本發(fā)明涉及一種模擬到用于檢查測(cè)量對(duì)象的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器上的成像的方法。此外，本發(fā)明涉及一種優(yōu)化具有光學(xué)傳感器的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中測(cè)量對(duì)象的光照的方法。

背景技術(shù)：

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)本身普遍已知。它們被使用在工業(yè)應(yīng)用中，例如用于質(zhì)量保證、或測(cè)量翻新(retro-fit)工藝中的部件，或者被使用在其他應(yīng)用中。通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，以高精確度測(cè)量為了以上目的的部件的幾何形狀和尺寸。大體上分為所謂觸覺(tactile)測(cè)量法和光學(xué)測(cè)量法的各種測(cè)量方法可以用于確定部件的坐標(biāo)。

觸覺測(cè)量法在測(cè)量過程期間通過探測(cè)元件探測(cè)部件。例如，探測(cè)元件是附接到探針一端的探測(cè)球。具有探測(cè)球的探針通常可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置并在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的任意方向上對(duì)準(zhǔn)(align)。例如，為此已知的有龍門(gantry)設(shè)計(jì)、水平臂設(shè)計(jì)或臺(tái)式設(shè)計(jì)。

光學(xué)測(cè)量法無接觸地運(yùn)行，即，待測(cè)量部件(測(cè)量對(duì)象)通過光學(xué)傳感器(例如照相機(jī))記錄，并且如此獲得的圖像數(shù)據(jù)被評(píng)價(jià)。多種光學(xué)測(cè)量法是已知的，它們不僅圖像記錄的方式不同，而且光照布置的方式也不同。例如，偏折法、干涉法或顏色(chromatic)法(例如白光傳感器法)是已知的。光學(xué)測(cè)量法經(jīng)常伴隨以電子圖像處理和評(píng)價(jià)，以便從圖像記錄提取所需數(shù)據(jù)。光學(xué)傳感器也可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(例如龍門設(shè)計(jì)、水平臂設(shè)計(jì)或臺(tái)式設(shè)計(jì))在測(cè)量區(qū)域內(nèi)以可自由移動(dòng)和定向的方式布置。

上述全部類型的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和測(cè)量方法應(yīng)僅作為例子理解，并且作為本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的介紹。本發(fā)明涉及使用光學(xué)傳感器的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。

在這樣的具有光學(xué)傳感器的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的情況中，測(cè)量對(duì)象的光照對(duì)于精確度且進(jìn)而對(duì)于測(cè)量質(zhì)量有很高重要性。為能夠以最高可能的對(duì)比度檢測(cè)測(cè)量對(duì)象的全部細(xì)節(jié)，通常在圖像記錄的整個(gè)區(qū)域之上盡量達(dá)到合適亮度的 均勻光照。此情況中，被視為合適的亮度范圍取決于光學(xué)傳感器的類型以及其能處理的亮度范圍。

然而，實(shí)踐中光照的設(shè)置需要坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的操作人員的部分的高度經(jīng)驗(yàn)，否則非常耗時(shí)，這是由于可能最初進(jìn)行具有不良光照的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量通例(pass)以便迭代地近似于最佳光照。因此，在達(dá)到僅產(chǎn)生剛好可用的測(cè)量結(jié)果的合適光照前，操作員必須進(jìn)行多次嘗試。因此通常盡量最小化設(shè)置最佳光照所需的先驗(yàn)知識(shí)和時(shí)間消耗。

文件DE 10 2009 025 334A1公開了斷定(ascertain)部件(例如車體部件)的涂漆表面的理想外觀的方法。它提出：將被提供多層漆的部件被拍照，并且它們的假想噴漆后的光學(xué)影像(impression)通過渲染程序計(jì)算和表示。然后，意圖對(duì)此計(jì)算的光學(xué)影像被分類為有吸引力或無吸引力的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后，基于此評(píng)價(jià)，意圖通過可能要進(jìn)行的重計(jì)算，修改并且評(píng)價(jià)要施加的涂漆的參數(shù)，直到光學(xué)影像被分類為“有吸引力”為止。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是指出簡化具有光學(xué)傳感器的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中光照設(shè)置的可能性。

