DE19748062C2

DE19748062C2 - Verfahren und Einrichtung zur dreidimensionalen optischen Vermessung von Objekten

Info

Publication number: DE19748062C2
Application number: DE1997148062
Authority: DE
Inventors: Bernward Maehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: DE19748062A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtung zur dreidimensionalen, optischen Ver messung von Objekten. Es gibt mittlerweile eine Reihe von optischen Meßverfahren, die durch Projektion von Lichtmustern, welche in der Regel mit einer Videokamera aufge zeichnet werden, die flächenhafte Berechnung von dreidimensionalen Konturdaten er möglichen. Zu diesen Verfahren gehört beispielsweise die 3D Konturvermessung mittels projizierter Streifen. Zur Berechnung der dreidimensionalen Gestalt eines Objektes wird hierbei ein digitales Bildverarbeitungssystem verwendet, das aus einem oder mehreren Kamerabildern die gewünschten Ergebnisdaten berechnet. Die bekanntesten Verfahren sind das Verfahren des codierten Lichtansatzes. (T. G. Stahs, F. M. Wahl, "Close Range Photogrammetry Meets Machine Vision", SPIE Vol. 1395 (1990) S. 496-503) oder ein mittels Phasenshift und rotierendem Liniengitter arbeitendes Projektionsverfahren (Patentschrift US 5289264).

Um eine Triangulation auf den Bilddaten, daß heißt eine Umrechnung von Kamerabild punkten in räumliche Objektkoordinaten durchführen zu können, muß das Meßsystem zur Bestimmung aller für die Triangulationsrechnung relevanten geometrischen Parameter kalibriert werden. Um eine hohe Genauigkeit des Meßsystems zu erzielen, reicht es hier bei nicht aus, die Lage der dem Meßobjekt zugewandten Hauptpunkte von Kamera- und Projektorobjektiv sowie die Winkelstellung zwischen den optischen Achsen von Kamera und Projektor zu ermitteln, sondern es müssen ferner nicht vernachlässigbare Abbildungs fehler in der Optik, insbesondere die radialsymmetrische Verzeichnung bestimmt oder durch ein numerisches Verfahren approximiert werden. Zur Kalibrierung des Meßsystems werden deshalb spezielle Kalibrierkörper verwendet, die Muster oder sonstige Merkmale mit bekannten geometrischen Abmessungen besitzen. Die Kalibrierung erfolgt durch Auf nahme und Auswertung des Kalibrierkörpers in unterschiedlichen Positionen zum Meß system.

Um eine Kalibrierung insbesondere an den Rändern des Projektionsfeldes des Projektors bzw. des Bildfeldes der Kamera durchführen zu können, muß der Kalibrierkörper dabei in etwa so groß wie die laterale Ausdehnung des Meßvolumens ausgelegt werden. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, weil in den Randbereichen die Verzeichnungsfehler der abbildenden Optiken in der Regel am größten sind.

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß bei jeder Umrüstung des Meßsystems auf eine andere Größe des Meßvolumens neu kalibriert werden muß, insbesondere weil die Objektive von Kamera und Projektor auf den neuen Objektabstand eingestellt bzw. verstellt werden müssen. Da der Vorgang der Kalibrierung aufwendig ist und einen teuren, weil aus hochwertigem, formbeständigen und biegestei fem Material gefertigten, Kalibrierkörper erfordert, werden Präzisionsmeßsysteme für un veränderbar festgelegte Meßvolumen angeboten. Es wäre sonst für unterschiedlich große Meßvolumen auch ein ganzer Satz unterschiedlich großer Kalibrierkörper notwendig. Dabei würden die bei dieser Technik verwendeten Projektoren und Kameras wie in an deren Anwendungsfällen auch, also z. B. bei Diaprojektion oder Videoaufnahmen, durch aus die Ausleuchtung bzw. Aufnahme völlig unterschiedlich großer Objekte zulassen.

