DE69712872T2

DE69712872T2 - Dreidimensionale farbbildaufnahme

Info

Publication number: DE69712872T2
Application number: DE69712872T
Authority: DE
Inventors: Paul Fournier; Lawrence King; Marc Rioux
Original assignee: National Research Council of Canada
Current assignee: National Research Council of Canada
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: WO1997033139A1; CA2198283A1; JP3979670B2; EP0885374A1; US5708498A; EP0885374B1; CA2198283C; DE69712872D1; ATE218202T1; JP2000506970A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die dreidimensionale (3-D)-Farbbildgenerierung von einem Profil einer Objektoberfläche.

Hintergrund der Erfindung

Die Monochromatische 3-D Bildgenerierung von Objekten ist bekannt. Sie findet Anwendung bei der Gewinnung detaillierter Daten über die Geometrien und Oberflächenprofile von Objekten (Gegenstände, Landschaften und/oder Personen), wie sie für das automatische Prüfen oder Montieren von Gegenständen, allgemein im Gebiet der Roboter und bei verschiedenen medizinischen Anwendungen Verwendung findet.
In jüngster Zeit findet auch eine 3-D-Farbbildgenerierung Verwendung. Das Interesse und die Fortschritte in diesem Gebiet gewinnen an Bedeutung. So ist zum Beispiel die Gewinnung hoch aufgelöster Farb- und Profildaten von Objekten für Leute von Interesse, die Kunstgegenstände katalogisieren und auf Echtheit prüfen. Darüber hinaus können diese Farb- und Profildaten gespeichert werden, elektronisch zu einem entfernten Ort gebracht werden und später an diesem Ort betrachtet werden, weit von dem Ort entfernt, wo sich das Objekt befindet. Auf diese Weise kann man virtuelle Bibliotheken von berühmten Kunstwerken, Austellungsobjekten von Museen und der gleichen aus der Ferne besuchen, und man kann die als Bilddaten gespeicherten Gegenstände von einem beliebigen Ort aus her ansehen, der mit einer Kommunikationsverbindung wie einer Telefonleitung versehen ist.
Es ist schon seit vielen Jahren bekannt, dass die optische Triangulation genaue Angaben über die Abmessungen und das Profil einer Objektoberfläche geben kann. Typische vorveröffentlichte US-Patente, welche die Anwendung des Triangulationsprinzips beschreiben sind das US-Patent 3 986 774 (Lowery et al.) vom 23. Oktober 1979, das US- Patent 4 171 917 (Pirlet) vom 14. September 1982, das US- Patent 4 349 277 (Mundy et al.) vom 14. September 1982, das US-Patent 4 627 734 (Rioux) vom 9. Dezember 1986 und das US-Patent 4 701 049 (Beckman et al.) vom 20. Oktober 1987.
Die Patente von Pirlet und Rioux offenbaren beide Triangulationsanordnungen, bei welchen die Oberfläche durch einen Lichtstrahl abgetastet wird. Ein syhchron scannender Empfänger bildet das zurückgeworfene Licht auf einen Stellungsfühler ab, der zum Beispiel ein CCD (Charge Coupled Device) sein kann, um elektrische Signale zu erzeugen, die Lageabweichungen von Punkten der Oberfläche von einer Referenzebene entsprechen.
Beckman et al. offenbaren ebenfalls eine Messanordnung, bei welcher das Triangulationsprinzip verwendet wird. Dieses Patent betrifft Verfahren, die zur Verbesserung der Auflösung dienen und bei denen der Querschnitt des Mess-Strahles geändert wird. Ferner offenbart dieses Patent das Merkmal, dass ein bestrahlter Fleck auf der Werkstückoberfläche unter zwei unterschiedlichen Winkeln beobachtet wird, um die echte Reflexion von einer falschen zu unterscheiden.
Mundy et al. verwenden das optische Parallax-Triangulationsprinzip, bei welchem ein Farbmuster auf die Oberfläche projiziert wird und Verschiebungen der Wellenlängenbänder auf getrennten Detektor-Arrays (regelmäßige Anordnung aus Detektoren) gemessen werden, wobei diese Verschiebungen dem Profil der Oberfläche entsprechen.
Das US-Patent 4 645 347, welches Rioux am 24. Februar 1987 erteilt wurde, offenbart ein anderes Verfahren zum Messen des Profiles. Bei ihm wird eine Sammellinse mit einer Maske verwendet, die zwei Öffnungen aufweist. Der Abstand zwischen den auf einem Dedektor erhaltenen Bildern ist eine Maß für die Abstandsabweichung der auf der Objektoberfläche liegenden Punkte von einer Referenzebene, die zum Beispiel die Brennebene der Sammellinse sein kann.
Wahlweise kann man die Lagedaten auch durch andere Verfahren bestimmen als das Triangulationsverfahren, zum Beispiel durch eine (Radar-) Laufzeitmessung. Ein umfassender Überblick über die verschiedenen Verfahren zur optischen Abstandsbestimmung findet sich in dem Aufsatz "Active Optical Range Imaging Sensors" von Paul J. Besl, der in der Zeitschrift Machine Vision and Applications (1988) 1: 127 bis 152 veröffentlicht wurde.
Bei keiner dieser bekannten Anordnungen werden aber auch Daten über die Farbe der Objektoberfläche gesammelt.
Andererseits offenbart das Rioux erteilte US-Patent 5 177 556 vom 5. Januar 1993 ein dreidimensionales Farb- Bildgenerierungsverfahren und ein Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche. Obwohl die Anordnung nach Rioux einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem seinerzeitigen bekannten Stand der Technik darstellt und obwohl diese Anordnung wohl die ihr zugedachte Funktion erfüllt, sind ihr Arbeiten und ihre Leistung in verschiedener Hinsicht begrenzt. So ist zum Beispiel die Farbbestimmung nicht möglich, wenn nur eine der drei Grundfarben Rot, Blau und Grün in dem Objekt vertreten ist, für welches ein Bild generiert werden soll. In anderen Fällen kann auch die Empfindlichkeit der Anordnung nicht ausreichend sein. Die im US-Patent 5 177 556 offenbarte Anordnung wird auch durch Gegenwart von Rauschen oder von Fluktuationen der Lichtquelle nachteilig beeinflusst. So führt ein verrauschtes Laser-Eingangssignal zu durch dieses Rauschen nachteilig beeinflussten Ausgangsdaten.
Durch die vorliegende Erfindung sollen daher einige der mit dem Stand der Technik verbundenen Begrenzungen und Probleme ausgeräumt werden.
Durch die Erfindung soll ferner eine Bildgenerierungsanordnung angegeben werden, die die Farbe auch dann bestimmen kann, wenn nur Rot, Blau und Grün vorliegt.
Durch die Erfindung sollen ferner Ausgangsdaten bereitgestellt werden, wobei Profilinformationen und Farbinformationen bezüglich eines Objektes unter Verwendung getrennter Dedektionsmittel erzeugt werden.

