專利名稱：用于物體的外形和/或變形測(cè)定尤其是干涉測(cè)定的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于物體的外形測(cè)定和/或變形測(cè)定的方法，也涉及實(shí)施該類型方法的設(shè)備。本發(fā)明具體地涉及一個(gè)物體的干涉測(cè)定的方法。該物體尤其可以包括輪胎或復(fù)合材料的部件。
該輪胎可包括客車輪胎，卡車輪胎，飛機(jī)輪胎或其他運(yùn)輸工具的輪胎。該方法特別適合于檢查未安裝的輪胎，即沒有安裝在輪緣上的輪胎。
復(fù)合材料在許多技術(shù)領(lǐng)域中使用。它們由兩種或者更多種彼此相連的單獨(dú)材料組成。這樣的合成物可以以橡膠-金屬合成物、用碳化纖維加固的聚合體、泡沫聚合體、蜂窩結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式來實(shí)現(xiàn)。合成物也用于半成品，例如導(dǎo)管、桿件和板。電子電路板通常由復(fù)合材料來實(shí)現(xiàn)。另外，復(fù)合材料用于飛機(jī)部件，尤其是機(jī)翼、翼瓣、著陸襟翼、機(jī)身、阻流板、尾翼、操縱面外殼、方向舵組合件、頂部隔艙的門和飛機(jī)內(nèi)部。在汽車工業(yè)中，復(fù)合材料用于如能量吸收、引擎罩、車頂、車門、汽車儀表板、座椅框架和機(jī)動(dòng)車輛車架。合成物也用于盛裝汽油和液體的容器和箱子。另外，它們也用于體育用品，例如滑雪橇、滑雪板和自行車。
在該方法和設(shè)備中，該物體或物體表面由一個(gè)輻射源發(fā)射的光線照射。該光線可以由非結(jié)構(gòu)光組成。非結(jié)構(gòu)光尤其可用于攝影測(cè)量法中。在這種情況下，可以用在某一角度下拍攝物體或其表面圖像的兩個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)外形測(cè)定和/或變形測(cè)定。然而，也可以利用結(jié)構(gòu)光。結(jié)構(gòu)光用在例如莫爾圖方法、格雷編碼(反射碼)方法或者三角測(cè)量方法中。在使用結(jié)構(gòu)光線時(shí)，可以用一個(gè)攝像機(jī)觀察該物體或其表面。然而，也可以用相干光線或部分相干光線，尤其是激光，來照射該物體或其表面。這種類型的光線尤其使實(shí)現(xiàn)干涉測(cè)定的方法成為可能。
物體反射的光線可以由散射光組成并且由一個(gè)攝像機(jī)來獲取。該攝像機(jī)包含一個(gè)影像傳感器，尤其是一個(gè)扁平形的傳感器。CCD(電荷耦合器件)傳感器尤其適合這個(gè)目的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，借助于斑點(diǎn)圖像或干涉圖像，尤其借助剪切干涉方法、全息術(shù)方法、ESPI方法或白光干涉測(cè)量方法來確定物體的幾何形狀或變形?？梢杂肅CD傳感器或其他影像傳感器實(shí)現(xiàn)這些方法，即通過一個(gè)時(shí)間或空間的相移來使用或不使用相圖像評(píng)估。一個(gè)或多個(gè)輻射源尤其是激光光源可用來照射物體。然而，利用在白光干涉測(cè)量方法中使用的照射設(shè)備也是可能的，例如熱量源或發(fā)光二極管。
當(dāng)實(shí)行根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，在物體的一個(gè)或多個(gè)不同的變形狀態(tài)下拍攝一個(gè)或多個(gè)圖像，從上述圖像中隨后形成一個(gè)平均值。尤其是通過使物體分別經(jīng)受不同的環(huán)境壓力，可獲得物體的各種變形狀態(tài)。
尤其對(duì)于沒有安裝在輪緣上的輪胎，這是可能并且有利的。輪胎可被引入一個(gè)低壓室或一個(gè)高壓室。在一個(gè)現(xiàn)有的或偏離的負(fù)壓或正壓下達(dá)到其中一種變形狀態(tài)，在該壓力下輪胎故障點(diǎn)中封閉的空氣膨脹或收縮并產(chǎn)生輪胎局部變形，這些變形可隨后進(jìn)行測(cè)量和探測(cè)。
相同的方法也可用于測(cè)量其他物體。另外，提供由透明材料板組成并且依靠外圍封條相對(duì)于物體密封的一個(gè)低壓室或一個(gè)高壓室是可能的。在物體和板之間的密封區(qū)域中，可以調(diào)節(jié)負(fù)壓或者正壓，使得空氣包含物膨脹或壓縮。這引起了在復(fù)合材料的這些故障點(diǎn)上相應(yīng)變形的發(fā)生，并且可以通過板來觀察這些變形。
然而，也可以通過使物體經(jīng)受不同溫度來實(shí)現(xiàn)物體不同的變形狀態(tài)，例如，尤其是通過輻射所產(chǎn)生的熱。這對(duì)由復(fù)合材料組成的部件是特別有利的。
