用于光学地形状检测和/或检查物体的方法和设备的制造方法
用于光学地形状检测和/或检查物体的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的方 法，以及一种根据权利要求9所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的设备。特别地，根 据本发明的方法和根据本发明的设备适用于形状检测和/或检查具有光学粗糙表面和/或 具有光泽表面直到光学光滑表面的物体。
【背景技术】
[0002] 用于光学地形状检测物体的设备和方法是已知的。存在许多测量原理，利用这些 测量原理可以在光学途径上检测出物体的三维形状。
[0003] ?三角测量法：
[0004] 激光切割方法
[0005] 条纹投影法
[0006] 立体方法
[0007] 摄影测量法
[0008] 光度立体法和"明暗成形法(英文:shape from shading)"
[0009] 光度偏转测量法 [0010]其他的偏转测量法
[0011] #干涉法：
[0012] 激光干涉法 [0013]白光干涉法
[0014] 全息摄影法
[0015] 籲运行时间法：
[0016]光源的尚频调制
[0017] 光学粗糙表面定义为，它们具有明显高于可见光波长(大致0.5微米)的粗糙度，而 光学光滑表面具有远低于该波长的粗糙度。由于这种特性，光学粗糙表面表现出光的不定 向的扩散式散射。对此的例子是纸、粉笔、毛玻璃等。与之相反，光学光滑表面以定向方式反 射或透射入射光。这些光学光滑表面能够产生其周围环境的光学映像。作为示例可以提到 的是平面的或成拱形的反射镜和抛光的金属和玻璃表面(透镜）。
[0018] 此外，以概念"光泽"来说明如下的表面，这些表面的光学粗糙度处于光学粗糙表 面和光学光滑表面之间的过渡区域中。
[0019] 光学粗糙表面、光泽表面和光学光滑表面均在技术上具有高度的重要性。
[0020] 对于光学粗糙表面而言，存在很多种光学3D传感器。最广泛使用的方法中的一种 方法是基于条纹图案的投影。图案从一个方向投影并从另一方向通过相机观察。对于相机 而言，这些条纹根据观察到的物体的形状的不同而表现出或多或少地变形。由条纹的变形 可以反推出物体的形状。
[0021] 对于光泽表面，特别适用的是光度偏转测量的方法(EP 1 567 827 Al)。
[0022] 同样地对于光学光滑表面而言已知多个能够实现形状检测的方法。为了测试简单 的表面形状，例如平面的或球形的面(透镜、反射镜等），主要使用干涉测量的方法。在复杂 成形的面、例如非球面的情况下使用哈特曼法和夏克哈特曼测试。在此，人们观察细的射线 束通过待测量物体的偏向。其他方法观察在物体表面上反射或透射的光栅图案或条纹图 案。根据物体表面的形状的不同，光栅或条纹或多或少表现出变形。为了分析所述光栅图案 何种程度地变形，可以在观察中使用第二光栅。这里，特别谈到的是闪光法（Moirge-Verfahren)。所有这些前面提到的方法可以总结为偏转测量方法。对它们来说共同的是:这 些偏转测量方法确定射线转向并从中推断出表面的形状。偏转测量方法基于反射定律或折 射定律，所述定律描述了入射射线、表面法线和反射或透射射线之间的关系。
[0023] 迄今为止，还无法仅利用一个设备或者说一种方法来进行光学粗糙物体、光泽物 体和光学光滑物体的形状检测和/或检查。一个在技术上重要的例子是在汽车制造中的涂 漆构件、特别是车身涂漆表面的监控。根据漆的类型的不同，在这里出现从扩散式散射(光 学粗糙表面)经过光泽部分直到镜面反射部分。
【发明内容】
[0024] 因此，本发明的目的在于提出一种方法和一种设备，它们同样地适用于具有光学 粗糙表面、光泽表面或光学光滑表面的物体的形状检测和/或检查。所述方法和所述设备特 别适用于在技术上特别重要的光泽表面和光学光滑表面。
[0025] 该目的通过提供具有权利要求1的步骤的方法来解决。在此情况下，至少一个相 机、至少一个线形照明元件和物体相对于彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可 以由至少一个照明元件来照明并且可以由相机拍摄。在至少两个元件之间产生相对运动， 其中，这些元件从包括物体、至少一个照明元件和相机的组中选出。这特别是意味着，可以 在物体与至少一个照明元件之间、在物体与相机之间、在至少一个照明元件与相机之间、在 物体与由至少一个照明元件和相机组成的固定设施之间、在至少一个照明元件与由物体和 相机组成的固定设施之间、在相机与由物体和至少一个照明元件组成的固定设施之间产生 相对运动，或者以如下方式产生相对运动，即，使所有三个元件，即物体、至少一个照明元件 和相机相对彼此相对运动。相对运动的运动方向与所述至少一个照明元件围合出不等于0° 的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中 成像出物体表面。在该图像平面曝光期间，物体表面通过至少一个照明元件被照明。依据物 体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图 像序列。
[0026] 优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面 上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部 位与配属给这些图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一 方面是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。 对于每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面 倾斜度。
[0027]在此示出的是，在该方法的范畴中已经可以在仅使用一个照明元件的情况下获取 关于物体沿一方向的表面倾斜度的信息。此外，一个照明元件原则上足以获取关于局部光 学特性、特别是散射特性的信息，并且特别是由此能够探测出表面缺陷，例如表面的刮痕或 局部变形。如果使用至少两个照明元件，则可以获取关于沿两个方向的表面倾斜度的信息。
[0028] 该任务特别是也通过提供具有以下步骤的方法得以解决:至少一个相机、至少两 个线形照明元件和物体相对彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可以由所述照 明元件照明并且可以由相机拍摄。这些照明元件彼此围合出不等于0°的角度。在至少两个 元件之间产生相对运动，其中，这些元件从包括物体、照明元件和相机的组中选出。这特别 是意味着，可以在物体与照明元件之间、在物体与相机之间、在照明元件与相机之间、在物 体与由照明元件和相机组成的固定设施之间、在照明元件与由物体和相机组成的固定设施 之间、在相机与由物体和照明元件组成的固定设施之间产生相对运动，或者以如下方式产 生相对运动，即，所有三个元件，即物体、照明元件和相机相对彼此相对运动。相对运动的运 动方向与至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体 表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中成像出所述物体表面。在该图像平面曝光期 间，物体表面通过这些照明元件中至少一个照明元件来照明。依据物体表面的局部表面倾 斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图像序列。
[0029] 优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面 上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部 位与配属给图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一方面 是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。对于 每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面倾斜 度。
[0030] 特别优选的是该方法的一种实施方式，其中恰好使用一个并且仅使用一个线形照 明元件。在此情况下特别是可以获取关于物体沿一个方向的表面倾斜度的信息以及关于局 部光学特性、特别是散射特性的信息，并且特别是由此可以探测出表面缺陷，例如表面的刮 痕或局部变形。特别还优选的是该方法的一种替代的实施方式，在其中恰好使用两个并且 仅使用两个线形照明元件。在这种情况下可以获取关于物体沿两个方向的表面倾斜度的信 息。显然，也可以在使用两个线形照明元件的情况下，获取关于表面缺陷、例如表面的刮痕 或局部变形，特别是来自该表面的局部散射特性的信息。
[0031] 借助该方法可以鉴于物体表面的形状来检测和/或检查光学粗糙物体表面、光学 光泽物体表面和/或光学光滑物体表面。特别是借助该方法还可以关于物体表面的形状来 检测和/或检查完全扩散式散射的物体表面。这特别是可行的，因为在该方法的范畴中使用 至少一个线形照明元件。因此，至少在一个维度上的照明方向的准确认识始终是可行的，这 在面照明时或者说在使用面状照明元件时是不可行的。由于在该方法的范畴中所产生的相 对运动，朝至少一个相机的方向观察，物体表面上方的半空间的角度范围可检测。
[0032] 该方法也适用于具有或产生多次反射的物体表面，例如在例如用于眼镜、镜头或 其他光学装置的如透镜、特别是光学透镜那样的物体的情况下是该情况。
[0033] 照明元件的线形状意味着，这些照明元件被基本上一维地在如下意义上构造，即， 这些照明元件基本上沿着唯一的方向、即沿着它们的纵向方向延伸。在此，线形照明元件可 以包括多个、特别是大量的沿着线并排布置的照明子元件。可以将照明子元件构造为发光 二极管(LED)或者有机发光二极管(OLED)。替代地或附加地可以将照明子元件构造为激光 源。也可以将至少一个冷光源设置为照明元件和/或照明子元件。也可以是其他适当的光 源，特别是可脉动光源，其可以快速切换。至少一个照明元件也可以具有至少一个光导纤维 或至少一个纤维束。优选也可以是至少一个照明元件具有沿着照明元件的线性延伸部延伸 的至少一个光导纤维或至少一个纤维束，其中，光的侧向放射沿着纤维或纤维束的周边设 置。在此，光源的光优选在纤维或纤维束的一个端部上或者也在两个端部上耦入。通过散射 或其他光学效应，光在纤维/纤维束的周边上离开纤维或纤维束。优选地，纤维或纤维束具 有圆形横截面，但也可以是其他的横截面形状。优选地，纤维或纤维束沿着线形照明元件的 预期走向铺设。在此可以借助正在耦入的光源控制照明元件的亮度。照明元件可以具有多 个并排布置的照明线。在此，例如多个并排布置的线可以具有不同的亮度。通过这种方式， 在该方法的范畴中也可以实现具有限定的结构、特别是具有包络式亮度功能的照明轮廓。
[0034] 如果沿着线并排相邻地布置多个照明子元件，以用于构成一个照明元件，则这些 照明子元件彼此可以具有距离，即彼此非齐平地布置，但或者替代地也可以彼此齐平地衔 接，从而使得沿着照明元件的线形状不会产生照明线的中断。如前面已经谈到的那样可以 例如沿着线布置发光二极管作为照明子元件。在此可以将这样的线形设施布置在可弯曲 的、线形的接触层上，这也被称为"LED条"。在此，齐平和非齐平的设施都是可行的。
[0035] 也可以借助适当的光学元件使沿着照明元件线形状的亮度平衡和/或均匀化，其 中，特别是可以平衡彼此非齐平布置的照明子元件的中断，从而使得在整体上产生沿着线 形状的均匀亮度走向。这样的光学元件或散射元件可以例如由散射材料构成，所述散射材 料相对于真正的光源、即相对于照明子元件间隔开地布置。
[0036] 因此，与面照明相比，线形照明元件也是有利的，因为该线形照明元件的明亮度可 以是比较大的。特别是可以选择线形照明元件的亮度非常大并特别是远远大于面照明情况 下的亮度，这是因为由于线形状，为此需要的功率远远小于在面式扩展的照明的情况下。此 外可以非常快速地激活线形照明元件并在非常短的时间上保持激活，其中，特别是可以闪 电般地开关所述线形照明元件。这利用面照明几乎不可能、不能以相同的程度、或者仅以非 常高的耗费才可能。特别是在线形照明元件的情况下通常可以实现比在面式照明元件情况 下更快的重复速率。
[0037] 至少两个照明元件彼此围合出的角度是这样的角度，该角度是两个分别沿线形照 明元件的纵向方向延伸的虚拟线彼此围合出的角度。由此，如果这些照明元件布置在一个 平面内，则如何能够确定该角度是很明显的。但是也可以是这些照明元件相对彼此倾斜地 布置。在这种情况下，优选根据两个分别沿照明元件的纵向方向延伸的线到共同的平面中、 优选到与物体表面或与图像平面平行的平面中的投影来确定该角度。在任何情况下，这些 照明元件彼此围合出不等于0°的角度的要求排除了这些照明元件彼此平行定向。特别是这 些照明元件彼此围合出的角度优选在这样的平面中被测量，所述运动方向与该平面平行地 定向或者该平面平行于所述运动方向位于其中的平面取向。在此可以将这些照明元件自己 布置在所述平面中，但是也可以根据照明元件到该平面中的投影来确定所述角度。在弯曲 的照明元件的情况下，将所述角度确定为到所述照明元件上的、优选在这些照明元件或其 投影的交叉点上的切线之间的角度。
[0038] 可以以不同的方式来产生所述相对运动:在该方法的一种优选的实施方式中可以 在至少两个提到的元件之间产生平移式相对运动。特别优选地，产生沿着直线的线性运动， 其中，每个时间点上的运动方向可以通过恒定的向量来描述，从而使得在每个时间点上，运 动方向与至少一个照明元件围合出的角度也是恒定的。在另一实施例中，相对运动可以作 为旋转运动产生。特别是在旋转对称物体的情况下可行的是，使该物体相对于至少一个照 明元件和相机绕对称轴转动，或者所述至少一个照明元件和/或相机相对于物体绕其对称 轴枢转。在此优选地，运动方向是周向方向，因此沿着周向线进行，对于该周向线能够同样 很容易地给出该周向线与至少一个照明元件围合出的角度。在又一其他的实施例中可以根 据自由形状运动的方式来产生相对运动，例如借助机器人臂。在此，运动方向可以随时间变 化。相应地，运动方向与至少一个照明元件占有的角度也可以经历时间上的变化。在此不排 除给出运动方向的向量与至少一个照明元件围合出的角度在少许的时间点上呈现为0°的 值。在这种情况下更确切地说重要的是，在平均时间中和/或优选几乎在所有时间，除了少 许的时间点，所述角度都是不等于0°的。但是，优选是这样一种方法:在其中根据自由形状 运动的方式以如下方式产生所述相对运动，即，运动方向与至少一个照明元件之间的角度 在所有时间上均不等于〇°。
[0039] 根据该方法的一种优选的实施方式，运动方向与两个照明元件围合出不等于0°的 角度。在这种情况下，运动方向不与两个照明元件中的任一个平行地取向。这是有利的，因 为在运动方向与一照明元件平行取向的情况下，对于该照明元件而言，在该方法的范畴中 仅得到冗余信息。与之相反，如果两个照明元件与运动方向围合出不等于0°的角度，则可以 借助两个照明元件获取关于物体表面的非冗余的、重要的信息。在此，在自由形状运动的情 况下不排除在该方法的范畴中存在这样的时间点，运动方向与照明元件中的一个在这些时 间点围合出0°的角度。但是优选地，该角度在平均时间中是不等于0°的值和/或特别优选是 在除了少许时间点之外的几乎所有时间上均不等于〇°。在一种优选的实施方式中，该角度 在所有时间上均不等于〇°。
[0040] 在该方法的一种特别优选的实施方式中，相对运动的运动方向与至少一个照明元 件围合出不等于90°的角度。特别优选地，运动方向与两个照明元件围合出不等于90°的角 度。特别优选地，运动方向与两个照明元件围合出分别既不等于〇°、也不等于90°的角度。在 这种情况下毫不费力地可以借助该方法获取关于物体表面上的沿两个彼此正交定向的方 向的表面倾斜度的信息。
[0041] 在拍摄图像序列的范畴中拍摄至少两张、优选多于两张的图像。特别优选地，拍摄 大量图像，其中，图像的数量优选大于10张、优选大于15张、优选大于50张、特别优选 大于 100张图像。在此，图像序列中的图像的数量特别是取决于预期的、用于检测和/或检查物体 表面的角度分辨率。
[0042]优选地，以事先确定的频率拍摄所述图像序列，其中，频率优选为至少2Hz至最高 IOOkHz。在此，IOOkHz是用于图像序列的借助现代的线阵相机(ZeiIenkameras)能够容易地 实现的频率。用于图像序列频率的优选值是几百Hz到好多kHz。恰好通过使用线形照明元 件，频率可以直到高的kHz范围内，这是因为这种照明元件可以以非常短的激活时间和非常 短的发光持续时间非常快速地闪光。优选的曝光时间处在几 μπι直到好多ms的范围内。
[0043]在相对运动期间拍摄图像序列的表述表示的是，物体表面在真实空间中和/或在 图像平面中图像至图像地运动，或者由于相对运动，照明情况图像至图像地发生变化。但是 可以在产生相对运动之前，在不同照明的条件下以固定的相对位置拍摄一定数量的图像。 在这种情况下，因此优选在每个相对位置处，在多个照明条件下拍摄一定数量的图像，其 中，优选在每个固定的相对位置处前后相继地激活所有感兴趣的或所有的照明元件并在相 应的照明条件下拍摄图像。例如可以在每个固定的相对位置处，首先在通过第一照明元件 照明的条件下拍摄图像，随后在同一相对位置处，在利用第二照明元件照明的条件下拍摄 图像。
[0044] 可以在拍摄图像序列期间，即特别是也在图像平面曝光期间，连续地进行所述相 对运动。在这种情况下，优选以这样的速度来进行所述相对运动，该速度被选择为，运动模 糊不能在图像上识别出和/或通过照明的闪光被最小化。例如优选地可行的是，所述相对运 动在图像拍摄期间恰好根据投影到物体表面上的所述相机的成像特性是相机的像素间距 或者是这种物体侧的像素间距的一部分。
[0045] 替代地可以在拍摄图像序列期间逐步地产生所述相对运动，其中，不同的元件相 对彼此的相对位置在图像平面曝光期间被固定。在这种情况下也可行的是，在相对运动期 间在各次拍摄之间经过的距离恰好相应于物体侧的像素间距或者物体侧的像素间距的一 部分。
[0046] 在该方法的一种实施方式中，优选所述相对运动的速度和/或步幅与物体表面上 的散射波瓣扩展相协调。在此，物体表面上的散射波瓣的外观扩展确定了最大角度分辨率， 该最大角度分辨率在该方法的范畴中原则上是可达到的。图像序列内的、在相同照明的条 件下拍摄到的、分开间距的图像相应地具有冗余的信息，该间距明显小于物体表面上的散 射波瓣的外观直径。因此可行的是，在该方法的范畴中，当相对运动的步幅或速度以如下方 式与散射波瓣的外观直径相协调，即，所述表面在两次图像拍摄之间在相同照明的条件下 以散射波瓣的外观直径的数量级转移时，恰好可以在光学粗糙表面的情况下以非常显著的 方式节省测量时间。
[0047] 在该方法的一种优选的实施方式中，用于各个图像的曝光时间通过快门来确定， 优选相机包括该快门。在该方法的另一种优选的实施方式中，通过激活照明元件的持续时 间来预设所述曝光时间。特别是优选通过照明元件的闪光来预设所述曝光时间。
[0048] 在拍摄被图像序列所包括的图像的情况下，在相机的图像平面中成像所述物体表 面。在此情况下可以使相机聚焦到物体表面上，从而在相机的图像平面中清楚地成像出该 物体表面。但是，该表述也包含一种实施例，其中将相机焦点选择在物体表面之外，从而在 相机的图像平面中模糊地成像该物体表面。
[0049] 对于图像平面中的成像，优选使用这样的物镜，该物镜可以被包括在相机中或者 相对于所述相机分开地设置。
[0050] "能在图像序列中区分的物体部位"的表述表示的是，仅研究这样的物体部位，它 们一方面成像在图像序列中并且另一方面能够在该图像序列中与其它的被成像的物体部 位区分。在此，优选通过相机的物体侧的像素大小来预设在图像平面中还可区分的最小的 物体部位。但是也可以由于物体表面的模糊成像，使得物体部位在图像平面中不能够彼此 区分，因为它们共同地成像到多个像素上。优选地，为了评估的目的随后观察这样的图像部 位，这些图像部位包括多个像素并就此而言相应于物体表面上的可区分的物体部位。但是 也可以任意地实施粗化评估，并构成由多像素组成的图像部位，尽管分辨率还可以更高。这 例如可以实现用于减少数据，或者用于加速所述评估。也在这种情况下，仅观察可区分的物 体部位。
[0051] 优选的是该方法的一种实施方式，其特征在于，利用相机以反射来拍摄物体表面 的图像序列。相应地，在该方法的该实施方式中，特别是可以检测或检查非透视的、散射的 和/或反射的物体表面。但是，该方法的这样一种实施方式也是优选的，在其中替代地或附 加地设置利用相机以透射来拍摄物体表面的图像序列。在这种情况下，附加地或替代地可 以检测或检查所述检查物体的透视的或透明的表面。特别是也可以检查透视的物体，例如 由玻璃或透视的塑料构成的物体。随后穿过所述透视的物体、即以透射来观察所述至少一 个线形照明元件。透射和反射方式测量的组合是可行的，其中，在至少区域式透视的物体的 情况下，既观察至少一个照明元件的穿过光，也特别是观察在物体边界面上反射的光。因 此，在该方法的一种优选的实施方式中，将透光或透视本体的前侧边界面上的反射同样像 该本体的背侧边界面上的背侧反射那样进行拍摄。这样的方式在光学元件中、例如在透镜 中是特别有利的，在这些光学元件的情况下，既能够评价前边界面，也能够评价背侧边界 面。以类似的方式，还可以以透射来检查这种光学元件。在该方法的范畴中，也可以关于物 体形状来光学地检测和/或检查这些物体，这些物体既具有透视区域，也具有不透视区域， 特别是由于这些物体既具有透视材料，也具有不透视材料。这例如在机动车中是该情况，其 漆表面是不透视的，而风挡面是透视的并且表现出在从外部观察的前侧上以及同样在背侧 上的反射。因此借助该方法可行的是，既在例如由于制造错误、事故损伤或冰雹损伤而导致 的漆表面中的损坏方面，也在例如由于石块打击而导致的风挡损坏方面检查机动车。如果 以透射观察物体表面，则典型地基于折射定律来进行到相机中的成像。
[0052] 优选一种方法，其特征在于，在图像序列的每个单图中，优选沿着至少一条线、优 选沿着运动的方向查明最大照明强度的至少一个图像部位，给该图像部位配属对应的物体 部位。这种方式相应于优选在每个单图中沿着至少一条线、优选沿着运动方向的照明强度 最大值的查找，这能够特别是由相机自身基于硬件非常快速地进行。在此情况下可以实现 显著的数据减少，因为不再必须存储或传递完整的单图，而是仅须存储或传递至少一个最 大值的位置，以用于进一步处理。最大照明强度的图像部位关于相机的成像特性明确地配 属给一物体部位。优选沿着多条线、特别是沿着那些彼此具有在相机图像平面中的像素间 距距离的多条线来查明最大照明强度的图像部位。
[0053]在该方法的范畴中，优选不是优选沿着至少一条线确定照明强度的唯一的、整体 的最大值，而是确切地说确定照明强度的多个局部最大值。在此，在这里讨论的实施方式中 可以在每个单图中确定，照明强度的这些局部最大值来源于物体表面上的哪些地点。该信 息同时包括关于对应物体表面上的局部表面倾斜度的信息。
[0054]这样一种方法也是优选的，其特征在于，图像序列的这些单图与图像平面中的分 别配属给这些单图的时间指数成比例地回移。如果以恒定的速度或恒定的步幅实施所述相 对运动，则很容易地得出，给回移的图像序列中的每个回移的图像部位刚好配属一物体部 位。然后因此，图像序列的所有回移的图像中的图像部位分别刚好配属给那些对应的物体 部位，给这些物体部位配属的是在未回移的图像序列的第一图像中的相应的图像部位。由 此大大简化了进一步的评估。
[0055]在已知的方法中经常衔接拍摄图像序列需要所谓的缝合或记录，即需要不同视图 的接合，而这在这里描述的方法中不必明确地实施。确切地说，特别是通过图像序列中的图 像的回移，已经隐含地建立了各个视图的相应互相协调，从而不再需要其他耗费的运算步 骤。