Auf der Anwendungsseite kommt der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung beson dere Bedeutung bei sehr großen, z. B. im Bereich von mehreren Kubikmetern liegenden Meßvolumen oder mikroskopisch kleinen Meßvolumen zu:

Bei sehr großen Meßvolumen ist die Herstellung einer entsprechend großen und damit schweren Kalibriervorrichtung sehr teuer oder praktisch ganz unmöglich. Bei sehr kleinen Meßvolumen im mikroskopischem Bereich ist zwar die Herstellung der Kalibriervorrich tung vom Gewicht her unproblematisch aber durch die Miniaturisierung ebenfalls kost spielig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kalibrierung und Fokussierung des Projektor/Kamera-Gespanns anzugeben, welche eine Kalibrierung des Meßsystems ermöglichen, die ihre Gültigkeit unabhängig von der Größe des später verwendeten Meßvolumens beibehält und so das Vermessen unterschiedlich großer Ob jekte ohne Neukalibrierung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 aufgeführte Verfahren und die in An spruch 13 angegebene Einrichtung gelöst. Das in Patentanspruch 8 angegebene Verfahren erlaubt die vollständige Kalibrierung des Meßsystems und paßt so zum in Patentan spruch 1 angegebenen Verfahren. Es kann aber auch als eigenständiges Verfahren ange wendet werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren nach Anspruch 1 ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Objektivs der Kamera werden erfindungsgemäß aus einer definierten, also nach Betrag und Richtung bekannten Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegeneinander zur Änderung der optischen Streckenlänge zwischen dem Bildsensor und dem Objektiv der Kamera und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung hervorgerufenen Ver schiebungen der Abbildungen von Objektpunkten auf dem Bildsensor der Kamera be stimmt. Somit sind Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Objektivs der Kamera eindeutig bestimmt.

Zur Fokussierung der Kamera auf den Meßabstand wird erfindungsgemäß die optische Streckenlänge zwischen Bildsensor und Objektiv der Kamera durch die dazu nötige Ver schiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegeneinander so eingestellt, daß das zu vermessende Objekt scharf auf dem Bildsensor der Kamera abgebildet wird. Ist der Bildsensor gegenüber dem Objektiv der Kamera insbesondere zur Fokussierung der Kamera verschoben worden, so wird nun erfindungsgemäß der zu jedem Bildpunkt des Bildsensors gehörende Beobachtungshauptstrahl auf der Gegenstandsseite des Kame raobjektivs aus der vorgenommenen Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegeneinander sowie Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Kameraobjektivs ermittelt. Dies wird durch die zuvor durchgeführte innere Kalibrierung der Kamera ermöglicht. Auf eine erneute Kalibrierung der Kamera kann deshalb verzichtet werden.

Der Ort der Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf der Gegenstandsseite des Projektorobjektivs wird erfindungsgemäß aus einer definierten Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander zur Änderung der op tischen Streckenlänge zwischen dem Projektionsgitter und dem Objektiv des Projektors und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung hervorgerufenen Verschiebungen der Projektionsmuster auf einem Objekt, das sich auf der Bildseite des Projektorobjektivs befindet, bestimmt. Somit sind Ort und Richtung der Projektionshauptstrahlen oder Licht schnittebenen auf der Gegenstandsseite des Projektorobjektivs eindeutig bestimmt. Zur Fokussierung des Projektors auf den Meßabstand wird erfindungsgemäß die optische Streckenlänge zwischen Projektionsgitter und Objektiv des Projektors durch die dazu nötige Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinan der so eingestellt, daß die durch das Projektionsgitter erzeugten Lichtmuster scharf auf dem zu vermessenden Objekt abgebildet werden.

Ist das Projektionsgitter gegenüber dem Objektiv des Projektors insbesondere zur Fo kussierung des Projektors verschoben worden, so wird nun erfindungsgemäß der zu je dem Punkt des Projektionsgitters gehörende Projektionshauptstrahl oder die zu jeder Linie des Projektionsgitters gehörende Lichtschnittebene auf der Bildseite des Projektor objektivs aus der vorgenommenen Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander sowie Ort und Richtung der Projektionshauptstrahlen bzw. Lichtschnittebenen auf der Gegenstandsseite des Projektorobjektivs ermittelt. Dies wird durch die zuvor durchgeführte innere Kalibrierung des Projektors ermöglicht. Auf die erneute Kalibrierung des Projektors kann deshalb ebenfalls verzichtet werden.