因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種模擬通過用于檢查測(cè)量對(duì)象的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器進(jìn)行的圖像記錄的方法，包含以下步驟：

-提供表示測(cè)量對(duì)象的模型的第一數(shù)據(jù)集、表示測(cè)量對(duì)象的光照的模型的第二數(shù)據(jù)集、以及表示光學(xué)傳感器的光學(xué)器件的模型的第三數(shù)據(jù)集，以及

-基于第一數(shù)據(jù)集、第二數(shù)據(jù)集和第三數(shù)據(jù)集渲染圖像堆棧，其中圖像堆棧具有測(cè)量對(duì)象的至少部分區(qū)域的多個(gè)虛像，其中至少以不同的第二和/或不同的第三數(shù)據(jù)集渲染每一個(gè)虛像。

這樣使得可以使用基于來自CAD數(shù)據(jù)的測(cè)量技術(shù)中已知的對(duì)象性質(zhì)的渲染方法，進(jìn)行對(duì)象或?qū)ο髤^(qū)域的圖像記錄的完整模擬。此測(cè)量可以被一個(gè)或多個(gè)真實(shí)測(cè)量支持，如下面將解釋的。

渲染方法本身是已知的。術(shù)語“渲染”是熟悉的，并且通過商業(yè)上可自由獲取的產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)實(shí)施是可能的。對(duì)于理論基礎(chǔ)，可以參考例如2010年Matt Pharr和Greg Humphreys在出版商Morgan Kaufmann的書籍“基于物理上的渲染—從理論到實(shí)踐(Physically Based Rendering–from Theory to Implementation)”第二版。

關(guān)于本申請(qǐng)中提及的光學(xué)傳感器的鏡頭(lens)或光學(xué)器件的實(shí)施，此外可以參考1995年Kolb、Mitchell和Hanrahan在ACM SIGGRAPH的Computer Graphics(計(jì)算機(jī)圖形學(xué))(“Proceedings of SIGGRAPH”95)中第317頁至324頁的技術(shù)文獻(xiàn)“用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的現(xiàn)實(shí)照相機(jī)模型(A Realistic Camera Model for Computer Graphics)”。

此外，關(guān)于波前處理或所謂的“相位復(fù)原(phase-retrieval)”，可參考1993年J.R.Fienup在Applied Optics(應(yīng)用光學(xué))第32卷第10號(hào)第1737頁至1746頁的技術(shù)文獻(xiàn)“用于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的相位復(fù)原算法(Phase-Retrieval Algorithms for a Complicated Optical System)”。

因此，第一步驟涉及提供表示測(cè)量對(duì)象的模型的第一數(shù)據(jù)集、表示測(cè)量對(duì)象的光照的模型的第二數(shù)據(jù)集、和表示光學(xué)傳感器的光學(xué)器件的模型的第三數(shù)據(jù)集。這三個(gè)數(shù)據(jù)集含有用于模擬到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器上的成像的、渲染所需的基本參數(shù)。第一數(shù)據(jù)集可以通過例如測(cè)量對(duì)象的CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))數(shù)據(jù)集的形式提供。表示光學(xué)傳感器的光學(xué)器件或鏡頭的第三數(shù)據(jù)集可以通過例如關(guān)于鏡頭的所使用的透鏡元件和/或反射鏡元件的位置和組成、光學(xué)傳感器的位置和情況、以及影響光學(xué)成像路徑的其他變量的指示的形式提供。例如，對(duì)曲率半徑、各個(gè)表面之間的距離、和使用的具有折射率和阿貝數(shù)(Abbey number)的材料的通常的表格指示是可能的，如Kolb等人的文獻(xiàn)中提出的。描述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光照的第二數(shù)據(jù)集可以通過例如光源的位置和組成、它們的發(fā)光角度、光強(qiáng)度分布等提供。在渲染的步驟中，從而可以計(jì)算測(cè)量對(duì)象的虛像，所述虛像以預(yù)定義的光照成像到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器上。