[0056]在这种关联下，这样一种方法尤其是优选的，其特征在于，在回移的图像序列中针 对固定的物体部位查明时间指数，在该时间指数情况下，在配属给回移的图像序列中的物 体部位的、就这方面而言同样固定的回移的图像部位上的照明强度是最大的。这意味着，在 固定的物体部位和在此同样固定的对应图像部位的情况下，沿着该时间指数搜寻整个回移 的图像序列，以便根据时间指数找出照明强度的最大值。通过这种方式找出该时间指数或 者说图像序列中的这样的图像，在该图像中对于固定的物体部位的照明强度是最大的。随 后由该时间指数查明未回移的图像序列中的相应图像部位，由此得出在拍摄期间，从真实 空间中的哪个方向出现对于固定的物体部位的最大照明强度。由未回移的图像部位的位置 计算出该物体部位上的局部表面倾斜度。
[0057]这样一种方法也是优选的，其特征在于，由图像平面中的照明强度分布、优选最大 照明强度的图像部位周围的照明强度分布查明所述对应物体部位的局部光学特性。在此， "在最大照明强度的图像部位周围"的表述表示了，在图像平面中研究照明强度的局部最大 值周围的照明强度分布。特别是照明强度分布的宽度和/或形状给出了关于对应物体部位 的局部光学特性，特别是关于该对应物体部位的局部散射特性、特别是关于该物体部位上 的光学粗糙度的讯息。在此，光学光滑表面在图像平面中具有清楚限界的最大值，而光泽表 面具有或多或少清楚表现的最大值，该最大值比光学光滑表面情况下的最大值更宽并且比 光学粗糙表面情况下的最大值更窄。最后，在光学粗糙表面的情况下存在例如以余弦形曲 线形式的宽的分布。
[0058] 在该方法的一种实施方式中，所述相机相对于照明元件以如下方式居中布置，即， 相机的视线相应于照明方向，在该实施方式中，关于照明强度的查明的、局部的最大值对表 面倾斜度的评估不取决于所述对应物体部位的局部光学特性。因此，在这种情况下，针对每 个局部最大值的照明方向和视线恰好沿表面倾斜度的法线向量的方向指向。
[0059] 如果相机与之相反地偏心地布置，使得视线和照明方向散开，则在评估时必须考 虑物体部位的局部光学特性，因为在光学光滑和光泽表面的情况下适用反射定律，而在光 学粗糙表面的情况下，针对最大照明强度的图像部位的照明方向与表面法线相一致。因此 在这种设施中，对于评估而言需要的是，在能够考虑到局部光学倾斜度评估相应的图像部 位的位态之前，首先由局部最大值周围的照明强度分布查明所述对应物体部位的局部光学 特性。如果在此对于当前研究的物体部位局部地确定为光学光滑表面或光泽表面，则考虑 反射定律以用于评估，而当对于所述物体部位局部地确定为光学粗糙表面时，则认为照明 方向与表面法线相一致。
[0060] 但是，根据这些考虑表明了，该方法容易地对于光学光滑表面和光泽表面以及光 学粗糙表面适用并且可实施。特别是也可以借助该方法研究完全扩散式表面。同样地，由前 述这些表面所组成的组合是可行的。
[0061] 在该方法的一种实施方式中，计算所有的、优选回移的单图的总图。这些单图因此 被加合为所述总图。该总图包括关于物体表面的组织结构或在所有方向上被整合或平均的 反射度的信息。
[0062] 在该方法的一种实施方式中评估至少一个局部最大值的高度，以用于获取关于配 属给所述局部最大值的物体部位上的物体表面光泽度的信息。在此适用的是，所述局部最 大值内的照明强度越大，则物体部位上的表面越光泽或者说光泽度越高。特别是可以在该 方法的范畴中，关于它们的高度评估所查明的这些局部最大值，并由此总结或查明物体表 面的光泽图。在此情况下也可以将最大值的宽度考虑到评估中。
[0063] 特别优选的是该方法的一种实施方式，其中恰好使用一个并且仅使用一个线形照 明元件，其中，由图像平面中的照明强度分布、优选在最大照明强度的图像部位周围的照明 强度分布查明所述对应物体部位的局部光学特性。这表现为该方法的一种特别经济的实施 方式，因为仅使用一个照明元件，其中能够以此由相应的照明强度分布容易地得到局部光 学特性。
[0064] 替代地或附加地优选的是，由图像平面中的照明强度的高度、优选在最大照明强 度的图像部位处的照明强度的高度，查明所述对应物体部位的局部光学特性。在该方法的 一种实施方式中，这可以优选地实施，在该实施方式中仅使用一个照明元件，但是这也可以 同样优选地在该方法的一种实施方式中实施，在该实施方式中恰好使用两个或多于两个的 照明元件。由特别是局部最大值的所述高度可以在如上面所实施的光泽度之外，或者由特 别是由所述表面的局部散射特性而来的光泽度，得到关于表面缺陷的信息，特别是关于表 面的刮痕或局部变形的信息。因此优选考虑对于图像平面中的照明强度、特别是最大照明 强度的图像部位上的照明强度的高度的评估，以用于实施表面缺陷识别。在此特别是示出 了，典型的表面缺陷导致了光择度降低。因此最后可以使用物体表面的光泽图像，以用于非 常准确地显示出表面缺陷，因为这些表面缺陷在光泽图中清楚地显现。显然，在此也可以将 照明强度分布的宽度、特别是在最大值周围的照明强度分布的宽度列入评估中。
[0065] 该任务还通过具有如权利要求9特征的用于光学地形状检测和/或检查物体的设 备来解决。该设备特别是适用于和/或设置用于实施根据前述实施方式中任一项所述的方 法。该设备包括至少一个相机和至少一个线形照明元件。在此，相机和至少一个照明元件相 对彼此被布置为，物体表面可以通过至少一个照明元件照明并可以通过相机拍摄。利用相 机可以在至少两个元件相对于彼此的相对运动期间拍摄物体表面的图像序列，这两个元件 从包括物体表面、至少一个照明元件和相机的组中选出。在此，将物体表面在相机的图像平 面中成像。至少一个照明元件能够以如下方式操控，即，物体表面在图像平面曝光期间被至 少一个照明元件照明。此外，该设备还具有运算装置，该运算装置被构造用于依据物体表面 的局部表面倾斜度和/或局部光学特性对所拍摄的图像序列进行评估。
[0066] 为此，运算装置优选通过这样的方式被构造，其方式是，所述运算装置被设置用于 将图像平面中的最大照明强度的对应图像部位与物体表面上的能在图像序列中区分的物 体部位进行配属。此外，所述运算装置优选被构造用于由图像平面中的分别对应的图像部 位的位置来计算所述物体部位上的局部表面倾斜度。
[0067] 该任务特别是也通过提供一种用于光学地形状检测和/或检查物体的设备来解 决，该设备具有以下特征:所述设备特别是适用于和/或设置用于实施根据前述实施方式中 任一项所述的方法。该设备包括至少一个相机和至少两个线形照明元件。在此，相机和照明 元件相对彼此被布置为，物体表面可以通过所述照明元件照明并可以通过相机拍摄。这些 照明元件被布置为，它们彼此围合出不等于0°的角度。利用相机可以在至少两个元件相对 于彼此的相对运动期间拍摄物体表面的图像序列，这两个元件从包括物体表面、照明元件 和相机的组中选出。在此，将物体表面在相机的图像平面中成像。这些照明元件能够以如下 方式操控，即，物体表面在图像平面曝光期间至少被照明元件照明。此外，所述设备还具有 运算装置，该运算装置被构造用于依据物体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性对 所拍摄的图像序列进行评估。
[0068] 为此，运算装置优选通过这样的方式构造，其方式是，所述运算装置设置用于将图 像平面中的最大照明强度的对应图像部位与物体表面上的能在图像序列中区分的物体部 位进行配属。此外，运算装置优选被构造用于由图像平面中的分别对应的图像部位的位置 来计算物体部位上的局部表面倾斜度。
[0069] 特别优选该设备的一种实施例，该实施例恰好具有一个并且仅具有一个线形照明 元件。在此，具有恰好一个线形照明元件的设备适用于检测沿一个方向的物体表面倾斜度。 此外，该设备还适用于检测局部散射特性并特别是由此探测表 面缺陷，例如表面的刮痕或 局部变形。替代地，特别也优选该设备的一种实施例，该实施例恰好具有两个并仅具有两个 线形照明元件。借助这种设备可以检测物体表面沿两个方向的表面倾斜度。显然，借助该设 备也可以特别是由局部散射特性来检测表面缺陷，例如表面的刮痕或局部变形。
[0070] 优选该设备的一种实施例，其特征在于，该设备被设计用于利用相机以反射来拍 摄物体表面的图像序列。为此，特别是可以将一方面相机和另一方面至少一个照明元件也 布置在待拍摄的物体表面的同一侧上。替代地或附加地，优选该设备的一种实施例，其被设 置用于利用相机以反射来拍摄所述物体表面的图像序列。在此情况下，一方面至少一个照 明元件和另一方面相机优选布置在物体表面的不同侧上。特别优选所述设备的一种实施 例，在该实施例中既可以以透射测量，也可以以反射测量。为此，优选设置多个相机，特别可 行的是，所述设备具有用于以反射测量的第一相机，该第一相机布置在物体表面的与至少 一个照明元件相同的一侧上，其中，所述设备具有用于以透射测量的第二相机，该第二相机 布置在待观察的物体表面的与照明元件相对置的侧上。然而也可以仅利用一个相机实施以 透射和/或反射的测量，其中，所述照明元件设置在物体表面的两侧上，和/或其中，至少一 个照明元件沿着大于180°的角度范围包围所述物体，其中，特别优选角度为360°。优选借助 该设备可以检测或检查透明和不透明的物体表面。就此而言也参阅针对方法的不同相应实 施方式的上述实施方案。
[0071] 如果在物体表面的两侧设有多个照明元件和/或至少一个照明元件沿着大于180° 的角度范围包围物体，其中，该角度特别优选为360°，则特别是可以将一方面所述物体的朝 向相机的前侧上的照明线的反射与另一方面所述物体的背向相机的背侧的照明进行区分， 特别是在所述评估所拍摄的图像的范畴中彼此分开。这使得在这里描述的方式特别是与偏 转测量方法区分开，该偏转测量方法基于条纹投影法。此外，在至少一个照明元件的在这里 概述的设施中可以检测表面倾斜度和/或角度的宽的范围，特别是与平行于表面的主延伸 部的水平定向偏离大于45°的表面倾斜度和/或角度的宽的范围。当至少一个照明元件被螺 旋线形地构造时，这于是特别可行，关于这些以下还会详细探讨。
[0072] 优选一种设备，其特征在于运动装置，利用该运动装置可以产生至少在两个元件 之间沿着运动方向的相对运动，其中，这两个元件从包括具有物体表面的物体、至少一个照 明元件和相机的组中选出。对于实施了所述相对运动的不同可能性参照针对方法的实施方 案。所述运动装置以如下方式构造并且相对于至少一个照明元件布置，即，运动方向与至少 一个照明元件围合出不等于0°的角度。优选地，运动方向与每个照明元件围合出不等于0° 的角度。附加地，在优选的实施例中，运动方向与至少一个照明元件围合出不等于90°的角 度。还优选一种实施例，其中运动方向与每个照明元件围合出不等于90°的角度。
[0073]在一种优选的实施例中，运动装置具有保持元件，利用该保持元件能够保持并转 移所述物体、至少一个照明元件和/或相机。在一种特别优选的实施例中，所述运动装置被 构造为，通过该运动装置使得物体并且因此物体表面能相对于至少一个照明元件和相机运 动。在这种情况下，运动装置具有用于物体的保持元件，其中，该保持元件能够与物体共同 地相对于空间固定的坐标系运动，与此相对地相机和至少一个照明元件优选静止。
[0074]关于设备获得了多个优点，这些优点已经结合方法进行了说明。对于设备而言，以 相同的方式获得了多个使用可能性，这些使用可能性已经根据方法进行了说明。在此，特别 是可以提出小于5°的倾斜角度。由于设备和方法相对于表面局部光学特性的不灵敏性，所 述设备和方法特别良好地刚好也适用于研究汽车用漆或显示器，例如用于电话、特别是智 能手机和平板电脑的显示器。所述设备和方法特别是适用于检查这样的物体，在这些物体 的情况下重要的是无瑕疵的光学系统，这是因为该设备和方法适用于快速、经济、不灵敏并 同时高精度地光学地形状检测和/或检查所述物体。如已经提到的那样，所述设备和方法特 别是适用于检查具有透明和/或不透明的表面的物体。因此，所述设备和方法也特别适用于 检测和/或检查光学元件，特别是光学透镜，或者也适用于检测和/或检查具有透明和不透 明的材料的物体，例如机动车。在后者的情况下，特别是借助所述设备和/或方法，车身制造 时的最终检查或者还有损伤识别是可行的，尤其是在保险项目中是可行的，非常特别地，冰 雹损伤识别是可行的。电话、特别是智能手机的显示器以及平板电脑的显示器可以被检查 它们是否扭曲、刮伤或以其他方式损坏。此外，借助该方法和设备还可以同时检查这种物体 的背侧，该背侧典型地被构造为扩散式散射并且不透明。
[0075] 还示出的是，所述设备进而还有方法可以恰好由于使用线形照明元件非常良好地 伸缩。特别是在检查厅中构建所述设备，以用于将整个汽车关于它们的形状进行检测或者 说依据它们的表面进行检查。在此，在所述设备设计得非常大的情况下，特别是以车间格 式，技术上和经济上的耗费被保持在界限以内，因为仅使用线形的照明，即几乎一维的照明 元件。相应地，大设备以面式照明几乎不可行或者仅在技术和能量耗费显著的条件下可行。
[0076] 也优选这样一种设备，其特征在于，至少一个照明元件具有扩散式的、不定向的放 射特性。在此，所述放射特性优选是朗伯放射特性。替代地，放射特性可以是均匀分布的放 射特性。可行的是，至少一个照明元件本身已经具有相应的放射特性。替代地，也可以是至 少一个照明元件配属有至少一个光学元件，该光学元件被构造用于实现预期的照明分布。 这例如可以是遮光板、散射盘或者其他适当的光学元件。
[0077] 至少一个照明元件优选具有照明线的或线形照明面的宽度d，该宽度垂直于照明 元件的线形延伸部测量出。在此，优选设置所述宽度d具有与相机的遮光板开口或该相机的 入射光瞳的直径D相同的数量级。优选地，宽度d与遮光板开口或直径D近似相等，特别是优 选相等。明显比直径D更窄的宽度d在技术上是几乎无意义的，因为该宽度总归被扩宽到模 糊小盘的直径。
[0078] 在一种优选的实施例中，照明面的亮度在空间上沿着该照明面的伸展方向是恒定 的并且同样在时间上是恒定或近似恒定的。在另一同样优选的实施方式中，照明面的亮度 可以在空间上沿着该照明面的伸展方向变化和/或在时间上变化。这用于针对例如具有黑 色的、扩散式反射特性的表面或表面区域以较大的亮度照明并且针对具有例如金属性光学 光滑特性的表面或表面区域以相应较小的亮度照明。
[0079] 最后，所述放射特性确定了垂直于所述线形照明元件的伸展方向的亮度轮廓。该 亮度轮廓在该方法和/或设备的范畴中可以采用不同的分布。例如亮度可以在照明元件的 宽度d上是恒定的。替代优选地，亮度具有高斯形或近似高斯形的轮廓。通常优选亮度沿着 照明元件的宽度d的柔和的、连续的走向。亮度也可以由多个并排排列的函数组合而成。也 可以是正弦形和/或余弦形的亮度。特别优选一种照明元件，其具有两个平行的、彼此错开 的照明线。两个线的亮度轮廓优选具有高斯形或余弦形的走向。最后，照明元件也可以具有 多个平行的、彼此相邻或彼此错开的照明线。在此，一照明元件的不同的照明线可以具有不 同的亮度轮廓，但也可以具有相同的亮度轮廓。
[0080] 为了限定照明元件的亮度分布，优选使用散射元件、特别是散射体，其中，散射元 件的形状确定所述照明轮廓。
[0081] 还优选一种设备，其特征在于，至少两个照明元件彼此围合出最低1°至最高179° 的角度。优选地，角度为60°、优选为90°、优选为120°。借助彼此不平行定向的照明元件可以 获取关于物体表面沿两个方向的局部表面倾斜度的信息。
[0082] 可以将这些照明元件布置为X形，其中，这些照明元件优选在共同的中心点上相 交。在此，用于相机的缺口或遮光板优选设置在中心点上，从而使得相机穿过照明元件观察 到物体表面上。在此，当照明元件的照明线同样穿过中心点延伸时会产生问题，因为照明线 于是必然在遮光板的地点处被中断。于是产生了不能有意义地进行评估的物体表面区域。 当相机偏心地布置时，基本上也存在该问题，因为于是无论如何两个照明元件在共同的中 心点上交叉，从而使得无论如何两个照明线中的一个必定被中断。因此，如下的照明元件的 照明线的布置是优选的，即，这些照明线偏心地布置，即没有穿过照明元件的共同的中心点 延伸。特别优选地，照明线的该布置是对称的，其中，每个照明元件具有至少两个照明线，所 述至少两个照明线与所述中心点在两侧上错开地布置。在这种情况下，也可以容易地将用 于相机的遮光板布置在共同的中心点上，而不会产生已说明的缺点。
[0083] 替代这些照明元件的X形布置，也可以是A形或V形的布置，其中这些照明元件不共 享共同的中心点，而是确切地说共享共同的端部点。非常一般性地可行的是，这些照明元件 在其上交叉的点偏心地选择在这些照明元件中的至少一个的边缘上和/或无论如何不选择 在照明元件的照明线的区域中。也可以是这样一种布置，在其中所述照明元件不是彼此重 叠，而是确切地说布置得彼此错开。
[0084]还优选一种设备，其特征在于，所述运动方向分开至少两个照明元件之间的角度。 相应地，运动方向的向量布置在分别说明了照明元件纵向延伸部的向量之间。在一种优选 的实施例中，运动方向构成就这些照明元件之间的角度而言的角度中线。由此，该布置具有 一定的对称性，这特别是简化了对测量结果的评估。如果例如这些照明元件彼此围合出60° 的角度，则这些照明元件优选以相对于运动方向一侧+30°并另一侧-30°的角度距离进行布 置。相应地可以将这些照明元件相对于运动方向以+45°和-45°的角度距离进行布置。同样 优选可以将这些照明元件关于运动方向以+60°和-60°的角度距离进行布置。显然，其他的 角度距离也是可以的。
[0085] 还优选一种设备，其特征在于，这些照明元件放射彼此不同的光谱分布。这在所述 方法方面表示了一种方式，该方式也被称为颜色多样性。于是也可以同时进行地激活所述 照明并同时拍摄在不同照明下的物体表面图像，其中，优选借助光谱过滤器根据照明的这 些光谱分布将这些图像彼此分开。
[0086] 但是，特别优选所述设备的一种实施例，其中替代地或附加地能够在时间上彼此 无关地操控这些照明元件。在这种情况下可以在该方法的范畴中实现也被称为时间多样性 的方式。在此，在时间上前后相继地、优选以快速序列拍摄在不同照明下的物体表面图像。 在此，由于可快速操控的、线形照明元件和现代的相机技术，图像刷新率可以实现几 kHz、特 别是直到IOOkHz。
[0087]因此，特别是优选一种设备，其被设置用于实施时间多样性方法。以相同的方式， 特别优选一种方法，其中以时间多样性方法拍摄图像序列的单图。
[0088] 还优选一种设备，其特征在于，设有多于两个的线形照明元件。借助多于两个的照 明元件，特别是可以提供用于较准确测量的冗余，以检测在物体表面表面倾斜度方面的较 大的角度范围和/或获取关于表面的局部高度信息。在一种优选的实施例中，这些照明元件 与运动方向围合出不同的角度。特别是在这种情况下，借助多于两个的照明元件可以提供 冗余和/或检测表面倾斜度的增大的角度范围。还优选一种实施例，其中这些照明元件彼此 不同地布置为，使得这些照明元件具有相对于物体表面不同的距离。优选沿着光学轴线的 方向测量所述距离。在这种情况下可以借助在相对于物体表面距离不同的条件下的不同照 明来获取关于物体表面的局部高度信息。替代地或附加地优选一种实施例，其中这些照明 元件相对彼此推移。特别优选地，不同的照明元件布置在同一平面中并在该处相对彼此推 移。这种布置特别适用于在表面倾斜度方面检测大的角度范围。特别是可以设有四个照明 元件，它们成对地彼此围合出不等于〇°的角度并由此几乎成对交叉布置。优选地，各个交叉 布置在同一平面中布置得彼此错开，从而使得可实现冗余和/或可检测表面倾斜度的大的 角度范围。
[0089] 还优选一种设备，其特征在于，设有至少两个相机，它们彼此错开地布置。替代地 或附加地可以将至少三个照明元件布置为，使得第一和第二照明元件共同地以相对于物体 表面的第一距离进行布置，其中，第三照明元件以相对于物体表面的第二距离进行布置。第 一距离与第二距离不同。在此，优选沿着光学轴线的方向测量第一和第二距离。运算装置被 构造用于由不同相机的优选对应图像和/或由物体表面的以不同距离照明的图像来计算关 于物体表面的高度信息。通过这种方式，借助不同的、彼此错开布置的相机或者说替代地或 附加地借助来自于相对于物体表面不同距离的照明可以容易地附加于倾斜度信息之外还 能获取关于物体表面的高度信息。随后这些信息可以容易地被组合为物体表面的完整形 式。
[0090] 特别优选所述设备的一种实施例，其中成对地布置至少四个照明元件，从而使得 第一对照明元件以相对于物体表面的第一距离进行布置，其中，第二对照明元件以相对于 物体表面的第二距离进行布置。在此，第一距离与第二距离不同。优选沿着光学轴线的方向 测量这些距离。优选地，第一对照明元件交叉地布置，其中，这些照明元件彼此围合出不等 于〇°的角度。替代地或附加地，第二对照明元件优选交叉地布置，其中，两个照明元件彼此 围合出不等于0°的角度。运算装置被构造用于由物体表面的以不同距离照明的图像来计算 关于物体表面的高度信息。
[0091] 所述设备的这样一种实施例也是可行的，其中设有三对或更多对照明元件，使得 两对优选交叉构造的照明元件布置在同一平面中，以用于在表面倾斜度方面检测增大的角 度范围，其中，第三对优选交叉布置的照明元件以相对于物体表面的另一距离布置在另一 平面中，以用于从以不同距离照明的图像中获取关于物体表面的高度信息。
[0092] 还优选一种设备，其特征在于，至少一个线形照明元件具有弯曲的形状。特别优选 地，两个优选彼此交叉布置的线形照明元件具有弯曲的形状。在此，这些照明元件优选围合 出凹形区域，物体表面布置在该凹形区域中。通过这种方式也可以在表面倾斜度方面检测 大的角度范围，因为与沿着直线延伸的照明元件相比给出了较多样化的照明方向。
[0093]优选地，至少一个弯曲的照明元件沿着线形状观察覆盖从至少0°到最高360°、优 选从至少0°到最高180°的角度范围，其中，特别优选具有半圆弧的形状。于是，物体表面布 置在所述半圆弧之内并由此能够从非常大范围的照明方向、特别优选从0°到180°被照明。
[0094] 当弯曲的照明元件在更大的角度范围上延伸时，可以检测在表面倾斜度方面的还 要更大的角度范围。在此，优选这些照明元件中的至少一个被构造为圆形，使得照明方向可 以从0°到360°。
[0095] 特别优选地，两个照明元件相应弯曲地构造和布置，其中，这些照明元件局部地在 它们交叉的点上彼此围合出不等于〇°的角度并特别优选为90°。相应地，这些弯曲的照明元 件也优选相对于彼此交叉地布置，特别是在物体表面上的投影中观察。
[0096] 还优选所述设备的一种实施例，其中至少一个线形照明元件沿着空间中的螺旋线 延伸。特别优选至少两个、优选恰好两个或多于两个的线形照明元件沿着空间中的多个螺 旋线延伸。例如产生这种螺旋形的走向，如果首先采用先前描述的、平面的照明布置中的一 种照明布置的话，其中，不同照明元件之间的角度或它们的倾斜度可以采用不同的值。所述 线形照明元件处于其中的平面被卷起成柱体形的罩面。线形照明元件现在跟随螺旋线的形 状。特别优选地，所述设备具有这样的罩面，该罩面如同隧道并且在该罩面上布置至少一个 螺旋线形照明元件。特别优选地，所述设备具有这样的隧道，其提供了相应的所述罩面，其 中，物体的运动沿着对称轴的方向穿过优选柱体形隧道或优选柱体形罩面进行。替代地或 附加地，所述 运动优选基本上绕所述对称轴、优选绕隧道或罩面的对称轴和/或基本上绕物 体的对称轴、优选绕物体的所述对称轴进行。替代地或附加地，物体的偏心的、非中心的或 非对称的转动运动也是可以的。在此特别优选两个或更多个、特别是所有的照明元件布置 在罩面上或隧道处。在空间上很小的实施方案中，这种设备适用于小的检查物体，例如智能 手机和平板电脑，但是在相应大的实施方案中也适用于相应大的检查物体、例如适用于整 个机动车和/或车身，它们被运动穿过所述隧道或者由自身的力自行运动穿过隧道。例如可 行的是，在制成的机动车的冰雹损伤识别的范畴中可以由驾驶员或运输装置使该机动车行 驶通过所述设备的隧道，其中，在该方法的范畴中实施冰雹损伤识别。