Sind die optischen Abbildungsfehler der Objektive in Relation zur geforderten System genauigkeit vernachlässigbar, so wird gemäß einem Aspekt der Erfindung die durch die Kalibrierung ermittelte innere Strahlengeometrie von Projektor und Kamera auf deren äußere Strahlengeometrie übertragen, wobei gegebenenfalls bekannte Kenngrößen der abbildenden Optiken berücksichtigt werden. Das bedeutet, daß dann Ort und Lage der Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen im Projektionskegel des Projektors und Ort und Lage der Beobachtungshauptstrahlen auf der Gegenstandsseite des Kameraob jektivs ebenfalls bestimmt sind. Die Positionen von Kamera und Projektor im Raum sind damit jedoch noch nicht bekannt. Deshalb wird nach Anspruch 8 erfindungsgemäß unter Verwendung der bekannten äußeren Strahlengeometrie der Kamera die Position der Kamera relativ zu einem für die Kalibrierung verwendeten Kalibrierkörper bestimmt. Die Position der Ka mera gegenüber dem Kalibrierkörper wird erfindungsgemäß aus den Schnittpunkten von Beobachtungsstrahlen mit dem Kalibrierkörper berechnet.

Ferner wird erfindungsgemäß unter Verwendung der bekannten äußeren Strahlen geometrie des Projektors die Position des Projektors relativ zu diesem Kalibrierkörper bestimmt. Die Position des Projektors gegenüber dem Kalibrierkörper wird erfindungs gemäß aus den Schnittpunkten von Projektionshauptstrahlen bzw. aus den Schnittlinien von Lichtschnittebenen mit dem Kalibrierkörper berechnet.

Damit ist das Meßsystem vollständig kalibriert.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die zur Kalibrierung vorgesehene Einrichtung gleichzeitig zur stufenlosen Fokussierung des Meßsystems auf unterschiedlichste Meß abstände verwendet.

Die Verschiebeeinrichtungen sind vorteilhafterweise als präzis arbeitende Linearversteller ausgebildet und stellen sicher, daß die Kalibrierung mit hoher Genauigkeit erfolgt und daß die Objektive von Kamera und Projektor für eine Neufokussierung des Meßsystems nicht verstellt werden müssen. Die ungewollten Änderungen der Abbildungsfehler durch das Verdrehen und Verschieben der Linsensysteme innerhalb der Objektive werden dadurch vollständig vermieden.

Die Kalibrierung erfolgt nun nicht mehr zwangsläufig bei der für die Messung verwende ten Meßfeldgröße, sondern vielmehr bei einer Meßfeldgröße, welche allein unter den Ge sichtspunkten günstiger Herstellbarkeit der Kalibriervorrichtung sowie leicht handhabba rer Abmessungen ausgewählt wird. Das einmal kalibrierte System kann dann einfach an unterschiedliche Meßabstände bzw. Meßvolumen angepaßt werden, ohne daß eine Neu kalibrierung erforderlich ist.

Ein weiterer entscheidender Vorteil bezüglich der Genauigkeit der Kalibrierung ist bei diesem neuen Verfahren dadurch gegeben, daß sowohl kamera- als auch projektorseitig keine besonderen Anforderungen an die verwendeten Objektive gestellt werden, da einzig eine geradlinige Ausbreitung der Lichtstrahlen außerhalb der Objektive vorausgesetzt wird.

Sind hingegen die optischen Abbildungsfehler der Objektive vernachlässigbar, so erübrigt sich eine gesonderte Kalibrierung der äußeren Strahlengeometrie von Projektor und Ka mera. Es ist dann nur noch die Stellung von Projektor und Kamera zueinander zu ermit teln. Dies erfolgt, ohne daß hierzu der Kalibrierkörper bewegt werden muß. Die sonst übliche Verschiebeeinrichtung zum definierten Verfahren des Kalibrierkörpers gegenüber dem Meßsystem entfällt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen er läutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Gesamtdarstellung eines Meßsystems zur optischen Vermessung von Objekten

Fig. 2: die Darstellung der Kalibrierung des inneren Strahlenganges der Kamera

Fig. 3: die Darstellung der Kalibrierung des inneren Strahlenganges des Projektors

Fig. 4: die Anpassung des Meßsystems an unterschiedlich große Meßvolumen

Fig. 5: die Darstellung der Kalibrierung der Positionen von Kamera und Projektor im Raum

Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Einrichtung zur opti schen Vermessung von Objekten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Einrichtung zur optischen Vermessung eines Objektes 4 enthält eine Projektionseinrich tung, bestehend aus Lichtquelle 1, Projektionsgitter 2 und Optik 8, mit der Lichtmuster 3 auf dem zu vermessenden Objekt 4 erzeugt werden. Mittels einer Optik 9 werden Abb. 5 der auf das Objekt 4 projizierten Lichtmuster auf einem Bildsensor 6 erzeugt. Optik 9 und Bildsensor 6 können Bestandteile einer Kamera bzw. Videokamera sein. Mittels eines Bildverarbeitungssystems 7 wird aus den Abbildungen der projizierten Lichtmuster 3 die Oberflächenkontur des zu vermessenden Objekts 4 berechnet. Das Bildverarbeitungssystem 7 kann aus einem Microcomputer mit eingebauter Bildeinzugs karte (Framegrabber) bestehen.

Zur Änderung der optischen Streckenlänge zwischen dem Bildsensor 6 und der Kamera optik 9 ist der Bildsensor 6 auf einem Linearversteller 11 montiert der parallel zur opti schen Achse der Kameraoptik 9 ausgerichtet ist.

Zur Änderung der optischen Streckenlänge zwischen Projektionsgitter 2 und der Projek toroptik 8 ist das Projektionsgitter 2 auf einem Linearversteller 10 montiert der parallel zur optischen Achse der Projektoroptik 8 ausgerichtet ist.

Ein weiterer Linearversteller 12 dient zur gezielten Verstellung der Triangulationsbasis, d. h. des Abstandes zwischen Projektor und Kamera. In der in Fig. 1 gezeigten Anord nung sind dabei Bildsensor 6, Optik 9 und Linearversteller 11 auf dem Verschiebetisch des Linearverstellers 12 montiert und können gemeinsam durch den Linearversteller 12 verschoben werden.

Aus Komfortgründen sowie um Fehlbedienungen des Operators bei manueller Einstellung zu vermeiden, werden alle Linearversteller über das Steuergerät 13 motorisch angetrie ben. Das Steuergerät 13 wird wiederum vom Microcomputer des Bildverarbeitungs systems 7 kontrolliert, so daß dem System die Positionen der Linearversteller jederzeit bekannt sind.

Die Kalibrierung des äußeren Strahlenbündels von Projektor und Kamera erfolgt entwe der nach dem in Patentanspruch 4 angegebenen Verfahren oder nach einem der bekannten Verfahren, z. B. durch Verwendung einer Platte mit Kreismarken, welche senkrecht zu ihrer vorderen Planfläche verschoben wird. Hieraus erhält man für jeden Punkt des Pro jektionsgitters die Lage und die Richtung des Projektionshauptstrahles p bzw. für jede Gitterlinie die Lage der Lichtschnittebene auf der Bildseite der Projektoroptik 8. Ferner erhält man für jeden Bildpunkt der Kamera die Lage und die Richtung des Beobachtungs hauptstrahles b auf der Gegenstandsseite der Kameraoptik 9.

Fig. 2 zeigt schematisch den Vorgang der Kalibrierung des inneren Hauptstrahlenbün dels der Kamera. Zur Berechnung des Hauptstrahlenrichtungsvektors innerhalb der Kamera zwischen Optik 9 und Bildsensor 6 wird eine Kalibriermarke angedeutet durch den Vektor verwendet. Durch Verschieben des Bildsensors um bewegt sich die Abbildung der Kalibriermarke lateral um auf dem Bildsensor. Hieraus kann dem Beobachtungshauptstrahl b zusätzlich zum Bildpunkt bzw. Ortsvektor ein Hauptstrah lenrichtungsvektor = + zugeordnet werden und umgekehrt. Über den Ortsvek tor und den Hauptstrahlenvektor kann für den Beobachtungshauptstrahl b der Orts vektor ermittelt werden, der sich nach einer Verschiebung des Bildsensors 6 in eine neue Position, z. B. zur Fokussierung auf einen neuen Meßabstand ergibt. Umgekehrt kann jedem Bildpunkt durch Berechnung des Bildpunktes der Beobachtungshaupt strahl b an der neuen Position des Bildsensors 6 zugeordnet werden.