差額變形和/或其梯度可從分別代表不同變形狀態(tài)的不同的狀態(tài)圖像中計(jì)算出來。一個(gè)或多個(gè)光源和攝像機(jī)可以以一個(gè)組合件形式來實(shí)現(xiàn)，該組合件代表一個(gè)測(cè)量頭。
從DE 199 44 314 A1中可知一個(gè)輪胎測(cè)試裝置。這個(gè)裝置包括一個(gè)待測(cè)試輪胎的定位裝置和一個(gè)測(cè)試裝置，尤其是一個(gè)激光測(cè)試裝置。測(cè)試裝置可包括幾個(gè)測(cè)量頭，尤其是激光測(cè)量頭。
從DE 101 28 334中知道一個(gè)用于干涉測(cè)量斑點(diǎn)剪切干涉法來照明物體的方法。在該情況下，由一個(gè)或者多個(gè)各自相干的、擴(kuò)展的或扁平的輻射源從多個(gè)照射方向以不同感光矢量同時(shí)照射物體表面。待檢測(cè)物體部分的被照射的局部區(qū)域可彼此完全或者部分地交迭，以便實(shí)現(xiàn)均勻的照射。選擇在待測(cè)的物體部件表面各個(gè)點(diǎn)上由照射源發(fā)射的光束的入射角，使得相對(duì)于局部表面法線的各自相應(yīng)的理想反射角不直接引向傳感器的影像平面，并且避免了直接的照射。
EP 1 061 332 A2公開了一種用于測(cè)試輪胎的電子剪切干涉法。為了實(shí)現(xiàn)剪切干涉圖像的改進(jìn)顯示，不同的圖像按預(yù)定的頻率存儲(chǔ)并且隨后以一個(gè)連續(xù)系列的形式顯示。這樣，同時(shí)展示幾個(gè)顯示測(cè)試物體不同區(qū)域的圖像序列是可能的。
US 4 707 594描述了一種用于測(cè)試輪胎的方法，其中未安裝在輪緣上的輪胎被引入一個(gè)低壓室。在該情形中通過全息術(shù)方法或剪切干涉方法對(duì)輪胎進(jìn)行測(cè)試。輪胎經(jīng)受突然的壓力變化，使得其表面在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)逐漸蠕變。在此期間拍攝一系列連續(xù)的圖像。
DE 28 06 845 C2公開了一種用于實(shí)現(xiàn)物體干涉測(cè)量檢測(cè)的方法，其中一個(gè)影像系統(tǒng)在照相介質(zhì)上拍攝被檢測(cè)物體在兩種不同物體狀態(tài)下的第一和第二圖像，該物體用相干光照射。
當(dāng)進(jìn)行最初描述的方法時(shí)，檢波器的動(dòng)態(tài)性能不足夠高以在暗色的和亮色的影像區(qū)域獲得有意義的測(cè)量數(shù)值是可能發(fā)生的，尤其是當(dāng)測(cè)量與暗色的和/或強(qiáng)烈反射表面的不配合的物體時(shí)。這種問題尤其發(fā)生在檢測(cè)十分光亮的輪胎或復(fù)合材料時(shí)。
本發(fā)明建立在改善最初描述類型的方法和設(shè)備中的圖像質(zhì)量的目的上。
根據(jù)本發(fā)明，用帶有權(quán)力要求1的特征的最初描述類型的方法實(shí)現(xiàn)該目的。用適合第一影像區(qū)域的第一調(diào)節(jié)來拍攝第一照片，用適合第二影像區(qū)域的第二調(diào)節(jié)來拍攝第二照片。隨后將兩張照片合并。調(diào)節(jié)可以在攝像機(jī)上進(jìn)行，尤其是用影像傳感器和/或透鏡系統(tǒng)，特別是通過變化放大系數(shù)，光圈和/或快門速度和/或一個(gè)或多個(gè)其他攝像參數(shù)。作為另一種選擇或者額外的措施，調(diào)節(jié)也可以在輻射源上實(shí)現(xiàn)，尤其是通過增加或減少輻射源的數(shù)量，通過改變一個(gè)(或多個(gè))輻射源的發(fā)光強(qiáng)度，和/或改變由一個(gè)(或多個(gè))輻射源發(fā)射的光線的方向，和/或通過變化一個(gè)或多個(gè)其它輻射源參數(shù)。
最好為各自影像區(qū)域進(jìn)行優(yōu)選調(diào)節(jié)。例如，為了獲得一個(gè)最佳傳感器輸入信號(hào)，對(duì)于一個(gè)暗影像區(qū)域，調(diào)節(jié)一個(gè)高的放大系數(shù)數(shù)值。因此，對(duì)于一個(gè)強(qiáng)烈反射并且因此十分明亮的影像區(qū)域，可以選擇一個(gè)低的放大系數(shù)數(shù)值，如果需要，連同一個(gè)額外縮短的曝光時(shí)間。
