DE-102016100361-B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten eines Objekts mit einem bildgebenden Verfahren

Abstract

Verfahren zum Abtasten eines Objektes (3) mit einem bildgebenden Verfahren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Gleichzeitiges Beleuchten eines Objektes (3) mit zumindest zwei unterschiedlichen Lichtquellen (17, 26, 30), wobei die Lichtquellen (17, 26, 30) unterschiedliche Lichtspektren (33, 34, 35) aufweisen, - Abtasten des Objektes (3) mittels zumindest zweier Sensoren, die eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit (36, 37, 38) aufweisen, und - Separieren der Intensitäten der Lichtspektren (33, 34, 35) der zumindest zwei Lichtquellen (17, 26, 30) in den mit den Sensoren erfassten Sensorsignalen mittels spezifischer Empfindlichkeiten der jeweiligen Sensoren für die unterschiedlichen Lichtspektren.

Inventors

• Bernhard Frei

Assignees

• Allied Vision Konstanz GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20160111

Claims (13)

1. Verfahren zum Abtasten eines Objektes (3) mit einem bildgebenden Verfahren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Gleichzeitiges Beleuchten eines Objektes (3) mit zumindest zwei unterschiedlichen Lichtquellen (17, 26, 30), wobei die Lichtquellen (17, 26, 30) unterschiedliche Lichtspektren (33, 34, 35) aufweisen, - Abtasten des Objektes (3) mittels zumindest zweier Sensoren, die eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit (36, 37, 38) aufweisen, und - Separieren der Intensitäten der Lichtspektren (33, 34, 35) der zumindest zwei Lichtquellen (17, 26, 30) in den mit den Sensoren erfassten Sensorsignalen mittels spezifischer Empfindlichkeiten der jeweiligen Sensoren für die unterschiedlichen Lichtspektren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Separieren durch Multiplizieren der gleichzeitig erfassten Sensorsignale der zumindest zwei Sensoren mittels einer Separationsmatrix erfolgt, wobei die Separationsmatrix die inverse Matrix einer die spezifischen Empfindlichkeiten beschreibenden Matrix ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lichtquellen (17, 26, 30) Lichtstrahllenkmittel (13, 14) mit unterschiedlichen Geometrien aufweisen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Objekt mit einer Farb-Kamera (32) abgetastet wird, welche Sensoren mit zumindest drei spektral unterschiedlichen Empfindlichkeiten (36, 37, 38) aufweist, die insbesondere jeweils für die Farben Rot, Grün und Blau empfindlich sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die spektralen Empfindlichkeiten (36, 37, 38) der jeweiligen Sensoren sich spektral teilweise überlappen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die spektralen Empfindlichkeiten (36, 37, 38) der jeweiligen Sensoren jeweils eines der Lichtspektren (33, 34, 35) der Lichtquellen (17, 26, 30) umfassen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass jeweils mehrere Sensoren der gleichen spektralen Empfindlichkeit verwendet werden, wobei die mit den einzelnen Sensoren ermittelten Signale orts- oder sensorspezifisch korrigiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die mit den einzelnen Sensoren ermittelten Signale bezüglich der unterschiedlichen Empfindlichkeiten der einzelnen Sensoren (PRNU) korrigiert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die separierten Intensitäten der Lichtspektren bezüglich der Beleuchtungsinhomogenitäten korrigiert werden.
10. Vorrichtung zum Abtasten eines Objektes (3) mit einem bildgebenden Verfahren umfassend: - zumindest zwei unterschiedliche Lichtquellen (17, 26, 30) zum gleichzeitigen Beleuchten eines Objektes (3) mit jeweils unterschiedlichen Lichtspektren (33, 34, 35), - zumindest zwei Sensoren zum Abtasten des Objektes (3), die eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit (36, 37, 38) aufweisen, und - Mittel zum Separieren der Lichtspektren (33, 34, 35) der zumindest zwei Lichtquellen (17, 26, 30) in den Sensorsignalen mittels spezifischer Empfindlichkeiten der jeweiligen Sensoren für die unterschiedlichen Lichtspektren (33, 34, 35).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung (1) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lichtquellen Leuchtdioden (17, 26, 30) umfassen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die zumindest zwei Lichtquellen als zumindest zwei der drei folgenden Lichtquellen ausgebildet sind: Dunkelfeldlichtquelle, Hellfeldlichtquelle, Durchleuchtungslichtquelle