[0097] 借助螺旋形的照明，特别是可以同时以反射和透射来实施测量，而不是必须为此 设置两个相机。即从〇°到360°的沿着一个螺旋线的照明方向是可行的。因此例如也可以由 在上方看到隧道中的相机来检测光，该光由照明元件的与该相机相对置的、下部的区域发 出的并且传递给待检查的物体。
[0098] 特别是在这种螺旋线形照明的情况下可以将在物体的朝向相机的前侧上的反射 与该物体的背向相机的背侧的照明区分开。特别是能够将一方面这种前侧反射的位置与另 一方面背侧照明的照明线的位置彼此分开。此外，借助螺旋线形照明，还可以容易地实现表 面倾斜度和/或角度的、特别是与水平定向即沿着被研究的物体表面的主延伸部的定向偏 离大于45°的宽的范围的检测。
[0099] 优选设有多个照明元件或多对照明元件，它们沿柱体轴或对称轴的方向和/或沿 罩面的周边的方向彼此错开地布置。
[0100] 还可以通过多边形进程或另一走向来接近所述螺旋线，其中，例如沿着直线段布 置多个照明子元件，这些直线段一起近似地构成一条螺旋线。相应地，罩面和/或柱体形状 的隧道也可以被接近，特别是被多边形地构造。
[0101]照明元件在接近球形或球形的、在某些情况下假想或真实的面上的布置也是可行 的。
[0102] 借助所述设备和/或方法，特别是还可以研究医疗设备或器具，其中，特别是能够 在抛光表面的功能品质和光学品质方面满足最高的审查要求。此外可以使用所述设备和方 法，以用于检查家用器具，例如切割物件、特别是餐具，或者检查具有亚光磨砂不锈钢的或 者由亚光磨砂不锈钢制成的表面，例如冰箱的前表面。
[0103] 最后，优选一种设备，其特征在于，相机被构造为矩阵相机。替代地，相机可以被构 造为线阵相机，特别是被构造为具有多条线的线阵相机。矩阵相机原则上表现得更适用于 评估和检测在本方法的范畴中所获取或需要的数据，而线阵相机的优点在于，其可以以较 快速的图像刷新率来操纵。特别是利用现代的线阵相机可以使图像刷新频率达到100kHz。
[0104] 优选所述设备的一种实施例，其中所述相机具有整合的、可在如下应用现场中编 程的门阵列，即所谓的现场可编程门阵列（英文:Fi e Id-ProgrammabIe Gate Array，缩写： FPGA)。这种设计方案在该方法方面是特别有利的，因为于是可以非常快速地还在实施该方 法期间就在相机中自行实现了单图的基于硬件的评估。特别可行的是，直接在拍摄之后在 相机中自行寻找出这些单图中的照明强度的局部最大值，并减少了由相机传输至运算装置 的数据，其方式是，不是传递整个图像，而是仅传递局部最大值的位置。这导致了本方法的 明显加速并导致本方法需要很少的存储容量。一般性地，相机优选具有整合的运算元件，其 被构造为用于所拍摄的图像的预先评估，特别是用于确定图像中的局部最大值。替代地也 可以在图像采集卡（图像抓帧器，英文:frame grabber)上设置这种运算元件、特别是FPGA。
[0105] 在该设备的一种优选的实施例中，所述相机被构造为用于激光切割方法的特殊相 机。这种相机以特别的方式适用于基于硬件地、整合地评估所拍摄的单图。
[0106]还优选的是用于产品检查和/或损伤识别的设备的前述实施例中的一种实施例的 使用和/或方法的前述实施方式中的一种实施方式的使用。特别优选的是使用或应用用于 机动车特别是车身、移动电话特别是智能手机、平板电脑、或者光学元件特别是光学透镜的 最终检查。在损伤识别的范畴中的使用或应用特别优选在损伤调节的范畴中实施。特别是 可以使用该装置和/或方法，以用于在机动车、特别是轿车的情况下进行冰雹损伤识别。
[0107]对一方面该方法和另一方面该设备的描述可以彼此互补地理解。特别是结合方法 明示或暗示地描述的设备特征优选单个或彼此组合地是该设备的优选实施例的特征。反转 地，结合设备明示或暗示地描述的方法步骤优选单个或彼此组合地是该方法的优选实施方 式的步骤。优选地，该设备的特征在于这样的至少一个特征，该特征是由方法的实施方式的 至少一个方法步骤所造成的。优选地，方法的特征在于这样的至少一个方法步骤，该方法步 骤是由设备的至少一个特征所造成的。
[0108] 所述设备和方法也适用于具有强烈不同的反射度的表面。因此，黑色的扩散式表 面比金属性的光学光滑表面少反射了多个数量级的光。
【附图说明】
[0109] 以下借助附图详细地对本发明加以说明。在此示出：
[0110] 图la)是设备的第一实施例的示意性侧视图；
[0111]图Ib)是第一实施例的不意性俯视图；
[0112] 图2是光学粗糙物体表面的放射特性的示意性视图；
[0113] 图3是光泽物体表面的放射特性的示意性视图；
[0114] 图4是光学光滑物体表面的放射特性的示意性视图；
[0115] 图5是在该方法的范畴中所拍摄的图像序列在回移之前的示意性视图；
[0116] 图6是根据图5但是在回移之后的在该方法的范畴中所拍摄的图像序列、即回移的 图像序列的不意性视图；
[0117] 图7a)是设备的第二实施例的示意性侧视图；
[0118]图7b)是第二实施例的示意性俯视图；
[0119]图8a)是设备的第三实施例的示意性侧视图；
[0120]图8b)是第三实施例的示意性俯视图；
[0121 ]图9a)是设备的第四实施例的示意性侧视图；
[0122] 图9b)是第四实施例的示意性俯视图；
[0123] 图10是用于照明元件亮度分布的实施例的示意性视图；
[0124] 图11是两个照明元件的布置方案的实施例的示意性视图；以及
[0125] 图12是设备的第五实施例的示意性视图。
【具体实施方式】
[0126] 根据图1的设备实施例包括:至少一个光学相机K;至少一个物镜0;至少一个照明 元件、在此优选两个照明元件B1、B2,在这两个照明元件中在此为了简化视图，首先仅示出 第一照明元件BI;运动装置M和运算装置R。相机K可以被构造为矩阵相机或线阵相机。优选 使用矩阵相机。
[0127] 在此利用运动装置M可以使物体G沿着运动方向转移，该运动方向在图1中水平地 定向并沿正X坐标的方向指向。在此，运动方向通过速度向量F示出。
[0128] 运算装置R与相机K作用连接并且优选还与照明元件、在此具体地与照明元件Bl作 用连接。特别优选地，运算装置R与运动装置M作用连接，从而使得所述相对运动能够与照明 和相机K的触发通过运算装置R同步。
[0129] 物体G具有物体表面3,该物体表面可以通过照明元件BI、B2被照明并且可以通过 相机K被拍摄。
[0130]照明元件B1、B2具有照明面5的预设几何形状。优选的是这样的几何形状，在该几 何形状的情况下，照明面5线性扩大。在此，与通常的线性照明中的不同，照明面5的光优选 扩散式地并且不定向地发出。优选地，这种线性照明由大量沿着一条线布置的照明子元件 或者说光源、例如LED、OLED或激光源形成。优选地，所述光源的放射特性是朗伯体或者在所 有空间方向上均匀分布。也被称为照明线放入照明面5具有宽度d。附加地，可以在光源之前 设有散射元件，以用于达到均匀的亮度。同样地，可以设有遮光板、特别是矩形的遮光板，以 用于限界照明面5的宽度d。此外还可以设置其他的光学元件。激光源通常是强定向的。但 是，通过光学元件可以在此这样地扩宽光路，使得光被放射到宽的空间角度上。替代地，可 以使聚焦的激光线投影到散射盘或类似元件上，这仍然如同具有扩散式放射的照明线那样 起作用。
[0131]线照明的光落到物体G上并且在该物体的物体表面3上散射(光学粗糙表面）、反射 (光学光滑表面)或者两者兼而有之(光泽表面）。根据物体表面3的局部倾斜度，光通过散射 和/或反射经过物镜〇到达相机K。对于本身具有坐标(X、Y、Z)的任意点、即物体部位7而言的 物体表面3的局部倾斜度通过法向向量= (/Ki. + )'来描述。物体部位7的沿着所述照明的 方向、即照明方向的方向利用向量S = k & f来表示，用于观察(物镜0的入射光瞳）的方 向、即观察方向利用向量s=卜)7来表示。物镜〇的入射光瞳位于物体表面3上方的高 度Z。上并具有在此未示出的直径D。在一种优选的实施例中，照明元件Bl位于物体表面3上 方的高度Z。上。替代地也可以是其他的位置。优选在图1中未示出的第二照明元件B2也位于 物体表面3上方的相同高度Z。上。特别优选地，两个照明元件B1、B2彼此十字形地布置。在此 可以是第二照明元件B2平行于所述运动方向定向。但是也可以是该第二照明元件倾斜于所 述运动方向布置。
[0132] 优选地，物镜0的焦点选择为，使得物体表面3位于焦点平面中或附近。由此反差明 显地表示并精细地分辨所述物体表面3。但是这造成了，照明线的映像在光学光滑表面中通 常或多或少会模糊地显现。照明线的每个点模糊成一个照明圆盘、所谓的模糊小盘。如果假 设为圆形的入射光瞳进而相机K的物镜遮光板打开得很宽，则模糊小盘具有大直径。如果入 射光瞳进而物镜遮光板减小至小的直径，则模糊小盘也具有小直径。在确定的情况下(平面 物体G，相机K相对于物体G的距离相应于照明元件B1、B2相对于物体G的距离），照明上的模 糊小盘的外观直径在直径上如入射光瞳的直径D那样大。在不同成形的物体G、例如球体的 情况下，以及甚至一般性地在自由形状面的情况下，在确定的情形下也可以满足这种关系。 于是有利的是，照明面5的宽度d等于入射光瞳的直径、近似等于入射光瞳的直径，或具有相 同的数量级。总之，明显较窄的线通过模糊小盘扩宽至模糊小盘的直径。
[0133] 替代地，焦点平面也可以被这样调节，使得该焦点平面处于照明元件B1、B2和物体 表面3之间的区域中。这样，则物体表面3和照明元件B1、B2都表示得或多或少略模糊，但所 述照明的模糊小盘可以减小。相应地，在此然后具有较小宽度d的照明线则是有意义的，从 而能够利用较小的测量不确定性来确定倾斜度。在此，物体表面3上的变差的地点分辨率通 过所述倾斜度的改善的角度分辨率被换取。如果物镜〇的遮光板开口变窄，则景深的范围提 高，并且物体表面3和照明元件B1、B2的模糊降低。但是，在遮光板开口非常小的情况下，在 遮光板上于是出现强化的衍射，从而由此再次产生模糊。同样地，由相机K拍摄的照明强度 降低，或者说曝光时间必须提高。因此，可以对遮光板直径和焦点的位态进行有意义的选 择。
[0134] 替代地，焦点平面的位态也可以在照明元件B1、B2的区域中进行选择。当涉及最精 细的角度分辨率并且物体表面3上的地点分辨率是次要的时，这才是有意义的。在这种情况 下，宽度d选择为最小可以是有意义的。
[0135] 在光学光滑表面的情况下，仅仅物体表面3的选出点的光到达相机K，即在满足关 于照明方向？、表面法线S和观察方向5的反射定律的地方的光。在平面反射面(平面反射 镜)上，例如作为照明元件Bl的线形的直线照明面5的映像，又得到直线形状。与之相反地， 在球状的反射表面(例如球轴承滚珠)上，该映像是或多或少弯曲的线。在反射的自由形状 面(例如具有黑色单色漆的汽车车身)上通常得到不规则弯曲的映像。
[0136] 在光学粗糙表面(例如一页纸）的情况下，光通常从物体表面3的所有区域到达相 机K。在此，物体表面3的点的亮度根据光度立体法的原理，随着在照明方向f和表面法线《 之间围合出的角度而变化(EP 1 567 827 A1)。相对于照明元件B1、B2的放射特性和放射方 向存在另一关联。
[0137] 在光泽表面的情况下，光既扩散式散射，也定向式反射。除了照明面5通过反射的 映像之外，散射光与物体表面3的典型散射波瓣相关地尤其从该照明面附近到达相机K。这 可以导致所述线被模糊地限界并且变宽地出现（例如在具有金属涂漆的汽车车身的情况 下）。甚至可以使得整个物体表面3的扩散式部分在整个相机映像中可见(具有白色漆的汽 车车身）。
[0138] 为了能够使物体G与该物体的表面特性无关地在该物体的整个对于相机K可见的 物体表面3上被检测，不足的是，以唯一的、或多或少变形或变宽的线的形式的线照明是可 见的。确切地说，对于物体表面3的所有点应当面式地获取信息。为此优选地，物体G借助所 述运动装置M相对于包括相机K、物镜0和照明元件BI、B2的设施进行运动。运动的速度以向 量铲标出。当物体G运动并且所述设施静止时，产生这样的相对运动。替代地，可以是物体G 静止并且所述设施运动。显然，还可以是两者以不同的方向或速度运动。同样地，可以通过 不是所述设备的组成部分的外部运动装置来产生所述相对运动。替代地，还可以是物体G、 相机K和物镜0静止，其中，照明元件BI、B2相对于它们运动。
[0139] 在一种优选的实施方式中，线形地、即沿着直线进行所述运动。在此，在一种优选 的实施方式中，物体G相机映像至相机映像地始终刚好以相同的距离、特别是以相应于相机 K的物体侧的像素间距△ X的距离进一步运动。因此，物体G从一个相机映像向下一相机映像 刚好以图像平面中的一个像素间距A X推移。由此确保了以孔眼非常紧密的方式检测所述 物体G和线形的照明面5的映像。
[0140] 利用大写字母X、Y、Z，通常表示真实空间中，特别是在物体表面3上的坐标，而小写 字母x、y表示所述图像平面中的坐标。
[0141]在另一种优选的实施方式中，所述距离可以被选择为物体侧的像素间距△ X的整 数倍或者也选择为非整数倍。优选将距离这样选择，使得该间距与物体表面3上的照明线、 即线形的照明面5的外观宽度相应、近似相应或者处于相同的数量级中。由此显著地降低了 必须的运动步骤的数目、图像拍摄的数目进而减少所需的时间。同样地，所述距离也可以是 照明线的外观宽度的一部分，即当使用多个照明线时是该情况。优选一种实施方式，其中距 离与除以照明元件B1、B2数目的照明线外观宽度相应、近似相应或者处于相同的数量级中。 为此还要结合多个线照明进行探讨。物体G上的照明线外观宽度不仅取决于真实的照明宽 度d或者说前置的遮光板，同样还取决于物体表面3的光学特性。在光泽物体表面或甚至光 学粗糙物体表面的情况下，照明线的外观宽度增大，该外观宽度从相机K出来地观察在物体 表面3上是可见的。在光学粗糙表面、特别是在朗伯散射体的情况下，变宽的线可以在物体 表面3的整个可见区域上延伸。不仅精确满足反射定律的光射线到达相机K中，而且仅近似 满足反射定律(光泽表面)或者甚至不再满足反射定律(光学粗糙表面）的射线也到达相机 中。
[0142] 图2示出了光学粗糙的、扩散式反射的朗伯物体表面3的示意性示出的放射特性。 相同元件和功能相同元件设有相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。从照明元 件Bl出发的入射射线散射到该半空间的所有空间方向上。在此，根据散射波瓣9的反散射的 亮度随着在表面法线和反散射射线之间围合出的角度的余弦发生变化。
[0143] 图3示出了光泽表面的示意性 示出的放射特性。相同元件和功能相同元件设有相 同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。反散射亮度的最大值在满足反射定律的角 度情况下出现。在该角度的附近，同样还确定了这样的反散射亮度，其相应于散射波瓣9变 化。
[0144] 图4示出了光学光滑表面的示意性示出的放射特性。相同元件和功能相同元件设 有相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。入射射线.?、表面法线/i和反射射线F 满足反射定律。对于满足反射定律的射线，亮度是最大的，而对于所有其他角度，亮度为零。
[0145] 除了物体表面3的这三个基础的放射特性之外，还可以是它们的混合形式。例如可 以使扩散式反射的部分与光泽部分组合。这样则两个部分的特性能够叠加。对于该情况得 出余弦形走向，该走向具有由光泽部分的散射波瓣9造成的升高。
[0146] 在另一优选的实施方式中，所述运动以旋转、特别是绕Y轴或近似绕Y轴旋转的形 式进行。这种运动方式适用于在周围对物体G进行检测。在该情况下，物体表面3优选被构造 为物体G的罩面。特别是当涉及旋转对称物体时，该运动是适用的，该旋转对称物体的旋转 对称轴与所述旋转的转动轴、特别是Y轴一致。在此在一种优选的实施方式中，物体G相机映 像至相机映像地转动相同角度，特别是这样的角度，该角度被这样选择，使得物体G在它的 由相机可见的范围(Umfang)上以相机K的物体侧的像素间距△ X进一步运动。该条件可以仅 在具有恒定直径的旋转对称物体G、特别是柱体的情况下严格考虑地被遵守并在这里对于X 坐标为零的点而言在绕Y轴旋转的情况下被遵守。这些点沿着一条沿Y方向的线以X坐标为 零布置在该范围上。尽管如此，对于沿X方向与该线相邻的那些点而言也可以近似地满足该 条件。如果还应当考虑进一步远离X坐标为零的线的那些点，则可以以如下方式实施相机映 像的校正，即，在这些相机映像的较大区域直到总相机映像上实现图像拍摄到图像拍摄的 相等距离。在旋转对称物体G具有不同直径的情况下，当针对平均直径满足该条件时，同样 可以实现距离近似相等。因此，物体G从一相机映像向下一相机映像地展现出刚好或近似以 图像平面中的一个像素间距ΔΧ推移。
[0147] 在另一种优选的实施方式中，同样对于旋转的情况，可以将所述距离选择为物体 侧的像素间距A X的整数倍或者也可以是非整数倍。在此适用如线形运动情况中那样的相 应设置。
[0148] 同样可以沿着空间中的任意曲线使物体运动，例如借助机器人。同样，在非常大的 待检查的物体G的情况下可行的是，替代物体G可以使相机K和/或照明元件B1、B2运动。例如 相机K包括照明元件B1、B2可以由机器人根据空间中的很大程度上任意的曲线进行运动。在 这些情况下，用于单图的回移和/或用于校正的计算在数学上设计得较复杂，但完全一样是 可行的。
[0149] 为了进一步考虑并有利于一目了然的绘图表达和数学表达，还是选择线性运动的 情况和彼此跟随的单图的与物体侧像素间距AX相应的距离。尽管如此，这种考虑类似并相 应匹配地也适用于旋转，直至沿着空间中的任意曲线的运动，并且适用于彼此跟随的图像 中的那些不同距离。
[0150] 在每种情况下，在所述运动期间拍摄单图13的一个序列，即物体表面3的通过照明 强度
[0151] Ei(xi,y,t)
[0152] 所描述的图像序列11。这样的图像序列11在图5中示意性地示出，其中，在这里所 述图像平面的像素在X轴的方向上示出。在此，单个像素与单个图像部位15相应，这些单个 图像部位在图像平面中的位态通过第一坐标或者说第一像素指数^和第二坐标或者说第 二像素指数y来描述。在此，在图5中仅示出了第一坐标X 1。为了进一步说明，将第二坐标y固 定。图5中的竖轴相应于时间轴，这些单图沿着该时间轴根据配属给它们的时间指数t彼此 跟随地布置在该图像序列中。图5示出了回移之前的图像序列。相应地，在此根据相机K的成 像特性，给每个由数对(Xi，y)所描述的图像部位15配属物体表面3上的可在该图像序列中 区分的物体部位。
[0153] 为了简化视图，在此首先仅考虑物体表面3通过照明元件Bl的照明A1是图像平面 中的取决于横轴(Rechtsachse)方向上的像素指数XI、纵轴(Tiefenachse)方向上的像素指 数y和时间指数t的照明强度。根据照明元件B1、物体G和相机K的对应相对位置，照明线的或 多或少不规则成形的映像17关于物体表面3-块一块地铺开在所述图像序列中。该图像序 列现在包含关于物体表面3的形状和其光学特性的信息(光学粗糙、光学光滑或光泽，散射 波瓣9的形状和宽度以及反射度等）。
[0154] 如下面描述的那样对图像序列进行评估。借助运动装置R，使图像序列11的单图13 在计算上在其位置上沿着所述运动方向推移。图像的在计算上的推移与物体G在图像序列 11中运动的方向相反地进行。因此，计算上的推移补偿了物体G的真实运动。如果真实推移 恰好等于物体侧的像素间距AX，则这些单图13图像至图像地回移这样的距离，该距离图像 至图像地总是刚好增加一个图像侧的像素间距Αχ。这样，所述回移以图像序列11的单图13 的时间指数t线性地增长。由此实现了在回移的单图13中的相同图像部位15上，始终成像同 一物体部位7。因此，回移的图像中的相同图像部位15与物体表面3上的相同物体部位7对 应。
[0155] 这样回移的图像序列19在图6中示意性地示出。相同元件和功能相同元件设有相 同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。在此
[0156] E2(X2，y，t)
[0157] 是图像平面中的取决于根据回移变换的横轴方向上的像素指数X2、纵轴方向上的 像素指数y和时间指数t的照明强度。假设所述物体G图像拍摄至图像拍摄地沿着正的横轴 的方向运动物体侧的像素间距△ X，或者说与正的横轴相反地运动图像侧的像素间距Δ X。 (这种假设纯粹是示例性的，运动也可以沿着负的横轴的方向进行，或者也可以沿着纵轴Y 的方向或沿着相反方向进行。同样地，运动可以相对于横轴或纵轴Y成角度。但是，当恰好选 择沿坐标轴方向时，根据公式的描述设计得最清晰）。对于相同的对应物体部位7的变换的 像素指数X2和原始的像素指数X 1的关系在于
[0158] X2 = xi_t。
[0159] 由此然后得出
[0160] E2(X2，y，t)=Ei(xi，y，t)=Ei(X2+t，y，t)。
[0161] 随后，也被称为图相堆叠的、在计算上由此回移的图像序列19的进一步评估沿着 通过时间指数t预设的堆叠方向进行。对于始终与同一物体部位7相应的像素指数( X2，y)的 预设组合而言，回移的图像序列19现在在计算上沿着时间指数t行进。照明强度E2( X2，y，t) 的最大值在精确满足反射条件(光学光滑表面或光泽表面)之处或者在照明方向5与表面法 线5-致(光学粗糙表面，光度立体法原理)之处出现。因此，对于通过数对(x 2，y)所描述的、 固定的、回移的图像部位15,确定了这样的时间指数^(12,7)，对于这些时间指数』心 2,7， t)假设为最大值。
[0162] t〇(x2,y)=maxt(E2(x2,y,t))
[0163] 利用对时间指数U(X2J)的认识，可以沿着原始的、未回移的图像序列11中的横轴 X1计算出相应图像部位15的像素指数X1,o(X2，y)，在该像素指数中出现所述最大值
[0164] xi,〇(x2,y)=X2+to(x2,y) 〇
[0165] 未回移的图像部位15的像素指数X1,o(X2，y)又是对于物体表面3沿着横轴X方向的 表面倾斜度有多大而言的尺度。如果像素指例如表示关于横轴X 1的图像中部内 的一个位置并且照明关于横轴X居中定位，则这相应于关于横轴X倾斜度为零的物体部位7。 在平面反射镜作为物体G，其垂直于观察方向?的情况下，刚好获得这种情况。照明线的映 像17的最大值关于横轴X 1居中地定位。图5和图6示出了对于这种平面反射镜的照明强度分 布的示例。照明强度的最大值分别作为被强调的像素画入。
[0166] 在该方法的先前描述的实施方式中，总是(nach allem)在回移的图像序列19中针 对固定的物体部位7查明时间指数to,在该时间指数下，回移的图像部位15上的照明强度是 最大的，该回移的图像部位配属给回移的图像序列19中的固定物体部位7,其中，随后由该 时间指数to查明在未回移的图像序列11中的相应图像部位15。
[0167] 替代地，也可以关于X1计算出照明强度E1(X1，y，t)的一个或多个最大值。
[0168] xi;〇(x2,y)=maxxi(Ei(xi,y,t))
[0169] 在此情况下有利的是，最大值可以已经直接地在对应图像拍摄之后以时间指数t 实现。在方法的该实施方式中，现在在图像序列11的每个单图13中查明最大照明强度的至 少一个图像部位15，该图像部位配属给对应的物体部位7。优选在每个单图13中查明照明强 度的多个局部最大值，它们被分别配属给对应的物体部位7。这种评估可以例如根据相机中 的特殊硬件评估器(例如FPGA)非常快速地进行。这导致了非常显著的数据减少，因为仅仅 还必须继续给出用于进一步处理的最大值位置，而不是完整图像。此外有利的是，这种特殊 硬件评估器已经被使用于用于激光切割方法的相机。在这里，所述任务也是探测线的最大 值，其中，但是在这里所述图像产生和图像的解释是完全不同的。