為了擴(kuò)大影像傳感器的動(dòng)態(tài)性能，合并兩張或更多的圖像。這也使測(cè)量物體的過度感光的或者曝光不足的區(qū)域成為可能?？煽紤]使用不同的選項(xiàng)，以便以不同亮度在傳感器上產(chǎn)生單獨(dú)的圖像?？梢酝ㄟ^改變攝像機(jī)參數(shù)，尤其是傳感器和/或透鏡系統(tǒng)的參數(shù)，和/或通過改變輻射源的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在傳感器上適應(yīng)于各個(gè)影像區(qū)域的不同亮度。
如果需要，也可用由適應(yīng)于相應(yīng)影像區(qū)域的分別不同的調(diào)節(jié)拍攝的第三和/或額外圖像來補(bǔ)充第一和第二圖像。
這兩張圖像，和如果可實(shí)施的話，一張或者多張額外圖像合并或組合，以填充整個(gè)影像區(qū)域。如果兩張照片足夠，第一圖像可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的一部分，并且第二圖像可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的剩余部分。
在附屬的權(quán)利要求書里描述了有利的附加的改進(jìn)。
圖像合并可通過平均每個(gè)像素的信息來進(jìn)行，最好基于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行平均。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可由可計(jì)算的對(duì)照?qǐng)D像構(gòu)成。
另一個(gè)有利的額外改進(jìn)，其特征在于用第一調(diào)節(jié)和第二調(diào)節(jié)，和如果可實(shí)施的話，一個(gè)或者多個(gè)額外調(diào)節(jié)分別拍攝多個(gè)圖像?？山惶婧?或連續(xù)拍攝這些圖像。尤其可能用第一調(diào)節(jié)拍攝第一圖像，第二調(diào)節(jié)拍攝第一圖像，和如果可實(shí)施的話，用一個(gè)或者多個(gè)額外調(diào)節(jié)拍攝一張或者多張第一圖像，并且隨后用第一調(diào)節(jié)拍攝第二圖像，用第二調(diào)節(jié)拍攝第二圖像，和如果可實(shí)施的話，用一個(gè)或者多個(gè)額外調(diào)節(jié)拍攝一張或者多張第二圖像。類似的，可能用第一調(diào)節(jié)和第二調(diào)節(jié)，和如果可實(shí)施的話，一個(gè)或者多個(gè)額外調(diào)節(jié)，來拍攝一張或者多張圖像。
然而，也可能用第一調(diào)節(jié)拍攝第一和第二圖像和如果可實(shí)施的話，一張或者多張額外圖像，并且隨后用第二調(diào)節(jié)拍攝第一和第二圖像和如果可實(shí)施的話，一張或者多張額外圖像。類似的，用一個(gè)或者多個(gè)額外調(diào)節(jié)拍攝額外的圖像是可能的。
從用第一和/或第二和/或額外調(diào)節(jié)拍攝的一些或者所有圖像中可以形成一個(gè)平均數(shù)值。
另一個(gè)有利的額外的改進(jìn)，其特征在于在物體的第一狀態(tài)和隨后在物體的第二狀態(tài)中進(jìn)行該方法，在第二狀態(tài)中物體相對(duì)于第一狀態(tài)產(chǎn)生變形。如果需要，也可以在物體的一個(gè)或者多個(gè)額外變形狀態(tài)中進(jìn)行該方法。
根據(jù)另一個(gè)有利的額外的改進(jìn)，在物體不同狀態(tài)中拍攝的圖像之間形成差別?？梢杂?jì)算出這些差別，即在合成第一和第二圖像之前或之后。
照射方向不同于曝光方向是有利的。
可以手動(dòng)控制攝像機(jī)和/或輻射源的一個(gè)或者多個(gè)調(diào)節(jié)。
然而，在很多情況下在一個(gè)最優(yōu)化算法幫助下確定對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)是有利的。這樣可自動(dòng)確定調(diào)節(jié)。
另一個(gè)有利的額外改進(jìn)，其特征在于依靠反復(fù)變化確定對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行一個(gè)或者多個(gè)調(diào)節(jié)?？梢允謩?dòng)或者自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該方法。這樣，為在不同影像區(qū)域中的圖像質(zhì)量定義缺省數(shù)值。如果調(diào)節(jié)反復(fù)改變，相對(duì)于不同缺省數(shù)值拍攝和評(píng)估不同圖像，直到圖像達(dá)到最優(yōu)為止。