wird mit der Kamera ein Bild dieser Punkte aufgenommen. Aus den im Bild erkannten Punktpositionen und den bekannten Relativpositionen dieser Punkte zueinander im Raum können die intrinsischen Parameter bestimmt werden. Je nach Anzahl und Anordnung der Punkte und verwendetem Kameramodell kann die Kamera damit mehr oder weniger genau modelliert werden.

Bei der extrinsischen Kalibrierung wird die Lage der Kamera bezogen auf ein extern vorgegebenes Bezugskoordinatensystem bestimmt. Auch dazu gibt es wieder mehrere in der Literatur beschriebene Methoden, die meistens ebenso Passpunkte benutzen. Wenn die Kamera bereits intrinsisch kalibriert ist, genü- gen hier sehr viel weniger Punkte (mindestens drei), deren Lage im Bezugsko- ordinatensystem allerdings bekannt sein muss.

Falls sich während des Betriebs eines stereoskopischen Sensors irgendein Parameter ändert (z.B. durch Erwärmung, leichte Stöße, usw.), kann dies in einem herkömmlichen System unter Industriebedingungen normalerweise nicht festgestellt und/oder korrigiert werden, solange die Parameteränderungen nicht zum Versagen des gesamten Systems führen. Es gibt zwar die Methode des Bündelausgleichs, die dieses Problem theoretisch lösen kann. Diese benötigt jedoch entweder viele Punkte oder zumindest einen bekannten Maßstab im Bild. Beides ist dort oft nicht gegeben.

Daher ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Rekalibrierung im Rahmen des durchgeführten Verfahrens eine besonders vorteilhafte Variante, die auch unab- hängig von der gemeinsamen Verwendung einer flächigen und einer zeitlichen Kodierung verwendet werden kann.

Die Erfindung schlägt ferner ein System (im Sinne einer Vorrichtung) zur Vermessung von insbesondere dreidimensionalen Objekten mittels Stereosko- pie mit einem Projektor zur Projektion eines flächig und/oder zeitlich kodierten Musters auf die Objektoberfläche und mit Kameras zur Aufnahme des als Szene bezeichneten und auf die Objektoberfläche projizierten Musters sowie mit einer Recheneinheit vor, die durch ein Programm zur Bildverarbeitung dazu eingerich- tet ist, in den durch die Kameras aufgenommenen Bildern Korrespondenzen der Szene aufzufinden und mittels der gefundenen Korrespondenzen eine Vermes- sung des Objekts durchzuführen. Dies kann durch Bestimmen der Punkte der gefundenen Korrespondenzen erfolgen, d.h. mit anderen Worten wird ein Ver- messen der Objektoberfläche durchgeführt, die mit dem projizierten Muster beleuchtet ist. Dazu sind die Kameras intrinsisch und extrinsisch kalibriert, wobei mindestens drei Kameras vorgesehen und derart angeordnet sind, dass die Szene aus mindestens drei verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wird.

Hierdurch werden, wie bereits beschrieben, Redundanzen bei der Stereoskopie erreicht, die die Vermessung des Objekts insgesamt robuster machen. Durch die mindestens drei Kameras wird nämlich das weitere Problem bei der Stereo- skopie unter Industriebedingungen gelöst, dass für jeden Messpunkt immer Informationen aus zwei Bildern benötigt werden, diese jedoch häufig nicht mit den beiden vorgesehenen Kameras gewonnen werden können. Wenn man 3D- Punktewolken von in der Industrie sehr oft vorkommenden stark glänzenden Teilen aufnehmen möchte, hat man praktisch immer Bereiche in dem durch eine Kamera aufgenommenen Bild, in denen sich Glanzlichter bilden. Da sich diese in jeder Kamera an verschiedenen Stellen bilden (die Kameras haben verschie- dene Blickwinkel), können alle Bereiche, in denen in zumindest eine der beiden Kameras gestört ist, nicht gemessen werden. Ein ähnliches Problem tritt bei Abschattungen auf. In herkömmlichen Systemen fallen immer alle Bereiche aus, in denen eines der beiden Kamerabilder gestört ist. Diese Ausfälle werden in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen System mit mindestens drei Kameras signifikant reduziert.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen System sind mindestens vier Kameras vorgesehen und derart angeordnet, dass die Szene aus mindestens vier verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wird, wobei - wie bereits beschrieben und sowohl für das vorgeschlagene System als auch für das vorgeschlagene Verfahren - alle Kameras extrinsisch und intrin sisch kalibriert sind.

