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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet der Optik und genauer ein Verfahren
zum Erstellen von Farb- und Profilmessungen auf dreidimensionalen
Flächen.
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Es
gibt viele Situationen, in denen es nützlich ist, eine hohe Auflösung für Farb-
und Profildaten zu haben, welche dreidimensionale Objekte darstellen. Zum
Beispiel ist es oftmals wünschenswert,
virtuelle Modelle physikalischer Objekte in einem Computer zu erzeugen,
um mathematische Analyse durchzuführen. Solche Daten können auch
beispielsweise für Personen
nützlich
sein, die Kunstgegenstände
katalogisieren und authentizieren.
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Eine
Technik, solche Messungen durchzuführen, wird mit dem Laserbereichssensor
in dem National Research Council of Canada eingesetzt. Dieser umfasst
eine Vorrichtung zum Abtasten einer Oberfläche mit einem einfallenden
Laserbündel,
um ein reflektiertes Bündel
zu bilden, das auf eine lineare Anordnung lichtempfindlicher Sensoren
gerichtet wird, typischerweise eine CCD (Charge Coupled Device;
ladungsgekoppelte Vorrichtung). In der monochromatischen Version
gibt die relative Position des reflektierten Bündels auf der Sensoranordnung, wenn
der einfallende Strahl über
die Zieloberfläche abgetastet
wird, Profilinformation durch Triangulation. Die Menge an Licht,
die an die Sensoranordnung zurückgegeben
wird, kann auch gemessen werden und benutzt werden, das Reflexionsvermögen der Zieloberfläche abzuschätzen. In
der polychromatischen Version wird Farbinformation zusätzlich zu Profilinformation
erhalten, indem ein polychromatischer Laser benutzt wird und das
reflektierte Licht in die drei Wellenlängen-Komponenten aufgespalten wird
und diese an unterschiedlichen Orten auf der CCD-Anordnung abgebildet
werden. Das Ausgangssignal der CCD-Anordnung wird Peaks enthalten,
die dem Bild des Punktes für
jede Laserwellenlänge
entsprechen. Die Position der Zieloberfläche kann durch Triangulation
erhalten werden, wobei angenommen wird, dass die Identität jedes
Peaks, das heißt,
seine ursprüngliche
Wellenlänge,
bekannt ist. Die Menge an Licht, die an den Sensor für jede Wellenlänge zurückgegeben
wird, kann aus der Form des Peaks berechnet werden. Die Intensität der Hauptwellenlängen auf
der Sensoranordnung erlaubt es, dass die Farbe der Fläche berechnet
wird, wobei die Menge jeder Wellenlänge, die in dem reflektierten
Strahl vorliegt, bekannt ist. Eine solche Technik ist beispielsweise
in der US-A 5 177 556 beschrieben.
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Ein
bedeutsamer Nachteil dieses Verfahrens ist sein Unvermögen, die
ursprüngliche
Wellenlänge eines
Peaks auf der CCD zu identifizieren, wenn nur eine Wellenlänge reflektiert
wird, so dass verhindert wird, dass das Profil in einem Punkt abgeschätzt wird.
Eine falsche Identifizierung der Wellenlänge führt zu einem starken Fehler
bei der Abschätzung der
Tiefe ebenso wie bei der Farb-Messung.
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Eine
weitere bekannte Technik für
die Farbmessung benutzt eine lichtempfindliche Hilfszelle, die auf
jede der drei Wellenlängen
antwortet, um einen Teil des Lichtes zu analysieren, welches zu
dem Sensor zurückgegeben
worden ist, um die Farb-Information herauszuziehen. Dieses Verfahren
ergibt eine eindeutige Messung, verliert jedoch einen der Vorteile
der ersten Technik, der darin besteht, dass die Dichte der zurückgegebenen
Intensität
genau auf den identifizierten Peak beschränkt werden kann, der dem Teil
des Oberflächenprofils
entspricht, welcher von dem Laserfleck beleuchtet wird. Die Photodetektoren
sind für
das gesamte momentane Sichtfeld empfindlich und können durch
Umgebungslicht oder Mehrfachreflexionen leicht verfälscht werden.