這種方法可以以這樣的方式實(shí)現(xiàn)為一張圖像確定一個(gè)評(píng)估數(shù)值并且與缺省數(shù)值比較，隨后反復(fù)改變一個(gè)或者多個(gè)調(diào)節(jié)直到評(píng)估數(shù)值在很大程度上符合缺省數(shù)值為止。該方法可以用多個(gè)評(píng)估數(shù)值和多個(gè)缺省數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。在這種方法中，同時(shí)改變對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行的不同的調(diào)節(jié)是可能的。在很多情況下首先改變對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行的調(diào)節(jié)并且隨后改變一個(gè)或者多個(gè)其它調(diào)節(jié)是有利的。按這種方式，成功優(yōu)化了對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行的調(diào)節(jié)。
根據(jù)另一個(gè)有利的額外改進(jìn)，為了按這種方式獲得最佳調(diào)節(jié)數(shù)值，系統(tǒng)地循環(huán)對(duì)攝像機(jī)和/或輻射源進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)或所有的調(diào)節(jié)的所有可能數(shù)值是可能的。然而，在很多情況下，為了盡可能快地獲得最佳調(diào)節(jié)或多個(gè)最佳調(diào)節(jié)，更有意義的是基于為每個(gè)單個(gè)圖像確定評(píng)估數(shù)值和與缺省數(shù)值進(jìn)行對(duì)照，確定相應(yīng)的下一個(gè)調(diào)整數(shù)值。為了這個(gè)目的可以利用最優(yōu)化算法。
根據(jù)另一個(gè)有利的額外的改進(jìn)，從不同的方向照射該物體。
用不同的發(fā)光強(qiáng)度照射物體是有利的。
根據(jù)另一個(gè)有利的額外的改進(jìn)，用不同數(shù)量的光源照射物體。
相對(duì)于最初描述類型的設(shè)備本發(fā)明的目的用權(quán)利要求書15的特征達(dá)到。為實(shí)現(xiàn)尤其是輪胎的物體的干涉測(cè)定，該設(shè)備包含一個(gè)用相干光尤其是激光照射物體的輻射源，和帶有一個(gè)為獲取由物體反射的光線的影像傳感器的攝像機(jī)。它也包含一個(gè)這樣的設(shè)備用適合第一影像區(qū)域的攝像機(jī)和/或輻射源的第一調(diào)節(jié)拍攝第一圖像，和用適合第二影像區(qū)域的攝像機(jī)和/或輻射源的第二調(diào)節(jié)拍攝第二圖像，以及包括一個(gè)用來合并兩張圖像的設(shè)備。
在相應(yīng)的從屬的權(quán)利要求書中公開了根據(jù)本發(fā)明該設(shè)備有利的額外的改進(jìn)。
以下在附圖中舉例說明和更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例。附圖顯示如下

圖1是輪胎和測(cè)量頭的側(cè)視圖；圖2是一個(gè)輪胎和一個(gè)改進(jìn)的測(cè)量頭，其中照射方向不同于曝光方向；圖3是一個(gè)帶有兩個(gè)圖1中所示類型測(cè)量頭的改進(jìn)實(shí)施例；圖4是一個(gè)帶有兩個(gè)圖2中所示類型測(cè)量頭的改進(jìn)實(shí)施例；圖5是用第一調(diào)節(jié)尤其是一個(gè)攝像機(jī)調(diào)節(jié)拍攝的第一圖像，該調(diào)節(jié)適合于第一影像區(qū)域；圖6是用第二調(diào)節(jié)尤其是一個(gè)攝像機(jī)調(diào)節(jié)拍攝的第二圖像，該調(diào)節(jié)適合于剩余的第二影像區(qū)域；圖7是一個(gè)由合并或組合后的第一圖像和第二圖像(局部圖像)構(gòu)成的圖像(完整圖像)；圖8是一個(gè)待測(cè)結(jié)構(gòu)部件的一個(gè)區(qū)域，其中該結(jié)構(gòu)部件由復(fù)合材料構(gòu)成并且從不同方向照射該部件；圖9是一個(gè)待測(cè)結(jié)構(gòu)部件的一個(gè)區(qū)域，其中該結(jié)構(gòu)部件由復(fù)合材料構(gòu)成并且用不同的發(fā)光強(qiáng)度照射該部件；圖10是一個(gè)待測(cè)結(jié)構(gòu)部件的一個(gè)區(qū)域，其中該結(jié)構(gòu)部件由復(fù)合材料構(gòu)成并且用不同數(shù)量的光源照射該部件，和圖11是在一個(gè)最優(yōu)化算法的幫助下，用來自動(dòng)確定攝像機(jī)調(diào)節(jié)和/或輻射源調(diào)節(jié)的參數(shù)的一個(gè)流程圖。