Kurze Schilderung der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
a) Abtasten der Objektoberfläche mit einem einfallendem Lichtstrahl, der eine Mehrzahl von Wellenlängen enthält, darunter mindestens eine wohl definierte Wellenlänge;
b) Aufspalten eines Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde, in eine Mehrzahl von getrennten Rückstrahlen, darunter mindestens ein erster und ein zweiter Rückstrahl;
c) Verwenden des ersten Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde, zur Bestimmung des Profiles der Objektoberfläche; und
d) Verwenden des zweiten Rückstrahles zur Ermittelung der Farbinformation, welche der Objektoberfläche entspricht.
Die Erfindung gibt ferner eine Verfahren der oben angegebenen Art an, mit welchem Farbe und Profil einer Objektoberfläche bestimmt werden kann und das Rauschen am Eingang des Gerätes vermindert werden kann, in dem das Verfahren folgende zusätzliche Schritte aufweist:
i) ein Teil des Lichtstrahles wird abgespalten, bevor die Objektoberfläche im Schritt a) abgetastet wird, wobei der abgespaltene Strahl und der Lichtstrahl, der auf die Objektoberfläche auffällt im Wesentlichen die gleiche Verteilung von rotem, grünem und blauem Licht aufweisen;
ii) der abgespaltene Teil des Strahles wird einer Einrichtung zugeführt, welche den roten, grünen und blauen Anteil des abgespaltenen Teiles des Strahles bestimmt und dazu dient, Signale zu erzeugen, die für den roten, grünen und blauen Anteil des abgespaltenen Teiles des Strahles repräsentativ sind; und
iii)in Abhängigkeit von den Signalen, die im Schritt ii) erzeugt wurden und repräsentativ für die Farbe des abgespaltenen Teiles des Strahles sind, und derjenigen Signale, die für die Farbe der Oberfläche repräsentativ sind, werden normierte Werte bestimmt;
die repräsentativ für die Farbe der Oberfläche sind. Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Farbe und des Profiles ein Objektoberfläche angegeben, das noch allgemeiner ist als das oben angesprochene und bei dem eine Herabsetzung des Rauschens am Eingang des Gerätes dadurch erhalten wird, dass die folgenden zusätzlichen Schritte durchgeführt werden:
i) abspalten eines Teiles des Lichtstrahles vor dem Abtasten der Objektoberfläche im Schritt a);
ii) zuführen des abgespaltenen Teiles des Strahles zu einer Einrichtung, welche die Information bezüglich der spektralen Verteilung des abgespaltenen Teiles des Strahles ermittelt und Signale erzeugt, die repräsentativ für die spektrale Verteilung des abgespaltenen Teiles des Strahles ist;
iii)bestimmen normierter Werte, die repräsentativ für die Farbe der Oberfläche sind, in Abhängigkeit von den im Schritt (ii) bestimmten Signalen, die repräsentativ für die Farbe des abgespaltenen Teiles des Strahles sind, und der Signale, die repräsentativ für die Farbe der Oberfläche sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optisches Gerät geschaffen, das dazu dient, die Farbe und das Profil einer Objektoberfläche zu bestimmen. Das Gerät weist auf:
a) eine Einrichtung zum Abtasten der Objektoberfläche mit einem einfallenden Lichtstrahl, der eine Mehrzahl von Wellenlängen enthält, darunter mindestens eine wohl definierte Wellenlänge;
b) Mittel zum Aufspalten des Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde, in eine Mehrzahl getrennter Rückstrahlen, darunter zumindest ein erster und ein zweiter Rückstrahl;
c) eine Einrichtung zum Bestimmen des Profiles der Objektoberfläche in Abhängigkeit von dem ersten Rückstrahl, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde; und
d) eine Einrichtung zum Bestimmen der Farbinformation, welche der Objektoberfläche entspricht, aus dem zweiten Rückstrahl.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines zum Stand der Technik gehörenden Gerätes, das bei der dreidimensionalen Farbbildgenerierung verwendet wird;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung; und