Umgebungslicht außerhalb
der Wellenlänge
des Lasers kann mit Hilfe von Filtern ausgeschaltet werden. Jedoch
verbleibt die Restbeleuchtung (abhängig von dem spektralen Gehalt
des Umgebungslichtes) oder indirekte Reflexionen von der Laserquelle,
die von woanders her kommen als der Oberfläche, die von dem Lichtfleck
beleuchtet worden ist, können
auch die Messungen beeinflussen. Ein solches Verfahren ist in der
US-A-5 708 498 offenbart.
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In
der zuerst beschriebenen Technik stellt der Sensor Tiefen- und Farbinformation
mit einer ähnlichen
Geschwindigkeit zur Verfügung,
da die Tiefe aus der Position eines oder einer Kombination der Peaks
bestimmt wird, die auf der CCD abgebildet werden, und die Farbe
wird aus der Amplitude jeder Peakverteilung abgeleitet. Bei jedem
Messzyklus wird das Signal, das von der CCD erzeugt wird, analysiert,
um Position und Amplitude der Peaks herauszuziehen.
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Ein
noch weiterer Nachteil ist es, dass das Gewinnen dreidimensionaler
Daten in Bereichen, in denen sich das Reflexionsvermögen plötzlich ändert, zu
Fehlern in den Messungen der Profile führt.
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Eine
wohlbekannte Schwierigkeit, die allen auf Triangulation basierenden
Laserabtastsystemen gemeinsam ist, ist es, dass es wahrscheinlich
ist, dass plötzliche Änderungen
in der Reflexion der gemessenen Oberfläche Fehler bei der Messung
der Profile hervorrufen. Dies tritt auf, da die Messung aus der
Abbildung einer endlichen Fläche
abgeleitet wird, die von dem Laser beleuchtet wird. Wenn die darunterliegende
Fläche
eine Änderung
im Reflexionsvermögen
zeigt, dann wird das Bild des Fleckes im Vergleich zu einer gleichförmigen Oberfläche verzerrt werden.
Die Positionsmessung auf der CCD kann beeinflusst werden und zu
einer Vorbelastung beim Einschätzen
der Form des Profils führen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile
des Standes der Technik abzumildern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Profils einer
Zielfläche zur
Verfügung
gestellt, das die Schritte Abtasten der Zielfläche mit einem einfallenden
Lichtbündel;
Bilden eines von der Zielfläche
reflektierten Lichtbündels; Richten
des reflektierten Lichtbündels
auf ein Sensorfeld, um ein Intensitätsprofilsignal zu erzeugen; Abtasten
des Intensitätsprofilsignals
mit einer ersten Abtastfrequenz fc, um eine
erste Menge von Datenpunkte zu liefern, die die Intensitätsverteilung
im Sensorfeld in jedem Abtastintervall darstellen; und Richten eines
Teils des reflektierten Lichtbündels
auf einen Photodetektor, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das
die Intensität
des reflektierten Lichtbündels darstellt,
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal mit einer
zweiten Abtastfrequenz fp abgetastet wird,
die höher
als und ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Abtastfrequenz fc und synchron mit ihr ist, um eine zweite
Menge von Datenpunkten zu erzeugen, die die Intensität in jedem Abtastintervall
bei der zweiten Abtastfrequenz darstellen, wobei die zweite Menge
von Datenpunkten zusätzliche
Information über
das Aussehen der Fläche
in jedem Abtastintervall bei der ersten Abtastfrequenz von höherer Auflösung als
die erste Menge von Datenpunkten liefert, und eine dritte, die relative Lage
des reflektierten Lichtbündels
im Sensorfeld, während
das Lichtbündel
die Fläche
abtastet, darstellenden Menge von Datenpunkten aus der ersten Menge
von Datenpunkten und der zweiten Menge von Datenpunkten erzeugt.