圖1顯示了輪胎測(cè)試裝置(圖中未示出)的一部分，其中處于未安裝狀態(tài)的輪胎3(即沒有輪緣的輪胎)位于一個(gè)水平支托(圖中未示出)上。一個(gè)測(cè)量頭1布置于輪胎3上方，即在位于輪胎3的開口4上方的區(qū)域中。測(cè)量頭1包含一個(gè)帶有輻射錐5的激光光源2和一個(gè)包含CCD傳感器6和帶有一個(gè)曝光錐8的透鏡系統(tǒng)7的攝像機(jī)。輪胎3的側(cè)面9的一部分由激光光源2發(fā)射的激光照射。從輪胎3的側(cè)面9反射的光由CCD傳感器6獲取。
為了便于輪胎3的整個(gè)外圍區(qū)域的檢查，輪胎可以繞著在輪胎測(cè)試裝置中的中心軸旋轉(zhuǎn)。
在依照?qǐng)D2的實(shí)施例中，激光源2布置在遠(yuǎn)離包含CCD傳感器6和透鏡系統(tǒng)7的攝像機(jī)的地方。因此，在輻射錐5中心中的照射方向10不同于在曝光錐8中心中的曝光方向11。
根據(jù)圖3的實(shí)施例提供兩個(gè)測(cè)量頭1、1’，其余則符合圖1所示的實(shí)施例中使用的測(cè)量頭。測(cè)量頭1和1’彼此相對(duì)，以便測(cè)量頭掃描偏移180°的輪胎3的側(cè)面9的區(qū)域。這意味著為了檢測(cè)整個(gè)側(cè)面9，輪胎3僅僅需要繞著其垂直中心軸旋轉(zhuǎn)180°。
根據(jù)圖4的實(shí)施例也提供兩個(gè)如圖2中所示類型的測(cè)量頭1、1’，其中這些測(cè)量頭相對(duì)彼此偏移180°，如在根據(jù)圖3的實(shí)施例中的情形。
在輪胎3的側(cè)面9的干涉測(cè)量方法中，側(cè)面9分別經(jīng)由輻射源2和2’發(fā)射的激光照射。從輪胎3的側(cè)面9反射的光分別由CCD傳感器6和6’獲取。最初用第一攝像機(jī)調(diào)節(jié)拍攝根據(jù)圖5的第一圖像。利用高放大系數(shù)生成這張圖像。中心影像區(qū)域12感光過度，沒提供任何有意義的測(cè)量信息。CCD傳感器的放大系數(shù)適合于外部影像區(qū)域13，為其獲得了有意義的測(cè)量信息。
接著拍攝根據(jù)圖6的第二圖像。用CCD傳感器6較小的放大系數(shù)拍攝這個(gè)圖像。該放大系數(shù)適合于中間影像區(qū)域12并且可以獲得用于中間影像區(qū)域12的有意義的測(cè)量信息。外部影像區(qū)域13看起來曝光不足并因此沒有提供任何有意義的測(cè)量信息。
然后將圖5的第一圖像和圖6的第二圖像彼此合并。這形成了圖7所示的整個(gè)影像區(qū)域(完整圖像)并且包含整個(gè)影像區(qū)域14的有意義的測(cè)量信息。
圖8顯示了復(fù)合材料構(gòu)成的飛機(jī)部件的一部分，其中被檢測(cè)部分以矩形形式說明。首先用布置于該部分左側(cè)上方的輻射源1.3照射該部分。生成的第一圖像1.9包含一個(gè)感光過度區(qū)域1.5和一個(gè)曝光不足區(qū)域1.7。在區(qū)域1.1獲得有意義的測(cè)量值。
然后用布置于該部分右側(cè)上方的另一個(gè)輻射源1.4照射該被檢測(cè)部件的部分。生成的第二圖像1.10包含一個(gè)感光過度區(qū)域1.6和一個(gè)曝光不足區(qū)域1.8。在區(qū)域1.2獲得有意義的測(cè)量值。
隨后將第一圖像1.9和第二圖像1.10合并成一個(gè)完整圖像1.11。該完整圖像1.11的整個(gè)區(qū)域包含有意義的測(cè)量值。在圖像1.9中，沒有提供任何有意義的測(cè)量值的區(qū)域1.5和1.7位于垂直中心線左側(cè)。在圖像1.10中，沒有提供任何有意義的測(cè)量值的區(qū)域1.6和1.8位于中心線右側(cè)。從不同方向?qū)Υ龣z測(cè)的部分進(jìn)行照射可以獲得僅包含有效測(cè)量值的完整圖像。從所示的不同方向照射物體。照射方向的變化通過在不同位置布置多個(gè)輻射源來實(shí)現(xiàn)。在所描述的實(shí)施例中，輻射源1.3和1.4位于物體的左側(cè)和右側(cè)。然而，利用一個(gè)可以被移動(dòng)或轉(zhuǎn)移到不同位置的輻射源也是可能的。拍攝幾個(gè)圖像1.9、1.10并且合并成一個(gè)分別相對(duì)于感光過度和曝光不足區(qū)域最優(yōu)化的完整圖像1.11。