In einem erfindungsgemäß besonders bevorzugt vorgeschlagenen System kann die Recheneinheit weiter dazu eingerichtet sein, aus den mehreren Kameras jeweils Teilsysteme aus zwei Kameras zu bilden, und eine Rekalibrierung von Kameras aus dem System durchzuführen, indem zur Kalibrierung eines Teilsys- tems immer die Messwerte der anderen Teilsysteme benutzt werden. Bevorzug- te mögliche Varianten dieses erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rekalibrierung wurden bereits beschrieben.

Zusätzlich kann die Recheneinheit und/oder der Projektor dazu eingerichtet sein, eine Musterprojektion mit einer flächigen und einer zeitlichen Kodierung zu erzeugen.

Es wurde bereits beschrieben, dass dieses Verfahren einer Musterprojektion mit einer flächigen und einer zeitlichen Kodierung grundsätzlich auch mit nur zwei Kameras ausführbar ist, auch wenn die Verwendung von mindestens drei Kame- ras besonders bevorzugt ist. Entsprechend bezieht sich die vorliegende Erfin- dung auch auf ein System zur Vermessung von Objekten mittels Stereoskopie, mit einem Projektor zur Projektion eines flächig und zeitlich kodierten Musters auf die Objektoberfläche und mit Kameras zur Aufnahme des als Szene be- zeichneten auf die Objektoberfläche projizierten Musters und mit einer Rechen- einheit, die durch ein Programm zur Bildverarbeitung dazu eingerichtet ist, in den durch die Kameras aufgenommenen Bildern Korrespondenzen der Szene aufzufinden und mittels der gefundenen Korrespondenzen eine Vermessung des Objekts durchzuführen, wobei die Kameras intrinsisch und extrinsisch kalibriert sind, mindestens drei Kameras vorgesehen und derart angeordnet sind, dass die Szene aus mindestens zwei verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wird und die Recheneinheit und/oder der Projektor dazu eingerichtet ist, eine Mus- terprojektion mit einer flächigen und einer zeitlichen Kodierung zu erzeugen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Systems sieht vor, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das vorbeschriebene Verfahren oder Teile davon durchzuführen. Hierzu wird auf die vorstehende Erläuterung des Verfahrens verwiesen. Die beschriebenen Vorrichtungsmerk- male wird der Fachmann entsprechend nach Bedarf gemeinsam oder entspre- chend der beschriebenen Funktion soweit notwendig in Teilen in das erfin- dungsgemäß vorgeschlagene System übernehmen.

In einem solchen besonders bevorzugten erfindungsgemäßen System und/oder Verfahren werden die Nachteile der bisher bekannten Systeme vermieden. Dies geschieht durch die Kombination von zwei Maßnahmen, die jede für sich auch schon Kombinationen von Maßnahmen darstellen, nämlich dem gemeinsamen Erzeugen von flächigen und zeitlichen Kodierungen und der Verwendung min- destens dreier Kameras. Diese Maßnahmen führen zu einem hohen Maß re- dundanter Daten, die miteinander korreliert werden, um die Verlässlichkeit und Robustheit der aus der Stereoskopie gewonnen Informationen zu verbessern.