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Das
vorgeschlagene Verfahren kann verwendet werden, um die Auflösung eines
monochromen Systems zu verbessern, indem ermöglicht wird, dass die Oberflächentextur,
d.h. Farbe oder Intensität,
mit einer höheren
Auflösung
festgelegt werden kann, als es mit der Sensoran- ordnung allein ermöglicht wird. Bei einer Ausführungsform
stellt die Erfindung ein Hybridsystem zur Verfügung, das sowohl farbgetrennte
Peakmessungen auf der CCD als auch eine Hilfsmessung mit einer lichtempfindlichen
Zelle zur Verfügung
stellt. Anders als im Stand der Technik sind die Vorteile der Farbmessung,
die mit der Sensoranordnung erhältlich
sind, beibehalten, während der
Hilfs-Photodetektor hauptsächlich
dazu dient, Mehrdeutigkeiten bei den genauen Messungen aufzulösen, die
von der CCD-Anordnung erhalten worden sind. Der Photodetektor tastet
mit einer höheren Geschwindigkeit
ab als die CCD, aus Gründen,
die in weiteren Einzelheiten hiernach erläutert werden.
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Der
hervorstechendste Vorteil einer solchen Konfiguration ist es, dass
sie es erlaubt, dass die Oberflächenfarbe
bestimmt wird, wenn beispielsweise nur eine einzelne reflektierte
Wellenlänge
vorliegt. Die lichtempfindliche Zelle, obwohl sie von anderen Lichtquellen
als dem Bereich, der von dem Laserfleck ausgeleuchtet worden ist,
beeinflusst wird, wird eine Messung ergeben, die von einer oder
mehreren Wellenlängen
dominiert wird, welche auf der Oberfläche vorliegen, die direkt ausgeleuchtet
ist, und wird daher die Identifikation des Wellenlängenbündels erlauben, welches
die CCD beleuchtet, wenn nur ein Bündel vorliegt. In diesem Fall
wird die Farbmessung von der CCD in genau derselben Weise wie bei
dem Stand der Technik ausgeführt,
und die Hilfsmessungen dienen hauptsächlich dazu, Mehrdeutigkeiten
aufzulösen.
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Bei
dem Verfahren gemäß der Erfindung
sollte die lichtempfindliche Zelle mit einer Frequenz fp abgetastet
werden, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz fc des Auslesens eines gesamten Intensitätsprofils
von der Sensoranordnung ist.
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Jede
Profilmessung ist das Zeitintegral der Reflexion von der Oberfläche über einen
Zyklus der ersten Abtastrate auf der CCD. Im Prinzip sollte die Summe,
geeignet normiert, der überprüften Messungen
der Intensität
entsprechen, die von der CCD in einem einzelnen Zyklus gemessen
worden ist. Diese Summe kann dazu dienen, die Mehrdeutigkeiten in der
oben angegebenen Weise aufzulösen.
Darüberhinaus
geben überprüfte (oversampled)
Messungen eine räumliche
Verteilung der Auflösung
der Oberflächentextur
besser als die Profilmessung in der Richtung des Abtastens.
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Das Überprüfen (oversampling)
der Intensitätsmessungen
kann auch benutzt werden, um Anomalitäten zu korrigieren, die durch
Diskontinuitäten im
Reflexionsvermögen
der Oberflä che
hervorgerufen werden. Wenn man eine Messung der Zeitverteilung der
Reflexion während
eines Zyklus der Oberflächenpunktmessung
hat, ist es möglich,
solche Diskontinuitäten
in dem Teil der beleuchteten Fläche
zu erfassen, während
der Messung eines einzelnen Punktes, aus der Verteilung der Messungen
in den überprüften Messungen.
Es ist somit möglich,
wenigstens teilweise den Effekt aus der abgeschätzen Messung zu kompensieren.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die beiden letzten Vorteile, die zu
dem Einsatz des Überprüfens in
bezug stehen, sowohl für
monochrome als auch für Farbmessungen
vorliegen und nicht nur auf das oben vorgeschlagene Hybridsystem
anwendbar sind, sondern auch auf Systeme, die nur einen Photodetektor benutzen,
der für
die unterschiedlichen Wellenlängen empfindlich
ist, so wie der, der in der US-A-5 708 498 beschrieben ist.
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Die
Erfindung erlaubt es auch, dass die Mehrdeutigkeit in der Wellenlänge aufgelöst wird, wenn
nur ein einziger Peak vorliegt. Das Verfahren löst dieses Problem durch den
Zusatz einer lichtempfindlichen Zelle. Dieses spricht ein sehr wichtiges Problem
an, welches den Einsatz der farbgetrennten Peaktechnologie begrenzt.