待檢測(cè)部件的部分也以圖9中的矩形形式說明。在該例子中，所述部分用不同發(fā)光強(qiáng)度照射。最初將輻射源2的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)到一個(gè)低數(shù)值。根據(jù)傳感器1拍攝的圖像2.1在中心區(qū)域2.3提供有意義的測(cè)量值而在邊緣區(qū)域2.4曝光不足。當(dāng)拍攝第二圖像2.2時(shí)，設(shè)置執(zhí)行器從較低數(shù)值2.7到較高數(shù)值2.8，使得輻射源2現(xiàn)在具有一個(gè)較高的發(fā)光強(qiáng)度來拍攝第二圖像2.2。該圖像在中心區(qū)域2.5感光過度而在外部區(qū)域2.6提供有意義的測(cè)量值。通過合并兩張圖像2.1和2.2可獲得在整個(gè)影像區(qū)域中的有意義的測(cè)量值。發(fā)光強(qiáng)度可在濾波器的幫助下改變。
在圖10所示的實(shí)施例中，用不同數(shù)量的光源照射該物體。在該例子中，待測(cè)輪胎的整個(gè)區(qū)域也以矩形形式來標(biāo)明。該設(shè)備包括三個(gè)光源31、32、33，其在遠(yuǎn)離該部分的一個(gè)縱向側(cè)面處并且布置在平行于所述縱向側(cè)面的部分上方。傳感器1位于待測(cè)部分的相對(duì)面上。當(dāng)拍攝第一圖像3.6時(shí)僅打開兩個(gè)外部光源31和33。在該圖像中，在中心區(qū)域3.3獲得有意義的測(cè)量值，而邊緣區(qū)域3.4曝光不足。
當(dāng)拍攝第二圖像3.1時(shí)，打開所有三個(gè)光源31，32，33。中心區(qū)域3.5現(xiàn)在感光過度，而在圖像剩余區(qū)域中獲得有意義的測(cè)量值。在圖像3.6和3.1合并后，獲得一張?jiān)谡麄€(gè)影像區(qū)域中包含了有意義的測(cè)量值的圖像。光源31，32，33也可以相對(duì)于其他參數(shù)不同，例如，功率和/或發(fā)散率，以進(jìn)一步改善效果。
圖11顯示了一個(gè)用于不同圖像的優(yōu)化參數(shù)的流程圖。在開始步驟21中的優(yōu)化后，初始化參數(shù)，拍攝第一圖像并且在步驟22中確定相應(yīng)的評(píng)估數(shù)值。確定和調(diào)節(jié)新參數(shù)，拍攝另一個(gè)圖像并且在步驟23中確定相應(yīng)的評(píng)估數(shù)值。隨后在步驟24中檢查評(píng)估數(shù)值是否最佳。如果不是最佳，再次執(zhí)行步驟23。如果評(píng)估數(shù)值是最佳的，在步驟25中調(diào)節(jié)最佳參數(shù)。隨后在步驟26中檢查是否需要調(diào)節(jié)額外的參數(shù)，如果需要，再執(zhí)行步驟23。否則，參數(shù)最優(yōu)化在步驟27中結(jié)束。
下面的標(biāo)準(zhǔn)可以用于改變攝像機(jī)參數(shù)(曝光參數(shù))和/或輻射源參數(shù)(照射參數(shù))，即用于評(píng)估每個(gè)關(guān)于曝光不足的區(qū)域的獲得亮度或者增加亮度或者感光過度的區(qū)域的變暗的參數(shù)變化，這些標(biāo)準(zhǔn)分別是·在傳感器特性中由傳感器輸送的輸出信號(hào)位置；當(dāng)使用CDD傳感器時(shí)，輸送的平均灰度等級(jí)值應(yīng)該位于傳感器特性的線性區(qū)域中；·當(dāng)利用一個(gè)相移方法時(shí)，在由相移180°產(chǎn)生的灰度等級(jí)值和用相圖像計(jì)算確定的對(duì)照值之間的差異可被最大化；·感光過度的影像區(qū)域和像素可被最小化。
為了確定最佳攝像機(jī)調(diào)節(jié)(曝光調(diào)節(jié))和/或輻射源調(diào)節(jié)(照射調(diào)節(jié))，可為單獨(dú)影像區(qū)域連續(xù)優(yōu)化調(diào)節(jié)。在干涉測(cè)定的方法中，對(duì)于這個(gè)目來說兩個(gè)或者三個(gè)調(diào)節(jié)通常足以，即一個(gè)暗調(diào)節(jié)，一個(gè)亮調(diào)節(jié)，和如果需要，一個(gè)中間調(diào)節(jié)。然而，利用任意數(shù)量的調(diào)節(jié)也是可能的。
依靠視覺評(píng)估或者基于上述標(biāo)準(zhǔn)，可以手動(dòng)確定相應(yīng)的調(diào)節(jié)。然而，多數(shù)情況下，借助一個(gè)最優(yōu)化算法幫助，讓調(diào)節(jié)自動(dòng)適應(yīng)相應(yīng)待測(cè)物體表面或物體表面區(qū)域是有意義的。