Der Betrag der Verschiebung wird so gewählt, daß die hierbei unvermeidlich auftre tende Defokussierung des Objektes noch vernachlässigbar ist. Dies ist ohne weiteres möglich, da das Kameraobjektiv bei dieser Meßtechnik ohnehin stark abgeblendet werden muß, um eine möglichst hohe Tiefenschärfe zu erreichen. Werden umgekehrt als Kali briermarken die Mittelpunkte relativ großer Kreismarken auf dem Kalibrierkörper ver wendet, so kann die Verschiebung vergrößert werden. Zur Bestimmung des inneren Hauptstrahlenbündels der Kamera werden keinerlei Annahmen über die geometrische An ordnung der Kalibriermarken auf dem Kalibrierkörper oder den Strahlenverlauf auf der Gegenstandsseite der Optik 9 gemacht. Es wird lediglich vorausgesetzt, daß der Kali brierkörper seine Position relativ zum Meßsystem nicht ändert. Abbildungsfehler des Ka meraobjektivs spielen also keine Rolle.

Fig. 3 zeigt schematisch den Vorgang der Kalibrierung des inneren Hauptstrahlenbün dels des Projektors zwischen Projektionsgitter 2 und Optik 8. Sie erfolgt analog zur Kali brierung der Kamera. Zur Berechnung des Strahlenganges innerhalb des Projektors wird ein Kalibrierkörper 4 oder ein beliebiges anderes Objekt geeigneter Größe verwendet. Durch Verschieben des Projektionsgitters 2 verschieben sich die Linienmuster auf dem Objekt 4. Am Bildpunkt des Bildsensors 6 wird beobachtet, welche Linien- bzw. Pha senverschiebung durch das Verschieben des Projektionsgitters 2 um den Verschie bungsvektor hervorgerufen wird. Hierdurch kann jedem Projektionshauptstrahl p bzw. jeder Lichtschnittebene zusätzlich zum Gitter- bzw. Ortsvektor ein Hauptstrah lenrichtungsvektor = + zugeordnet werden und umgekehrt. Über Gittervektor und Richtungsvektor kann für jeden Projektionshauptstrahl p bzw. jede Lichtschnitt ebene der Punkt bzw. die Linie des Projektionsgitters 2 ermittelt werden, die sich nach Verschieben des Projektionsgitters 2 um den Vektor auf eine neue Position, z. B. zur Fokussierung auf einen neuen Meßabstand ergibt. Umgekehrt kann jedem Punkt bzw. jeder Linie des Projektionsgitters der Projektionshauptstrahl p bzw. die Lichtschnitt ebene an der neuen Position des Projektionsgitters zugeordnet werden.

Eine Anpassung des Systems auf unterschiedlich große Meßvolumen ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Sie zeigt die Anpassung des Systems von einem Objekt, repräsentiert durch den Vektor , auf ein größeres Objekt repräsentiert durch den Vektor . Durch Verschieben von Projektionsgitter 2 entlang des Verschiebungsvektors mittels Linear versteller 10 wird das Projektionsgitter 2 auf scharfgestellt und durch Verschieben des Bildsensors 6 entlang des Vektors mittels Linearversteller 11 wird scharf auf dem Bildsensor 6 abgebildet. Die Triangulationsbasis wird durch Verschieben der Kamera entlang des Vektors mittels Linearversteller 12 an das größere Meßvolumen angepaßt. Die für die Triangulation benötigten geometrischen Kennwerte werden in diesem Fall zweckmäßigerweise durch Berücksichtigung der Verschiebung der Kamera um Vektor angepaßt. Durch Verwendung eines präzis arbeitenden Linearverstellers wird sicherge stellt, daß mit hoher Genauigkeit bekannt ist.

Die Fig. 5 zeigt die Darstellung der Kalibrierung der Positionen von Kamera und Pro jektor im Raum. Die Kalibrierung wird exemplarisch in der Triangulationsebene für den Projektor durchgeführt und soll im wesentlichen nur zeigen, daß eine Kalibrierung durch geführt werden kann, ohne daß dabei der Kalibrierkörper in mehr als einer Position be nötigt wird.