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei welcher eine Schaltung zur Herabsetzung des Rauschens vorgesehen ist.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme auf die zum Stand der Technik zu rechnende Fig. 1 wird nun eine synchron arbeitende optische Triangulations-Abtastanordnung beschrieben, die gemäß der Lehre des US-Patentes 4 627 734 von Rioux arbeitet und im Wesentlichen vom Aufbau her derjenigen Ausführungsform gleicht, die In Fig. 12 dieses Patentes gezeigt ist. Fig. 1 ist zugleich ein Beispiel für eine Farb- und Profilmessvorrichtung, wie sie in dem US-Patent 5 177 556 von Rioux offenbart ist.
Eine Lichtquelle 2, z. B. ein RGB (Rot, Grün, Blau)-Laser erzeugt einen Strahl 6, der wohl definierte rote, grüne und blaue Wellenlängen des Lichtes enthält. Zusammen mit feststehenden Spiegeln 10 lenkt eine Oberfläche eines oszillierenden doppelseitigen Spiegels 4 den Strahl 6 in x-Richtung ab und wirft ihn auf ein Objekt 8. Licht 7, das von einem auf der Oberfläche des Objektes 8 liegenden Punkt P zurückgeworfen wird, wird durch einen weiteren feststehenden Spiegel 10, die gegenüberliegende Oberfläche des Spiegels 4 und eine Linse 14 in Form eines Rückstrahles 12 zurückgeführt. Letztere wird auf einen Stellungsdedektor 18 abgebildet, der zum Beispiel ein CCD sein kann. In den Strahl 12 gestellt ist eine Einrichtung 16, welche den Strahl in getrennte Rückstrahlen 12B, 12G und 12r aufspaltet, die den drei Primärfarben entsprechen. Die farbzerlegende Einrichtung 16 kann einfach ein Keil sein. Vorzugsweise wird entweder ein Doppelkeil oder eine andere Einrichtung verwendet, die für mindestens einen der Strahlen vorzugsweise den grünen Strahl, einen kollinearen Effekt bewirkt. In anderen Worten: der Strahl 12G verläuft in einer geraden Linie, welche eine Fortsetzung des Strahles 12 darstellt. Der Stellungsdedektor 18 misst die Amplitude A und die Orte P der jeweiligen Strahlen und erzeugt Signale 17B, 17G und 17R (hier nicht gezeigt). Der Ort jedes dieser Signale zeigt die Lage des Punktes P an, also die Abweichung des Punktes P in Z-Richtung. Der Dedektor 18 ist gegenüber der optischen Achse gekippt, da sich die Brennebene mit dem Abstand ändert. Da die Lagen der Signale 17R, 17G und 17B zu einander sich im wesentlichen nicht ändert, können eines, zwei oder alle diese Signale dazu verwendet werden, die Z-Abweichung zu messen. Üblicherweise wird das größte Amplitude aufweisende Signal für diesen Zweck ausgewählt. Ist die Farbe des Objektes so, dass eines dieser Signale fehlt oder zur Messung zu klein ist, können die Farben der beiden übrig bleibenden Signale durch den Abstand voneinander bestimmt werden. In manchen Fällen mag diese Einschränkung, dass man mindestens zwei zu unterschiedlichen Farben gehörenden Signale oder wohl definierte Wellenlängen benötigt akzeptabel sein. In anderen Fällen, in denen jedoch nur eine wohl definierte Wellenlänge in der Anordnung vorliegt, ist die Anordnung nicht zufriedenstellend. Hat man zum Beispiel ein Objekt, das kein Rot oder Grün enthält, so kann die Farbinformation nicht bestimmt werden, ohne ein Vorwissen des Inhaltes, dass Rot und Grün fehlen. In anderen Fällen in denen das Objekt grau oder dunkel ist, kann die Farbinformation nicht genau bestimmt werden, da bei jeder Wellenlänge nur eine geringe Lichtintensität vorliegt.
Das nachstehend beispielhaft beschriebene Ausführungsbeispiel ist begrenzt auf eine Anordnung mit einem Laser, der rote, grüne und blaue Wellenlängen des Lichtes erzeugt. Natürlich kann bein einem allgemeineren Ausführungsbeispiel eine Lichtquelle auch andere wohl definierte Wellenlängen &sub1;, ..., N, aufweisen, wobei dann komplementäre Dedektoren verwendet werden, um diese Lichtquellenlängen &sub1;, ..., N, zu messen.