為這個(gè)目的，尤其是基于上述標(biāo)準(zhǔn)，定義了缺省數(shù)值。通過反復(fù)改變各自攝像機(jī)參數(shù)(曝光參數(shù))和/或輻射源參數(shù)(照射參數(shù))，相對(duì)于不同缺省數(shù)值拍攝并且評(píng)估不同的圖像，直到達(dá)到最優(yōu)為止。這意味著可為每個(gè)圖像確定評(píng)估數(shù)值，并且與缺省數(shù)值相比較，直到評(píng)估數(shù)值很大程度上符合缺省數(shù)值為止。這樣，同時(shí)改變所有參數(shù)是可能的。然而，在多數(shù)情況下連續(xù)優(yōu)化參數(shù)是有利的。
另外，在最優(yōu)化期間系統(tǒng)地循環(huán)各自參數(shù)的所有可能值是可能的。然而，在多數(shù)情況下，基于為每個(gè)單個(gè)圖像確定的評(píng)估數(shù)值和與缺省數(shù)值的對(duì)照，確定各自的下一個(gè)參數(shù)數(shù)值是更有意義的。這使得盡可能快地確定最佳參數(shù)值成為可能。為了這個(gè)目的可以利用已知的最優(yōu)化算法。
本發(fā)明提出了一種方法，其中多個(gè)單獨(dú)的測(cè)量如果需要，還與單獨(dú)圖像的單獨(dú)像素中的額外質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的考慮相結(jié)合。用不同的攝像機(jī)調(diào)節(jié)(放大系數(shù)，光圈，快門速度等)拍攝單獨(dú)的圖像，即在攝像機(jī)的視角中為各自的影像區(qū)域分別對(duì)調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)選。例如，在暗影像區(qū)域中使用高放大系數(shù)數(shù)值，以實(shí)現(xiàn)最佳輸入信號(hào)，而對(duì)于高反射和因此明亮的影像區(qū)域使用低放大系數(shù)數(shù)值，如果需要，并結(jié)合一個(gè)縮短的曝光時(shí)間。
最好用不同的參數(shù)，尤其是攝像機(jī)參數(shù)，在最快的可能連續(xù)中拍攝各自圖像，以描述大致相同的變形狀態(tài)。如果各自變形狀態(tài)用時(shí)間或空間的相移方法計(jì)算，計(jì)算出的對(duì)照影像可用來作為單獨(dú)像素質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)?？梢杂貌煌椒▽?shí)現(xiàn)用不同參數(shù)或攝像機(jī)參數(shù)所得到的變形信息的合并，例如，依靠基于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)像素的單個(gè)信息進(jìn)行加權(quán)平均或者依靠選擇對(duì)更高或最高質(zhì)量做出貢獻(xiàn)的單個(gè)貢獻(xiàn)值。
尤其當(dāng)大部分用來照射物體或輪胎的光線在入射方向被反射并且隨后分別投射在影像傳感器或者CDD傳感器上時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉感光過度區(qū)域。如果適宜地布置一個(gè)或多個(gè)光源，使得這些光源在遠(yuǎn)離影像傳感器或者CDD傳感器處以明顯的側(cè)向間距設(shè)置、且曝光方向明顯不同于照射方向，這樣可以減少或者甚至可以完全消除回到傳感器的直接反射并且可以減小或者防止感光過度的影像區(qū)域的不期望的效應(yīng)。這使得該布置對(duì)于物體表面法線方向上的變形不很敏感，而對(duì)平面內(nèi)的變形(也就是物體表面方向的變形)更敏感。
權(quán)利要求
1.一種用于物體(3)的外形測(cè)定和/或變形測(cè)定的方法，其中物體(3)由尤其是結(jié)構(gòu)光的光線照射，該光線由一個(gè)輻射源發(fā)出并尤其包括相干光線(5)或部分相干光線，尤其是激光，而物體(3)反射的光線由帶有一個(gè)影像傳感器(6)的攝像機(jī)來獲取，其特征在于，用適合于第一影像區(qū)域(13)的攝像機(jī)和/或輻射源的第一調(diào)節(jié)來拍攝第一圖像(圖5)，用適合于第二影像區(qū)域(12)的攝像機(jī)和/或輻射源的第二調(diào)節(jié)來拍攝第二圖像(圖6)，兩張圖像被合并(圖7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過每個(gè)像素信息的平均來進(jìn)行圖像合并，最好基于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平均。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過選擇具有更高質(zhì)量的信息來進(jìn)行圖像合并。