Showing papers by "Richard Kowarschik published in 2019"

Optimization-based extrinsic calibration of a three-dimensional sensor composed of an array projector and a single camera

Abstract: We previously presented a technique calibrating a multiaperture array projector (MAAP) for performing high-speed three-dimensional (3-D) surface topology measurements with aperiodic sinusoidal fringe structured illumination. Although a stereo-camera setup used to be required for triangulation, the presented MAAP calibration technique re-enables photogrammetric 3-D measurements to be made using a single CCD or CMOS camera. For such a monocular-view photogrammetric system, intrinsic camera calibration, intrinsic projector calibration, and extrinsic system calibration are vital to obtain high-measurement performance. However, there is currently no such technique that can comprehensively perform the required extrinsic system calibration when using an MAAP and a single-camera setup. A comprehensive optimization-based method is proposed and the resulting measurement performance is evaluated. With the new calibration technique, we are able to achieve a surface standard deviation of ∼50 μm.

Subjective speckle suppression for 3D measurement using one-dimensional numerical filtering.

Abstract: Laser speckle projection is a reliable method to generate statistical illumination patterns for 3D reconstruction purposes as in stereo photogrammetry. This type of pattern has several advantages compared to incoherent methods. However, the biggest disadvantage is given by the coherent noise, the so-called "subjective speckles," developing when a coherently illuminated surface is imaged by a lens system. Some experimental techniques have been published already, being costly in measurement time or leading to loss in light intensity and/or depth of field. In this work we want to present numerical one-dimensional filtering techniques that reduce this kind of noise and increase the performance of 3D reconstruction, while no experimental changes to the classical speckle projection technique have to be made. Therefore, a model describing the expectable contrast reduction is derived, the dependency between filter orientation and setup geometry is investigated, and results from simulations and real experiments are shown. It is found that for small filter sizes the results can be improved independent of the filter, but that in the general case a vertical orientation of the filter towards the setup geometry is most useful.

Extrinsic calibration of a 3D sensor based on an array projector and a single camera

Abstract: We previously presented a technique calibrating a Multi-Aperture Array Projector (MAAP) for performing high-speed three-dimensional (3D) surface topology measurements with structured illumination. The MAAP achieves projection rates up to 3 kHz by projecting a sequence of aperiodic sinusoidal fringes through several distinct projecting aperture channels such that up to 330 3D measurements per second could be achieved. This rapid switching between several projecting channels overcomes the projection limit of conventional off-the-shelf single aperture Digital Light Processing (DLP) or Liquid Crystal on Silicon (LCoS) technologies that typically have projection rates on the order of 100 Hz. The proposed MAAP calibration technique re-enabled photogrammetric 3D measurements to be made using a single CCD or CMOS camera where a stereo-camera setup used to be required for triangulation. The focus to reduce a stereo-configuration to a single camera system opens possibilities to decrease cost as well as form factor of such a high-speed metrology system utilizing an MAAP. For such a photogrammetric optical metrology system, intrinsic camera calibration and extrinsic setup calibration are vital to obtain high measurement performance. With the pinhole camera model assumption, intrinsic calibration is typically carried out using the standard Zhang method. However, there is currently no such standard technique that can comprehensively perform the required extrinsic calibration. In this study, the main sources of measurement error arising from extrinsic calibration of the proposed technique are discussed and investigated. Several different extrinsic calibration techniques are proposed and the resulting measurement performance evaluated.

Verfahren zur strukturierten Beleuchtung

Abstract: Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, koharente Muster wiederholbar und in schneller Folge zu produzieren. Durch Vorwissen uber die konkrete Struktur der zu erzeugenden Muster lassen sich bereits bestehende Verfahren, wie z.B. in der 3D-Objektvermessung oder in der Mikroskopie, vereinfachen.Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von wiederholbaren, koharenten Mustern gelost, bei dem das von wenigstens einer Lichtquelle stammende Licht durch wenigstens ein weiteres Element wiederholt dieselbe Phasenanderung der Wellenfront erfahren kann. Durch die Verwendung mehrerer wellenfrontverandernder Elemente, kann eine beliebige Zahl verschiedener, koharenter Muster erzeugt werden. Durch geeignete optische Schalter und/oder Spiegelsysteme und/oder andere Komponenten konnen diese Elemente angesteuert werden. Die entstehenden Muster sind somit mehrfach wiederholbar. Dabei wird erfindungsgemas das, die koharenten Muster erzeugende, Lichtbundel durch ein oder mehrere bestimmte phasenverandernde Elemente geleitet, um so eine bestimmte und wiederholbare Phasenveranderung entlang der Wellenfront des Lichtbundels zu erreichen. Diese Phasenveranderung fuhrt zur Ausbildung wiederholbarer, koharenter Muster, ggf. objektiver Speckles.

Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Oberflächenkonturen

Abstract: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beruhrungslosen Vermessen dreidimensionaler Oberflachenkonturen mittels einer eine Projektionsvorrichtung (1) und eine Kamera (2a) aufweisenden Messvorrichtung (100). Dabei wird fur jeden einer Mehrzahl von Bildpunkten (22, 32, 42, 52) in einer Bildebene (6a) der Kamera (2a) eine Korrelation zwischen einer dem jeweiligen Bildpunkt zugeordneten Folge von aufgenommenen Helligkeitswerten (43) und einer Auswahl aus einer Vielzahl von in einem Speicher hinterlegten Referenzhelligkeitswertfolgen (42a-d) maximiert, wobei fur jede von einer Vielzahl von Stutzstellen (20a-d, 30a-d, 40a-d, 50a-d), die als Punkte im Messvolumen (18) relativ zur Messvorrichtung (100) definiert sind und die das Messvolumen (18) aufspannen, jeweils eine der Referenzhelligkeitswertfolgen (42a-d) zusammen mit drei Raumkoordinaten der jeweiligen Stutzstelle hinterlegt ist, so dass jede der hinterlegten Referenzhelligkeitswertfolgen (42a-d) genau einer der Stutzstellen (40a-d) zugeordnet ist. Raumkoordinaten von Oberflachenpunkten (44) auf der Oberflache (81) werden dann basierend auf den durch das Maximieren der Korrelation fur jeden der Bildpunkte (22, 32, 42, 52) als nachstliegend identifizierten Stutzstellen (20a-d, 30a-d, 40a-d, 50a-d) bestimmt. Die Erfindung betrifft ferner eine Messvorrichtung (100) zum Durchfuhren dieses Verfahrens.