Nachfolgend werden weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeich- nung beschrieben. Alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale bilden dabei den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbezügen.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschla- genen System;

Fig. 2 beispielhaft ein erfindungsgemäß anwendbares flächiges Muster, das auf die Objektoberfläche des zu vermessenden Objekts projiziert wird, und

Fig. 3 einen schematischen Verfahrensablauf einer Grundausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens. Fig. 4 schematisch die Vermessung eines Objekts in einem Raster mittels Stereoskopie zu einer Punktwolke aus einer Vielzahl dreidimensionaler Koordinatenpunkte;

Fig. 5 schematisch die Rekonstruktion einer Objektkante zwischen einer oberen und einer unteren Oberfläche in der Punktwolke gemäß Fig. 4; und Fig. 6 schematisch die aus einer zweidimensionalen Bildanalyse zur Kanten- erkennung ermittelte Kante in Projektion in die Punktwolke gemäß Fig. 5;

Fig. 1 zeigt ein System 1 zur Vermessung eines dreidimensionalen Objekts 2 mittels Stereoskopie beispielhaft in einer schematisch dargestellten Ausfüh- rungsform. In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist das dreidimensionale Objekt der Übersichtlichkeit halber als plane Oberfläche dargestellt; die Erfin- dung bezieht sich aber ausdrücklich auf beliebige dreidimensionale Objekte 2, zu denen auch plane Oberflächen gehören.

Das System 1 weist einen Projektor 9 zur Projektion eines (flächig und/oder zeitlich) kodierten Musters 3 auf die Oberfläche des Objekts 2 auf. In dem Sys- tem 1 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind vier Kameras 4.1 , 4.2, 4.3 und 4.4 zur Aufnahme des (als Szene bezeichneten) auf die Ob- jektoberfläche projizierten Musters 3 vorgesehen. Der Projektor 9 kann ein herkömmlicher Diaprojektor oder ein digitaler Projektor sein, in dem das zu projizierende Muster 3 auf einem transparenten Display nach einer digitalen Vorlage erzeugbar ist. Ferner ist eine mit dem Projektor 9 und den Kameras 4.1 , 4.2, 4.3 und 4.4 in Verbindung stehende Recheneinheit 5 vorgesehen, die durch ein Programm zur Bildverarbeitung dazu eingerichtet ist, in den durch die Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 aufgenommenen Bildern Korrespondenzen der Szene aufzufinden und mittels der gefundenen Korrespondenzen eine Vermessung des Objekts 2 durchzuführen, und zwar durch Bestimmen der Punkte (Koordinaten) der gefun- denen Korrespondenzen. Mit anderen Worten wird ein Vermessen des Objekts 2 mittels der Korrespondenzen von Bildpunkten des projizierten Musters 3 auf der Oberfläche des Objekts 2 durchgeführt. Dabei werden die Koordinaten der Bildpunkte des projizierten Musters auf der Oberfläche bestimmt, für die Korres- pondenzen in den Bildern der verschiedenen Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 gefun- den wurden.

Dazu sind die Kameras intrinsisch und extrinsisch kalibriert. Die Szene (d.h. das auf die Oberfläche des Objekts 2 projizierte Muster 3, wird durch die Kameras

4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 aus verschiedenen Blickwinkeln 6.1 , 6.2, 6.3, 6.4 aufgenom- men, die in Fig. 1 für jede Kamera 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 durch von den Kameras 4.1 ,

4.2, 4.3, 4.4 zu den Ecken des aufgenommenen Bereichs der Oberfläche des Objekts (der den aufgenommenen Bildern entspricht) ausgehende Sichtstrahlen symbolisiert sind. Die Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 sind vorzugsweise Digitalkame- ras, deren Bilder unmittelbar durch die Recheneinheit verarbeitbar sind. Die Projektion 7 ist durch entsprechende von dem Projektor 9 ausgehende Sicht- strahlen angezeigt.

Nachfolgend wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels die Vermes- sung des Objekts 2 mittels Stereoskopie beschrieben. Dabei müssen im Rah- men der vorgeschlagenen Erfindung nicht unbedingt alle der nachstehend be- schriebenen Schritte und Merkmale realisiert werden. Auch sind Variationen der einzelnen Schritte denkbar, von denen einige eingangs bereits erläutert oder angedeutet wurden. Durch den Projektor 9 wird ein vollständig kodiertes flächiges Muster 3 benutzt, das eine flächige Kodierung erzeugt und so für die Erkennung von Korrespon- denzen in einem einzigen Bild geeignet ist. Das zu projizierende bzw. auf eine plane Ebene projizierte Muster 3 ist mit einzelnen Musterpunkten 8 in Fig. 2 noch einmal detaillierter anhand eines Beispiels dargestellt.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein zufallscodiertes Muster 3 erwiesen (Pseu- do-Random-Muster), weil man mit diesem großflächige Muster erzeugen kann, die noch in kleinen Bereichen mit wenigen Musterpunkten eindeutig kodiert sind, und weil sie leicht auszuwerten sind.