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten eines Objekts mit einem bildgebenden Verfahren, wobei insbesondere mindestens zwei unterschiedliche Lichtquellen zum Beleuchten des abzutastenden Objekts verwendet werden. Bei der Kontrolle von Produkten mit bildgebenden Verfahren ist die Beleuchtung und insbesondere der Einfallswinkel, mit welchem das Licht auf ein abzutastendes Objekt strahlt, für die Erkennung von Fehlstellen von zentraler Bedeutung. Die WO 2009 / 018 849 A1 beschreibt eine Anordnung zur Bildaufnahme eines Objekts mit einer Bildaufnahmevorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle zum Beleuchten des Objekts. Die Bildaufnahmevorrichtung weist mehrere Kanäle zum getrennten Aufnehmen verschiedener Bildfarbkomponenten (R, G, B) auf. Mehrere Lichtquellen emittieren farbiges Licht entsprechend den Bildfarbkomponenten (R, G, B). Gemäß dem Verfahren wird das Objekt mit Licht der unterschiedlichen Spektralfarben (R, G, B) beleuchtet und es werden gleichzeitig mittels der Bilderfassungseinrichtung separate, den Spektralfarben entsprechende Bilder aufgenommen. In der US 2006 / 0 007 458 A1 wird ein Verfahren zur Durchführung einer chromatischen Anpassung beschrieben. Mit dem Verfahren werden die unter einer endgültigen Lichtquelle betrachteten endgültigen Farbdaten aus den unter einer anfänglichen Lichtquelle betrachteten anfänglichen Farbdaten vorausgesagt. Hierzu werden zunächst die anfänglichen und endgültigen Lichtspektren empfangen und die spektralen Empfindlichkeitsfunktionen der Farben bestimmt, zwischen denen die chromatische Anpassung durchgeführt werden soll. Weiterhin wird eine lineare chromatische Anpassungstransformation bestimmt, indem ein Restfehler zwischen den durch eine chromatische Anpassungstransformation vorhergesagten Farbdaten und den endgültigen Farbdaten minimiert wird. Verschiedene Spektralbänder der Beleuchtungsspektren und der spektralen Empfindlichkeitsfunktionen werden auf der Grundlage des Beitrags jedes Spektralbandes zu einer vordefinierten Funktion gewichtet. Das Verfahren wendet dann die lineare chromatische Anpassungstransformation auf die ursprünglichen Farbdaten an. Die DE 10 2014 115 540 A1 befasst sich mit einer Kamera zur Erfassung von Objekten in einem Erfassungsbereich, die einen Lichtempfänger mit einer Vielzahl von Lichtempfangspixeln, eine multispektrale Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Erfassungsbereichs in unterschiedlichen Spektralbändern und eine Auswertungseinheit aufweist. Der Erfassungsbereich wird mittels der Beleuchtungseinrichtung während verschiedener Beleuchtungszeitfenster in einem jeweils anderen Spektralband beleuchtet. Mit dem Lichtempfänger werden in Aufnahmezeitfenstern Bilddaten aus dem Erfassungsbereich aufgenommen. Dabei ist der Lichtempfänger als Doppelzeilenempfänger mit einer ersten Zeile und einer zweiten Zeile von Lichtempfangspixeln ausgebildet, wobei die Aufnahmezeitfenster für die erste Zeile und die zweite Zeile unterschiedlich sind. Die DE 102 39 225 A1 beschreibt ein Verfahren, zur optischen Prüfung von Banknoten, bei dem mehrere spektral unterschiedliche Lichtquellen verwendet werden und deren Ausgänge überlagert werden, um ein homogenes Licht zu erzeugen. Zunächst werden Ausgänge von Leuchtdioden überlagert, und das Licht wird über Linsen auf eine Banknote gerichtet. Jede der Linsen hat eine andere spektrale Charakteristik. Für die jeweilige Überprüfung, d. h. für jede Art von zu untersuchender Banknote und für jede Art von dafür verwendeten optischen Sensoren kann damit eine Beleuchtung mit einer geeigneten, spektralen Zusammensetzung bereitgestellt werden. Die entsprechende Vorrichtung für die optische Prüfung von Banknoten umfasst mindestens einen optischen Sensor und die Beleuchtung, die aus mehr als drei Lichtquellen mit den unterschiedlich, begrenzten Spektren gebildet wird. Man unterscheidet grundsätzlich die drei Beleuchtungstypen:1. Dunkelfeldbeleuchtung2. Hellfeldbeleuchtung3. Durchlichtbeleuchtung Bei der Dunkelfeldbeleuchtung wird das Licht mittels Lichtstrahllenkmitteln (Reflektor, Linse) von der Lichtquelle derart umgelenkt, dass eine direkte (spiegelnde) Reflektion des Lichtes vermieden wird. Bei der Hellfeldbeleuchtung wird das von der Lichtquelle abgegebene Licht in einem Winkel auf das Objekt geführt, sodass es in Richtung zu einer Kamera reflektiert wird. Die Durchlichtbeleuchtung wird bei transparenten abzutastenden Objekten eingesetzt, wobei sich auf einer Seite des Objekts die Lichtquelle und auf der anderen Seite des Objekts die Sensoren zum Erfassen des Lichts, das durch das transparente Objekt hindurchgeht, angeordnet sind. Bei Materialien, die sowohl diffuse und glänzende Reflektionseigenschaften haben und zudem transparent sind, können mit den drei Beleuchtungstypen gleichzeitig unterschiedliche Ausprägungen von möglichen Fehlern erkannt werden. So können z. B. mit einer Hellfeldbeleuchtung Fehler in einer Lackstruktur,