Die Kombination dieser Technik mit dem Überprüfungsprinzip öffnet auch
die Tür
der Möglichkeit
des Messens von Farbe mit einer Auflösung, die größer ist
als die des Profils, was beim Modellieren und Erzeugen von Form- und Farbmodellen
zu Zwecken der Anzeige interessant sein könnte, wo die Texturdichte,
die erforderlich ist, im allgemeinen größer ist als die Anforderungen
bei der geometrischen Messung. Darüberhinaus ist es wegen der überprüften Intensitäten möglich, bekannte Fehler
zu korrigieren, die aus Diskontinuitäten in der Intensität herrühren.
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Die
Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zur Ermittlung des Profils
einer Zielfläche
zur Verfügung,
welche eine Lichtquelle zum Abtasten der Zielfläche mit einem einfallenden
Lichtbündel,
eine Linse zum Bilden eines von der Zielfläche reflektierten Lichtbündels; ein
Sensorfeld zum Abtasten des reflektierten Lichtbündels und zum Erzeugen eines Intensitätsprofils,
um die Ermittlung der Lagen des reflektierten Lichtbündels zu
ermöglichen,
während sich
das einfallende Lichtbündel über die
Zielfläche bewegt;
und einen Photodetektor zum Empfang eines Teils des reflektierten
Lichtbündels
zum Erzeugen eines Ausgangssignals aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass sie ferner Mittel zum Abtasten des Intensitätsprofilsignals mit einer ersten
Abtastfrequenz fc umfasst, um eine erste
Menge von Datenpunkten zu erzeugen, die die Intensitätsverteilung
im Sensorfeld in jedem Abtastintervall darstellen, Mittel zum Abtasten
des Ausgangssignals mit einer zweiten Abtastfrequenz fp,
die höher
als und ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Abtastfrequenz f2 und synchron mit ihr ist, um eine zweite
Menge von Datenpunkten zu erzeugen, die die Intensitätsverteilung
in jedem Abtastintervall bei der zweiten Abtastfrequenz darstellen,
sowie Mittel zum Ableiten, aus der ersten Menge von Datenpunkten
und der zweiten Menge von Datenpunkten, einer dritten Menge von
Datenpunkten, die die relative Lage des reflektierten Lichtbündels im
Sensorfeld darstellt, während
das Lichtbündel
die Fläche
abtastet, wobei die ableitenden Mittel so ausgeführt sind, dass sie die zweite
Menge von Datenpunkten verwenden, um zusätzliche Information höherer Auflösung über das
Aussehen der Fläche
innerhalb jeder Abtastperiode mit der ersten Abtastfrequenz zu liefern.
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Die
Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten, lediglich beispielhaft,
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
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1 eine schematische Darstellung
eines Farbmeßsystems
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine schematische Darstellung
eines Farbmeßsystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3 eine schematische Darstellung
eines Farbmeßsystems
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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4 eine schematische Darstellung
eines Farbmeßsystems
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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5 das Intensitätsprofil
einer CCD-Anordnungsausgabe in einer Abtastperiode zeigt;
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6 einen Laserfleck zeigt,
welcher eine Zielfläche
abtastet;
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7 die Änderung im Intensitätsprofil
zeigt, die durch Oberlächenartefakte
hervorgerufen ist; und
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8 die Einzelheiten eines
Photodetektors mit der Fähigkeit,
unterschiedliche Wellenlängen
zu trennen, zeigt.
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Mit
Bezug nun auf 1 wird
eine Fläche, für die die
Farbe und das Profil ausgemessen werden sollen, mit 10 identifiziert.
Diese wird typischerweise die konturierte Fläche eines dreidimensionalen
Objektes sein, für
die Profil- und Farbdaten gewonnen werden sollen. Ein polychromatisches
Laserlicht 12 (zum Beispiel aus rotem, grünem und
blauem Licht bestehend) richtet ein polychromatisches Lichtbündel 14 auf
einen Fleck 16 auf der Fläche 10 über Winkelspiegel 18, 20.
Der Spiegel 18 oszilliert, damit bewirkt wird, dass das
Bündel 14 die
Fläche 10 abtastet.