Dieses Muster 3 wird zusätzlich mehrfach hintereinander leicht verschoben, sodass sich zusätzlich zur flächigen Kodierung noch eine zeitliche Kodierung ergibt, in der einzelne Bildpunkte des projizierten Musters 3 im Bild der Kameras 4.1 , 4,2, 4.3, 4,4 unterschiedliche Informationen im Zeitverlauf zeigen. Durch die zeitlich verschiedenen Informationen wird eine zeitliche Kodierung erreicht.

Das bevorzugt vorgeschlagene Vorsehen einer flächigen und einer zeitlichen Kodierung kombiniert die Vorteile der flächigen und der zeitlichen Kodierung, ohne die Nachteile mit zu übernehmen, da es für jeden Punkt bzw. die Vermes- sung jedes Punktes (Bildpunktes) ausreicht, dass eine der Kodierungen erfolg- reich ausgewertet werden kann. Außerdem wird für die Punkte, für die die ge- samte Information aus beiden Kodierungen vorliegt, das Verfahren aufgrund der Redundanzen sehr robust, und man erzielt eine sehr gute Genauigkeit.

Als vorteilhaft hat sich eine zufällige kleine Verschiebung desselben Musters erwiesen. Dies ist deshalb von Vorteil, weil es sehr einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Man benötigt keinen aufwändigen Projektor 9 der in der Lage ist, verschiedene Bilder zu projizieren. Stattdessen genügt ein einfacher Projek- tor 9, bei dem ein einziges Dia zufällig bewegt wird.„Zufällig“ bezieht sich dabei darauf, dass die Bewegung in keinem Bezug zu den Zeitpunkten der Bildauf- nahmen steht. Man könnte auch eine regelmäßige Bewegung nutzen, die nicht zur Bildaufnahme synchronisiert ist.

Als besonders Vorteilhaft hat es sich erweisen, wenn unter den Verschiebungen auch solche dabei sind, die kleiner sind als ein Musterpunkt 8 des flächigen Musters 3, weil sich dadurch die Genauigkeit weiter erhöhen lässt. Die Methode funktioniert jedoch auch, wenn diese Bedingung nicht eingehalten wird. Außer- dem könnten auch verschiedene Muster 3 hintereinander projiziert werden.

Bevorzugt werden mehr als zwei, insbesondere wie dargestellt, vier Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 aus verschiedenen Blickwinkeln 6.1 , 6.2, 6.3, 6.4 verwendet, die alle in dasselbe Messvolumen schauen, d.h. dasselbe durch den Projektor 9 projizierte Muster 3 sehen und aufnehmen.

Dadurch wird der Nachteil, dass Reflexe in jeder Kamera 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 an anderen Stellen des Bildes auftreten, zum Vorteil. Da man jede Stelle nur mit mindestens zwei Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 sehen muss, gibt es nur noch sehr viel weniger Stellen, die man nicht messen kann, d.h. in denen nicht mindestens zwei der vier Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 ein auswertbares Bild liefern.

Gleiches gilt auch für Abschattungen und alle anderen Arten von Störungen, die für die verschiedenen Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 (aufgrund der unterschiedli- chen Blickwinkel 6.1 , 6.2, 6.3, 6.4) an verschiedenen Stellen des Bildes auftre- ten bzw. auftreten können.

Als besonders vorteilhaft haben sich vier Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 erweisen, weil es dann sehr wahrscheinlich ist, dass für jeden Bildpunkt mindestens zwei Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 Information liefern. Vorteilhaft ist es außerdem, einen Algorithmus zu benutzen, der die Kameras nicht paarweise auswertet, sondern für jeden Bildpunkt alle Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4, die Information über den Bildpunkt liefern, gemeinsam. Dadurch wird die Genauigkeit erhöht und die Messung robuster.