此外，可以附加地提供第四數(shù)據(jù)集，所述第四數(shù)據(jù)集表示入射到光學(xué)傳感器上的光子通量或光到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換的模型，其中電信號(hào)尤其是可圖形地表示、可以計(jì)算機(jī)輔助方式處理、以及可存儲(chǔ)的電信號(hào)。通過第四數(shù)據(jù)集，從而可以在光學(xué)成像之上考慮測(cè)量信號(hào)的處理。例如，以此方式，可以考慮光學(xué)傳感器的停格(pixilation)、光學(xué)傳感器的靈敏度的波依賴性、和影響光學(xué)成像和電信號(hào)之間的傳輸路徑的其他變量。

術(shù)語“光學(xué)傳感器”指用于空間解析地(resolved)和/或方向解析地檢測(cè)從被光照的測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生的光子通量的單元。

此外，計(jì)算圖像堆棧成為可能。這樣的“圖像堆棧”是同一測(cè)量對(duì)象或測(cè)量對(duì)象的同一部分區(qū)域的多個(gè)圖像的集合，在對(duì)于第二數(shù)據(jù)集、第三數(shù)據(jù)集和第四數(shù)據(jù)集中的至少一個(gè)的不同參數(shù)集的情況下計(jì)算所述多個(gè)圖像的集合。例如，通過改變鏡頭的聚焦設(shè)置和/或、通過改變鏡頭和測(cè)量對(duì)象之間的距離，可以在此改變作為參數(shù)的焦平面位置。

這樣使得可以分別用圖像記錄的不同參數(shù)計(jì)算多個(gè)相應(yīng)圖像記錄。如果僅執(zhí)行了空間參數(shù)的改變，則此圖像堆?？梢岳缪刂R頭的光軸以延伸的方式延伸，其中每一個(gè)情況中圖像都垂直于光軸(前提是像平面未傾斜，例如用以遵循Scheimpflug條件)。然而，可替換地或累積地，也可以實(shí)現(xiàn)例如光照的參數(shù)、光學(xué)傳感器相對(duì)于測(cè)量對(duì)象的定位的參數(shù)、測(cè)量對(duì)象的部分區(qū)域的尺寸和位置等的改變。

這樣使用戶可以“滾動(dòng)”通過圖像堆棧，并且觀察改變的效果。例如，用特定預(yù)定義的虛擬光照，于是可以沿鏡頭的光軸滾動(dòng)，并且在不同平面中觀察檢測(cè)的測(cè)量對(duì)象的部分區(qū)域、或測(cè)量對(duì)象整體。此外，以此方式，使得可以關(guān)于測(cè)量可用性對(duì)記錄進(jìn)行(特別是自動(dòng)的)評(píng)估。從而用戶可以不僅選擇所需的參數(shù)組合(composition)(例如實(shí)際測(cè)量中的焦平面位置)，而且也可以修改(或引起自動(dòng)修改)虛擬光照的設(shè)置或所檢測(cè)的部分區(qū)域的尺寸，直到模擬的虛像的質(zhì)量呈現(xiàn)為充分良好為止。關(guān)于圖像記錄的質(zhì)量，從而(尤其是)識(shí)別可呈現(xiàn)的圖像記錄的質(zhì)量的優(yōu)化的不同收斂范圍成為可能。然后，可以在實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中接受計(jì)算之下潛在(underlying)的設(shè)置，并且實(shí)際測(cè)量可以基于此進(jìn)行。因此，這樣使得可以避免依賴于用戶在實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的經(jīng)驗(yàn)和能力的耗時(shí)的設(shè)置方法。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種優(yōu)化通過光學(xué)傳感器對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中測(cè)量對(duì)象進(jìn)行的圖像記錄的方法，包含以下步驟：