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用第一調(diào)節(jié)和第二調(diào)節(jié)分別拍攝多張圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，由使用第一調(diào)節(jié)和/或第二調(diào)節(jié)拍攝的圖像形成一個(gè)平均數(shù)值。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法通過物體(3)的第一狀態(tài)來實(shí)施，隨后通過相對(duì)于第一狀態(tài)變形的物體(3)的第二狀態(tài)來實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在物體(3)不同狀態(tài)下拍攝的圖像之間形成有差別。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，照射方向(10，10’)不同于曝光方向(11，11’)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，手動(dòng)確定攝像機(jī)和/或輻射源的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，依靠最優(yōu)化算法確定攝像機(jī)和/或輻射源的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，依靠反復(fù)變化確定攝像機(jī)和/或輻射源的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從不同方向照射該物體。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用不同的發(fā)光強(qiáng)度照射該物體。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用不同數(shù)量的光源(1，2，3)照射該物體。
15.一種用于物體(3)的外形測(cè)定和/或變形測(cè)定的設(shè)備，該設(shè)備帶有用尤其是結(jié)構(gòu)光的光線照射該物體(3)的輻射源(2)，其中該光線尤其包括相干光線(5)或部分相干光線，尤其是激光；并帶有一個(gè)包含用于獲取由物體(3)反射的光線的影像傳感器(6)的攝像機(jī)，其特征在于，提供一種用于用適合于第一影像區(qū)域(13)的攝像機(jī)和/或輻射源的第一調(diào)節(jié)來拍攝第一圖像并用適合于第二影像區(qū)域(12)的攝像機(jī)和/或輻射源的第二調(diào)節(jié)來拍攝第二圖像的設(shè)備，并提供一種用于合并兩張圖像的設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，用于合并兩張圖像的設(shè)備包括一個(gè)用于平均每個(gè)像素信息的設(shè)備，最好基于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平均。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的設(shè)備，其特征在于，用于合并圖像的設(shè)備包括用于選擇最高質(zhì)量信息的設(shè)備。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，其包括權(quán)利要求4至13中的至少一項(xiàng)特征。
全文摘要
本發(fā)明用于物體的外形測(cè)定和/或變形測(cè)定，尤其是輪胎或者復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件。物體由光線照射，尤其是結(jié)構(gòu)光，由輻射源發(fā)射且尤其包括相干光或部分相干光，特別是激光。經(jīng)物體反射的光線由帶有一個(gè)影像傳感器的攝像機(jī)獲取。為了改善影像質(zhì)量，用適合第一影像區(qū)域(13)的攝像機(jī)和/或輻射源的第一調(diào)節(jié)來拍攝第一圖像。此外，用適合于第二影像區(qū)域(12)的攝像機(jī)和/或輻射源的第二調(diào)節(jié)來拍攝第二圖像。將兩張圖像組合。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1542426SQ20041003669
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者H·斯坦比赫勒, R·伯格, T·邁爾, H 斯坦比赫勒 申請(qǐng)人:斯坦比赫勒光學(xué)技術(shù)有限責(zé)任公司