Da es sich hier um ein hochredundantes System handelt, kann zudem die Kalib- rierung immer wieder neu bestimmt werden, wie bereits ausführlich erläutert wurde.

Der in Fig. 3 dargestellte Verfahrensablauf beschreibt die Ausführung einer Basisvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, das mit den bereits beschriebenen Ausführungsvarianten nach Bedarf ergänzt werden kann und mit den in den Fig. 1 und 2 beispielhaft beschriebenen Systemen ausge- führt werden kann.

Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens 50 zur Vermessung von Objekten

2 mittels Stereoskopie, wird in einem ersten Verfahrensschritt 51 mittels des Projektors 9 ein flächig kodiertes Muster 3 auf die Objektoberfläche projiziert und das als Szene bezeichnete und auf die Objektoberfläche projizierte Muster

3 mit den vier Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4, die vorzugsweise zeitgleich getriggert ausgelöst werden, aufgenommen. Flierdurch wird die flächige Kodierung er- zeugt.

Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 52 ein zeitlich kodiertes Muster mit flächig unterschiedlicher Kodierung mehrfach nacheinander projiziert und mehrere Szenen nacheinander mit den Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 jeweils zeitgleich getriggert aufgenommen. Hierdurch wird ein zeitlich kodiertes Muster erzeugt, wobei jede Szene für sich auch eine eigenständige flächige Kodierung darstellt. Das zeitlich kodierte Muster wird durch mehrere räumliche Verschie- bungen desselben flächig kodierten Musters 3 erzeugt. In einem weiteren Verfahrensschritt 53 werden bei der flächigen Kodierung in der Szene für einen Bildpunkt durch Vergleich mit benachbarten Bildpunkten Korrespondenzen in den durch die verschiedenen Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 aufgenommen Bildern gefunden. Hierdurch werden dieselben Bildpunkte in den einzelnen Bildern identifiziert sowie ggf. vermessen.

In einem weiteren Verfahrensschritt 54 werden bei der der zeitlichen Kodierung für die mehreren Szenen in jeweils denselben Bildpunkten der durch die ver- schiedenen Kameras aufgenommenen Bilder Korrespondenzen gefunden. Hier- durch werden dieselben Bildpunkte in einzelnen Bildern identifiziert sowie ggf. vermessen.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 55 werden für jeden Bildpunkt die gefundene Korrespondenzen der flächigen Kodierung und der zeitlichen Kodie- rung korreliert und diese Korrelationen bei der Vermessung des Objekts ver- wendet.

Fig. 4 zeigt schematisch das Ergebnis der Vermessung eines dreidimensionalen Objekts 20, das in dieser Figur schematisch in der Kontur mit eingeblendet ist. Das Objekt weist eine bezogen auf die Objekthöhe obere Oberfläche 21 (im Sinne einer höherliegende Oberfläche) und eine untere Oberfläche 22 (im Sinne einer tieferliegenden Oberfläche) auf. Die obere Oberfläche 21 hat an ihrem Rand eine Kante 23, an der sie in die untere Oberfläche 22 übergeht.

Es ist ferner ein Raster 24 dargestellt, mit dem die Oberfläche des Objekts 20 durch die Vermessung de facto abgetastet werden soll. Idealer Weise ist ein Rasterelement 24a der oberen Oberfläche 21 und ein Rasterelement 24b der unteren Oberfläche 22 zugeordnet. Das Raster 24 wird bei der Vermessung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt, wobei jedes der Rasterelemente 24a, 24b durch einen dreidimensionalen Koordinatenpunkt 25 beschrieben wird, der durch Stereoskopie ermittelt wurde. Die Rasterelement- größe kann mit dem Pixel der Kamera übereinstimmen, muss dies aber nicht. Üblicher weise wird ein Rasterelement bevorzugt durch mehrere zusammenge- fasste Kamerapixel gebildet. Die Gesamtheit der Koordinatenpunkte 25 wird auch als Punktwolke bezeichnet, die als Ergebnis der Vermessung die Oberflä- che des Objekts 20 beschreibt. Entsprechend sind Koordinatenpunkte 25a der oberen Oberfläche und Koordinatenpunkte 8b der unteren Oberfläche 25b zu- geordnet.