[0170] 通常，在具有光学光滑表面的物体G的情况下存在被清楚限界的最大值。在光学粗 糙表面的情况下与之相反地存在例如形式为宽的余弦形曲线的分布。根据光度立体法，这 种分布的最大值同样给出关于物体表面3的倾斜度的讯息(EP I 57 827 Al)。光泽表面具 有或多或少清楚表现的最大值，该最大值比光学光滑表面的情况下更宽，比光学粗糙表面 的情况下更窄。同样地，除了或多或少清楚的最大值(相应于物体表面3的散射波瓣9)之外， 也可以以分布形式出现在整个图像堆叠上的宽的分布。根据这些特性可以局部地确定物体 G的光学特性和物体表面3的局部倾斜度。
[0171 ]物体G的形状以照明线的映像17的准确的形状和位态示出。在此情况下首先检测 所述物体表面3的垂直于线方向的倾斜度。首先不检测所述表面的平行于线方向的倾斜度。 为了能够检测所述物体表面的两个自由度，所述设备优选使用一个或者优选也使用多个其 他的照明元件。优选地，垂直于第一照明元件Bl布置第二照明元件B2。由此可以检测所述表 面倾斜度的两个自由度。
[0172] 照明元件BI、B2可以如下地关于运动方向进行布置。照明元件B1例如可以布置得 垂直于所述运动方向，所述另一照明元件布置得平行于运动方向（加号布置方案）。垂直于 运动方向的照明元件Bl的映像现在在所述运动过程中覆盖所述物体G。在照明元件B2平行 于运动方向的情况下，则不是这样的情况。沿着它的线方向推移的线与其自身是一致的（只 要线非常长地伸展）。因此，在运动期间始终获取该线的相同映像。替代于此地，在图7中示 出的设备1的实施例中，两个照明元件B1、B2关于所述运动方向呈+45°或-45°地布置，因此 交叉地布置或者按照X形式布置。其他的角度也是可以的，例如+30°和-30°、+60°和-60°或 者还有非对称角度。由此，对于两个照明元件B1、B2,对应的线的图像覆盖所述物体表面3。 该物体表面沿着关于运动方向的+45° (X+方向）或-45° (X^方向）方向的从中获取的局部倾斜 度可以通过坐标变换被转移成沿着该运动的方向或垂直于该运动的方向的倾斜度值。
[0173] 但是，现在使得照明元件B1、B2的至少两个照明线的映像分别包含在图像序列11 中。为了能够将两个倾斜度方向彼此区分，需要能够将这些照明线的两个映像彼此区分。这 例如可以借助照明的颜色(颜色多样性，例如红色、绿色、蓝色…）和彩色相机来进行。在此 的缺点在于，颜色分离取决于物体表面3的颜色。在红色物体G的情况下，例如无法或仅微弱 地反射蓝色照明。光学特性(光学粗糙、光学光滑、光泽)也可以根据照明的波长进而照明颜 色发生变化。
[0174] 因此，优选一种方法，其中通过时间多样性来实施多个照明的分离。在此情况下将 至少两个照明元件BI、B2在不同的时间激活。在此，在运动过程中，首先激活第一照明元件 Bl并拍摄一单图。随后激活第二照明元件B2并拍摄另一单图，如果存在第三照明元件则继 续，随后又激活第一照明元件Bl并继续。在一种优选的实施方式中，在两个彼此跟随的照明 之间覆盖所述物体G的距离相应于物体侧的像素间距△ X除以照明的数目。因此，第一照明 和直接跟随的照明之间的距离恰好是像素间距。
[0175] 物体侧的像素间距△ X的概念表示根据相机K的成像特性投影到物体表面3上的像 素间距Δχ。通过这种方式，使在第一单图中成像到第一像素上的物体部位，在直接跟随的 第二单图中成像到与第一像素直接相邻的第二像素上。
[0176]在另一优选的实施方式中，距离可以被选择为物体侧的像素间距△ X的整数倍或 非整数倍。优选一种实施方式，其中，所述距离相应于、近似相应于照明线的外观宽度除以 照明的数目或处于相同的数量级。
[0177] 如果使用多于两个的照明元件，则它们可以布置在如两个第一照明元件BI、Β2那 样的相同平面中，优选在Z = Zo的平面中，其中，这些照明元件优选关于X轴或Y轴成角度地 布置，该角度与两个第一照明元件B1、B2的角度偏离。在这种情况下可以于是冗余地确定倾 斜度在X方向和在Y方向上的两个自由度，这提升了测量的可靠性。
[0178] 替代地可以使用多于两个的照明元件，以用于能够确定所述物体表面3关于X轴或 Y轴的较大倾斜度。于是优选地，其他的照明元件相对于第一照明元件B1、B2布置得有平行 距离。
[0179] 替代地可以使用多于两个的照明元件，其中，第一和第二照明元件BI、B2位于第一 平面中，优选在Z = Zo的平面中，并且其他的照明元件位于其他的、与第一平面不同的平面 中。优选地，第三和第四照明元件位于与第一平面不同的、Z = Zj^平面中。其他的照明元件 可以在其他的平面中。第三或第四照明元件可以平行于第一或第二照明元件B1、B2布置。然 而替代地，第三和第四照明元件也可以以与第一和第二照明元件B1、B2不同的角度布置，由 此可以使得来自于物体G到所有照明元件上的可见性尽可能自由并且没有彼此遮蔽。
[0180] 优选在多个平面中使用多于两个的线形照明元件，以用于解决所谓的高度问题。 所述高度问题在于在相机K和照明元件B1、B2在一个平面中的偏转测量法中无法区分:所述 物体表面3的面元件是否强烈倾斜并在此靠近相机K，或者该面元件是否是倾斜得较弱并与 相机K离开得较远。因此，除了在两个坐标方向上的倾斜度未知外，沿Z方向的坐标也是未知 的。这个问题可以通过预先了解来解决，例如如果或多或少扁平的物体G位于关于Z(优选在 Z = O的情况下）已知的平面中的话。如果不存在这种预先了解，则为了解决具有两个未知 量、即分成关于X和Y方向倾斜度的倾斜度未知量和高度未知量的问题，还需要两个彼此独 立的已知量。当第三和第四照明元件布置在与存在有第一和第二照明元件B1、B2的平面偏 离的平面中时，于是尤其存在关于照明的两个独立的已知量。
[0181] 替代地或还有附加地，高度问题如下地得以解决。至今在设施中仅具有一个相机 K。替代地可以使用两个或更多个相机Kl、K2。相应地，根据图8的设备1的实施例具有两个偏 心地、即布置在照明元件Β1、Β2的交叉点之外的相机Κ1、Κ2。相同元件和功能相同元件设有 相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。在这种情况下，存在关于相机Κ1、Κ2的多 于两个的已知量。两个或还有更多个相机Kl、Κ2取向到物体G上 。
[0182] 在一种优选的实施方式中，这些相机的光学轴线围合出角度。优选地，这些光学轴 线至少近似地取向到共同的点或区域上，优选地，这在这里所使用的坐标系中是坐标原点 并同时是所述设施的对称点。使用多个相机Κ1、Κ2提供了其他的优点。当以第一相机Kl能够 检测沿X和Y方向倾斜度的第一角度范围时，利用其他的相机Κ2可以覆盖其他的角度范围。 如果例如将两个相机Kl、Κ2这样布置，使得第一相机Kl布置在负X坐标的区域中，并且第二 相机布置在正X坐标的区域中，则第一相机Kl优选可以以关于X轴的正角度来检测多个倾斜 度，而第二相机Κ2可以以关于X轴的负角度来检测多个倾斜度。优选将相机Κ1、Κ2这样设置， 使得它们能够尽管如此两个共同地覆盖确定的角度范围（多个倾斜度的交集）。人们可能会 争辩，在相机的光学轴线相对于Z轴倾斜的这些相机Kl、Κ2的情况下，由于立体扭曲使得图 像不再能够一致地回移。在这种情况下可以前置这些单图的所谓的矫正步骤，其修正了所 述立体扭曲。
[0183] 如果使用多于两个的相机Κ1、Κ2,则优选这样布置，使得第三相机位于负Y坐标的 区域中，并且第四相机位于正Y坐标的区域中，其中，它们取向到坐标原点周围的区域上。第 三相机于是优选可以以关于Y轴的正角度来检测倾斜度，而第四相机优选可以以关于Y轴的 负角度来检测倾斜度。优选将所有四个相机这样布置，它们能够尽管如此全部共同地覆盖 确定的角度范围（多个倾斜度的交集）。优选地，所有相机关于Z轴对称地布置。优选地，多个 所述照明元件也关于Z轴对称地布置。特别有利的是，这些相机布置在这些照明元件之间的 中间空间中。由此，由面元件沿相机方向和照明元件方向看的可见性不会被遮挡。较多数量 的相机也是可行的。
[0184] 替代地，这些相机的光学轴线也可以平行取向，优选沿负Z轴的方向。优选地，这些 相机关于Z轴对称地布置。优选地，多个照明元件同样关于Z轴对称地布置。
[0185] 在上述考虑中，首先出发点在于，线形照明元件BI、B2分别沿着空间中的直线延 伸。替代地，优选可以弧形地、即以弯曲的形状实施这些线形照明元件B1、B2。设备1的在图9 中示出的实施例是这种情况。相同元件和功能相同元件设有相同的附图标记，从而就此而 言参照前述的说明。由此也可以以照明元件B1、B2的受限界的长度覆盖大的角度范围。两个 第一照明元件B1、B2例如可以呈X形状布置在根据图9b的沿负Z方向看的俯视图中，具有沿 着X +或X_方向的取向。在根据图9a的侧视图中，这些照明元件BI、B2可以弧形地实施，优选以 圆、部分圆并优选以半圆的形式，其中心点是坐标原点。选择大于180°的部分圆也可以是有 利的，从而能够覆盖倾斜度的较大的角度范围。
[0186] 图10示出了用于照明元件的亮度轮廓I相对于其宽度b的示意性视图。在此示出， 照明元件在此具有布置在彼此平行错开的、沿照明元件纵向方向延伸的多个行列中的至少 两个照明子元件21、21'。可行的是，将这些照明子元件21、21'构造为沿照明元件纵向方向 观察延伸的纤维或纤维束。替代地，这些照明子元件21、21'可以具有并排布置的点源，优选 分别具有多个发光二极管。这些照明子元件21、21'优选发出柔和照明分布，在此具体地发 出基本上高斯形的、优选高斯形的照明分布I。在此，对于照明元件，在整体上由于两个照明 子元件21、21'产生双最大值分布，特别是双高斯分布。
[0187] 图11示出了两个照明元件B1、B2的设施的一种实施例的示意性视图。这些照明元 件在此相对彼此X形地布置并在公共的中心点的区域中交叉，在该中心点设有用于相机K的 遮光板23。为了避免照明线被遮光板23中断，照明元件B1、B2在此分别具有关于中心点对称 错开的照明线25、25'，在这里示出的实施例中，沿着这些照明线布置有多个彼此相邻的照 明子元件21、21'。在此，因为较简单的视图，仅示出几个照明子元件21、21'。但是总的来说， 照明子元件21、21'优选沿着照明线25、25 '的整个长度延伸。
[0188] 照明元件B1、B2可以具有多于两个的照明线25、25'。特别可以是这样的照明元件 BI、B2,其具有六个照明线25、25'。
[0189] 照明子元件21、21'优选固定在承载板27或承载体上，其中，优选为了实现事先确 定的亮度分布、特别是根据图10的亮度分布I设有散射元件29,特别是散射体，该散射体固 定在承载板27或承载体上。在此优选地，亮度分布I基本上跟随散射元件29的形状，其中，该 亮度分布在任何情况下均由所述散射元件的形状确定。散射元件29可以具有对称的、特别 是对于所有照明线25、25'相同的形状。替代地，散射元件29的形状进而由此产生的亮度分 布也可以沿着照明元件B1、B2的宽度b变化并特别是从照明线25、25'到照明线25、25'地变 化。通过这种方式可以非常灵活地实现不同的亮度分布I。
[0190] 替代于在图11中示出的实施例，还可以两个照明元件B1、B2不共享共同的中心点， 而是例如共享共同的端部点，其中，这些照明元件布置为A形或V形。还可以两个照明元件 B1、B2彼此分开地布置，从而它们不共享共同的点。通常，两个照明元件B1、B2之间的交叉点 可以选择为偏心，在照明元件B1、B2的边缘上，但是无论如何优选不在照明线25、25'的区域 中。
[0191 ]还可以使相机K不定位在照明元件BI、B2的共同中心点的区域中，而是偏心地例如 定位在照明元件BI、B2旁边。
[0192]图12示出了设备1的第五实施例的示意性视图。在此，第一照明元件Bl在这里通过 虚线示出。第二照明元件B2通过点划线示出。两个照明元件BI、B2沿着在柱体对称的承载体 31上彼此各不仅沿周向方向而且沿纵向方向看错开的螺旋线延伸。该承载体在此构成了具 有纵向轴线或对称轴线A的隧道，待检查和/或待检测的物体可以沿着该纵向轴线或对称轴 线运动穿过承载体31。在此，物体通过照明元件B1、B2来照明。设有遮光板23,通过该遮光板 可以借助相机K观察该物体。在此，既可以以反射，也可以以透射来测量物体的区域，这是因 为照明元件BI、B2呈360°地周向缠绕该物体。因此，通过照明元件BI、B2从所有侧面使该物 体被照明。附加于遮光板23还可以设置其他的遮光板，以用于能够从不同的方向观察所述 物体。可以设置多于两个的照明元件B1、B2,这在图12中也简示出。在此示出的设备1是可任 意伸缩的并由此可以用于非常小到非常大的检查物体，例如完整的机动车。
【主权项】
1. 一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤： -将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为， 使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被所述相机(K)拍摄； -至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，所述组包括所述物体(G)、所述至 少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)，其中，运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2) 围合出不等于0°的角度； -在所述相对运动期间，利用所述相机(K)拍摄所述物体表面（3)的图像序列（11)，其 中，所述物体表面(3)在所述相机(K)的图像平面中成像； -在所述图像平面曝光期间，利用所述至少一个照明元件（B1，B2)照明所述物体表面 (3);以及 -依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序 列(11)。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用至少两个线形照明元件，其中，所述照 明元件(B1，B2)彼此围合出不等于0°的角度，其中，所述运动方向与所述至少两个照明元件 (B1，B2)中的至少一个照明元件围合出不等于0°的角度，其中，在所述图像平面曝光期间， 利用所述照明元件(B1，B2)中的至少一个照明元件照明所述物体表面(3)。3. 根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于以下步骤： -将所述图像平面中的最大照明强度的对应图像部位（15)配属给所述物体表面(3)上 的能在所述图像序列（11)中区分的物体部位(7);以及 -由所述图像平面中的分别对应的图像部位（15)的位置，计算出所述物体部位(7)上的 局部表面倾斜度。4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述图像序列（11)的每个 单图（13)中查明配属给对应的物体部位(7)的最大照明强度的至少一个图像部位(15)。5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述图像序列（11)的单图 (13)与所述图像平面中的分别配属给所述单图（13)的时间指数(t)成比例地回移，从而使 得给回移的图像序列（19)中的每个回移的图像部位(15)刚好配属一物体部位(7)。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述回移的图像序列（19)中对于固定的 物体部位(7)查明时间指数(to)，在该时间指数下，在给所述回移的图像序列（19)中的物体 部位(7)配属的回移的图像部位（15)上的照明强度是最大的，其中，由该时间指数(to)查明 未回移的图像序列（11)中的相应图像部位（15)，其中，由所述图像部位（15)的位置来计算 出所述物体部位(7)上的局部表面倾斜度。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的、优选在 最大照明强度的图像部位（15)周围的照明强度分布，查明对应的物体部位(7)的局部光学 特性。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的照明强 度的高度、优选最大照明强度的图像部位（15)处的照明强度的高度，查明对应的物体部位 (7)的局部光学特性。9. 一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的设备，特别是用于实施根据权利要求 1至8中任一项所述的方法，所述设备具有 -至少一个相机(K)和至少一个线形照明元件(B1，B2)，其中，所述相机(K)和至少一个 照明元件(Β1，Β2)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能由所述照明元件(Β1，Β2)照明并 能由所述相机(Κ)拍摄，其中， -能在至少两个元件相对彼此的相对运动期间利用所述相机(Κ)拍摄所述物体表面(3) 的图像序列（11)，所述至少两个元件从包括所述物体表面(3)、所述至少一个照明元件(Β1， Β2)和所述相机(Κ)的组中选出，从而使得所述物体表面(3)在所述相机(Κ)的图像平面中成 像，其中， -所述至少一个照明元件(Β1，Β2)能以如下方式操控，S卩，所述物体表面(3)在所述图像 平面曝光期间被所述至少一个照明元件(B1，B2)照明，并且所述设备还具有 -运算装置(R)，所述运算装置被构造用于依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/ 或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列（11)。10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于至少两个线形照明元件(B1，B2)，其中，所 述照明元件(B1，B2)以如下方式布置，S卩，所述照明元件彼此围合出不等于0°的角度，其中， 所述照明元件(B1，B2)能以如下方式操控，S卩，所述物体表面(3)在所述图像平面曝光期间 至少被所述至少两个照明元件(B1，B2)中的一个照明元件照明。11. 根据权利要求9和10所述的设备，其特征在于，所述运算装置被设置用于使所述图 像平面中的最大照明强度的对应图像部位(15)配属给所述物体表面(3)上的能在所述图像 序列（11)中区分的物体部位(7)，并且被设置用于由所述图像平面中的分别对应的图像部 位(15)的位置来计算出所述物体部位(7)处的局部表面倾斜度。12. 根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其特征在于运动装置(M)，利用所述运动 装置能至少在两个元件之间沿着运动方向产生所述相对运动，所述两个元件从包括具有所 述物体表面(3)的物体(G)、所述至少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)的组中选出，其 中，所述运动装置以如下方式构成并相对于所述至少一个照明元件(B1，B2)进行布置，即， 所述运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2)，优选与所述至少两个照明元件(B1，B2)中 的至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。13. 根据权利要求9至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个照明元件 (B1，B2)具有扩散式的、不定向的放射特性，其中，所述放射特性优选是朗伯放射特性或均 匀分布的放射特性。14. 根据权利要求10至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述照明元件(B1，B2)彼 此围合出这样的角度，该角度为最少1°到最高179°、优选为60°、优选为90°、优选为120°。15. 根据权利要求10至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述运动方向将所述照明 元件(B1，B2)之间的角度分开，其中，该运动方向优选地构成就所述照明元件(B1，B2)之间 的角度而言的角度中线。16. 根据权利要求10至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述照明元件(B1，B2)放 射出彼此不同的光谱分布，和/或，能在时间上彼此独立地操控所述照明元件(B1，B2)。17. 根据权利要求9至16中任一项所述的设备，其特征在于，设有多于两个的线形照明 元件(B1，B2)，其中，这些照明元件(B1，B2)与所述运动方向围合出优选不同的角度，这些照 明元件以如下方式彼此不同地布置，即，这些照明元件具有相对于所述物体表面(3)不同的 距离，和/或这些照明元件相对彼此推移、优选在同一平面中推移。18. 根据权利要求9至17中任一项所述的设备，其特征在于，设有相对彼此错开布置的 至少两个相机(K1，K2)，和/或，至少三个照明元件(B1，B2)布置成，使得第一和第二照明元 件(B1，B2)共同地布置得相对于所述物体表面(3)具有第一距离，其中，第三照明元件布置 得相对于所述物体表面(3)具有第二距离，其中，所述第一距离与所述第二距离不同，其中， 所述运算装置(R)被构造用于由这些不同的相机(K1，K2)的优选对应的图像和/或由所述物 体表面(3)的以不同的距离照明的图像来计算出关于所述物体表面(3)的高度信息。19. 根据权利要求9至18中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个线形照明元件 (Β1，Β2)具有弯曲的形状，其中，所述至少一个线形照明元件优选沿着该线形状观察覆盖0° 到180°的角度范围，其中，所述照明元件(B1，Β2)优选具有半圆弧或者螺旋线的形状。20. 根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其特征在于，所述相机(Κ)被构造为矩阵 相机或线阵相机，其中，所述相机(Κ)优选包括整合的、能在应用现场中编程的门阵列，其 中，所述相机(Κ)特别是被构造为用于激光切割方法的特殊相机。
【专利摘要】本发明涉及一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤：将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被相机(K)拍摄；至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，该组包括物体(G)、至少一个照明元件(B1，B2)和相机(K)，其中，运动方向与至少一个照明元件(B1，B2)围合出不等于0°的角度；在相对运动期间，利用相机(K)拍摄物体表面(3)的图像序列(11)，其中，物体表面(3)在相机(K)的图像平面中成像；在图像平面曝光期间，利用至少一个照明元件(B1，B2)照明物体表面(3)；以及依据物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列(11)。
【IPC分类】G01B11/24, G01B11/25
【公开号】CN105492862
【申请号】CN201480048259
【发明人】C·瓦格纳, C·科鲁特
【申请人】萨科希瑞斯先进控制有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月1日