-提供表示測(cè)量對(duì)象的模型的第一數(shù)據(jù)集、表示測(cè)量對(duì)象的光照的模型的第二數(shù)據(jù)集、和表示光學(xué)傳感器的光學(xué)器件的模型的第三數(shù)據(jù)集，

-通過基于第一數(shù)據(jù)集、第二數(shù)據(jù)集和第三數(shù)據(jù)集渲染，模擬成像在光學(xué)傳感器上的測(cè)量對(duì)象的至少一個(gè)虛像的圖像記錄，以及

-基于測(cè)量對(duì)象的至少一個(gè)模擬的虛像設(shè)置測(cè)量對(duì)象的圖像記錄。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法從而涉及首先提供第一、第二和第三數(shù)據(jù)集，其中提供的步驟對(duì)應(yīng)于根據(jù)第一方面的方法的步驟。在此，也可以附加 地提供上述第四數(shù)據(jù)集。然后同樣地實(shí)現(xiàn)通過渲染來模擬圖像記錄的過程。在此情況中，計(jì)算成像在光學(xué)傳感器上的至少一個(gè)虛像。用戶可以觀察所述至少一個(gè)虛像、或?qū)ζ溥M(jìn)行自動(dòng)化評(píng)價(jià)，并且測(cè)量對(duì)象的光照可以基于此被設(shè)置或改變。以此方式，在不必在實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行設(shè)置的情況下，能夠在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上更高效地且在不需要操作坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的經(jīng)驗(yàn)的情況下進(jìn)行光照的設(shè)置成為可能。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于檢查測(cè)量對(duì)象的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其包括光學(xué)傳感器并且包括用于控制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中數(shù)據(jù)處理設(shè)備配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面或它的一種配置的方法，或者執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第二方面或它的一種配置的方法。

本發(fā)明的第四方面還提供一種包含程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中所述程序代碼當(dāng)在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行時(shí)，尤其是在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面或它的一種配置的方法、或者根據(jù)本發(fā)明第二方面或它的一種配置的方法。

因此，根據(jù)第三方面的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和根據(jù)第四方面的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品具有與根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法或根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法相同的優(yōu)點(diǎn)。

因此完全達(dá)到最初陳述的目的。

在根據(jù)第一方面的方法的一種配置中，還執(zhí)行以下步驟：

-確定表示圖像堆棧的每一個(gè)虛像中的圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)，

-斷定表示圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)取最優(yōu)值的虛像，以及

-定義所述虛像的圖像記錄之下潛在的第二和/或第三數(shù)據(jù)集為最佳圖像記錄設(shè)置。

因此，在圖像堆棧的每一個(gè)虛像中，首先確定了表示圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)。所述參數(shù)可以是例如聚焦、亮度和/或?qū)Ρ榷龋瓌t上對(duì)此可以形成任意參數(shù)，特別是以在優(yōu)化領(lǐng)域中已知的“優(yōu)值函數(shù)”的形式。這可能涉及用于評(píng)估圖像記錄的常用方法的輸出值。在聚焦作為質(zhì)量的參數(shù)的情況中，例如可以選擇垂直于待觀察邊緣的線，并且確定沿此線的亮度梯度。然后將進(jìn)而包含沿此線的亮度梯度的極值的圖像評(píng)估為具有最佳聚焦設(shè)置的圖像。

以此方式，于是可以斷定具有表示圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)的最優(yōu)值的虛像。然后可以定義此虛像的聚焦設(shè)置為最佳圖像記錄設(shè)置。以此方式，可以通過例如以純計(jì)算方式模擬成像的方法，進(jìn)行圖像記錄的優(yōu)化。

在本方法的另一配置中，可以進(jìn)行下面的步驟：

將最佳圖像記錄設(shè)置至少應(yīng)用到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)器件和/或光照。