Koordinatenpunkte 25c beschreiben Rasterelemente, die im Bereich der Kante 23 liegen. Diese sind meist mit einem Fehler 26 behaftet, der darin begründet ist, dass die Auswertung der Kamerapixel im Bereich der Kante schwierig ist und die Koordinaten der Rasterelemente des Rasters 24 mittels Stereoskopie häufig nur mit größeren Fehlern bestimmbar sind. Außerdem gibt es Rasterele- mente 24c, für die gar kein Koordinatenpunkt berechnet wurde, bspw. weil die stereoskopische Auswertung der Kamerabilder fehlerhaft war. Auch derartige Rasterelemente 24c ohne Koordinatenpunkt finden sich häufig im Bereich der Kante 23.

Während Fig. 5 das systematische Vorgehen bei der Vermessung des Objekts 20 theoretisch veranschaulicht, zeigt Fig. 4 die Punktewolke als Gesamtheit der Koordinatenpunkte 25, wie sie durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermittelt werden. Im Bereich der kontinuierlichen Oberflächen 24a, 24b lässt sich die Oberfläche des Objekts 20 durch die Koordinatenpunkte 25a, 25b insgesamt sehr gut erkennen.

Die rekonstruierte Kante 27, die aus einer solchen Punktewolke 25 (d.h. der Gesamtheit der Koordinatenpunkte) extrahiert werden würde, ist jedoch fehler- behaftet, weil die fehlerbehafteten Koordinatenpunkte 25c und die sich aus den Rasterelementen 24c ergebenden Lücken mit in die rekonstruierte Kante 25 eingehen, die daher unscharf und zerfranst ist.

Zur Korrektur schlägt die Erfindung im Bereich von Kanten 23 (zu verstehen allgemein als diskontinuierlicher Oberflächenbereich des Objekts 20) vor, ein Kamerabild 28 mindestens einer der Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4, mit der die Szene aufgenommen wird, zusätzlich zu der Vermessung des Objekts mittels Stereoskopie auch mittels zweidimensionaler Bildanalyse zur Kantenerkennung auszuwerten. Dies ist in Fig. 6 schematisch dargestellt.

Fig. 6 zeigt den oberen Teil der Punktewolke mit den die obere Oberfläche 24a des Objekts 20 repräsentierenden Koordinatenpunkten 25a. Außerdem sind die rekonstruierte Kante 27 und die zugehörigen Koordinatenpunkten 25a, 25c der oberen Oberfläche 25a und an der Kante 23 eingezeichnet.

In dem Kamerabild 28 dieser Szene von einer der Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 wurde die Kante 23 des Objekts 20 zusätzlich mittels zweidimensionaler Bildan alyse ausgewertet, bei der erfindungsgemäß auch eine Kantenerkennung durchgeführt wurde. Dies kann durch übliche Methoden zur zweidimensionalen Bildauswertung erfolgen, bspw. durch eine Konturerkennung. Diese Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und müssen nicht weiter beschrie- ben werden.

Hierdurch lässt sich die Kante 23 in dem Kamerabild 28 subpixelgenau extrahie- ren und in den zweidimensionalen Bildkoordinaten entsprechend parametrisiert. Die parametrisierte Kante 29 kann, wie in Fig. 6 gezeigt, als Linie dargestellt werden. Sie überdeckt den Verlauf der Kante 23 in dem aufgenommenen Bild 28. Diese in dem zweidimensionalen Bild parametrisierte Kante 29 wird mit Hilfe der bekannten Kamerakalibrierung in die realen Koordinaten der Szene transfor- miert. Mit anderen Worten findet also eine Transformation der zweidimensional parametrisierten Kante 29 in die dreidimensionale Szene statt. Die parametrisie- re Kante 29 ist damit als dreidimensionale Kante 30 in den Koordinaten der Szene darstellbar.