【公告号】EP3017273A1, WO2015000898A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的方 法，以及一种根据权利要求9所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的设备。特别地，根 据本发明的方法和根据本发明的设备适用于形状检测和/或检查具有光学粗糙表面和/或 具有光泽表面直到光学光滑表面的物体。
【背景技术】
[0002] 用于光学地形状检测物体的设备和方法是已知的。存在许多测量原理，利用这些 测量原理可以在光学途径上检测出物体的三维形状。
[0003] ?三角测量法：
[0004] 激光切割方法
[0005] 条纹投影法
[0006] 立体方法
[0007] 摄影测量法
[0008] 光度立体法和"明暗成形法(英文:shape from shading)"
[0009] 光度偏转测量法 [0010]其他的偏转测量法
[0011] #干涉法：
[0012] 激光干涉法 [0013]白光干涉法
[0014] 全息摄影法
[0015] 籲运行时间法：
[0016]光源的尚频调制
[0017] 光学粗糙表面定义为，它们具有明显高于可见光波长(大致0.5微米)的粗糙度，而 光学光滑表面具有远低于该波长的粗糙度。由于这种特性，光学粗糙表面表现出光的不定 向的扩散式散射。对此的例子是纸、粉笔、毛玻璃等。与之相反，光学光滑表面以定向方式反 射或透射入射光。这些光学光滑表面能够产生其周围环境的光学映像。作为示例可以提到 的是平面的或成拱形的反射镜和抛光的金属和玻璃表面(透镜）。
[0018] 此外，以概念"光泽"来说明如下的表面，这些表面的光学粗糙度处于光学粗糙表 面和光学光滑表面之间的过渡区域中。
[0019] 光学粗糙表面、光泽表面和光学光滑表面均在技术上具有高度的重要性。
[0020] 对于光学粗糙表面而言，存在很多种光学3D传感器。最广泛使用的方法中的一种 方法是基于条纹图案的投影。图案从一个方向投影并从另一方向通过相机观察。对于相机 而言，这些条纹根据观察到的物体的形状的不同而表现出或多或少地变形。由条纹的变形 可以反推出物体的形状。
[0021] 对于光泽表面，特别适用的是光度偏转测量的方法(EP 1 567 827 Al)。
[0022] 同样地对于光学光滑表面而言已知多个能够实现形状检测的方法。为了测试简单 的表面形状，例如平面的或球形的面(透镜、反射镜等），主要使用干涉测量的方法。在复杂 成形的面、例如非球面的情况下使用哈特曼法和夏克哈特曼测试。在此，人们观察细的射线 束通过待测量物体的偏向。其他方法观察在物体表面上反射或透射的光栅图案或条纹图 案。根据物体表面的形状的不同，光栅或条纹或多或少表现出变形。为了分析所述光栅图案 何种程度地变形，可以在观察中使用第二光栅。这里，特别谈到的是闪光法（Moirge-Verfahren)。所有这些前面提到的方法可以总结为偏转测量方法。对它们来说共同的是:这 些偏转测量方法确定射线转向并从中推断出表面的形状。偏转测量方法基于反射定律或折 射定律，所述定律描述了入射射线、表面法线和反射或透射射线之间的关系。
[0023] 迄今为止，还无法仅利用一个设备或者说一种方法来进行光学粗糙物体、光泽物 体和光学光滑物体的形状检测和/或检查。一个在技术上重要的例子是在汽车制造中的涂 漆构件、特别是车身涂漆表面的监控。根据漆的类型的不同，在这里出现从扩散式散射(光 学粗糙表面)经过光泽部分直到镜面反射部分。
【发明内容】
[0024] 因此，本发明的目的在于提出一种方法和一种设备，它们同样地适用于具有光学 粗糙表面、光泽表面或光学光滑表面的物体的形状检测和/或检查。所述方法和所述设备特 别适用于在技术上特别重要的光泽表面和光学光滑表面。
[0025] 该目的通过提供具有权利要求1的步骤的方法来解决。在此情况下，至少一个相 机、至少一个线形照明元件和物体相对于彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可 以由至少一个照明元件来照明并且可以由相机拍摄。在至少两个元件之间产生相对运动， 其中，这些元件从包括物体、至少一个照明元件和相机的组中选出。这特别是意味着，可以 在物体与至少一个照明元件之间、在物体与相机之间、在至少一个照明元件与相机之间、在 物体与由至少一个照明元件和相机组成的固定设施之间、在至少一个照明元件与由物体和 相机组成的固定设施之间、在相机与由物体和至少一个照明元件组成的固定设施之间产生 相对运动，或者以如下方式产生相对运动，即，使所有三个元件，即物体、至少一个照明元件 和相机相对彼此相对运动。相对运动的运动方向与所述至少一个照明元件围合出不等于0° 的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中 成像出物体表面。在该图像平面曝光期间，物体表面通过至少一个照明元件被照明。依据物 体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图 像序列。
[0026] 优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面 上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部 位与配属给这些图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一 方面是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。 对于每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面 倾斜度。
[0027]在此示出的是，在该方法的范畴中已经可以在仅使用一个照明元件的情况下获取 关于物体沿一方向的表面倾斜度的信息。此外，一个照明元件原则上足以获取关于局部光 学特性、特别是散射特性的信息，并且特别是由此能够探测出表面缺陷，例如表面的刮痕或 局部变形。如果使用至少两个照明元件，则可以获取关于沿两个方向的表面倾斜度的信息。
[0028] 该任务特别是也通过提供具有以下步骤的方法得以解决:至少一个相机、至少两 个线形照明元件和物体相对彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可以由所述照 明元件照明并且可以由相机拍摄。这些照明元件彼此围合出不等于0°的角度。在至少两个 元件之间产生相对运动，其中，这些元件从包括物体、照明元件和相机的组中选出。这特别 是意味着，可以在物体与照明元件之间、在物体与相机之间、在照明元件与相机之间、在物 体与由照明元件和相机组成的固定设施之间、在照明元件与由物体和相机组成的固定设施 之间、在相机与由物体和照明元件组成的固定设施之间产生相对运动，或者以如下方式产 生相对运动，即，所有三个元件，即物体、照明元件和相机相对彼此相对运动。相对运动的运 动方向与至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体 表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中成像出所述物体表面。在该图像平面曝光期 间，物体表面通过这些照明元件中至少一个照明元件来照明。依据物体表面的局部表面倾 斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图像序列。
[0029] 优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面 上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部 位与配属给图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一方面 是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。对于 每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面倾斜 度。
[0030] 特别优选的是该方法的一种实施方式，其中恰好使用一个并且仅使用一个线形照 明元件。在此情况下特别是可以获取关于物体沿一个方向的表面倾斜度的信息以及关于局 部光学特性、特别是散射特性的信息，并且特别是由此可以探测出表面缺陷，例如表面的刮 痕或局部变形。特别还优选的是该方法的一种替代的实施方式，在其中恰好使用两个并且 仅使用两个线形照明元件。在这种情况下可以获取关于物体沿两个方向的表面倾斜度的信 息。显然，也可以在使用两个线形照明元件的情况下，获取关于表面缺陷、例如表面的刮痕 或局部变形，特别是来自该表面的局部散射特性的信息。
[0031] 借助该方法可以鉴于物体表面的形状来检测和/或检查光学粗糙物体表面、光学 光泽物体表面和/或光学光滑物体表面。特别是借助该方法还可以关于物体表面的形状来 检测和/或检查完全扩散式散射的物体表面。这特别是可行的，因为在该方法的范畴中使用 至少一个线形照明元件。因此，至少在一个维度上的照明方向的准确认识始终是可行的，这 在面照明时或者说在使用面状照明元件时是不可行的。由于在该方法的范畴中所产生的相 对运动，朝至少一个相机的方向观察，物体表面上方的半空间的角度范围可检测。
[0032] 该方法也适用于具有或产生多次反射的物体表面，例如在例如用于眼镜、镜头或 其他光学装置的如透镜、特别是光学透镜那样的物体的情况下是该情况。
[0033] 照明元件的线形状意味着，这些照明元件被基本上一维地在如下意义上构造，即， 这些照明元件基本上沿着唯一的方向、即沿着它们的纵向方向延伸。在此，线形照明元件可 以包括多个、特别是大量的沿着线并排布置的照明子元件。可以将照明子元件构造为发光 二极管(LED)或者有机发光二极管(OLED)。替代地或附加地可以将照明子元件构造为激光 源。也可以将至少一个冷光源设置为照明元件和/或照明子元件。也可以是其他适当的光 源，特别是可脉动光源，其可以快速切换。至少一个照明元件也可以具有至少一个光导纤维 或至少一个纤维束。优选也可以是至少一个照明元件具有沿着照明元件的线性延伸部延伸 的至少一个光导纤维或至少一个纤维束，其中，光的侧向放射沿着纤维或纤维束的周边设 置。在此，光源的光优选在纤维或纤维束的一个端部上或者也在两个端部上耦入。通过散射 或其他光学效应，光在纤维/纤维束的周边上离开纤维或纤维束。优选地，纤维或纤维束具 有圆形横截面，但也可以是其他的横截面形状。优选地，纤维或纤维束沿着线形照明元件的 预期走向铺设。在此可以借助正在耦入的光源控制照明元件的亮度。照明元件可以具有多 个并排布置的照明线。在此，例如多个并排布置的线可以具有不同的亮度。通过这种方式， 在该方法的范畴中也可以实现具有限定的结构、特别是具有包络式亮度功能的照明轮廓。
[0034] 如果沿着线并排相邻地布置多个照明子元件，以用于构成一个照明元件，则这些 照明子元件彼此可以具有距离，即彼此非齐平地布置，但或者替代地也可以彼此齐平地衔 接，从而使得沿着照明元件的线形状不会产生照明线的中断。如前面已经谈到的那样可以 例如沿着线布置发光二极管作为照明子元件。在此可以将这样的线形设施布置在可弯曲 的、线形的接触层上，这也被称为"LED条"。在此，齐平和非齐平的设施都是可行的。
[0035] 也可以借助适当的光学元件使沿着照明元件线形状的亮度平衡和/或均匀化，其 中，特别是可以平衡彼此非齐平布置的照明子元件的中断，从而使得在整体上产生沿着线 形状的均匀亮度走向。这样的光学元件或散射元件可以例如由散射材料构成，所述散射材 料相对于真正的光源、即相对于照明子元件间隔开地布置。
[0036] 因此，与面照明相比，线形照明元件也是有利的，因为该线形照明元件的明亮度可 以是比较大的。特别是可以选择线形照明元件的亮度非常大并特别是远远大于面照明情况 下的亮度，这是因为由于线形状，为此需要的功率远远小于在面式扩展的照明的情况下。此 外可以非常快速地激活线形照明元件并在非常短的时间上保持激活，其中，特别是可以闪 电般地开关所述线形照明元件。这利用面照明几乎不可能、不能以相同的程度、或者仅以非 常高的耗费才可能。特别是在线形照明元件的情况下通常可以实现比在面式照明元件情况 下更快的重复速率。
[0037] 至少两个照明元件彼此围合出的角度是这样的角度，该角度是两个分别沿线形照 明元件的纵向方向延伸的虚拟线彼此围合出的角度。由此，如果这些照明元件布置在一个 平面内，则如何能够确定该角度是很明显的。但是也可以是这些照明元件相对彼此倾斜地 布置。在这种情况下，优选根据两个分别沿照明元件的纵向方向延伸的线到共同的平面中、 优选到与物体表面或与图像平面平行的平面中的投影来确定该角度。在任何情况下，这些 照明元件彼此围合出不等于0°的角度的要求排除了这些照明元件彼此平行定向。特别是这 些照明元件彼此围合出的角度优选在这样的平面中被测量，所述运动方向与该平面平行地 定向或者该平面平行于所述运动方向位于其中的平面取向。在此可以将这些照明元件自己 布置在所述平面中，但是也可以根据照明元件到该平面中的投影来确定所述角度。在弯曲 的照明元件的情况下，将所述角度确定为到所述照明元件上的、优选在这些照明元件或其 投影的交叉点上的切线之间的角度。
[0038] 可以以不同的方式来产生所述相对运动:在该方法的一种优选的实施方式中可以 在至少两个提到的元件之间产生平移式相对运动。特别优选地，产生沿着直线的线性运动， 其中，每个时间点上的运动方向可以通过恒定的向量来描述，从而使得在每个时间点上，运 动方向与至少一个照明元件围合出的角度也是恒定的。在另一实施例中，相对运动可以作 为旋转运动产生。特别是在旋转对称物体的情况下可行的是，使该物体相对于至少一个照 明元件和相机绕对称轴转动，或者所述至少一个照明元件和/或相机相对于物体绕其对称 轴枢转。在此优选地，运动方向是周向方向，因此沿着周向线进行，对于该周向线能够同样 很容易地给出该周向线与至少一个照明元件围合出的角度。在又一其他的实施例中可以根 据自由形状运动的方式来产生相对运动，例如借助机器人臂。在此，运动方向可以随时间变 化。相应地，运动方向与至少一个照明元件占有的角度也可以经历时间上的变化。在此不排 除给出运动方向的向量与至少一个照明元件围合出的角度在少许的时间点上呈现为0°的 值。在这种情况下更确切地说重要的是，在平均时间中和/或优选几乎在所有时间，除了少 许的时间点，所述角度都是不等于0°的。但是，优选是这样一种方法:在其中根据自由形状 运动的方式以如下方式产生所述相对运动，即，运动方向与至少一个照明元件之间的角度 在所有时间上均不等于〇°。
[0039] 根据该方法的一种优选的实施方式，运动方向与两个照明元件围合出不等于0°的 角度。在这种情况下，运动方向不与两个照明元件中的任一个平行地取向。这是有利的，因 为在运动方向与一照明元件平行取向的情况下，对于该照明元件而言，在该方法的范畴中 仅得到冗余信息。与之相反，如果两个照明元件与运动方向围合出不等于0°的角度，则可以 借助两个照明元件获取关于物体表面的非冗余的、重要的信息。在此，在自由形状运动的情 况下不排除在该方法的范畴中存在这样的时间点，运动方向与照明元件中的一个在这些时 间点围合出0°的角度。但是优选地，该角度在平均时间中是不等于0°的值和/或特别优选是 在除了少许时间点之外的几乎所有时间上均不等于〇°。在一种优选的实施方式中，该角度 在所有时间上均不等于〇°。
[0040] 在该方法的一种特别优选的实施方式中，相对运动的运动方向与至少一个照明元 件围合出不等于90°的角度。特别优选地，运动方向与两个照明元件围合出不等于90°的角 度。特别优选地，运动方向与两个照明元件围合出分别既不等于〇°、也不等于90°的角度。在 这种情况下毫不费力地可以借助该方法获取关于物体表面上的沿两个彼此正交定向的方 向的表面倾斜度的信息。
[0041] 在拍摄图像序列的范畴中拍摄至少两张、优选多于两张的图像。特别优选地，拍摄 大量图像，其中，图像的数量优选大于10张、优选大于15张、优选大于50张、特别优选 大于 100张图像。在此，图像序列中的图像的数量特别是取决于预期的、用于检测和/或检查物体 表面的角度分辨率。
[0042]优选地，以事先确定的频率拍摄所述图像序列，其中，频率优选为至少2Hz至最高 IOOkHz。在此，IOOkHz是用于图像序列的借助现代的线阵相机(ZeiIenkameras)能够容易地 实现的频率。用于图像序列频率的优选值是几百Hz到好多kHz。恰好通过使用线形照明元 件，频率可以直到高的kHz范围内，这是因为这种照明元件可以以非常短的激活时间和非常 短的发光持续时间非常快速地闪光。优选的曝光时间处在几 μπι直到好多ms的范围内。
[0043]在相对运动期间拍摄图像序列的表述表示的是，物体表面在真实空间中和/或在 图像平面中图像至图像地运动，或者由于相对运动，照明情况图像至图像地发生变化。但是 可以在产生相对运动之前，在不同照明的条件下以固定的相对位置拍摄一定数量的图像。 在这种情况下，因此优选在每个相对位置处，在多个照明条件下拍摄一定数量的图像，其 中，优选在每个固定的相对位置处前后相继地激活所有感兴趣的或所有的照明元件并在相 应的照明条件下拍摄图像。例如可以在每个固定的相对位置处，首先在通过第一照明元件 照明的条件下拍摄图像，随后在同一相对位置处，在利用第二照明元件照明的条件下拍摄 图像。
[0044] 可以在拍摄图像序列期间，即特别是也在图像平面曝光期间，连续地进行所述相 对运动。在这种情况下，优选以这样的速度来进行所述相对运动，该速度被选择为，运动模 糊不能在图像上识别出和/或通过照明的闪光被最小化。例如优选地可行的是，所述相对运 动在图像拍摄期间恰好根据投影到物体表面上的所述相机的成像特性是相机的像素间距 或者是这种物体侧的像素间距的一部分。
[0045] 替代地可以在拍摄图像序列期间逐步地产生所述相对运动，其中，不同的元件相 对彼此的相对位置在图像平面曝光期间被固定。在这种情况下也可行的是，在相对运动期 间在各次拍摄之间经过的距离恰好相应于物体侧的像素间距或者物体侧的像素间距的一 部分。
[0046] 在该方法的一种实施方式中，优选所述相对运动的速度和/或步幅与物体表面上 的散射波瓣扩展相协调。在此，物体表面上的散射波瓣的外观扩展确定了最大角度分辨率， 该最大角度分辨率在该方法的范畴中原则上是可达到的。图像序列内的、在相同照明的条 件下拍摄到的、分开间距的图像相应地具有冗余的信息，该间距明显小于物体表面上的散 射波瓣的外观直径。因此可行的是，在该方法的范畴中，当相对运动的步幅或速度以如下方 式与散射波瓣的外观直径相协调，即，所述表面在两次图像拍摄之间在相同照明的条件下 以散射波瓣的外观直径的数量级转移时，恰好可以在光学粗糙表面的情况下以非常显著的 方式节省测量时间。
[0047] 在该方法的一种优选的实施方式中，用于各个图像的曝光时间通过快门来确定， 优选相机包括该快门。在该方法的另一种优选的实施方式中，通过激活照明元件的持续时 间来预设所述曝光时间。特别是优选通过照明元件的闪光来预设所述曝光时间。
[0048] 在拍摄被图像序列所包括的图像的情况下，在相机的图像平面中成像所述物体表 面。在此情况下可以使相机聚焦到物体表面上，从而在相机的图像平面中清楚地成像出该 物体表面。但是，该表述也包含一种实施例，其中将相机焦点选择在物体表面之外，从而在 相机的图像平面中模糊地成像该物体表面。
[0049] 对于图像平面中的成像，优选使用这样的物镜，该物镜可以被包括在相机中或者 相对于所述相机分开地设置。
[0050] "能在图像序列中区分的物体部位"的表述表示的是，仅研究这样的物体部位，它 们一方面成像在图像序列中并且另一方面能够在该图像序列中与其它的被成像的物体部 位区分。在此，优选通过相机的物体侧的像素大小来预设在图像平面中还可区分的最小的 物体部位。但是也可以由于物体表面的模糊成像，使得物体部位在图像平面中不能够彼此 区分，因为它们共同地成像到多个像素上。优选地，为了评估的目的随后观察这样的图像部 位，这些图像部位包括多个像素并就此而言相应于物体表面上的可区分的物体部位。但是 也可以任意地实施粗化评估，并构成由多像素组成的图像部位，尽管分辨率还可以更高。这 例如可以实现用于减少数据，或者用于加速所述评估。也在这种情况下，仅观察可区分的物 体部位。
[0051] 优选的是该方法的一种实施方式，其特征在于，利用相机以反射来拍摄物体表面 的图像序列。相应地，在该方法的该实施方式中，特别是可以检测或检查非透视的、散射的 和/或反射的物体表面。但是，该方法的这样一种实施方式也是优选的，在其中替代地或附 加地设置利用相机以透射来拍摄物体表面的图像序列。在这种情况下，附加地或替代地可 以检测或检查所述检查物体的透视的或透明的表面。特别是也可以检查透视的物体，例如 由玻璃或透视的塑料构成的物体。随后穿过所述透视的物体、即以透射来观察所述至少一 个线形照明元件。透射和反射方式测量的组合是可行的，其中，在至少区域式透视的物体的 情况下，既观察至少一个照明元件的穿过光，也特别是观察在物体边界面上反射的光。因 此，在该方法的一种优选的实施方式中，将透光或透视本体的前侧边界面上的反射同样像 该本体的背侧边界面上的背侧反射那样进行拍摄。这样的方式在光学元件中、例如在透镜 中是特别有利的，在这些光学元件的情况下，既能够评价前边界面，也能够评价背侧边界 面。以类似的方式，还可以以透射来检查这种光学元件。在该方法的范畴中，也可以关于物 体形状来光学地检测和/或检查这些物体，这些物体既具有透视区域，也具有不透视区域， 特别是由于这些物体既具有透视材料，也具有不透视材料。这例如在机动车中是该情况，其 漆表面是不透视的，而风挡面是透视的并且表现出在从外部观察的前侧上以及同样在背侧 上的反射。因此借助该方法可行的是，既在例如由于制造错误、事故损伤或冰雹损伤而导致 的漆表面中的损坏方面，也在例如由于石块打击而导致的风挡损坏方面检查机动车。如果 以透射观察物体表面，则典型地基于折射定律来进行到相机中的成像。
[0052] 优选一种方法，其特征在于，在图像序列的每个单图中，优选沿着至少一条线、优 选沿着运动的方向查明最大照明强度的至少一个图像部位，给该图像部位配属对应的物体 部位。这种方式相应于优选在每个单图中沿着至少一条线、优选沿着运动方向的照明强度 最大值的查找，这能够特别是由相机自身基于硬件非常快速地进行。在此情况下可以实现 显著的数据减少，因为不再必须存储或传递完整的单图，而是仅须存储或传递至少一个最 大值的位置，以用于进一步处理。最大照明强度的图像部位关于相机的成像特性明确地配 属给一物体部位。优选沿着多条线、特别是沿着那些彼此具有在相机图像平面中的像素间 距距离的多条线来查明最大照明强度的图像部位。
[0053]在该方法的范畴中，优选不是优选沿着至少一条线确定照明强度的唯一的、整体 的最大值，而是确切地说确定照明强度的多个局部最大值。在此，在这里讨论的实施方式中 可以在每个单图中确定，照明强度的这些局部最大值来源于物体表面上的哪些地点。该信 息同时包括关于对应物体表面上的局部表面倾斜度的信息。
[0054]这样一种方法也是优选的，其特征在于，图像序列的这些单图与图像平面中的分 别配属给这些单图的时间指数成比例地回移。如果以恒定的速度或恒定的步幅实施所述相 对运动，则很容易地得出，给回移的图像序列中的每个回移的图像部位刚好配属一物体部 位。然后因此，图像序列的所有回移的图像中的图像部位分别刚好配属给那些对应的物体 部位，给这些物体部位配属的是在未回移的图像序列的第一图像中的相应的图像部位。由 此大大简化了进一步的评估。
[0055]在已知的方法中经常衔接拍摄图像序列需要所谓的缝合或记录，即需要不同视图 的接合，而这在这里描述的方法中不必明确地实施。确切地说，特别是通过图像序列中的图 像的回移，已经隐含地建立了各个视图的相应互相协调，从而不再需要其他耗费的运算步 骤。