Die Kalibrierung der Kamera erfolgt analog hierzu unter Ausnutzung exakt der gleichen Winkel- und Streckenbeziehungen.

Die Berechnung der Position des Projektionsgitters 2 zur Kalibrierplatte 10 erfolgt durch Verwendung der drei Kalibriermarken K₁, K₂ und K₃. Damit sind die Strecken C₁ und C₂ bekannt.

Sind die optischen Abbildungsfehler der Optik 8 vernachlässigbar so bleiben Streckenver hältnisse durch die Abbildung erhalten und es gilt:

und

α₁' = arctan(κ^-1tan(α₁))
α₂' = arctan(κ^-1tan(α₂))
α₃' = arctan(κ^-1tan(α₃))

κ ist dabei die für ein Linsensystem mit idealen optischen Abbildungseigenschaften cha rakteristische Konstante.

Zunächst wird die Winkelstellung des Projektionsgitters 2 zur Kalibrierplatte 10 durch Berechnung des Winkels β berechnet. Unter Verwendung des Sinussatzes für Dreiecke sowie eines Additionstheorems trigonometrischer Funktionen für die Summe von Win keln gilt:

mit:

sin(β + α₁') = sinβcosα₁' + cosβsinα₁'
sin(β + α₂') = sinβcosα₂' + cosβsinα₂'

und unter Einführung der Konstanten:

gilt:

Durch Berechnung des Dreieckes K3, K1, F_P kann schließlich die Position des Haupt punktes F_P berechnet werden. Damit ist die Position des Projektors vollständig bestimmt, ohne daß hierzu Kalibrierkörper 10 bewegt werden mußte. Die Bestimmung, welche Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf den drei Kalibriermarken K₁, K₂ und K₃ auftreffen, erfolgt zweckmäßigerweise über den Bildsensor 6 und das daran ange schlossene Bildverarbeitungssystem.

Claims

1. Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung von Objekten, bei dem mittels eines Projektionsgitters und eines Projektors Lichtmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert, Abbildungen von den auf das zu vermessende Objekt projizierten Lichtmustern auf dem Bildsensor einer Kamera erzeugt, aus den erzeugten Abbildungen Projektions strahlen oder Lichtschnittebenen bestimmt werden, und durch Verschneidung der Projek tionsstrahlen oder Lichtschnittebenen mit den Beobachtungsstrahlen der Kamera über eine Triangulationsrechnung die Oberflächenkontur des Objektes berechnet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Objektivs der Kamera aus einer definierten Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Ka mera gegeneinander zur Änderung der optischen Streckenlänge zwischen dem Bildsensor und dem Objektiv der Kamera und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung her vorgerufenen Verschiebungen der Abbildungen von Objektpunkten auf dem Bildsensor der Kamera bestimmt werden,
daß die Kamera auf den Meßabstand durch die dazu nötige Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegeneinander so eingestellt wird, daß das zu vermessende Objekt scharf auf dem Bildsensor der Kamera abgebildet wird,
daß der zu jedem Bildpunkt des Bildsensors gehörende Beobachtungshauptstrahl auf der Gegenstandsseite des Kameraobjektivs bei der vorgenommenen Verschiebung des Bild sensors und des Objektivs der Kamera gegeneinander über Ort und Richtung der Beob achtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Kameraobjektivs ermittelt wird,
daß Ort und Richtung der Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf der Ge genstandsseite des Objektivs des Projektors aus einer definierten Verschiebung des Pro jektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander zur Änderung der opti schen Streckenlänge zwischen dem Projektionsgitter und dem Objektiv des Projektors und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung hervorgerufenen Verschiebungen der projizierten Lichtmuster auf dem Objekt bestimmt werden,
daß der Projektor auf den Meßabstand durch die dazu nötige Verschiebung des Projek tionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander so eingestellt wird, daß die durch das Projektionsgitter erzeugten Lichtmuster scharf auf dem zu vermessenden Ob jekt abgebildet werden,
daß der zu jedem Punkt des Projektionsgitters gehörende Projektionshauptstrahl oder die zu jeder Linie des Projektionsgitters gehörende Lichtschnittebene auf der Bildseite des Projektorobjektivs bei der vorgenommenen Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander aus Ort und Richtung der Projektionshaupt strahlen oder Lichtschnittebenen auf der Gegenstandsseite des Projektorobjektivs ermit telt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegen einander als geradlinige Verschiebung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegen einander durch die Verschiebung des Bildsensors bei feststehendem Kameraobjektiv durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander als geradlinige Verschiebung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander durch die Verschiebung des Projektionsgitters bei feststehendem Projek torobjektiv durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Triangulationsbasis an die Größe des Meßvolumens Kamera und Projektor definiert, vorzugsweise geradlinig und parallel zu der durch die optischen Ach sen von Kamera und Projektor aufgespannten Triangulationsebene, gegeneinander ver schoben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur gezielten Änderung des Meßvolumens Kamera und Projektor definiert, im we sentlichen in der durch die optischen Achsen von Kamera und Projektor aufgespannten Triangulationsebene gegeneinander verdreht werden.

8. Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung von Objekten, bei dem mittels eines Projektionsgitters und eines Projektors Lichtmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert, Abbildungen von den auf das zu vermessende Objekt projizierten Lichtmustern auf dem Bildsensor einer Kamera erzeugt, aus den erzeugten Abbildungen Projektions strahlen oder Lichtschnittebenen bestimmt werden, und durch Verschneidung der Projek tionsstrahlen oder Lichtschnittebenen mit den Beobachtungsstrahlen der Kamera über eine Triangulationsrechnung die Oberflächenkontur des Objektes berechnet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Bildseite des Objektivs der Kamera aus einer definierten Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Ka mera gegeneinander zur Änderung der optischen Streckenlänge zwischen dem Bildsensor und dem Objektiv der Kamera und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung her vorgerufenen Verschiebungen der Abbildungen von Objektpunkten auf dem Bildsensor der Kamera bestimmt werden, daß aus den so bestimmten Hauptstrahlengängen auf der Bildseite des Kameraobjektivs Ort und Richtung der Beobachtungshauptstrahlen auf der Gegenstandsseite des Kame raobjektivs ermittelt werden,
daß über die Schnittpunkte von Beobachtungshauptstrahlen auf der Gegenstandsseite des Kameraobjektivs mit einem Kalibrierkörper die Position der Kamera zum Kalibrierkörper bestimmt wird,
daß Ort und Richtung der Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf der Ge genstandsseite des Objektivs des Projektors aus einer definierten Verschiebung des Pro jektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander zur Änderung der opti schen Streckenlänge zwischen dem Projektionsgitter und dem Objektiv des Projektors und einer Ausmessung der durch diese Verschiebung hervorgerufenen Verschiebungen der bildseitigen Projektionsmuster auf dem Objekt bestimmt werden,
daß aus den so bestimmten Hauptstrahlengängen auf der Gegenstandsseite des Projektor objektivs Ort und Richtung der Projektionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf der Bildseite des Projektorobjektivs ermittelt werden,
daß über die Schnittpunkte oder Schnittlinien von mit dem Projektor erzeugten Projek tionshauptstrahlen oder Lichtschnittebenen auf der Bildseite des Projektorobjektivs mit dem Kalibrierkörper die Position des Projektors zum Kalibrierkörper bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegen einander als geradlinige Verschiebung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Bildsensors und des Objektivs der Kamera gegen einander durch die Verschiebung des Bildsensors bei feststehendem Kameraobjektiv durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander als geradlinige Verschiebung durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Verschiebung des Projektionsgitters und des Objektivs des Projektors gegeneinander durch die Verschiebung des Projektionsgitters bei feststehendem Projek torobjektiv durchgeführt wird.