以此方式，用戶然后可以應(yīng)用輸出到實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的設(shè)置，并且從而以最佳圖像記錄設(shè)置進(jìn)行測(cè)量。

在根據(jù)第一方面的方法的另一配置中，可以提出通過所述光學(xué)傳感器記錄所述測(cè)量對(duì)象的實(shí)像，并且從相對(duì)于所述最佳圖像記錄設(shè)置對(duì)所述實(shí)像的圖像記錄設(shè)置出發(fā)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)器件和/或光照的圖像記錄設(shè)置。

以此方式，也可以在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上以直接自動(dòng)化方式進(jìn)行最終設(shè)置、或?qū)τ谧罴褕D像記錄平面應(yīng)用斷定的設(shè)置的過程。例如，如以下解釋的，可以通過將實(shí)像與渲染的圖像堆棧的圖像相比較，斷定實(shí)像之下潛在的圖像記錄設(shè)置，并且然后可以從此設(shè)置出發(fā)以自動(dòng)化方式進(jìn)行對(duì)于最佳圖像記錄平面的設(shè)置。不言而喻，也可以設(shè)想到其他的可能性。例如，還可以在光學(xué)傳感器的測(cè)量區(qū)域中布置參考對(duì)象，其中關(guān)于圖像記錄平面的位置的說明可以根據(jù)所述參考對(duì)象在光學(xué)傳感器上的成像。

此外，在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一種配置中，可以提出在渲染步驟之前，通過光學(xué)傳感器記錄測(cè)量對(duì)象的至少一個(gè)實(shí)像，并且將其用作渲染步驟的支持點(diǎn)。

以此方式，在渲染步驟中，可以憑借以下事實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)到光學(xué)傳感器上的成像的改善的模擬：例如可以預(yù)定義特定圖像的實(shí)際值，然后可以基于其實(shí)現(xiàn)計(jì)算。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的另一種配置，可以提出每一個(gè)實(shí)像的圖像記錄設(shè)置是預(yù)先已知的。

例如，可以提出基于光學(xué)傳感器的鏡頭的位置、和/或光學(xué)傳感器的鏡頭中的光學(xué)元件或光學(xué)器件的布置，存儲(chǔ)此圖像記錄設(shè)置。以此方式，在關(guān)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的每一個(gè)實(shí)像的圖像記錄設(shè)置的記錄期間，所述圖像記錄設(shè)置是已知的，并且可以將所述圖像記錄設(shè)置分配給此圖像，以使得所述圖像記錄設(shè)置在進(jìn)一步使用期間是預(yù)先已知的。

此外，根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的另一種配置，可以提出在渲染的步驟之后，通過與圖像堆棧的虛像關(guān)聯(lián)，將每一個(gè)實(shí)像納入到圖像堆棧之中，并且可以由此斷定實(shí)像的圖像記錄設(shè)置。

以此方式，即使不通過以關(guān)聯(lián)的方式(例如逐像素關(guān)聯(lián))比較實(shí)際記錄 的圖像和圖像堆棧的虛像來預(yù)先已知圖像設(shè)置，也可以找到最佳對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且虛像的相關(guān)圖像記錄設(shè)置可以被接受作為實(shí)像的圖像記錄設(shè)置。

在根據(jù)第一方面的方法的另一種配置中，可以提出通過光學(xué)傳感器記錄測(cè)量對(duì)象的實(shí)像，即，在渲染的步驟之后，通過與圖像堆棧的虛像關(guān)聯(lián)，將實(shí)像納入到圖像堆棧中，并且由此斷定實(shí)像與圖像堆棧的對(duì)應(yīng)虛像的偏差?！凹{入”意為基于實(shí)像的圖像記錄設(shè)置將實(shí)像分類到虛像序列之中。例如通過插入在比如具有z₂＝+9mm和z₃＝+11mm的兩個(gè)虛像之間，來排序具有焦距z₁＝+10mm的實(shí)像。