Schließlich kann die dreidimensionale Kante 30 in die Punktewolke der Koordi- natenpunkte, die die Oberfläche des vermessenen Objekts 20 beschreibt, proji- ziert werden. Diese Projektion kann dreidimensionalen Kante 30 in die Punkte- wolke der Koordinatenpunkte ist in Fig. 6 durch die gestrichelten Linien darge- stellt. Diese Projektion ist keine Transformation; die dreidimensionalen Koordi- naten der dreidimensionalen Kante 30 und der projizierten Kante 31 sind gleich. Es geht in der Projektion nur um eine gemeinsame Darstellung der Koordina- tenpunkte 25 und der dreidimensionalen Kante 30. Dies betrifft eine graphische Projektion, wie die durch Fig. 6 dargestellt ist. Unter Projektion im Sinne dieses Textes ist aber auch eine numerische Projektion zu verstehen, die bspw. einer numerischen Rekonstruktion der Oberfläche des Objekts 20 dient und bei der die dreidimensionale Kante 30 und die Koordinatenpunkte 25c an der Kante berücksichtigt werden können, um insgesamt einen realistischen Kantenverlauf in der Vermessung der Oberfläche zu erzeugen, bspw. durch Mittelung der den Kantenverlauf beschreibenden Koordinaten, durch Unterdrücken identifizierter Fehlerkoordinaten oder dgl .. Damit kann die Kante 23 des Objekts 20 wesentlich genauer vermessen (be- stimmt) werden als nur aus der Punktewolke der durch Stereometrie rekonstru- ierten Koordinatenpunkte 25. Hier ist von besonderen Vorteil, dass die subpixel- genaue Rekonstruktion des Kantenverlaufs zu einer westlichen präziseren und glatteren Rekonstruktion führt als eine rein stereometrische Messung. Es sei noch angemerkt dass aus Gründen der Übersichtlichkeit hier eine ebene Kante gezeichnet wurde. Die Methode funktioniert aber mit jeder beliebig ge- formten Kante, wobei als Kante im Sinne dieser Beschreibung jede Singularität bzw. .jeder unstetige (sprunghafte) Übergang in der Oberfläche des Objekts 20 angesehen wird.

Durch die erfindungsgemäß besonders bevorzugt vorgeschlagene Kombination von flächigen und zeitlichen Kodierungen und die bevorzugte Verwendung von mindestens drei Kameras 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 wird die Vermessung dreidimensio- naler Objekte 2 besonders robust.

Bezugszeichenliste:

1 System zur Vermessung eines dreidimensionalen Objekts

2 dreidimensionales Objekt

3 projiziertes / zu projizierendes Muster

4.1 Kamera

4.2 Kamera

4.3 Kamera

4.4 Kamera

5 Recheneinheit

6.1 Blickwinkel der Kamera

6.2 Blickwinkel der Kamera

6.3 Blickwinkel der Kamera

6.4 Blickwinkel der Kamera

7 Projektion

8 Musterpunkte des projizierten / zu projizierenden Musters

9 Projektor

20 Objekt

21 obere Oberfläche des Objekts

22 untere Oberfläche des Objekts

23 Kante

24 Raster

24a Rasterelement der oberen Oberfläche

24b Rasterelement der unteren Oberfläche

24c Rasterelement ohne Koordinatenpunkt

25 Koordinatenpunkte eines Rasterelements

25a Koordinatenpunkt der oberen Oberfläche 25b Koordinatenpunkt der unteren Oberfläche

25c Koordinatenpunkte an der Kante

26 Fehler des Koordinatenpunkts

27 rekonstruierte Kante

28 Kamerabild

29 parametrisierte Kante

30 dreidimensionale Kante

31 projizierte Kante

50 Verfahren zur Vermessung von Objekten mittels Stereoskopie

51 Verfahrensschritt

52 Verfahrensschritt

53 Verfahrensschritt

54 Verfahrensschritt

55 Verfahrensschritt