13. Einrichtung zur dreidimensionalen optischen Vermessung von Objekten mit einer Projektionseinrichtung bestehend aus Lichtquelle (1), Projektionsgitter (2) und Optik (8) zur Erzeugung von Lichtmustern (3) auf dem zu vermessenden Objekt (4), einer Optik (9) zur Erzeugung von Abbildungen (5) der auf das Objekt projizierten Lichtmuster (3) auf einem Bildsensor (6), und einem Bildverarbeitungssystem (7) zur Berechnung der Oberflächenkontur aus den erzeugten Abbildungen (5), gekennzeichnet durch eine mechanische Verschiebeeinheit (11) zur Änderung der optischen Streckenlänge zwi schen Optik (9) und Bildsensor (6) der Kamera durch Verschiebung des Bildsensors (6) und der Optik (9) der Kamera gegeneinander,
eine mechanische Verschiebeeinheit (10) zur Änderung der optischen Streckenlänge zwi schen Projektionsgitter (2) und Optik (8) des Projektors durch Verschiebung des Pro jektionsgitters (2) und der Optik (8) des Projektors gegeneinander,
Mittel zur Ausmessung von durch solche Verschiebungen hervorgerufenen Verschiebun gen von Abbildungen von Objektpunkten auf dem Bildsensor und von projizierten Licht mustern auf dem Objekt,
Mittel zur Bestimmung der Beobachtungs- und Projektionshauptstrahlen auf Bild- und Gegenstandsseite der Kamera- und Projektionsoptik daraus.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung von Kamera und Projektor auf einen gegebenen Meßabstand die optische Streckenlänge zwischen Optik (9) und Bildsensor (6) der Kamera bzw. zwischen Projektionsgitter (2) und Optik (8) des Projektors durch mechanische Verschiebeeinrich tungen (11 bzw. 10) verändert wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermessung der Verschiebungen von Objektpunkten auf dem Bildsensor (6) der Kamera aufgrund einer Änderung der optischen Streckenlänge zwischen Optik (9) und Bildsensor (6) der Kamera über das Bildverarbeitungssystem (7) erfolgt.

16. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermessung der Verschiebungen der Projektionsmuster (3) auf dem Objekt (4) aufgrund einer Änderung der optischen Streckenlänge zwischen Projektionsgitter (2) und Optik (8) des Projektors über den Bildsensor (6) der Kamera und das Bildverarbeitungs system (7) erfolgt.

17. Einrichtung nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der zur Scharfstellung von Projektor oder Kamera erforderlichen optischen Streckenlänge zwischen Projektionsgitter (2) und Optik (8) des Projektors bzw. zwischen Optik (9) und Bildsensor (6) der Kamera ein Bildverarbeitungssystem (7) verwendet wird.

18. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Triangulationsbasis an die Größe des Meßvolumens Kamera und Projektor durch eine Verschiebeeinrichtung (12), vorzugsweise geradlinig und parallel zur Triangulationsebene, gegeneinander verschoben werden.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Bildsensor (6), Optik (9) und Verschiebeeinrichtung (11) der Kamera zur Änderung der Länge der Triangulationsbasis gemeinsam durch einen Linearversteller verschoben werden.

20. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle (1), Projektionsgitter (2), Optik (8) und Verschiebeeinrichtung (10) des Projektors zur Änderung der Länge der Triangulationsbasis gemeinsam durch einen Li nearversteller verschoben werden.

21. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur gezielten Änderung des Meßvolumens Kamera und Projektor definiert, im we sentlichen in der durch die optischen Achsen von Optik (9) der Kamera und Optik (8) des Projektors aufgespannten Triangulationsebene mittels eines Drehverstellers gegeneinan der verdreht werden.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Bildsensor (6), Optik (9) und Verschiebeeinrichtung (11) der Kamera gemeinsam durch einen Drehversteller gedreht werden.

23. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle (1), Projektionsgitter (2), Optik (8) und Verschiebeeinrichtung (10) des Projektors gemeinsam durch einen Drehversteller gedreht werden.

24. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor (6) der Kamera zur Einstellung der optischen Streckenlänge zwischen Optik (9) und Bildsensor (6) der Kamera auf einem Linearversteller befestigt ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (9) der Kamera zur Einstellung der optischen Streckenlänge zwischen Op tik (9) und Bildsensor (6) der Kamera auf einem Linearversteller befestigt ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsgitter (2) des Projektors zur Einstellung der optischen Streckenlänge zwischen Optik (8) und Projektionsgitter (2) des Projektors auf einem Linearversteller befestigt ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (8) des Projektors zur Einstellung der optischen Streckenlänge zwischen Optik (8) und Projektionsgitter (2) des Projektors auf einem Linearversteller befestigt ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtungen bzw. Drehversteller motorisch angetrieben sind und de ren Bewegungen durch das Bildverarbeitungssystem (7) kontrolliert werden.