[0056]在这种关联下，这样一种方法尤其是优选的，其特征在于，在回移的图像序列中针 对固定的物体部位查明时间指数，在该时间指数情况下，在配属给回移的图像序列中的物 体部位的、就这方面而言同样固定的回移的图像部位上的照明强度是最大的。这意味着，在 固定的物体部位和在此同样固定的对应图像部位的情况下，沿着该时间指数搜寻整个回移 的图像序列，以便根据时间指数找出照明强度的最大值。通过这种方式找出该时间指数或 者说图像序列中的这样的图像，在该图像中对于固定的物体部位的照明强度是最大的。随 后由该时间指数查明未回移的图像序列中的相应图像部位，由此得出在拍摄期间，从真实 空间中的哪个方向出现对于固定的物体部位的最大照明强度。由未回移的图像部位的位置 计算出该物体部位上的局部表面倾斜度。
[0057]这样一种方法也是优选的，其特征在于，由图像平面中的照明强度分布、优选最大 照明强度的图像部位周围的照明强度分布查明所述对应物体部位的局部光学特性。在此， "在最大照明强度的图像部位周围"的表述表示了，在图像平面中研究照明强度的局部最大 值周围的照明强度分布。特别是照明强度分布的宽度和/或形状给出了关于对应物体部位 的局部光学特性，特别是关于该对应物体部位的局部散射特性、特别是关于该物体部位上 的光学粗糙度的讯息。在此，光学光滑表面在图像平面中具有清楚限界的最大值，而光泽表 面具有或多或少清楚表现的最大值，该最大值比光学光滑表面情况下的最大值更宽并且比 光学粗糙表面情况下的最大值更窄。最后，在光学粗糙表面的情况下存在例如以余弦形曲 线形式的宽的分布。
[0058] 在该方法的一种实施方式中，所述相机相对于照明元件以如下方式居中布置，即， 相机的视线相应于照明方向，在该实施方式中，关于照明强度的查明的、局部的最大值对表 面倾斜度的评估不取决于所述对应物体部位的局部光学特性。因此，在这种情况下，针对每 个局部最大值的照明方向和视线恰好沿表面倾斜度的法线向量的方向指向。
[0059] 如果相机与之相反地偏心地布置，使得视线和照明方向散开，则在评估时必须考 虑物体部位的局部光学特性，因为在光学光滑和光泽表面的情况下适用反射定律，而在光 学粗糙表面的情况下，针对最大照明强度的图像部位的照明方向与表面法线相一致。因此 在这种设施中，对于评估而言需要的是，在能够考虑到局部光学倾斜度评估相应的图像部 位的位态之前，首先由局部最大值周围的照明强度分布查明所述对应物体部位的局部光学 特性。如果在此对于当前研究的物体部位局部地确定为光学光滑表面或光泽表面，则考虑 反射定律以用于评估，而当对于所述物体部位局部地确定为光学粗糙表面时，则认为照明 方向与表面法线相一致。
[0060] 但是，根据这些考虑表明了，该方法容易地对于光学光滑表面和光泽表面以及光 学粗糙表面适用并且可实施。特别是也可以借助该方法研究完全扩散式表面。同样地，由前 述这些表面所组成的组合是可行的。
[0061] 在该方法的一种实施方式中，计算所有的、优选回移的单图的总图。这些单图因此 被加合为所述总图。该总图包括关于物体表面的组织结构或在所有方向上被整合或平均的 反射度的信息。
[0062] 在该方法的一种实施方式中评估至少一个局部最大值的高度，以用于获取关于配 属给所述局部最大值的物体部位上的物体表面光泽度的信息。在此适用的是，所述局部最 大值内的照明强度越大，则物体部位上的表面越光泽或者说光泽度越高。特别是可以在该 方法的范畴中，关于它们的高度评估所查明的这些局部最大值，并由此总结或查明物体表 面的光泽图。在此情况下也可以将最大值的宽度考虑到评估中。
[0063] 特别优选的是该方法的一种实施方式，其中恰好使用一个并且仅使用一个线形照 明元件，其中，由图像平面中的照明强度分布、优选在最大照明强度的图像部位周围的照明 强度分布查明所述对应物体部位的局部光学特性。这表现为该方法的一种特别经济的实施 方式，因为仅使用一个照明元件，其中能够以此由相应的照明强度分布容易地得到局部光 学特性。
[0064] 替代地或附加地优选的是，由图像平面中的照明强度的高度、优选在最大照明强 度的图像部位处的照明强度的高度，查明所述对应物体部位的局部光学特性。在该方法的 一种实施方式中，这可以优选地实施，在该实施方式中仅使用一个照明元件，但是这也可以 同样优选地在该方法的一种实施方式中实施，在该实施方式中恰好使用两个或多于两个的 照明元件。由特别是局部最大值的所述高度可以在如上面所实施的光泽度之外，或者由特 别是由所述表面的局部散射特性而来的光泽度，得到关于表面缺陷的信息，特别是关于表 面的刮痕或局部变形的信息。因此优选考虑对于图像平面中的照明强度、特别是最大照明 强度的图像部位上的照明强度的高度的评估，以用于实施表面缺陷识别。在此特别是示出 了，典型的表面缺陷导致了光择度降低。因此最后可以使用物体表面的光泽图像，以用于非 常准确地显示出表面缺陷，因为这些表面缺陷在光泽图中清楚地显现。显然，在此也可以将 照明强度分布的宽度、特别是在最大值周围的照明强度分布的宽度列入评估中。
[0065] 该任务还通过具有如权利要求9特征的用于光学地形状检测和/或检查物体的设 备来解决。该设备特别是适用于和/或设置用于实施根据前述实施方式中任一项所述的方 法。该设备包括至少一个相机和至少一个线形照明元件。在此，相机和至少一个照明元件相 对彼此被布置为，物体表面可以通过至少一个照明元件照明并可以通过相机拍摄。利用相 机可以在至少两个元件相对于彼此的相对运动期间拍摄物体表面的图像序列，这两个元件 从包括物体表面、至少一个照明元件和相机的组中选出。在此，将物体表面在相机的图像平 面中成像。至少一个照明元件能够以如下方式操控，即，物体表面在图像平面曝光期间被至 少一个照明元件照明。此外，该设备还具有运算装置，该运算装置被构造用于依据物体表面 的局部表面倾斜度和/或局部光学特性对所拍摄的图像序列进行评估。
[0066] 为此，运算装置优选通过这样的方式被构造，其方式是，所述运算装置被设置用于 将图像平面中的最大照明强度的对应图像部位与物体表面上的能在图像序列中区分的物 体部位进行配属。此外，所述运算装置优选被构造用于由图像平面中的分别对应的图像部 位的位置来计算所述物体部位上的局部表面倾斜度。
[0067] 该任务特别是也通过提供一种用于光学地形状检测和/或检查物体的设备来解 决，该设备具有以下特征:所述设备特别是适用于和/或设置用于实施根据前述实施方式中 任一项所述的方法。该设备包括至少一个相机和至少两个线形照明元件。在此，相机和照明 元件相对彼此被布置为，物体表面可以通过所述照明元件照明并可以通过相机拍摄。这些 照明元件被布置为，它们彼此围合出不等于0°的角度。利用相机可以在至少两个元件相对 于彼此的相对运动期间拍摄物体表面的图像序列，这两个元件从包括物体表面、照明元件 和相机的组中选出。在此，将物体表面在相机的图像平面中成像。这些照明元件能够以如下 方式操控，即，物体表面在图像平面曝光期间至少被照明元件照明。此外，所述设备还具有 运算装置，该运算装置被构造用于依据物体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性对 所拍摄的图像序列进行评估。
[0068] 为此，运算装置优选通过这样的方式构造，其方式是，所述运算装置设置用于将图 像平面中的最大照明强度的对应图像部位与物体表面上的能在图像序列中区分的物体部 位进行配属。此外，运算装置优选被构造用于由图像平面中的分别对应的图像部位的位置 来计算物体部位上的局部表面倾斜度。
[0069] 特别优选该设备的一种实施例，该实施例恰好具有一个并且仅具有一个线形照明 元件。在此，具有恰好一个线形照明元件的设备适用于检测沿一个方向的物体表面倾斜度。 此外，该设备还适用于检测局部散射特性并特别是由此探测表 面缺陷，例如表面的刮痕或 局部变形。替代地，特别也优选该设备的一种实施例，该实施例恰好具有两个并仅具有两个 线形照明元件。借助这种设备可以检测物体表面沿两个方向的表面倾斜度。显然，借助该设 备也可以特别是由局部散射特性来检测表面缺陷，例如表面的刮痕或局部变形。
[0070] 优选该设备的一种实施例，其特征在于，该设备被设计用于利用相机以反射来拍 摄物体表面的图像序列。为此，特别是可以将一方面相机和另一方面至少一个照明元件也 布置在待拍摄的物体表面的同一侧上。替代地或附加地，优选该设备的一种实施例，其被设 置用于利用相机以反射来拍摄所述物体表面的图像序列。在此情况下，一方面至少一个照 明元件和另一方面相机优选布置在物体表面的不同侧上。特别优选所述设备的一种实施 例，在该实施例中既可以以透射测量，也可以以反射测量。为此，优选设置多个相机，特别可 行的是，所述设备具有用于以反射测量的第一相机，该第一相机布置在物体表面的与至少 一个照明元件相同的一侧上，其中，所述设备具有用于以透射测量的第二相机，该第二相机 布置在待观察的物体表面的与照明元件相对置的侧上。然而也可以仅利用一个相机实施以 透射和/或反射的测量，其中，所述照明元件设置在物体表面的两侧上，和/或其中，至少一 个照明元件沿着大于180°的角度范围包围所述物体，其中，特别优选角度为360°。优选借助 该设备可以检测或检查透明和不透明的物体表面。就此而言也参阅针对方法的不同相应实 施方式的上述实施方案。
[0071] 如果在物体表面的两侧设有多个照明元件和/或至少一个照明元件沿着大于180° 的角度范围包围物体，其中，该角度特别优选为360°，则特别是可以将一方面所述物体的朝 向相机的前侧上的照明线的反射与另一方面所述物体的背向相机的背侧的照明进行区分， 特别是在所述评估所拍摄的图像的范畴中彼此分开。这使得在这里描述的方式特别是与偏 转测量方法区分开，该偏转测量方法基于条纹投影法。此外，在至少一个照明元件的在这里 概述的设施中可以检测表面倾斜度和/或角度的宽的范围，特别是与平行于表面的主延伸 部的水平定向偏离大于45°的表面倾斜度和/或角度的宽的范围。当至少一个照明元件被螺 旋线形地构造时，这于是特别可行，关于这些以下还会详细探讨。
[0072] 优选一种设备，其特征在于运动装置，利用该运动装置可以产生至少在两个元件 之间沿着运动方向的相对运动，其中，这两个元件从包括具有物体表面的物体、至少一个照 明元件和相机的组中选出。对于实施了所述相对运动的不同可能性参照针对方法的实施方 案。所述运动装置以如下方式构造并且相对于至少一个照明元件布置，即，运动方向与至少 一个照明元件围合出不等于0°的角度。优选地，运动方向与每个照明元件围合出不等于0° 的角度。附加地，在优选的实施例中，运动方向与至少一个照明元件围合出不等于90°的角 度。还优选一种实施例，其中运动方向与每个照明元件围合出不等于90°的角度。
[0073]在一种优选的实施例中，运动装置具有保持元件，利用该保持元件能够保持并转 移所述物体、至少一个照明元件和/或相机。在一种特别优选的实施例中，所述运动装置被 构造为，通过该运动装置使得物体并且因此物体表面能相对于至少一个照明元件和相机运 动。在这种情况下，运动装置具有用于物体的保持元件，其中，该保持元件能够与物体共同 地相对于空间固定的坐标系运动，与此相对地相机和至少一个照明元件优选静止。
[0074]关于设备获得了多个优点，这些优点已经结合方法进行了说明。对于设备而言，以 相同的方式获得了多个使用可能性，这些使用可能性已经根据方法进行了说明。在此，特别 是可以提出小于5°的倾斜角度。由于设备和方法相对于表面局部光学特性的不灵敏性，所 述设备和方法特别良好地刚好也适用于研究汽车用漆或显示器，例如用于电话、特别是智 能手机和平板电脑的显示器。所述设备和方法特别是适用于检查这样的物体，在这些物体 的情况下重要的是无瑕疵的光学系统，这是因为该设备和方法适用于快速、经济、不灵敏并 同时高精度地光学地形状检测和/或检查所述物体。如已经提到的那样，所述设备和方法特 别是适用于检查具有透明和/或不透明的表面的物体。因此，所述设备和方法也特别适用于 检测和/或检查光学元件，特别是光学透镜，或者也适用于检测和/或检查具有透明和不透 明的材料的物体，例如机动车。在后者的情况下，特别是借助所述设备和/或方法，车身制造 时的最终检查或者还有损伤识别是可行的，尤其是在保险项目中是可行的，非常特别地，冰 雹损伤识别是可行的。电话、特别是智能手机的显示器以及平板电脑的显示器可以被检查 它们是否扭曲、刮伤或以其他方式损坏。此外，借助该方法和设备还可以同时检查这种物体 的背侧，该背侧典型地被构造为扩散式散射并且不透明。
[0075] 还示出的是，所述设备进而还有方法可以恰好由于使用线形照明元件非常良好地 伸缩。特别是在检查厅中构建所述设备，以用于将整个汽车关于它们的形状进行检测或者 说依据它们的表面进行检查。在此，在所述设备设计得非常大的情况下，特别是以车间格 式，技术上和经济上的耗费被保持在界限以内，因为仅使用线形的照明，即几乎一维的照明 元件。相应地，大设备以面式照明几乎不可行或者仅在技术和能量耗费显著的条件下可行。
[0076] 也优选这样一种设备，其特征在于，至少一个照明元件具有扩散式的、不定向的放 射特性。在此，所述放射特性优选是朗伯放射特性。替代地，放射特性可以是均匀分布的放 射特性。可行的是，至少一个照明元件本身已经具有相应的放射特性。替代地，也可以是至 少一个照明元件配属有至少一个光学元件，该光学元件被构造用于实现预期的照明分布。 这例如可以是遮光板、散射盘或者其他适当的光学元件。
[0077] 至少一个照明元件优选具有照明线的或线形照明面的宽度d，该宽度垂直于照明 元件的线形延伸部测量出。在此，优选设置所述宽度d具有与相机的遮光板开口或该相机的 入射光瞳的直径D相同的数量级。优选地，宽度d与遮光板开口或直径D近似相等，特别是优 选相等。明显比直径D更窄的宽度d在技术上是几乎无意义的，因为该宽度总归被扩宽到模 糊小盘的直径。
[0078] 在一种优选的实施例中，照明面的亮度在空间上沿着该照明面的伸展方向是恒定 的并且同样在时间上是恒定或近似恒定的。在另一同样优选的实施方式中，照明面的亮度 可以在空间上沿着该照明面的伸展方向变化和/或在时间上变化。这用于针对例如具有黑 色的、扩散式反射特性的表面或表面区域以较大的亮度照明并且针对具有例如金属性光学 光滑特性的表面或表面区域以相应较小的亮度照明。
[0079] 最后，所述放射特性确定了垂直于所述线形照明元件的伸展方向的亮度轮廓。该 亮度轮廓在该方法和/或设备的范畴中可以采用不同的分布。例如亮度可以在照明元件的 宽度d上是恒定的。替代优选地，亮度具有高斯形或近似高斯形的轮廓。通常优选亮度沿着 照明元件的宽度d的柔和的、连续的走向。亮度也可以由多个并排排列的函数组合而成。也 可以是正弦形和/或余弦形的亮度。特别优选一种照明元件，其具有两个平行的、彼此错开 的照明线。两个线的亮度轮廓优选具有高斯形或余弦形的走向。最后，照明元件也可以具有 多个平行的、彼此相邻或彼此错开的照明线。在此，一照明元件的不同的照明线可以具有不 同的亮度轮廓，但也可以具有相同的亮度轮廓。
[0080] 为了限定照明元件的亮度分布，优选使用散射元件、特别是散射体，其中，散射元 件的形状确定所述照明轮廓。
[0081] 还优选一种设备，其特征在于，至少两个照明元件彼此围合出最低1°至最高179° 的角度。优选地，角度为60°、优选为90°、优选为120°。借助彼此不平行定向的照明元件可以 获取关于物体表面沿两个方向的局部表面倾斜度的信息。
[0082] 可以将这些照明元件布置为X形，其中，这些照明元件优选在共同的中心点上相 交。在此，用于相机的缺口或遮光板优选设置在中心点上，从而使得相机穿过照明元件观察 到物体表面上。在此，当照明元件的照明线同样穿过中心点延伸时会产生问题，因为照明线 于是必然在遮光板的地点处被中断。于是产生了不能有意义地进行评估的物体表面区域。 当相机偏心地布置时，基本上也存在该问题，因为于是无论如何两个照明元件在共同的中 心点上交叉，从而使得无论如何两个照明线中的一个必定被中断。因此，如下的照明元件的 照明线的布置是优选的，即，这些照明线偏心地布置，即没有穿过照明元件的共同的中心点 延伸。特别优选地，照明线的该布置是对称的，其中，每个照明元件具有至少两个照明线，所 述至少两个照明线与所述中心点在两侧上错开地布置。在这种情况下，也可以容易地将用 于相机的遮光板布置在共同的中心点上，而不会产生已说明的缺点。
[0083] 替代这些照明元件的X形布置，也可以是A形或V形的布置，其中这些照明元件不共 享共同的中心点，而是确切地说共享共同的端部点。非常一般性地可行的是，这些照明元件 在其上交叉的点偏心地选择在这些照明元件中的至少一个的边缘上和/或无论如何不选择 在照明元件的照明线的区域中。也可以是这样一种布置，在其中所述照明元件不是彼此重 叠，而是确切地说布置得彼此错开。
[0084]还优选一种设备，其特征在于，所述运动方向分开至少两个照明元件之间的角度。 相应地，运动方向的向量布置在分别说明了照明元件纵向延伸部的向量之间。在一种优选 的实施例中，运动方向构成就这些照明元件之间的角度而言的角度中线。由此，该布置具有 一定的对称性，这特别是简化了对测量结果的评估。如果例如这些照明元件彼此围合出60° 的角度，则这些照明元件优选以相对于运动方向一侧+30°并另一侧-30°的角度距离进行布 置。相应地可以将这些照明元件相对于运动方向以+45°和-45°的角度距离进行布置。同样 优选可以将这些照明元件关于运动方向以+60°和-60°的角度距离进行布置。显然，其他的 角度距离也是可以的。
[0085] 还优选一种设备，其特征在于，这些照明元件放射彼此不同的光谱分布。这在所述 方法方面表示了一种方式，该方式也被称为颜色多样性。于是也可以同时进行地激活所述 照明并同时拍摄在不同照明下的物体表面图像，其中，优选借助光谱过滤器根据照明的这 些光谱分布将这些图像彼此分开。
[0086] 但是，特别优选所述设备的一种实施例，其中替代地或附加地能够在时间上彼此 无关地操控这些照明元件。在这种情况下可以在该方法的范畴中实现也被称为时间多样性 的方式。在此，在时间上前后相继地、优选以快速序列拍摄在不同照明下的物体表面图像。 在此，由于可快速操控的、线形照明元件和现代的相机技术，图像刷新率可以实现几 kHz、特 别是直到IOOkHz。
[0087]因此，特别是优选一种设备，其被设置用于实施时间多样性方法。以相同的方式， 特别优选一种方法，其中以时间多样性方法拍摄图像序列的单图。
[0088] 还优选一种设备，其特征在于，设有多于两个的线形照明元件。借助多于两个的照 明元件，特别是可以提供用于较准确测量的冗余，以检测在物体表面表面倾斜度方面的较 大的角度范围和/或获取关于表面的局部高度信息。在一种优选的实施例中，这些照明元件 与运动方向围合出不同的角度。特别是在这种情况下，借助多于两个的照明元件可以提供 冗余和/或检测表面倾斜度的增大的角度范围。还优选一种实施例，其中这些照明元件彼此 不同地布置为，使得这些照明元件具有相对于物体表面不同的距离。优选沿着光学轴线的 方向测量所述距离。在这种情况下可以借助在相对于物体表面距离不同的条件下的不同照 明来获取关于物体表面的局部高度信息。替代地或附加地优选一种实施例，其中这些照明 元件相对彼此推移。特别优选地，不同的照明元件布置在同一平面中并在该处相对彼此推 移。这种布置特别适用于在表面倾斜度方面检测大的角度范围。特别是可以设有四个照明 元件，它们成对地彼此围合出不等于〇°的角度并由此几乎成对交叉布置。优选地，各个交叉 布置在同一平面中布置得彼此错开，从而使得可实现冗余和/或可检测表面倾斜度的大的 角度范围。
[0089] 还优选一种设备，其特征在于，设有至少两个相机，它们彼此错开地布置。替代地 或附加地可以将至少三个照明元件布置为，使得第一和第二照明元件共同地以相对于物体 表面的第一距离进行布置，其中，第三照明元件以相对于物体表面的第二距离进行布置。第 一距离与第二距离不同。在此，优选沿着光学轴线的方向测量第一和第二距离。运算装置被 构造用于由不同相机的优选对应图像和/或由物体表面的以不同距离照明的图像来计算关 于物体表面的高度信息。通过这种方式，借助不同的、彼此错开布置的相机或者说替代地或 附加地借助来自于相对于物体表面不同距离的照明可以容易地附加于倾斜度信息之外还 能获取关于物体表面的高度信息。随后这些信息可以容易地被组合为物体表面的完整形 式。
[0090] 特别优选所述设备的一种实施例，其中成对地布置至少四个照明元件，从而使得 第一对照明元件以相对于物体表面的第一距离进行布置，其中，第二对照明元件以相对于 物体表面的第二距离进行布置。在此，第一距离与第二距离不同。优选沿着光学轴线的方向 测量这些距离。优选地，第一对照明元件交叉地布置，其中，这些照明元件彼此围合出不等 于〇°的角度。替代地或附加地，第二对照明元件优选交叉地布置，其中，两个照明元件彼此 围合出不等于0°的角度。运算装置被构造用于由物体表面的以不同距离照明的图像来计算 关于物体表面的高度信息。
[0091] 所述设备的这样一种实施例也是可行的，其中设有三对或更多对照明元件，使得 两对优选交叉构造的照明元件布置在同一平面中，以用于在表面倾斜度方面检测增大的角 度范围，其中，第三对优选交叉布置的照明元件以相对于物体表面的另一距离布置在另一 平面中，以用于从以不同距离照明的图像中获取关于物体表面的高度信息。
[0092] 还优选一种设备，其特征在于，至少一个线形照明元件具有弯曲的形状。特别优选 地，两个优选彼此交叉布置的线形照明元件具有弯曲的形状。在此，这些照明元件优选围合 出凹形区域，物体表面布置在该凹形区域中。通过这种方式也可以在表面倾斜度方面检测 大的角度范围，因为与沿着直线延伸的照明元件相比给出了较多样化的照明方向。
[0093]优选地，至少一个弯曲的照明元件沿着线形状观察覆盖从至少0°到最高360°、优 选从至少0°到最高180°的角度范围，其中，特别优选具有半圆弧的形状。于是，物体表面布 置在所述半圆弧之内并由此能够从非常大范围的照明方向、特别优选从0°到180°被照明。
[0094] 当弯曲的照明元件在更大的角度范围上延伸时，可以检测在表面倾斜度方面的还 要更大的角度范围。在此，优选这些照明元件中的至少一个被构造为圆形，使得照明方向可 以从0°到360°。
[0095] 特别优选地，两个照明元件相应弯曲地构造和布置，其中，这些照明元件局部地在 它们交叉的点上彼此围合出不等于〇°的角度并特别优选为90°。相应地，这些弯曲的照明元 件也优选相对于彼此交叉地布置，特别是在物体表面上的投影中观察。
[0096] 还优选所述设备的一种实施例，其中至少一个线形照明元件沿着空间中的螺旋线 延伸。特别优选至少两个、优选恰好两个或多于两个的线形照明元件沿着空间中的多个螺 旋线延伸。例如产生这种螺旋形的走向，如果首先采用先前描述的、平面的照明布置中的一 种照明布置的话，其中，不同照明元件之间的角度或它们的倾斜度可以采用不同的值。所述 线形照明元件处于其中的平面被卷起成柱体形的罩面。线形照明元件现在跟随螺旋线的形 状。特别优选地，所述设备具有这样的罩面，该罩面如同隧道并且在该罩面上布置至少一个 螺旋线形照明元件。特别优选地，所述设备具有这样的隧道，其提供了相应的所述罩面，其 中，物体的运动沿着对称轴的方向穿过优选柱体形隧道或优选柱体形罩面进行。替代地或 附加地，所述 运动优选基本上绕所述对称轴、优选绕隧道或罩面的对称轴和/或基本上绕物 体的对称轴、优选绕物体的所述对称轴进行。替代地或附加地，物体的偏心的、非中心的或 非对称的转动运动也是可以的。在此特别优选两个或更多个、特别是所有的照明元件布置 在罩面上或隧道处。在空间上很小的实施方案中，这种设备适用于小的检查物体，例如智能 手机和平板电脑，但是在相应大的实施方案中也适用于相应大的检查物体、例如适用于整 个机动车和/或车身，它们被运动穿过所述隧道或者由自身的力自行运动穿过隧道。例如可 行的是，在制成的机动车的冰雹损伤识别的范畴中可以由驾驶员或运输装置使该机动车行 驶通过所述设备的隧道，其中，在该方法的范畴中实施冰雹损伤识别。