In Fig. 2 ist nun eine Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, welches Mittel aufweist, um die Farbinformation direkt gewinnen zu können, die die Form dreier Photodioden- Detektoren haben. Jeder dieser Photodedektoren ist so angeordnet, dass er eine der drei Farben rot, grün und blau des Lichtes erhält. Ist somit nur blaues Licht gegenwärtig, so spricht ein in den Weg der blauen Wellenlängen gestellter Photodetektor auf dessen Intensität an. Diese Ausführungsform bietet verschiedene Vorteile gegenüber den im US-Patent 5 177 556 von Rioux gegebenen Lehre. Es erlaubt die Messung einer einzigen Primärfarbe in Abwesenheit der beiden anderen. Und es gibt eine Anordnung, mit der man Profilinformationen gewinnen kann, die weniger empfindlich gegen Verhältnisse mit schwachem Licht ist.
Eine Lichtquelle in Form eines RGB-Lasers 12 erzeugt einen Strahl 6, der wohl definierte rote, grüne und blaue Wellenlängen enthält. Zusammen mit einem feststehenden Spiegel 18 lenkt eine Oberfläche eines oszillierenden doppellseitigen Spiegel 16 den Strahl 6 in x-Richtung aus und wirft ihn auf ein auszumessendes Objekt 8. Licht 7, welches von der auszumessenden Oberfläche des Objektes 8 zurückgeworfen wird, wird durch den weiteren feststehenden Spiegel 20, die gegenüberliegende Seite des oszillierenden doppelseitigen Spiegels 16 und eine Linse 24 zurückgeführt und zwar in Form eines Rückstrahles 13. Ein großer Anteil des Rückstrahles 13 wird auf einen Intensitätsdetektor 28 abgebildet, der z. B. die Form eines Charge Coupled Device Arrays (CCD) haben kann. Die Profilinformation wird in gleicher Weise berechnet, wie dies im US-Patent 5 177 556 offenbart ist. Die Anordnung dieser Ausführungsform kann aber in manchen Fällen mehr Licht zur Detektion durch den Detektor 28 liefern, und man erhält so bessere Resultate, wenn das Objekt dunkel ist oder dunkelgrau gefärbt ist. In diesen Strahl ist ein Strahlteiler 26 gestellt, durch welchen der Strahl 13 in zwei getrennte Rückstrahler 13a und 13b aufgespalten wird. Der Rückstrahl 13a läuft hindurch in Richtung auf den Detektor 28 zu, und der Strahl 13b, der typischerweise einige wenige Prozent der Energie des Strahles 13 umfasst, wird reflektiert und auf eine Einrichtung 30 gegeben, welche die Farbverteilung im Strahl 13a misst. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Einrichtung 30 ein Prisma 32, welches den Strahl in drei getrennte Rückstrahlen 33R, 33B und 33G in den drei Primärfarben Rot, Blau und Grün zerlegt. Das dispergierende Element 32 kann ein einfaches Prisma sein. Wahlweise kann man aber auch ein diffraktives Element verwenden wie ein Gitter oder ein holographisches dispersives Element. Drei Detektoren 34R, 34B und 34G sind so angeordnet, dass sie je einen der getrennten Rückstrahlen 33R, 33B und 3G erhalten. Jeder der Detektoren kann nicht nur die Gegenwart eines dieser drei getrennten Strahlen feststellen sondern erzeugt darüber hinaus ein analoges Ausgangssignal, das repräsentativ für die Intensität des auf ihn auffallenden Strahles ist. So sind I(r), I(g) und I(b) die Intensitätswerte für das rote, grüne und blaue Licht. Diese werden aufgezeichnet. Verwendet man A/D-Wandler, so können die analogen Signale in digitaler Form gespeichert werden, was sich für eine spätere Signalverarbeitung besser eignet. Vorzugsweise und anders als beim Stand der Technik erlaubt diese Anordnung auch die Detektion einer einzigen Farbe in Abwesenheit der beiden anderen Farben. Darüber hinaus ist der Strahl 13a ein einziger Lichtstrahl, welcher den größten Anteil der Signalenergie des übertragenen Signals 6 enthält und diese · konzentrierte Energie wird auf den CCD-Array 28 fokussiert und nicht in drei getrennte Strahlen aufgespalten, die zu drei getrennten Flächen geleitet werden. Das zur Bestimmung der Lageinformationen verwendete Licht wird somit nicht "verdünnt", und im wesentlichen das gesamte Licht, das in einem einzigen Strahl gegenwärtig ist und verglichen mit den herkömmlichen Vorgehensweisen erhebliche Energie aufweist, wird verwendet. Dies führt dazu, dass diese Lösung toleranter ist gegenüber Lichtverhältnissen, bei denen das Objekt zum Beispiel dunkelgraue Farbe aufweist.