以此方式，在渲染的步驟期間改善計(jì)算質(zhì)量同樣成為可能。如上面已經(jīng)描述的，基于與圖像堆棧的虛像關(guān)聯(lián)，可以將實(shí)像納入到圖像堆棧中。在所述關(guān)聯(lián)的上下文中具有最佳對(duì)應(yīng)關(guān)系的虛像于是與實(shí)像相比較。實(shí)像與虛像之間的偏差可以此方式斷定，并且用于例如改善渲染的步驟(如果渲染的步驟被再次進(jìn)行)。此外，還可以為改善的目的將偏差應(yīng)用到虛像。

例如，在另一種配置中，可以提出通過考慮偏差而渲染具有最佳圖像記錄設(shè)置的最佳虛像。

已經(jīng)記錄的實(shí)像不必須具有最佳圖像記錄設(shè)置。圖像堆棧的渲染確實(shí)可以產(chǎn)生具有不同潛在圖像記錄設(shè)置的不同圖像具有最佳圖像記錄設(shè)置的結(jié)果。因此可以首先斷定實(shí)像和對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)的虛像之間的偏差，然后將偏差應(yīng)用到具有最佳圖像記錄設(shè)置的虛像，以提供具有最佳圖像記錄設(shè)置的改善的虛像。例如，然后這可以進(jìn)一步特別用于優(yōu)化光照設(shè)置。

在本方法的另一種配置中，可以提出通過考慮偏差而渲染作為具有圖像堆棧中任意圖像記錄設(shè)置的平面的測(cè)量平面中的虛像。

意圖進(jìn)行測(cè)量的像平面不需是具有最佳圖像記錄設(shè)置的像平面。盡管這是通常的情況，但并非強(qiáng)制。在這方面，也可以基于斷定的偏差以改善的方式計(jì)算具有與最佳圖像記錄設(shè)置不同的圖像記錄設(shè)置的任意不同測(cè)量平面。

在本方法的另一種配置中，可以提出第三數(shù)據(jù)集已經(jīng)預(yù)先檢測(cè)到光學(xué)傳感器的光學(xué)器件的像差，所述像差特別地以Zernike多項(xiàng)式形式存儲(chǔ)，并且在渲染最佳虛像或測(cè)量平面中的虛像期間減除像差。

不言而喻，用于描述像差的Zernike多項(xiàng)式應(yīng)僅理解為例子。其他用于描述光學(xué)傳感器鏡頭或光學(xué)器件的波前像差的多項(xiàng)式方法、級(jí)數(shù)展開或積分展開也是可能的，例如Chebychev多項(xiàng)式。可以事先使用例如波前像差儀在 實(shí)際光學(xué)傳感器上測(cè)量像差，然后從最佳虛像或測(cè)量平面中的虛像減除像差。不言而喻，對(duì)于任意其他計(jì)算的虛像，也可以進(jìn)行這樣的像差減除。

為此目的，例如，在渲染的步驟中，可以應(yīng)用另一配置，例如前面提到的相位復(fù)原應(yīng)用，以能夠?qū)?yīng)地減除像差，所述的像差以例如Zernike多項(xiàng)式的形式存儲(chǔ)。

在本方法的另一配置中，可以提出測(cè)量對(duì)象的渲染多個(gè)虛像的區(qū)域比測(cè)量對(duì)象的記錄實(shí)像的區(qū)域更大。

因此，大體上，為了成功關(guān)聯(lián)，僅需要實(shí)像與計(jì)算的虛像具有足夠大的重疊。因此，一個(gè)實(shí)像也足以支持計(jì)算中多個(gè)渲染的虛像堆棧。此外，例如還可以已經(jīng)假設(shè)光學(xué)傳感器平行于圖像記錄平面的平移位移，以計(jì)算彼此相鄰的多個(gè)虛像堆棧，然后最終將它們?cè)谟?jì)算中結(jié)合到一起，以形成比測(cè)量對(duì)象的記錄實(shí)像的區(qū)域更大的虛像。