[0097] 借助螺旋形的照明，特别是可以同时以反射和透射来实施测量，而不是必须为此 设置两个相机。即从〇°到360°的沿着一个螺旋线的照明方向是可行的。因此例如也可以由 在上方看到隧道中的相机来检测光，该光由照明元件的与该相机相对置的、下部的区域发 出的并且传递给待检查的物体。
[0098] 特别是在这种螺旋线形照明的情况下可以将在物体的朝向相机的前侧上的反射 与该物体的背向相机的背侧的照明区分开。特别是能够将一方面这种前侧反射的位置与另 一方面背侧照明的照明线的位置彼此分开。此外，借助螺旋线形照明，还可以容易地实现表 面倾斜度和/或角度的、特别是与水平定向即沿着被研究的物体表面的主延伸部的定向偏 离大于45°的宽的范围的检测。
[0099] 优选设有多个照明元件或多对照明元件，它们沿柱体轴或对称轴的方向和/或沿 罩面的周边的方向彼此错开地布置。
[0100] 还可以通过多边形进程或另一走向来接近所述螺旋线，其中，例如沿着直线段布 置多个照明子元件，这些直线段一起近似地构成一条螺旋线。相应地，罩面和/或柱体形状 的隧道也可以被接近，特别是被多边形地构造。
[0101]照明元件在接近球形或球形的、在某些情况下假想或真实的面上的布置也是可行 的。
[0102] 借助所述设备和/或方法，特别是还可以研究医疗设备或器具，其中，特别是能够 在抛光表面的功能品质和光学品质方面满足最高的审查要求。此外可以使用所述设备和方 法，以用于检查家用器具，例如切割物件、特别是餐具，或者检查具有亚光磨砂不锈钢的或 者由亚光磨砂不锈钢制成的表面，例如冰箱的前表面。
[0103] 最后，优选一种设备，其特征在于，相机被构造为矩阵相机。替代地，相机可以被构 造为线阵相机，特别是被构造为具有多条线的线阵相机。矩阵相机原则上表现得更适用于 评估和检测在本方法的范畴中所获取或需要的数据，而线阵相机的优点在于，其可以以较 快速的图像刷新率来操纵。特别是利用现代的线阵相机可以使图像刷新频率达到100kHz。
[0104] 优选所述设备的一种实施例，其中所述相机具有整合的、可在如下应用现场中编 程的门阵列，即所谓的现场可编程门阵列（英文:Fi e Id-ProgrammabIe Gate Array，缩写： FPGA)。这种设计方案在该方法方面是特别有利的，因为于是可以非常快速地还在实施该方 法期间就在相机中自行实现了单图的基于硬件的评估。特别可行的是，直接在拍摄之后在 相机中自行寻找出这些单图中的照明强度的局部最大值，并减少了由相机传输至运算装置 的数据，其方式是，不是传递整个图像，而是仅传递局部最大值的位置。这导致了本方法的 明显加速并导致本方法需要很少的存储容量。一般性地，相机优选具有整合的运算元件，其 被构造为用于所拍摄的图像的预先评估，特别是用于确定图像中的局部最大值。替代地也 可以在图像采集卡（图像抓帧器，英文:frame grabber)上设置这种运算元件、特别是FPGA。
[0105] 在该设备的一种优选的实施例中，所述相机被构造为用于激光切割方法的特殊相 机。这种相机以特别的方式适用于基于硬件地、整合地评估所拍摄的单图。
[0106]还优选的是用于产品检查和/或损伤识别的设备的前述实施例中的一种实施例的 使用和/或方法的前述实施方式中的一种实施方式的使用。特别优选的是使用或应用用于 机动车特别是车身、移动电话特别是智能手机、平板电脑、或者光学元件特别是光学透镜的 最终检查。在损伤识别的范畴中的使用或应用特别优选在损伤调节的范畴中实施。特别是 可以使用该装置和/或方法，以用于在机动车、特别是轿车的情况下进行冰雹损伤识别。
[0107]对一方面该方法和另一方面该设备的描述可以彼此互补地理解。特别是结合方法 明示或暗示地描述的设备特征优选单个或彼此组合地是该设备的优选实施例的特征。反转 地，结合设备明示或暗示地描述的方法步骤优选单个或彼此组合地是该方法的优选实施方 式的步骤。优选地，该设备的特征在于这样的至少一个特征，该特征是由方法的实施方式的 至少一个方法步骤所造成的。优选地，方法的特征在于这样的至少一个方法步骤，该方法步 骤是由设备的至少一个特征所造成的。
[0108] 所述设备和方法也适用于具有强烈不同的反射度的表面。因此，黑色的扩散式表 面比金属性的光学光滑表面少反射了多个数量级的光。
【附图说明】
[0109] 以下借助附图详细地对本发明加以说明。在此示出：
[0110] 图la)是设备的第一实施例的示意性侧视图；
[0111]图Ib)是第一实施例的不意性俯视图；
[0112] 图2是光学粗糙物体表面的放射特性的示意性视图；
[0113] 图3是光泽物体表面的放射特性的示意性视图；
[0114] 图4是光学光滑物体表面的放射特性的示意性视图；
[0115] 图5是在该方法的范畴中所拍摄的图像序列在回移之前的示意性视图；
[0116] 图6是根据图5但是在回移之后的在该方法的范畴中所拍摄的图像序列、即回移的 图像序列的不意性视图；
[0117] 图7a)是设备的第二实施例的示意性侧视图；
[0118]图7b)是第二实施例的示意性俯视图；
[0119]图8a)是设备的第三实施例的示意性侧视图；
[0120]图8b)是第三实施例的示意性俯视图；
[0121 ]图9a)是设备的第四实施例的示意性侧视图；
[0122] 图9b)是第四实施例的示意性俯视图；
[0123] 图10是用于照明元件亮度分布的实施例的示意性视图；
[0124] 图11是两个照明元件的布置方案的实施例的示意性视图；以及
[0125] 图12是设备的第五实施例的示意性视图。
【具体实施方式】
[0126] 根据图1的设备实施例包括:至少一个光学相机K;至少一个物镜0;至少一个照明 元件、在此优选两个照明元件B1、B2,在这两个照明元件中在此为了简化视图，首先仅示出 第一照明元件BI;运动装置M和运算装置R。相机K可以被构造为矩阵相机或线阵相机。优选 使用矩阵相机。
[0127] 在此利用运动装置M可以使物体G沿着运动方向转移，该运动方向在图1中水平地 定向并沿正X坐标的方向指向。在此，运动方向通过速度向量F示出。
[0128] 运算装置R与相机K作用连接并且优选还与照明元件、在此具体地与照明元件Bl作 用连接。特别优选地，运算装置R与运动装置M作用连接，从而使得所述相对运动能够与照明 和相机K的触发通过运算装置R同步。
[0129] 物体G具有物体表面3,该物体表面可以通过照明元件BI、B2被照明并且可以通过 相机K被拍摄。
[0130]照明元件B1、B2具有照明面5的预设几何形状。优选的是这样的几何形状，在该几 何形状的情况下，照明面5线性扩大。在此，与通常的线性照明中的不同，照明面5的光优选 扩散式地并且不定向地发出。优选地，这种线性照明由大量沿着一条线布置的照明子元件 或者说光源、例如LED、OLED或激光源形成。优选地，所述光源的放射特性是朗伯体或者在所 有空间方向上均匀分布。也被称为照明线放入照明面5具有宽度d。附加地，可以在光源之前 设有散射元件，以用于达到均匀的亮度。同样地，可以设有遮光板、特别是矩形的遮光板，以 用于限界照明面5的宽度d。此外还可以设置其他的光学元件。激光源通常是强定向的。但 是，通过光学元件可以在此这样地扩宽光路，使得光被放射到宽的空间角度上。替代地，可 以使聚焦的激光线投影到散射盘或类似元件上，这仍然如同具有扩散式放射的照明线那样 起作用。
[0131]线照明的光落到物体G上并且在该物体的物体表面3上散射(光学粗糙表面）、反射 (光学光滑表面)或者两者兼而有之(光泽表面）。根据物体表面3的局部倾斜度，光通过散射 和/或反射经过物镜〇到达相机K。对于本身具有坐标(X、Y、Z)的任意点、即物体部位7而言的 物体表面3的局部倾斜度通过法向向量= (/Ki. + )'来描述。物体部位7的沿着所述照明的 方向、即照明方向的方向利用向量S = k & f来表示，用于观察(物镜0的入射光瞳）的方 向、即观察方向利用向量s=卜)7来表示。物镜〇的入射光瞳位于物体表面3上方的高 度Z。上并具有在此未示出的直径D。在一种优选的实施例中，照明元件Bl位于物体表面3上 方的高度Z。上。替代地也可以是其他的位置。优选在图1中未示出的第二照明元件B2也位于 物体表面3上方的相同高度Z。上。特别优选地，两个照明元件B1、B2彼此十字形地布置。在此 可以是第二照明元件B2平行于所述运动方向定向。但是也可以是该第二照明元件倾斜于所 述运动方向布置。
[0132] 优选地，物镜0的焦点选择为，使得物体表面3位于焦点平面中或附近。由此反差明 显地表示并精细地分辨所述物体表面3。但是这造成了，照明线的映像在光学光滑表面中通 常或多或少会模糊地显现。照明线的每个点模糊成一个照明圆盘、所谓的模糊小盘。如果假 设为圆形的入射光瞳进而相机K的物镜遮光板打开得很宽，则模糊小盘具有大直径。如果入 射光瞳进而物镜遮光板减小至小的直径，则模糊小盘也具有小直径。在确定的情况下(平面 物体G，相机K相对于物体G的距离相应于照明元件B1、B2相对于物体G的距离），照明上的模 糊小盘的外观直径在直径上如入射光瞳的直径D那样大。在不同成形的物体G、例如球体的 情况下，以及甚至一般性地在自由形状面的情况下，在确定的情形下也可以满足这种关系。 于是有利的是，照明面5的宽度d等于入射光瞳的直径、近似等于入射光瞳的直径，或具有相 同的数量级。总之，明显较窄的线通过模糊小盘扩宽至模糊小盘的直径。
[0133] 替代地，焦点平面也可以被这样调节，使得该焦点平面处于照明元件B1、B2和物体 表面3之间的区域中。这样，则物体表面3和照明元件B1、B2都表示得或多或少略模糊，但所 述照明的模糊小盘可以减小。相应地，在此然后具有较小宽度d的照明线则是有意义的，从 而能够利用较小的测量不确定性来确定倾斜度。在此，物体表面3上的变差的地点分辨率通 过所述倾斜度的改善的角度分辨率被换取。如果物镜〇的遮光板开口变窄，则景深的范围提 高，并且物体表面3和照明元件B1、B2的模糊降低。但是，在遮光板开口非常小的情况下，在 遮光板上于是出现强化的衍射，从而由此再次产生模糊。同样地，由相机K拍摄的照明强度 降低，或者说曝光时间必须提高。因此，可以对遮光板直径和焦点的位态进行有意义的选 择。
[0134] 替代地，焦点平面的位态也可以在照明元件B1、B2的区域中进行选择。当涉及最精 细的角度分辨率并且物体表面3上的地点分辨率是次要的时，这才是有意义的。在这种情况 下，宽度d选择为最小可以是有意义的。
[0135] 在光学光滑表面的情况下，仅仅物体表面3的选出点的光到达相机K，即在满足关 于照明方向？、表面法线S和观察方向5的反射定律的地方的光。在平面反射面(平面反射 镜)上，例如作为照明元件Bl的线形的直线照明面5的映像，又得到直线形状。与之相反地， 在球状的反射表面(例如球轴承滚珠)上，该映像是或多或少弯曲的线。在反射的自由形状 面(例如具有黑色单色漆的汽车车身)上通常得到不规则弯曲的映像。
[0136] 在光学粗糙表面(例如一页纸）的情况下，光通常从物体表面3的所有区域到达相 机K。在此，物体表面3的点的亮度根据光度立体法的原理，随着在照明方向f和表面法线《 之间围合出的角度而变化(EP 1 567 827 A1)。相对于照明元件B1、B2的放射特性和放射方 向存在另一关联。
[0137] 在光泽表面的情况下，光既扩散式散射，也定向式反射。除了照明面5通过反射的 映像之外，散射光与物体表面3的典型散射波瓣相关地尤其从该照明面附近到达相机K。这 可以导致所述线被模糊地限界并且变宽地出现（例如在具有金属涂漆的汽车车身的情况 下）。甚至可以使得整个物体表面3的扩散式部分在整个相机映像中可见(具有白色漆的汽 车车身）。
[0138] 为了能够使物体G与该物体的表面特性无关地在该物体的整个对于相机K可见的 物体表面3上被检测，不足的是，以唯一的、或多或少变形或变宽的线的形式的线照明是可 见的。确切地说，对于物体表面3的所有点应当面式地获取信息。为此优选地，物体G借助所 述运动装置M相对于包括相机K、物镜0和照明元件BI、B2的设施进行运动。运动的速度以向 量铲标出。当物体G运动并且所述设施静止时，产生这样的相对运动。替代地，可以是物体G 静止并且所述设施运动。显然，还可以是两者以不同的方向或速度运动。同样地，可以通过 不是所述设备的组成部分的外部运动装置来产生所述相对运动。替代地，还可以是物体G、 相机K和物镜0静止，其中，照明元件BI、B2相对于它们运动。
[0139] 在一种优选的实施方式中，线形地、即沿着直线进行所述运动。在此，在一种优选 的实施方式中，物体G相机映像至相机映像地始终刚好以相同的距离、特别是以相应于相机 K的物体侧的像素间距△ X的距离进一步运动。因此，物体G从一个相机映像向下一相机映像 刚好以图像平面中的一个像素间距A X推移。由此确保了以孔眼非常紧密的方式检测所述 物体G和线形的照明面5的映像。
[0140] 利用大写字母X、Y、Z，通常表示真实空间中，特别是在物体表面3上的坐标，而小写 字母x、y表示所述图像平面中的坐标。
[0141]在另一种优选的实施方式中，所述距离可以被选择为物体侧的像素间距△ X的整 数倍或者也选择为非整数倍。优选将距离这样选择，使得该间距与物体表面3上的照明线、 即线形的照明面5的外观宽度相应、近似相应或者处于相同的数量级中。由此显著地降低了 必须的运动步骤的数目、图像拍摄的数目进而减少所需的时间。同样地，所述距离也可以是 照明线的外观宽度的一部分，即当使用多个照明线时是该情况。优选一种实施方式，其中距 离与除以照明元件B1、B2数目的照明线外观宽度相应、近似相应或者处于相同的数量级中。 为此还要结合多个线照明进行探讨。物体G上的照明线外观宽度不仅取决于真实的照明宽 度d或者说前置的遮光板，同样还取决于物体表面3的光学特性。在光泽物体表面或甚至光 学粗糙物体表面的情况下，照明线的外观宽度增大，该外观宽度从相机K出来地观察在物体 表面3上是可见的。在光学粗糙表面、特别是在朗伯散射体的情况下，变宽的线可以在物体 表面3的整个可见区域上延伸。不仅精确满足反射定律的光射线到达相机K中，而且仅近似 满足反射定律(光泽表面)或者甚至不再满足反射定律(光学粗糙表面）的射线也到达相机 中。
[0142] 图2示出了光学粗糙的、扩散式反射的朗伯物体表面3的示意性示出的放射特性。 相同元件和功能相同元件设有相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。从照明元 件Bl出发的入射射线散射到该半空间的所有空间方向上。在此，根据散射波瓣9的反散射的 亮度随着在表面法线和反散射射线之间围合出的角度的余弦发生变化。
[0143] 图3示出了光泽表面的示意性 示出的放射特性。相同元件和功能相同元件设有相 同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。反散射亮度的最大值在满足反射定律的角 度情况下出现。在该角度的附近，同样还确定了这样的反散射亮度，其相应于散射波瓣9变 化。
[0144] 图4示出了光学光滑表面的示意性示出的放射特性。相同元件和功能相同元件设 有相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。入射射线.?、表面法线/i和反射射线F 满足反射定律。对于满足反射定律的射线，亮度是最大的，而对于所有其他角度，亮度为零。
[0145] 除了物体表面3的这三个基础的放射特性之外，还可以是它们的混合形式。例如可 以使扩散式反射的部分与光泽部分组合。这样则两个部分的特性能够叠加。对于该情况得 出余弦形走向，该走向具有由光泽部分的散射波瓣9造成的升高。
[0146] 在另一优选的实施方式中，所述运动以旋转、特别是绕Y轴或近似绕Y轴旋转的形 式进行。这种运动方式适用于在周围对物体G进行检测。在该情况下，物体表面3优选被构造 为物体G的罩面。特别是当涉及旋转对称物体时，该运动是适用的，该旋转对称物体的旋转 对称轴与所述旋转的转动轴、特别是Y轴一致。在此在一种优选的实施方式中，物体G相机映 像至相机映像地转动相同角度，特别是这样的角度，该角度被这样选择，使得物体G在它的 由相机可见的范围(Umfang)上以相机K的物体侧的像素间距△ X进一步运动。该条件可以仅 在具有恒定直径的旋转对称物体G、特别是柱体的情况下严格考虑地被遵守并在这里对于X 坐标为零的点而言在绕Y轴旋转的情况下被遵守。这些点沿着一条沿Y方向的线以X坐标为 零布置在该范围上。尽管如此，对于沿X方向与该线相邻的那些点而言也可以近似地满足该 条件。如果还应当考虑进一步远离X坐标为零的线的那些点，则可以以如下方式实施相机映 像的校正，即，在这些相机映像的较大区域直到总相机映像上实现图像拍摄到图像拍摄的 相等距离。在旋转对称物体G具有不同直径的情况下，当针对平均直径满足该条件时，同样 可以实现距离近似相等。因此，物体G从一相机映像向下一相机映像地展现出刚好或近似以 图像平面中的一个像素间距ΔΧ推移。
[0147] 在另一种优选的实施方式中，同样对于旋转的情况，可以将所述距离选择为物体 侧的像素间距A X的整数倍或者也可以是非整数倍。在此适用如线形运动情况中那样的相 应设置。
[0148] 同样可以沿着空间中的任意曲线使物体运动，例如借助机器人。同样，在非常大的 待检查的物体G的情况下可行的是，替代物体G可以使相机K和/或照明元件B1、B2运动。例如 相机K包括照明元件B1、B2可以由机器人根据空间中的很大程度上任意的曲线进行运动。在 这些情况下，用于单图的回移和/或用于校正的计算在数学上设计得较复杂，但完全一样是 可行的。
[0149] 为了进一步考虑并有利于一目了然的绘图表达和数学表达，还是选择线性运动的 情况和彼此跟随的单图的与物体侧像素间距AX相应的距离。尽管如此，这种考虑类似并相 应匹配地也适用于旋转，直至沿着空间中的任意曲线的运动，并且适用于彼此跟随的图像 中的那些不同距离。
[0150] 在每种情况下，在所述运动期间拍摄单图13的一个序列，即物体表面3的通过照明 强度
[0151] Ei(xi,y,t)
[0152] 所描述的图像序列11。这样的图像序列11在图5中示意性地示出，其中，在这里所 述图像平面的像素在X轴的方向上示出。在此，单个像素与单个图像部位15相应，这些单个 图像部位在图像平面中的位态通过第一坐标或者说第一像素指数^和第二坐标或者说第 二像素指数y来描述。在此，在图5中仅示出了第一坐标X 1。为了进一步说明，将第二坐标y固 定。图5中的竖轴相应于时间轴，这些单图沿着该时间轴根据配属给它们的时间指数t彼此 跟随地布置在该图像序列中。图5示出了回移之前的图像序列。相应地，在此根据相机K的成 像特性，给每个由数对(Xi，y)所描述的图像部位15配属物体表面3上的可在该图像序列中 区分的物体部位。
[0153] 为了简化视图，在此首先仅考虑物体表面3通过照明元件Bl的照明A1是图像平面 中的取决于横轴(Rechtsachse)方向上的像素指数XI、纵轴(Tiefenachse)方向上的像素指 数y和时间指数t的照明强度。根据照明元件B1、物体G和相机K的对应相对位置，照明线的或 多或少不规则成形的映像17关于物体表面3-块一块地铺开在所述图像序列中。该图像序 列现在包含关于物体表面3的形状和其光学特性的信息(光学粗糙、光学光滑或光泽，散射 波瓣9的形状和宽度以及反射度等）。
[0154] 如下面描述的那样对图像序列进行评估。借助运动装置R，使图像序列11的单图13 在计算上在其位置上沿着所述运动方向推移。图像的在计算上的推移与物体G在图像序列 11中运动的方向相反地进行。因此，计算上的推移补偿了物体G的真实运动。如果真实推移 恰好等于物体侧的像素间距AX，则这些单图13图像至图像地回移这样的距离，该距离图像 至图像地总是刚好增加一个图像侧的像素间距Αχ。这样，所述回移以图像序列11的单图13 的时间指数t线性地增长。由此实现了在回移的单图13中的相同图像部位15上，始终成像同 一物体部位7。因此，回移的图像中的相同图像部位15与物体表面3上的相同物体部位7对 应。
[0155] 这样回移的图像序列19在图6中示意性地示出。相同元件和功能相同元件设有相 同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。在此
[0156] E2(X2，y，t)
[0157] 是图像平面中的取决于根据回移变换的横轴方向上的像素指数X2、纵轴方向上的 像素指数y和时间指数t的照明强度。假设所述物体G图像拍摄至图像拍摄地沿着正的横轴 的方向运动物体侧的像素间距△ X，或者说与正的横轴相反地运动图像侧的像素间距Δ X。 (这种假设纯粹是示例性的，运动也可以沿着负的横轴的方向进行，或者也可以沿着纵轴Y 的方向或沿着相反方向进行。同样地，运动可以相对于横轴或纵轴Y成角度。但是，当恰好选 择沿坐标轴方向时，根据公式的描述设计得最清晰）。对于相同的对应物体部位7的变换的 像素指数X2和原始的像素指数X 1的关系在于
[0158] X2 = xi_t。
[0159] 由此然后得出
[0160] E2(X2，y，t)=Ei(xi，y，t)=Ei(X2+t，y，t)。
[0161] 随后，也被称为图相堆叠的、在计算上由此回移的图像序列19的进一步评估沿着 通过时间指数t预设的堆叠方向进行。对于始终与同一物体部位7相应的像素指数( X2，y)的 预设组合而言，回移的图像序列19现在在计算上沿着时间指数t行进。照明强度E2( X2，y，t) 的最大值在精确满足反射条件(光学光滑表面或光泽表面)之处或者在照明方向5与表面法 线5-致(光学粗糙表面，光度立体法原理)之处出现。因此，对于通过数对(x 2，y)所描述的、 固定的、回移的图像部位15,确定了这样的时间指数^(12,7)，对于这些时间指数』心 2,7， t)假设为最大值。
[0162] t〇(x2,y)=maxt(E2(x2,y,t))
[0163] 利用对时间指数U(X2J)的认识，可以沿着原始的、未回移的图像序列11中的横轴 X1计算出相应图像部位15的像素指数X1,o(X2，y)，在该像素指数中出现所述最大值
[0164] xi,〇(x2,y)=X2+to(x2,y) 〇
[0165] 未回移的图像部位15的像素指数X1,o(X2，y)又是对于物体表面3沿着横轴X方向的 表面倾斜度有多大而言的尺度。如果像素指例如表示关于横轴X 1的图像中部内 的一个位置并且照明关于横轴X居中定位，则这相应于关于横轴X倾斜度为零的物体部位7。 在平面反射镜作为物体G，其垂直于观察方向?的情况下，刚好获得这种情况。照明线的映 像17的最大值关于横轴X 1居中地定位。图5和图6示出了对于这种平面反射镜的照明强度分 布的示例。照明强度的最大值分别作为被强调的像素画入。
[0166] 在该方法的先前描述的实施方式中，总是(nach allem)在回移的图像序列19中针 对固定的物体部位7查明时间指数to,在该时间指数下，回移的图像部位15上的照明强度是 最大的，该回移的图像部位配属给回移的图像序列19中的固定物体部位7,其中，随后由该 时间指数to查明在未回移的图像序列11中的相应图像部位15。
[0167] 替代地，也可以关于X1计算出照明强度E1(X1，y，t)的一个或多个最大值。
[0168] xi;〇(x2,y)=maxxi(Ei(xi,y,t))
[0169] 在此情况下有利的是，最大值可以已经直接地在对应图像拍摄之后以时间指数t 实现。在方法的该实施方式中，现在在图像序列11的每个单图13中查明最大照明强度的至 少一个图像部位15，该图像部位配属给对应的物体部位7。优选在每个单图13中查明照明强 度的多个局部最大值，它们被分别配属给对应的物体部位7。这种评估可以例如根据相机中 的特殊硬件评估器(例如FPGA)非常快速地进行。这导致了非常显著的数据减少，因为仅仅 还必须继续给出用于进一步处理的最大值位置，而不是完整图像。此外有利的是，这种特殊 硬件评估器已经被使用于用于激光切割方法的相机。在这里，所述任务也是探测线的最大 值，其中，但是在这里所述图像产生和图像的解释是完全不同的。