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Sie umfasst eine Einrichtung zum Eliminieren einiger der unerwünschten Effekte, die auf Rauschen zurückzuführen sind, das auf der Eingangsseite auf dem Signal 6 sitzt. Diese Einrichtung hat die Form eines Normierungskreises. Darüber hinaus werden bei dieser Ausführungsform einige der unerwünschten Effekte eliminiert, die auf Fluktuationen zurückzuführen sind, die in der Lichtquelle vorliegen können.
Eine Einrichtung zur Herabsetzung der unerwünschten Effekte von Rauschen, welches auf der Eingangsseite der Abtastanordnung vorliegt, ist in Form eines Kreises 23 vorgesehen, der einen kleinen Teil desjenigen Lichtes zu Überwachungszwecken abspaltet, welches von der Lichtquelle 12 zum Beleuchten des Objektes erzeugt wird. Dieses Abspalten besorgt ein Strahlteiler 14, wobei jedoch der größte Teil des von der Laser-Lichtquelle erzeugten Lichtes auf den oszillierenden doppelseitigen Spiegel 16 weitergeleitet wird, wie noch beschrieben wird. Der Kreis 23 umfasst ferner ein Prisma 22, um das abgespaltene Licht in drei getrennte Strahlen 5R, 5B und 5G in den drei Primärfarben Rot, Blau und Grün zu zerlegen. Natürlich können auch andere Wellenlängen-Demultiplex-Mittel in Betracht gezogen werden. Drei getrennte Überwachungsdetektoren in Form von Photodioden 25R, 25B und 25G sind so angeordnet, dass sie die Intensität der drei getrennten Strahlen messen.
Im Betrieb untersucht der Kreis 23 einen kleinen Teil des Eingangslichtsignales, welches durch den Laser 12 erzeugt wird. Auf diese Weise kann der kleine Anteil des überwachten Lichtes dazu verwendet werden, Rauschen zu eliminieren, welches am Ausgang erscheint und von dem am Eingang vorliegenden Rauschen abhängt.
Dieses Entrauschen erfolgt durch einen Normierungsprozess. Die drei überwachenden Photodioden 25R, 25G und 25B stellen jeweils einen Wert I(R), I(G) und I(B) bereit, der den Intensitätswert für jede der auf den Ort die Landschaft oder das Objekt 8 projizierten Farben ist. Diese Werte werden von analogen in digitale Werte umgesetzt und werden in einem Rechnerspeicher gespeichert, um die Farbnormierung durchzuführen.
Der Normierungsprozess besteht im Wesentlichen in der Bildung eines Verhältnisses, welches sich ergibt aus einer Konstanten multipliziert mit observiertem einfallenden Licht geteilt durch das observierte Ausgangslicht.
Ein geeignet programmierter Rechner führt die nachstehenden Rechnungen durch:
R(N) = KR [I(r)/I(R)]
G(N) = KG [I(g)/I(G)]
B(N) = KB [I(b)/I(B)]
wobei R(N), G(N) und B(N) die normierten Werte und KR, KG und KB experimentell erhaltene Kalibrierkonstanten sind.
Durch dieses Normierungsverfahren wird somit der Einfluss am Eingang vorliegenden Rauschen am Auslass erheblich reduziert, und die Werte R(N), G(N) und B(N) sind die normierten Ausgangssignale mit reduziertem Rauschen.
Dadurch, dass man eine getrennte Farbdedektion und einen das Rauschen verminderten Kreis hat, erhält man eine stabilere, genauere und mehr Nutzen bietende Anordnung als im Stand der Technik. Verschiedene andere Ausführungsformen und Abwandlungen der Erfindung können in Betracht gezogen werden. So kann man zum Beispiel basierend auf den Lehren der vorliegenden Erfindung Konstruktionen in Betracht ziehen, bei denen integrierte Schaltkreise und Komponenten verwendet werden, z. B. mit optischen Fasern aufgebaute Bragg-Gitter oder monolithische Bauelemente, welche die Fähigkeit zum Wellenlängen-Teilungs-Demultiplexing und zur Detektion haben.