Der Spiegel 20 ist fest.
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Das
reflektierte Bündel 22 kehrt über den festen
Winkelspiegel 24 die Rückseite
des oszillierendes Spiegels 18 und über die Sammellinse 26 zurück. Nachdem
es durch die Sammellinse 26 gelaufen ist, trifft das reflektierte
Bündel
auf einen teilweise reflektierenden Spiegel 28, welcher
einen ersten Teil des reflektierten Bündels 30 auf den lichtempfindlichen
Detektor 31 richtet, der die Fähigkeit hat, die Menge an reflektiertem
Licht jeder Wellenlänge,
die in dem einfallenden Bündel
vorliegt, zu messen, und einen zweiten Teil 32 über einen
Wellenlängentrenner 34,
zum Beispiel ein Prisma, auf die schrägliegende CCD-Anordnung 36.
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Der
gemeinsame Spiegel 18 bewirkt, dass sich das reflektierte
Bündel 22 synchron
bewegt, wenn sich das einfallende Bündel 14 über die
Fläche 10 bewegt.
Wenn die Position des beleuchteten Fleckes 16 auf der Fläche 10 sich
relativ zu dem System ändert, übersetzt
sich dies in eine Verlagerung der Unterbündel auf der Fläche der
CCD-Anordnung 36. Die Position irgendeines dieser Signale,
zusammen mit dem Drehwinkel des Spiegels 18, gibt die Position des
Punktes 16 auf der Fläche 10 an,
die von dem Bündel
beleuchtet wird, wobei Triangulationstechniken benutzt werden. Die
Profilinformation wird aus einer oder einer Kombination der Unterbündel abgeleitet.
Die Wellenlängenidentität des Unterbündels muss
bekannt sein, um genau die Profilinformation zu liefern. Die bekannte
Verlagerung ermöglicht
es, dass die Höhe
des Profils unter Verwendung von Triangulationstechniken berechnet
wird. Das dreidimensionale Meßsystem
arbeitet im allgemeinen in der Weise, wie es in der US-A-5 708 498
beschrieben ist.
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Die
Intensitäten
der jeweiligen Bündel,
wenn angenommen wird, dass mehr als eines vorliegt, ermöglichen
es, dass Farbinformation über
die Fläche mit
einem höheren
Grad an Präzision
abgeleitet wird. Im Stand der Technik, wenn nur ein Bündel vorliegt, ist
es nicht möglich,
Farb- und Positionsinformation herauszuziehen, da es keine Möglichkeit
für das
System gibt, zu identifizieren, welcher Strahl vorliegt. Wenn zwei
Bündel
vorliegen, kann es möglich
sein oder nicht, abhängig
von den Umständen.
Jedoch kann der Photodetektor 31 eine Messung der Intensität des zurückgeführten Lichtes
in den drei Wellenlängen 31R, 31G, 31B zur
Verfügung
stellen, die benutzt werden kann, um die ursprüngliche Wellenlänge eines
Peaks zu identifizieren, wenn weniger als drei vorliegen, indem
die Messungen, die von dem Photodetektor 31 erhalten worden
sind, und die Peaks auf der CCD 36 verglichen werden.
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2 zeigt eine Anordnung ähnlich der
der 1, mit der Ausnahme,
dass die Photodiode 31 einen reflektierten Strahl direkt
von der Oberfläche 10 durch
die Sammellinse 40 empfängt.
Der Photodetektor 31 nutzt nicht mehr die gleiche Optik
wie die CCD 36.
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In 3 erhält der Photodetektor 31 das Licht,
das von der Oberfläche
der CCD-Anordnung 36 reflektiert worden ist, in einer solchen
Weise, dass die getrennten Wellenlängen in ein einziges zusammengesetztes
Bündel
im Photodetektor 31 kombiniert werden.
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4 zeigt eine Anordnung ähnlich der
der 3, wobei jedoch
mehr als ein Photodetektor verwendet wird, um reflektiertes Licht
in unterschiedlichen Richtungen zu messen.
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Der
Photodetektor 31 erzeugt Ausgangssignale, welche die Intensitäten der
unterschiedlichen Komponenten der Wellenlängen des reflektierten Bündels darstellen.