可以通過本身已知的圖像數(shù)據(jù)融合方法，例如，所謂的“拼接(stitching)”方法或其他方法，進(jìn)行將虛像或虛像堆棧結(jié)合到一起。

在根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法的另一配置中，可以進(jìn)行下面的步驟：

-通過從所述至少一個(gè)渲染的虛像中的至少一個(gè)確定表示質(zhì)量的參數(shù)的值，斷定測(cè)量對(duì)象的圖像記錄的質(zhì)量，

-將參數(shù)的值與限值比較，以及

-如果比較為負(fù)，則改變至少第二數(shù)據(jù)集和/或第三數(shù)據(jù)集，并且重復(fù)模擬、斷定和比較的步驟，

-或者，如果比較為正，則使用用以由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)設(shè)置圖像記錄的第二數(shù)據(jù)集。

以此方式，以自動(dòng)化的方式確定測(cè)量對(duì)象的圖像記錄的質(zhì)量?？梢匀缢龅剡m當(dāng)選擇表示測(cè)量對(duì)象的圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)。例如，還可以使用平均圖像亮度、和/或可以要求圖像內(nèi)亮度范圍之間特別小的差別。

本方法然后可以自動(dòng)化方式反復(fù)操作。例如以光源的地點(diǎn)和位置和/或數(shù)量、其光強(qiáng)、其發(fā)光角度等的改變的形式，可以實(shí)現(xiàn)第二數(shù)據(jù)集的改變。

在本方法的另一配置中，可以提供下面的步驟：

-通過從所述至少一個(gè)渲染的虛像中的至少一個(gè)確定表示質(zhì)量的參數(shù)的值，斷定測(cè)量對(duì)象的圖像記錄的質(zhì)量，

-在預(yù)定的優(yōu)化范圍內(nèi)改變至少第二數(shù)據(jù)集和/或第三數(shù)據(jù)集，并且重復(fù) 模擬和斷定的步驟，

-使用表示質(zhì)量的參數(shù)取最優(yōu)值的、用以由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)設(shè)置圖像記錄的第二數(shù)據(jù)集。

以此方式，相比于前面的配置(其當(dāng)滿足限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，終止第二數(shù)據(jù)集的改變)，從頭至尾運(yùn)行并且參數(shù)地完整模擬特定優(yōu)化范圍。對(duì)于全部渲染的圖像，確定表示圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)，然后選擇達(dá)到最佳質(zhì)量的該圖像記錄設(shè)置?！白顑?yōu)值”是最大值或最小值取決于表示質(zhì)量的參數(shù)的類型。例如，如果使用圖像內(nèi)多個(gè)亮度之間的差異，則其將是最小值。

在另一配置中，可以提出模擬成像到光學(xué)傳感器上的測(cè)量對(duì)象的至少一個(gè)虛像的圖像記錄的步驟是根據(jù)本發(fā)明第一方面或它的一種配置的方法。第一和第二方面還可以以此方式有利地組合。

不言而喻，上述特征和下面將要解釋的特征不僅可以以分別指示的組合使用，也可以以其他組合使用或單獨(dú)使用，而不背離本發(fā)明的范圍。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中圖示，并且在下面的描述中更詳細(xì)節(jié)解釋。在附圖中：

圖1示出坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的示意框圖，

圖2示出用于優(yōu)化坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的圖像記錄設(shè)置的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意框圖，

圖3示出用于優(yōu)化坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的圖像記錄設(shè)置的方法的其他的實(shí)施例，

圖4示出模擬通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行的圖像記錄的方法的第一實(shí)施例，

圖5示出模擬通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行的圖像記錄的方法的第二實(shí)施例，

圖6示出模擬通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行的圖像記錄的方法的第三實(shí)施例，以及