Claims

1. Optisches Verfahren zum Bestimmen der Farbe und Profiles einer Objektoberfläche mit folgenden Schritten:

a) Abtasten der Objektoberfläche mit einem einfallendem Lichtstrahl, der eine Mehrzahl von Wellenlängen enthält, darunter mindestens eine wohl definierte Wellenlänge;

b) Aufspalten eines Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde, in eine Mehrzahl von getrennten Rückstrahlen, darunter mindestens ein erster und ein zweiter Rückstrahl;

c) Verwenden des ersten Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde, zur Bestimmung des Profiles der Objektoberfläche; und

d) Verwenden des zweiten Rückstrahles zur Ermittelung der Farbinformation, welche der Objektoberfläche entspricht.

2. Verfahren zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche gemäß Anspruch 1 mit dem weiteren Verfahrensschritt, dass der zweite Rückstrahl auf eine Einrichtung gegeben wird, welche den roten und/oder grünen und/oder blauen Anteil des ersten Strahles ermittelt.

3. Verfahren zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 2 mit dem weiteren Schritt, dass Signale erzeugt werden, die für die Farbe der Objektoberfläche repräsentativ sind.

4. Verfahren zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 3, welches die nachstehenden weiteren Schritte umfasst:

i) Abtrennen eines Teiles des Lichtstrahles vor dem Abtasten der Objektoberfläche im Schritt a);

ii) Überstellen des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles zu einer Einrichtung, welche die spektrale Verteilung des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles ermittelt und Signale erzeugt, die für die spektrale Verteilung des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles repräsentativ sind;

iii)Erzeugen der Signale, die für den Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles repräsentativ sind; und

iv) Bestimmen normierter Werte, die für die Farbe der Oberfläche repräsentativ sind, in Abhängigkeit von denjenigen Signalen die im Schritt (ii) erzeugt wurden und repräsentativ für die Farbe des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles sind und der Signale, die repräsentativ für die Oberfläche sind.

