[发明专利]用于光学扫描表面区域内或上的边缘的方法

说明书

本发明涉及一种用于光学测量或扫描一个位于表面区域内的或构成目标表面区域边界的边缘的方法。为此，通过一台摄像机对包含至少两个与边缘交界的子表面的所关注的表面区域照相拍摄。随后能够以一张或多张照片为基础借助至少一个边缘定位准则确定边缘方位，进而查明边缘的位置。

例如，从DE 102 15 135 A1中已知一种边缘的测量方法。在那里，为了能够获得最佳的测量结果，自动地测定图像影响量的控制信息。辅助参数是从一个被测量的工件的图像信息中获得并且再从这些辅助参数中推导控制信息。首先，根据一个或多个影响量确定至少两个辅助参数的变化。例如，对比度，均质性，亮度和/或上升程度可以用作辅助参数。其中，以下述的方式确定辅助参数的变化，即，在最佳的情况下，全部的变化具有一个最大值或一个最小值。随后，对辅助参数的各个变化加权求和，求得一个总变化。加权因数可以，例如，试验性地确定。最后，在总变化的极限值所处的位置把影响量的值确定为影响量的控制信息。通过这种方法可以在拍摄图像时和进而在测定边缘时优化测量设置。在确定边缘，可以加权相加多个不同的边缘定位准则，例如，一个阈值准则和一个微分准则，以便能够改善确定边缘的位置。

此外，从DE 102 37 426 A1中已知一种工件的透射光测量法。在其中，为了能够在透射光中精确地确定工件的轮廓，以优化探测特性为目的根据一个控制准则控制摄像机的探测特性。例如，改变曝光时间，图像处理传感器和/或传感器偏移量的信号放大。通过与工件轮廓的额定-灰度值变化进行比较而从中推导出控制准则。

在DE 10 2007 003 060 A1中提出，在进行边缘探测时确定测量点的品质。借助品质函数从灰度值的沿测量线的变化中估算像素值。灰度值变化通过品质被加权处理并用于计算边缘方位。

在DE 10 2004 033 526 A1中描述了一种用于分析至少能够局部地反射的表面区域的方法和装置。这种方法的核心在于，通过使用结构中的组件的运动来测量被测目标的表面和形状。其中，充分利用当摄像机与目标表面之间的相对位置或定位发生变化时，目标表面反射的图案也会发生变化这种效果。可以在一个控制单元内分析处理这种图案上的变化。

此外，US 49 12 336还描述了一种用于探测表面形状的装置。在其中，按顺序激活点状的光源并相应地拍摄由目标表面反射的图像。这种装置适用于不同的表面反射特性。无论是对于像镜面一样定向反射的表面还是对于具有漫反射特性的表面，以及混合型表面，这种装置都适用。对于每个被测量的图像亮度，定向反射的组件通过一种提取算法与漫射反射的组件分开，以便能够从中计算表面方向。

到目前为止，尽管采取了不同的优化措施，例如，在调整参数方面，仍然很难准确地在图像中识别一个边缘的位置。因此，为了在进行光学扫描边缘时获得更好的结果，在图像处理时也经常把滤波器应用于拍摄的图像。

基于上述的现有技术，本发明的技术问题在于提出一种特别简单的方法，在所述方法中可以通过光学扫描亚像素精确地确定一个边缘的位置。

所述技术问题通过具有权利要求1所述特征的方法解决。

所述方法的核心在于，像素精确地测定所关注的目标表面区域的反射系数和通过至少一个熟知的边缘定位准则光学扫描边缘。为此，按先后顺序在不同的照射状态，例如，通过不同的光源组或从不同的照射方向照射表面区域和在不同的照射状态下拍摄一个包含多个图像的图像序列。例如，这可通过由多个光源形成的照射方向进行，其中，每次只使用一组光源或一组选定的光源用于改变强度。可以将一个光源分配给多个光源组。但是不存在两个完全一致的光源组。作为选择，也可以设置至少一个可定位的，可移动的光源组，其位置可以不断变化。在从一个照射方向照射期间，拍摄一个包含多个图像的图像序列。当从一个选定的照射方向照射目标表面区域时，通过这种方法产生一个包含多个图像的图像序列或一叠图像。一个图像序列的每个图像是分别在不同的光照强度下拍摄。例如，图像与图像之间的光照强度是逐步地增强。尤其是，一个图像序列的各图像之间的光照强度差是一致的。优选，在拍摄图像序列期间，摄像机与目标表面之间的相对位置保持不变。

借助每个图像序列的图像确定一个局部分辨的反射图像。这尤其是通过下述方式进行，即，以图像序列的图像为基础，根据光照强度为每个像素确定一个光量参数的变化曲线(Verlauf)。所述光量参数说明摄像机为相应所属的像素接收的光量。例如，一个像素的灰度值可以作为光量参数。

优选，只有满足至少一个给定的选择标准的光量参数才用于形成与强度相关的变化。尤其是可以使用下述的一个或多个条件作为选择标准：