Da jedoch der Photodetektor 31 Licht über ein weiteres Sichtfeld
integriert als die CCD-Anordnung, wird er durch Umgebungslicht mehr
beeinflusst und auch von Reflexionen von anderen Teilen der Zielfläche, insbesondere
wenn sie eine hochprofilierte Oberfläche hat. Somit, gemäß einem
Aspekt der Erfindung, werden die Ausgaben des Photodetektors 31 hauptsächlich nicht
dazu benutzt, Farbinformation direkt abzuleiten, jedoch vorrangig, um
potentielle Mehrdeutigkeiten in dem genaueren Ausgang der CCD-Anordnung 36 aufzulösen. Somit, wenn
beispielsweise nur ein Bündel,
erzeugt durch eine Oberflächenreflexion
nur der blauen Wellenlänge,
an der CCD-Anordnung 36 vorliegt,
wird der Photodetektor 31 ein Signal mit einer starken
blauen Komponente ausgeben, die nichtsdestotrotz mit Umgebungslicht
verunreinigt sein kann. Das reflektierte Bündel wird als rein blau in
diesem Beispiel korrekt identifiziert.
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Die
Ausgaben der CCD-Anordnung 36 und des Photodetektors 31 werden
in Wirklichkeit digital in einem Computer verarbeitet. Die CCD-Anordnung ist
eine lineare monochrome Anordnung. Wenn das reflektierte Bündel darauf
auftrifft, erzeugt es ein Ausgangssignal, wie es in 5 gezeigt ist, welches die Intensitätsverteilung
entlang der Anordnung zeigt. Die Peaks stellen die drei roten, grünen und
blauen Unterbündel
dar. Die Position irgendeines dieser auf der Anordnung ergibt den
Bereich zum Ziel und ihre relative Intensität ergibt die Farbe der Zielfläche. Das Intensitätsprofil
wird tatsächlich
durch eine Serie von digitalen Datenpunkten dargestellt, welche
die Intensität
an jedem Bildelement der CCD darstellen.
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Die
gesamte CCD-Anordnung wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
ausgelesen, typischerweise 10 kHz, d.h. 10.000 Zeitschlitze mit
0.1 msec während
jeder Abtastung. In jedem Zeitschlitz bestimmt ein Computer die
Positionen und Amplituden der Peaks und hält Datenpunkte, die diesen
entsprechen.
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In
der tatsächlichen
Praxis, wie in 6 gezeigt,
wegen der endlichen Länge
eines Zeitschlitzes, bewegt sich der Laserfleck um eine Entfernung Δ1 über das
Ziel. Das Licht, das auf die CCD-Anordnung 36 fällt, ist
ein Integral des Lichtes, das in diesen Zeitschlitz reflektiert
wird. Die Abtastrate wird durch die Empfindlichkeit der Ausrüstung begrenzt und
kann für
eine bestimmte Konfiguration leicht durch einen Fachmann ausgewählt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird der Photodetektor 31 mit
einer Geschwindigkeit abgetastet, welche höher als und ein ganzzahliges
Vielfaches der Abtastrate der CCD-Anordnung 36 ist und synchron
damit läuft.
Das Abtasten der Photodetektorgeschwindigkeit ist typischerweise 4
bis 10 mal höher
als das der Geschwindigkeit für die
CCD-Anordnung. Das Ergebnis ist, dass die Texturinformation, Farbe
und Intensität
der Fläche,
mit einer höheren
Auflösung
als bei der geometrischen Information gemessen werden kann, um einen
Faktor, der gleich dem Vielfachen der Abtastrate ist. 6 zeigt warum. Während jeder
Abtastperiode der CCD-Anordnung 36 gibt es eine Vielzahl
n überlagernder
Flecken 38, deren gesamte Einhüllende der CCD-Messung entspricht.