5. Optisches Verfahren zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche gemäß Anspruch 4, bei welchem der abgetrennte Lichtstrahl und der Strahl des auf die Objektoberfläche einfallenden Lichtes im Wesentlichen das Gleiche Verhältnis von rotem, grünem und blauem Licht aufweisen.

6. Optisches Verfahren zum Bestimmen der Farbe und der Profilinformation gemäß Anspruch 4, bei welchem der Schritt (ii) umfasst, dass der Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil des abgetrennten Teiles des Strahles bestimmt wird und dazu verwendet wird, Signale zu erzeugen, die repräsentativ für den Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil im abgetrennten Teil des Lichtstrahles sind.

7. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche mit

a) einer Einrichtung zum Abtasten der Objektoberfläche mit einem einfallenden Lichtstrahl, der eine Mehrzahl von Wellenlängen enthält, darunter mindestens eine wohl definierte Wellenlänge;

b) Mitteln zum Aufspalten des Rückstrahles, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen würde, in eine Mehrzahl getrennter Rückstrahlen, darunter zumindest ein erster und ein zweiter Rückstrahl;

c) einer Einrichtung zum Bestimmen des Profiles der Objektoberfläche in Abhängigkeit von dem ersten Rückstrahl, der von der Objektoberfläche zurückgeworfen wurde; und

d) einer Einrichtung zum Bestimmen der Farbinformation, welche der Objektoberfläche entspricht, aus dem zweiten Rückstrahl.

8. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 7 mit einer Einrichtung, durch welche das Rauschen herabgesetzt wird, welches an einem Einlass des Gerätes vorliegt.

9. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 8 mit

i) Mitteln zum Abtrennen eines Teiles des einfallenden Lichtstrahles, bevor die Objektoberfläche abgetastet wird, wobei diese Mittel im Stande sind, einen abgetrennten Lichtstrahl zu erzeugen;

ii) einer Einrichtung zum Bestimmen der spektralen Verteilung des abgetrennten Strahles und zum Erzeugen von Signalen, die repräsentativ für die spektrale Verteilung des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles sind; und

iii)einer Einrichtung, welche in Abhängigkeit von den Signalen, die im Schritt (ii) ermittelt wurden und für die Farbe des abgetrennten Teiles des Lichtstrahles repräsentativ sind, und in Abhängigkeit von Signalen, die für die Farbe der Oberfläche repräsentativ sind, normierte Werte bestimmt, welche für die Farbe der Oberfläche repräsentativ sind.

10. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 7, bei welcher die Einrichtung zum Bestimmen der Farbinformation, welche der Objektoberfläche entspricht, Zerlegungsmittel aufweist, welche den zweiten Rückstrahl entsprechend ihren Wellenlängen in eine Mehrzahl getrennter Strahlen auseinanderzieht.

11. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 10, bei welcher die Einrichtung zum Bestimmen der Farbinformation eine Mehrzahl von Detektoren aufweist, die beabstandet sind und so angeordnet sind, dass sie die Mehrzahl getrennter Strahlen erhalten.

12. Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 9, bei welcher die Einrichtung zum Bestimmen der spektralen Verteilung (ii) den Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil des abgetrennten Strahles bestimmen kann und Signale erzeugen kann, die für den Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil des abgetrennten Teiles des Strahles repräsentativ sind.

13. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 12 mit Zerlegungsmitteln, welche den abgetrennten Strahl gemäß ihren Wellenlängen in eine Mehrzahl abgetrennter Strahlen zerlegt, und mit einer Mehrzahl von Detektoren, die beabstandet angeordnet sind, und die Mehrzahl getrennter abgetrennter Strahlen empfängt.

14. Optisches Gerät zum Bestimmen der Farbe und des Profiles einer Objektoberfläche nach Anspruch 12, bei welcher die Einrichtung zum Bestimmen des Rotanteiles, Grünanteiles und Blauanteiles des abgetrennten Strahles und zum Erzeugen von Signalen, die für den Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil des abgetrennten Teiles des Strahles repräsentativ sind, Zerlegungsmittel aufwallt?, welche den abgetrennten Strahl gemäß ihren Wellenlängen in eine Mehrzahl getrennter abgetrennter Strahlen zerlegt und eine Mehrzahl beabstandeter Detektoren umfasst, die von einander entfernt angeordnet sind und so stehen, dass sie die Mehrzahl getrennter abgetrennter Strahlen empfangen.