Dreidimensional messende videometrische Messsysteme

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Busso Messner
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1 Dreidimensional messende videometrische Messsysteme Privatdozent Dr.-Ing. habil. Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. Jörg Wollnack TECHNISCHE UNIVERSITÄT HAMBURG - HARBURG Arbeitsbereich FT II im Forschungsschwerpunkt 5 Fertigungstechnik, Konstruktionstechnik und Werkstoffkunde Sitz: Denickestraße 17, Hamburg Tel. : +49 (040) (Durchwahl) Fax : wollnack@tu-harburg.de Internet : Hamburg, den

2 - II -

3 Prinzipien der Verweise Die Gleichungen, Fußnoten, Bild- und Tabellennummerierung werden hauptkapitelweise gezählt. - III -

4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Prinzip der dreidimensional messenden videometrischen Messsysteme Passive Triangulation Aktive Triangulation Videometrisches Messsystem Markervarianten Sensorkalibration Genauigkeitsverhalten Einkamerasystem und Laserpointer Zweikamerasysteme in Standardanordnung Differenzielle Messungen Temperaturkompensation erster Ordnung Interpretation und Genauigkeitsabschätzungen Kameramodell Geometrisches Kameramodell Linsenverzerrungen höher Ordnung und Orthogonalreihenentwicklung Lineares Kameramodell Videometrisches Kameramodell Photo-Sensor Maßstabsfaktoren Signalrauschen Signalverarbeitungsmodell der Kamera Objektiv CCD-Sensor Sprungantwort einer idealen Kante Übertragungsverhalten unter Berücksichtigung von Ortsintegration, Abtastung und Cross-Talk IV -

5 Inhaltsverzeichnis 4.5 Zusammenfassung Subpixelgenaue Positionsmessung Entwurfsziele und Struktur der Kantenmodelle Subpixelgenaue Positionsschätzer Spezielle Kanten-, Puls- und Markermodelle Einfache e-funktionsmodelle Komplexe e-funktionsmodelle Kurvenapproximation Unsicherheiten Positionsmessung Tanh-Modell Grobe Abschätzung der Wirkung systematischer Grauwertfehler Videometrische dreidimensionale Positionsmessung Das Prinzip der dreidimensionalen Videometrie mit Multikamerasystemen Dreidimensionale Positionsschätzung Dreidimensionale Positionsschätzung mit dem linearen Kameramodell Dreidimensionale Positionsmessung mit linearem Sensormodell und bildspeicherbasierten Verzerrungsmodellen Grobe Korrespondenzselektion Korrespondenzselektion mit epipolarer Suchlinie Validierung der dreidimensionalen Koordinaten Sensormodell Sensorkalibration Kameramodellfehler Varianten der Sensorkalibration Kamerakalibration Kamerakalibration mit Aktuator Dreidimensionale Zweikamerakalibration mit Aktuator Dreidimensionale Zwei- und Multikamerakalibration mit Distanzmaßen Generalisiertes Zweikamerakalibrationsmodell Kalibration des linearen Sensormodells Sensorkalibration mit linearem Sensormodell und bildspeicherbasierten Verzerrungsmodellen V -

6 - VI - Inhaltsverzeichnis Startwertberechnung der äußeren Orientierung mit dem linearen Kameramodell Kalibrierkörper Beispiele von Kalibrierkörpern Anforderungen an die Kalibierkörper Genauigkeitsverifizierung und Grenzen der Sensorkalibration Bildverarbeitung des optischen Kamera-Positionsmesssystems Bildvorverarbeitung Digitale Bildverarbeitung Segmentierung von Grauwertbildern Konstanter Schwellwert bei Grauwertbildern mit bimodalem Histogramm Schwellwertbestimmung mit modifiziertem Histogramm Lokaladaptive Schwelle Konturcodierung mit Freeman Code Kantenextraktion und Konturverfolgung Marker Positionsmessung Positionsmessung Flächenschwerpunkt Analytisches Parameterbestimmungsverfahren achsenparalleler Ellipsen Das Verfahren der konjugierten Ellipsendurchmesser Verzeichnis wichtiger Formelzeichen und Abkürzungen Anhang Geradenmodell Ebenenmodell Kugelmodell Schnittpunkt zweier Geraden Schnittpunkt Gerade und Ebene Schnittgerade zweier Ebenen Analytische Relationen zwischen idealen und realen Sensorkoordinaten Daten Modellfehler des geometrischen Kameramodells...6

7 Inhaltsverzeichnis Kamera- und Sensorkalibrationszelle Objektiv Markerdaten Markergeometrien zur Kamerakalibration mit Aktuator Marker direkt am Tool-Center-Point Marker-Koordinaten im Tool-Center-Point-Koordinatensystem Marker-Koordinaten im Hilfskoordinatensystem Kalibrierkörper mit Markern am TCP PI-Kexapod Koordinatenmessmaschine-Referenzsystem Mituyoyo Koordinatenmessmaschine Technische Daten Laser-Tracker-Referenzsystem Leica-Laser-Tracker Technische Daten Reflektor und -halter mit Schaft Literaturverzeichnis VII -

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