Die Menge an reflektiertem Licht wird von dem Photodetektor bei
Abtastzeiten a, b, c, d, aufgenommen, entsprechend der Anzahl der
Abtastpunkte n (hier zum Beispiel 4), die während jeder Abtastperiode der
CCD aufgenommen werden. Aus der Kombination eines Profils auf der
CCD und den n Abtastpunkten von den Photodioden kann die Farbflächeninformation
mit einem Grad der Auflösung
berechnet werden, der höher
ist als der, der mit der CCD-Anordnung allein erhalten wird. Der
Zuwachs an Auflösung
gilt nur für
Farb- oder Intensitätsinformation,
nicht für
geometrische Information, die immer noch durch die Abtastrate der CCD-Anordnung
begrenzt ist.
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Das Überprüfen (oversampling)
durch den Photodetektor kann auch vorteilhaft, im Vorteil bei einer
monochromen Anordnung benutzt werden, beispielsweise zum Ausmessen
der Oberflächentextur bei
einer einzelnen Wellenlänge.
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Plötzliche Änderungen
zwischen hell und dunkel können
den Peak auf der CCD-Anordnung verzerren, was bewirkt, dass das
Gerät eine
Verschiebung in der Mitte des Peaks auf der CCD-Anordnung erfasst.
Dies führt
zu einer Falscherfassung einer Änderung
in dem Profil der Zielfläche. 7 zeigt warum. Bei einer
gleichmäßigen Fläche wird der
Peak 50 eine gleichmäßige Intensitätsverteilung haben,
wie es in 7 gezeigt
ist. Wenn stattdessen die linke Hälfte 54 hell ist und
die rechte Hälfte 56 dunkel
ist, wird das Intensitätsprofil 52,
welches das Zeitintegral der Intensität über die Abtastperiode darstellt,
verzerrt, da mehr Licht von der hellen Fläche reflektiert wird. Der Computer
interpretiert dies als eine Verschiebung in dem Peak, was wiederum fälschlicherweise
als eine Änderung
im Bereich und somit im Profil der Fläche interpretiert wird.
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Da
der Photodetektor 31 tatsächlich eine Anzahl von Intensitätsprobenwerten
während
jeder Abtastperiode der CCD-Anordnung aufnimmt, kann das Vorliegen
der scharfen Änderung
in der Intensität
erfasst werden und berücksichtigt
werden, um die Änderung
in der Form des Peakprofils zu kompensieren. Dies kann sowohl bei
der monochromatischen als auch bei der polychromatischen Version
des Systems durchgeführt
werden.
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Diese
Erfindung stellt somit eine Verfahren zum Erhalten von Texturinformation
mit einer höheren
Auflösung
als der geometrischen Information zur Verfügung, des Kompensierens von
Artifakten aufgrund plötzlicher Änderungen
in der Oberflächenintensität und des
Auflösens
von Farbmehrdeutigkeiten ohne Verlust an Genauigkeit.
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Zusätzlich zu
den oben beschriebenen Konfigurationen kann eine Vielzahl Photodetektoren,
die sich unter unterschiedlichen Ausrichtungen befinden, einschließlich außerhalb
der Triangulationsebene, benutzt werden. Jeder wird das reflektierte
Licht in einer bestimmten Richtung messen. Jeder Photodetektor kann
in der oben beschrieben Weise überprüft und benutzt
werden. Die Verwendung mehr als eines Photodetektors liefert mehrere
Probenwerte der Winkelverteilung des von der Oberfläche reflektierten Lichtes.
Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 4 gezeigt, bei der zwei unterschiedliche
Photodetektoren benutzt werden.
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8 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines
Photodetektors, der bei der vorgeschlagenen Erfindung benutzt werden
kann. Der Photodetektor stellt eine Einrichtung zum Erzeugen von
Signalen zur Verfügung,
die repräsentativ
für die
Lichtmenge in jeder Komponentenwellenlänge sind. Bei dieser besonderen
Konfiguration wird ein ankommendes Bündel 60 durch ein
Prisma in seine Komponentenwellenlängen zerlegt, die auf verschiedene
Photodetektoren gerichtet werden, welche Signale produzieren, die
repräsentativ
für die
Lichtmenge bei jeder entsprechenden Wellenlänge sind.
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Obwohl
die Erfindung in bezug auf autosynchronisiertes Abtasten beschrieben
worden ist, wird es von den Fachleuten verstanden werden, dass sie gleichermaßen auf
die gewöhnliche
Triangulation anwendbar ist.