[0170] 通常，在具有光学光滑表面的物体G的情况下存在被清楚限界的最大值。在光学粗 糙表面的情况下与之相反地存在例如形式为宽的余弦形曲线的分布。根据光度立体法，这 种分布的最大值同样给出关于物体表面3的倾斜度的讯息(EP I 57 827 Al)。光泽表面具 有或多或少清楚表现的最大值，该最大值比光学光滑表面的情况下更宽，比光学粗糙表面 的情况下更窄。同样地，除了或多或少清楚的最大值(相应于物体表面3的散射波瓣9)之外， 也可以以分布形式出现在整个图像堆叠上的宽的分布。根据这些特性可以局部地确定物体 G的光学特性和物体表面3的局部倾斜度。
[0171 ]物体G的形状以照明线的映像17的准确的形状和位态示出。在此情况下首先检测 所述物体表面3的垂直于线方向的倾斜度。首先不检测所述表面的平行于线方向的倾斜度。 为了能够检测所述物体表面的两个自由度，所述设备优选使用一个或者优选也使用多个其 他的照明元件。优选地，垂直于第一照明元件Bl布置第二照明元件B2。由此可以检测所述表 面倾斜度的两个自由度。
[0172] 照明元件BI、B2可以如下地关于运动方向进行布置。照明元件B1例如可以布置得 垂直于所述运动方向，所述另一照明元件布置得平行于运动方向（加号布置方案）。垂直于 运动方向的照明元件Bl的映像现在在所述运动过程中覆盖所述物体G。在照明元件B2平行 于运动方向的情况下，则不是这样的情况。沿着它的线方向推移的线与其自身是一致的（只 要线非常长地伸展）。因此，在运动期间始终获取该线的相同映像。替代于此地，在图7中示 出的设备1的实施例中，两个照明元件B1、B2关于所述运动方向呈+45°或-45°地布置，因此 交叉地布置或者按照X形式布置。其他的角度也是可以的，例如+30°和-30°、+60°和-60°或 者还有非对称角度。由此，对于两个照明元件B1、B2,对应的线的图像覆盖所述物体表面3。 该物体表面沿着关于运动方向的+45° (X+方向）或-45° (X^方向）方向的从中获取的局部倾斜 度可以通过坐标变换被转移成沿着该运动的方向或垂直于该运动的方向的倾斜度值。
[0173] 但是，现在使得照明元件B1、B2的至少两个照明线的映像分别包含在图像序列11 中。为了能够将两个倾斜度方向彼此区分，需要能够将这些照明线的两个映像彼此区分。这 例如可以借助照明的颜色(颜色多样性，例如红色、绿色、蓝色…）和彩色相机来进行。在此 的缺点在于，颜色分离取决于物体表面3的颜色。在红色物体G的情况下，例如无法或仅微弱 地反射蓝色照明。光学特性(光学粗糙、光学光滑、光泽)也可以根据照明的波长进而照明颜 色发生变化。
[0174] 因此，优选一种方法，其中通过时间多样性来实施多个照明的分离。在此情况下将 至少两个照明元件BI、B2在不同的时间激活。在此，在运动过程中，首先激活第一照明元件 Bl并拍摄一单图。随后激活第二照明元件B2并拍摄另一单图，如果存在第三照明元件则继 续，随后又激活第一照明元件Bl并继续。在一种优选的实施方式中，在两个彼此跟随的照明 之间覆盖所述物体G的距离相应于物体侧的像素间距△ X除以照明的数目。因此，第一照明 和直接跟随的照明之间的距离恰好是像素间距。
[0175] 物体侧的像素间距△ X的概念表示根据相机K的成像特性投影到物体表面3上的像 素间距Δχ。通过这种方式，使在第一单图中成像到第一像素上的物体部位，在直接跟随的 第二单图中成像到与第一像素直接相邻的第二像素上。
[0176]在另一优选的实施方式中，距离可以被选择为物体侧的像素间距△ X的整数倍或 非整数倍。优选一种实施方式，其中，所述距离相应于、近似相应于照明线的外观宽度除以 照明的数目或处于相同的数量级。
[0177] 如果使用多于两个的照明元件，则它们可以布置在如两个第一照明元件BI、Β2那 样的相同平面中，优选在Z = Zo的平面中，其中，这些照明元件优选关于X轴或Y轴成角度地 布置，该角度与两个第一照明元件B1、B2的角度偏离。在这种情况下可以于是冗余地确定倾 斜度在X方向和在Y方向上的两个自由度，这提升了测量的可靠性。
[0178] 替代地可以使用多于两个的照明元件，以用于能够确定所述物体表面3关于X轴或 Y轴的较大倾斜度。于是优选地，其他的照明元件相对于第一照明元件B1、B2布置得有平行 距离。
[0179] 替代地可以使用多于两个的照明元件，其中，第一和第二照明元件BI、B2位于第一 平面中，优选在Z = Zo的平面中，并且其他的照明元件位于其他的、与第一平面不同的平面 中。优选地，第三和第四照明元件位于与第一平面不同的、Z = Zj^平面中。其他的照明元件 可以在其他的平面中。第三或第四照明元件可以平行于第一或第二照明元件B1、B2布置。然 而替代地，第三和第四照明元件也可以以与第一和第二照明元件B1、B2不同的角度布置，由 此可以使得来自于物体G到所有照明元件上的可见性尽可能自由并且没有彼此遮蔽。
[0180] 优选在多个平面中使用多于两个的线形照明元件，以用于解决所谓的高度问题。 所述高度问题在于在相机K和照明元件B1、B2在一个平面中的偏转测量法中无法区分:所述 物体表面3的面元件是否强烈倾斜并在此靠近相机K，或者该面元件是否是倾斜得较弱并与 相机K离开得较远。因此，除了在两个坐标方向上的倾斜度未知外，沿Z方向的坐标也是未知 的。这个问题可以通过预先了解来解决，例如如果或多或少扁平的物体G位于关于Z(优选在 Z = O的情况下）已知的平面中的话。如果不存在这种预先了解，则为了解决具有两个未知 量、即分成关于X和Y方向倾斜度的倾斜度未知量和高度未知量的问题，还需要两个彼此独 立的已知量。当第三和第四照明元件布置在与存在有第一和第二照明元件B1、B2的平面偏 离的平面中时，于是尤其存在关于照明的两个独立的已知量。
[0181] 替代地或还有附加地，高度问题如下地得以解决。至今在设施中仅具有一个相机 K。替代地可以使用两个或更多个相机Kl、K2。相应地，根据图8的设备1的实施例具有两个偏 心地、即布置在照明元件Β1、Β2的交叉点之外的相机Κ1、Κ2。相同元件和功能相同元件设有 相同的附图标记，从而就此而言参照前述的说明。在这种情况下，存在关于相机Κ1、Κ2的多 于两个的已知量。两个或还有更多个相机Kl、Κ2取向到物体G上 。
[0182] 在一种优选的实施方式中，这些相机的光学轴线围合出角度。优选地，这些光学轴 线至少近似地取向到共同的点或区域上，优选地，这在这里所使用的坐标系中是坐标原点 并同时是所述设施的对称点。使用多个相机Κ1、Κ2提供了其他的优点。当以第一相机Kl能够 检测沿X和Y方向倾斜度的第一角度范围时，利用其他的相机Κ2可以覆盖其他的角度范围。 如果例如将两个相机Kl、Κ2这样布置，使得第一相机Kl布置在负X坐标的区域中，并且第二 相机布置在正X坐标的区域中，则第一相机Kl优选可以以关于X轴的正角度来检测多个倾斜 度，而第二相机Κ2可以以关于X轴的负角度来检测多个倾斜度。优选将相机Κ1、Κ2这样设置， 使得它们能够尽管如此两个共同地覆盖确定的角度范围（多个倾斜度的交集）。人们可能会 争辩，在相机的光学轴线相对于Z轴倾斜的这些相机Kl、Κ2的情况下，由于立体扭曲使得图 像不再能够一致地回移。在这种情况下可以前置这些单图的所谓的矫正步骤，其修正了所 述立体扭曲。
[0183] 如果使用多于两个的相机Κ1、Κ2,则优选这样布置，使得第三相机位于负Y坐标的 区域中，并且第四相机位于正Y坐标的区域中，其中，它们取向到坐标原点周围的区域上。第 三相机于是优选可以以关于Y轴的正角度来检测倾斜度，而第四相机优选可以以关于Y轴的 负角度来检测倾斜度。优选将所有四个相机这样布置，它们能够尽管如此全部共同地覆盖 确定的角度范围（多个倾斜度的交集）。优选地，所有相机关于Z轴对称地布置。优选地，多个 所述照明元件也关于Z轴对称地布置。特别有利的是，这些相机布置在这些照明元件之间的 中间空间中。由此，由面元件沿相机方向和照明元件方向看的可见性不会被遮挡。较多数量 的相机也是可行的。
[0184] 替代地，这些相机的光学轴线也可以平行取向，优选沿负Z轴的方向。优选地，这些 相机关于Z轴对称地布置。优选地，多个照明元件同样关于Z轴对称地布置。
[0185] 在上述考虑中，首先出发点在于，线形照明元件BI、B2分别沿着空间中的直线延 伸。替代地，优选可以弧形地、即以弯曲的形状实施这些线形照明元件B1、B2。设备1的在图9 中示出的实施例是这种情况。相同元件和功能相同元件设有相同的附图标记，从而就此而 言参照前述的说明。由此也可以以照明元件B1、B2的受限界的长度覆盖大的角度范围。两个 第一照明元件B1、B2例如可以呈X形状布置在根据图9b的沿负Z方向看的俯视图中，具有沿 着X +或X_方向的取向。在根据图9a的侧视图中，这些照明元件BI、B2可以弧形地实施，优选以 圆、部分圆并优选以半圆的形式，其中心点是坐标原点。选择大于180°的部分圆也可以是有 利的，从而能够覆盖倾斜度的较大的角度范围。
[0186] 图10示出了用于照明元件的亮度轮廓I相对于其宽度b的示意性视图。在此示出， 照明元件在此具有布置在彼此平行错开的、沿照明元件纵向方向延伸的多个行列中的至少 两个照明子元件21、21'。可行的是，将这些照明子元件21、21'构造为沿照明元件纵向方向 观察延伸的纤维或纤维束。替代地，这些照明子元件21、21'可以具有并排布置的点源，优选 分别具有多个发光二极管。这些照明子元件21、21'优选发出柔和照明分布，在此具体地发 出基本上高斯形的、优选高斯形的照明分布I。在此，对于照明元件，在整体上由于两个照明 子元件21、21'产生双最大值分布，特别是双高斯分布。
[0187] 图11示出了两个照明元件B1、B2的设施的一种实施例的示意性视图。这些照明元 件在此相对彼此X形地布置并在公共的中心点的区域中交叉，在该中心点设有用于相机K的 遮光板23。为了避免照明线被遮光板23中断，照明元件B1、B2在此分别具有关于中心点对称 错开的照明线25、25'，在这里示出的实施例中，沿着这些照明线布置有多个彼此相邻的照 明子元件21、21'。在此，因为较简单的视图，仅示出几个照明子元件21、21'。但是总的来说， 照明子元件21、21'优选沿着照明线25、25 '的整个长度延伸。
[0188] 照明元件B1、B2可以具有多于两个的照明线25、25'。特别可以是这样的照明元件 BI、B2,其具有六个照明线25、25'。
[0189] 照明子元件21、21'优选固定在承载板27或承载体上，其中，优选为了实现事先确 定的亮度分布、特别是根据图10的亮度分布I设有散射元件29,特别是散射体，该散射体固 定在承载板27或承载体上。在此优选地，亮度分布I基本上跟随散射元件29的形状，其中，该 亮度分布在任何情况下均由所述散射元件的形状确定。散射元件29可以具有对称的、特别 是对于所有照明线25、25'相同的形状。替代地，散射元件29的形状进而由此产生的亮度分 布也可以沿着照明元件B1、B2的宽度b变化并特别是从照明线25、25'到照明线25、25'地变 化。通过这种方式可以非常灵活地实现不同的亮度分布I。
[0190] 替代于在图11中示出的实施例，还可以两个照明元件B1、B2不共享共同的中心点， 而是例如共享共同的端部点，其中，这些照明元件布置为A形或V形。还可以两个照明元件 B1、B2彼此分开地布置，从而它们不共享共同的点。通常，两个照明元件B1、B2之间的交叉点 可以选择为偏心，在照明元件B1、B2的边缘上，但是无论如何优选不在照明线25、25'的区域 中。
[0191 ]还可以使相机K不定位在照明元件BI、B2的共同中心点的区域中，而是偏心地例如 定位在照明元件BI、B2旁边。
[0192]图12示出了设备1的第五实施例的示意性视图。在此，第一照明元件Bl在这里通过 虚线示出。第二照明元件B2通过点划线示出。两个照明元件BI、B2沿着在柱体对称的承载体 31上彼此各不仅沿周向方向而且沿纵向方向看错开的螺旋线延伸。该承载体在此构成了具 有纵向轴线或对称轴线A的隧道，待检查和/或待检测的物体可以沿着该纵向轴线或对称轴 线运动穿过承载体31。在此，物体通过照明元件B1、B2来照明。设有遮光板23,通过该遮光板 可以借助相机K观察该物体。在此，既可以以反射，也可以以透射来测量物体的区域，这是因 为照明元件BI、B2呈360°地周向缠绕该物体。因此，通过照明元件BI、B2从所有侧面使该物 体被照明。附加于遮光板23还可以设置其他的遮光板，以用于能够从不同的方向观察所述 物体。可以设置多于两个的照明元件B1、B2,这在图12中也简示出。在此示出的设备1是可任 意伸缩的并由此可以用于非常小到非常大的检查物体，例如完整的机动车。
【主权项】
1. 一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤： -将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为， 使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被所述相机(K)拍摄； -至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，所述组包括所述物体(G)、所述至 少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)，其中，运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2) 围合出不等于0°的角度； -在所述相对运动期间，利用所述相机(K)拍摄所述物体表面（3)的图像序列（11)，其 中，所述物体表面(3)在所述相机(K)的图像平面中成像； -在所述图像平面曝光期间，利用所述至少一个照明元件（B1，B2)照明所述物体表面 (3);以及 -依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序 列(11)。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用至少两个线形照明元件，其中，所述照 明元件(B1，B2)彼此围合出不等于0°的角度，其中，所述运动方向与所述至少两个照明元件 (B1，B2)中的至少一个照明元件围合出不等于0°的角度，其中，在所述图像平面曝光期间， 利用所述照明元件(B1，B2)中的至少一个照明元件照明所述物体表面(3)。3. 根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于以下步骤： -将所述图像平面中的最大照明强度的对应图像部位（15)配属给所述物体表面(3)上 的能在所述图像序列（11)中区分的物体部位(7);以及 -由所述图像平面中的分别对应的图像部位（15)的位置，计算出所述物体部位(7)上的 局部表面倾斜度。4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述图像序列（11)的每个 单图（13)中查明配属给对应的物体部位(7)的最大照明强度的至少一个图像部位(15)。5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述图像序列（11)的单图 (13)与所述图像平面中的分别配属给所述单图（13)的时间指数(t)成比例地回移，从而使 得给回移的图像序列（19)中的每个回移的图像部位(15)刚好配属一物体部位(7)。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述回移的图像序列（19)中对于固定的 物体部位(7)查明时间指数(to)，在该时间指数下，在给所述回移的图像序列（19)中的物体 部位(7)配属的回移的图像部位（15)上的照明强度是最大的，其中，由该时间指数(to)查明 未回移的图像序列（11)中的相应图像部位（15)，其中，由所述图像部位（15)的位置来计算 出所述物体部位(7)上的局部表面倾斜度。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的、优选在 最大照明强度的图像部位（15)周围的照明强度分布，查明对应的物体部位(7)的局部光学 特性。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的照明强 度的高度、优选最大照明强度的图像部位（15)处的照明强度的高度，查明对应的物体部位 (7)的局部光学特性。9. 一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的设备，特别是用于实施根据权利要求 1至8中任一项所述的方法，所述设备具有 -至少一个相机(K)和至少一个线形照明元件(B1，B2)，其中，所述相机(K)和至少一个 照明元件(Β1，Β2)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能由所述照明元件(Β1，Β2)照明并 能由所述相机(Κ)拍摄，其中， -能在至少两个元件相对彼此的相对运动期间利用所述相机(Κ)拍摄所述物体表面(3) 的图像序列（11)，所述至少两个元件从包括所述物体表面(3)、所述至少一个照明元件(Β1， Β2)和所述相机(Κ)的组中选出，从而使得所述物体表面(3)在所述相机(Κ)的图像平面中成 像，其中， -所述至少一个照明元件(Β1，Β2)能以如下方式操控，S卩，所述物体表面(3)在所述图像 平面曝光期间被所述至少一个照明元件(B1，B2)照明，并且所述设备还具有 -运算装置(R)，所述运算装置被构造用于依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/ 或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列（11)。10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于至少两个线形照明元件(B1，B2)，其中，所 述照明元件(B1，B2)以如下方式布置，S卩，所述照明元件彼此围合出不等于0°的角度，其中， 所述照明元件(B1，B2)能以如下方式操控，S卩，所述物体表面(3)在所述图像平面曝光期间 至少被所述至少两个照明元件(B1，B2)中的一个照明元件照明。11. 根据权利要求9和10所述的设备，其特征在于，所述运算装置被设置用于使所述图 像平面中的最大照明强度的对应图像部位(15)配属给所述物体表面(3)上的能在所述图像 序列（11)中区分的物体部位(7)，并且被设置用于由所述图像平面中的分别对应的图像部 位(15)的位置来计算出所述物体部位(7)处的局部表面倾斜度。12. 根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其特征在于运动装置(M)，利用所述运动 装置能至少在两个元件之间沿着运动方向产生所述相对运动，所述两个元件从包括具有所 述物体表面(3)的物体(G)、所述至少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)的组中选出，其 中，所述运动装置以如下方式构成并相对于所述至少一个照明元件(B1，B2)进行布置，即， 所述运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2)，优选与所述至少两个照明元件(B1，B2)中 的至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。13. 根据权利要求9至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个照明元件 (B1，B2)具有扩散式的、不定向的放射特性，其中，所述放射特性优选是朗伯放射特性或均 匀分布的放射特性。14. 根据权利要求10至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述照明元件(B1，B2)彼 此围合出这样的角度，该角度为最少1°到最高179°、优选为60°、优选为90°、优选为120°。15. 根据权利要求10至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述运动方向将所述照明 元件(B1，B2)之间的角度分开，其中，该运动方向优选地构成就所述照明元件(B1，B2)之间 的角度而言的角度中线。16. 根据权利要求10至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述照明元件(B1，B2)放 射出彼此不同的光谱分布，和/或，能在时间上彼此独立地操控所述照明元件(B1，B2)。17. 根据权利要求9至16中任一项所述的设备，其特征在于，设有多于两个的线形照明 元件(B1，B2)，其中，这些照明元件(B1，B2)与所述运动方向围合出优选不同的角度，这些照 明元件以如下方式彼此不同地布置，即，这些照明元件具有相对于所述物体表面(3)不同的 距离，和/或这些照明元件相对彼此推移、优选在同一平面中推移。18. 根据权利要求9至17中任一项所述的设备，其特征在于，设有相对彼此错开布置的 至少两个相机(K1，K2)，和/或，至少三个照明元件(B1，B2)布置成，使得第一和第二照明元 件(B1，B2)共同地布置得相对于所述物体表面(3)具有第一距离，其中，第三照明元件布置 得相对于所述物体表面(3)具有第二距离，其中，所述第一距离与所述第二距离不同，其中， 所述运算装置(R)被构造用于由这些不同的相机(K1，K2)的优选对应的图像和/或由所述物 体表面(3)的以不同的距离照明的图像来计算出关于所述物体表面(3)的高度信息。19. 根据权利要求9至18中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个线形照明元件 (Β1，Β2)具有弯曲的形状，其中，所述至少一个线形照明元件优选沿着该线形状观察覆盖0° 到180°的角度范围，其中，所述照明元件(B1，Β2)优选具有半圆弧或者螺旋线的形状。20. 根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其特征在于，所述相机(Κ)被构造为矩阵 相机或线阵相机，其中，所述相机(Κ)优选包括整合的、能在应用现场中编程的门阵列，其 中，所述相机(Κ)特别是被构造为用于激光切割方法的特殊相机。
【专利摘要】本发明涉及一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤：将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被相机(K)拍摄；至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，该组包括物体(G)、至少一个照明元件(B1，B2)和相机(K)，其中，运动方向与至少一个照明元件(B1，B2)围合出不等于0°的角度；在相对运动期间，利用相机(K)拍摄物体表面(3)的图像序列(11)，其中，物体表面(3)在相机(K)的图像平面中成像；在图像平面曝光期间，利用至少一个照明元件(B1，B2)照明物体表面(3)；以及依据物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列(11)。
【IPC分类】G01B11/24, G01B11/25
【公开号】CN105492862
【申请号】CN201480048259
【发明人】C·瓦格纳, C·科鲁特
【申请人】萨科希瑞斯先进控制有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月1日
【公告号】EP3017273A1, WO2015000898A1
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