圖7示出模擬測(cè)量對(duì)象到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光學(xué)傳感器上的圖像記錄的方法的第四實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10用來進(jìn)行測(cè)量對(duì)象11的圖像記錄。為此目的，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10具有光學(xué)傳感器12。光學(xué)傳感器12是例如照相機(jī)，也即，捕捉測(cè)量對(duì)象11的平面(也即，二維的)記錄的光學(xué)傳感器12。

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10還具有光學(xué)成像系統(tǒng)或光學(xué)器件13，其是光學(xué)傳感器12的一部分，并且用來以合適的方式將從測(cè)量對(duì)象11入射到光學(xué)傳感器12上的光成像到光學(xué)傳感器12上。

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10還具有數(shù)據(jù)處理設(shè)備14，其用于評(píng)價(jià)由光學(xué)傳感器12捕捉的圖像。

光學(xué)傳感器12具有捕捉區(qū)域15，所述捕捉區(qū)域15在圖1中示意性地示出的視圖中的平面X-Y中延伸。被光學(xué)傳感器12捕捉的圖像從而在捕捉區(qū)域15中平行于X-Y平面。被光學(xué)傳感器12清晰地捕捉的像平面或焦平面通過光學(xué)工作距離16與光學(xué)傳感器12間隔開。因此，通過改變光學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)置，從而改變光學(xué)工作距離16，可以影響在Z方向上相對(duì)于測(cè)量對(duì)象11的位置。然而，在保持光學(xué)工作距離16的同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)傳感器12和測(cè)量對(duì)象11相對(duì)于彼此的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以影響記錄的圖像相對(duì)于測(cè)量目標(biāo)11的位置。在此情況中，測(cè)量對(duì)象11和/或光學(xué)傳感器12可以移動(dòng)。為了對(duì)測(cè)量對(duì)象11進(jìn)行光照，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10具有光照設(shè)備36。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備14具有可以進(jìn)行計(jì)算操作的中央數(shù)據(jù)處理單元17。此外，數(shù)據(jù)處理設(shè)備14具有存儲(chǔ)單元18，其中可以存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)集?？梢园惭b計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品20，其在數(shù)據(jù)處理設(shè)備14上執(zhí)行下面詳細(xì)描述的方法。

此外，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10具有輸入設(shè)備22，通過其可以執(zhí)行用戶到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10的數(shù)據(jù)處理設(shè)備14的輸入?？梢酝ㄟ^顯示設(shè)備(例如屏幕24)和/或通過打印設(shè)備26，將測(cè)量值結(jié)果輸出給用戶。顯示設(shè)備24和/或打印設(shè)備26形成輸出設(shè)備28。

圖2示出用于優(yōu)化坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中測(cè)量對(duì)象的光照的方法的第一實(shí)施例。所述方法通常由參考符號(hào)40識(shí)別。

開始之后，首先進(jìn)行步驟42，即提供表示測(cè)量對(duì)象11的模型的第一數(shù)據(jù)集、表示測(cè)量對(duì)象11的光照36的模型的第二數(shù)據(jù)集、以及表示光學(xué)傳感器12的光學(xué)器件13的模型的第三數(shù)據(jù)集。

之后，進(jìn)行步驟44，即通過基于第一數(shù)據(jù)集、第二數(shù)據(jù)集和第三數(shù)據(jù)集 進(jìn)行渲染，模擬成像到光學(xué)傳感器12上的測(cè)量對(duì)象11的至少一個(gè)虛像。之后，在一種配置中，然后可以直接進(jìn)行步驟46，即基于測(cè)量對(duì)象11的至少一個(gè)模擬的虛像設(shè)置測(cè)量對(duì)象11的光照。

以此方式，利用通過實(shí)際光照設(shè)備36和實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10對(duì)實(shí)際測(cè)量對(duì)象11進(jìn)行的實(shí)際評(píng)價(jià)的設(shè)置方法被替換為完全虛擬的處理，所述完全虛擬的處理通過測(cè)量對(duì)象的CAD模型、具有其光照的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的模型、以及到光學(xué)傳感器上的作為結(jié)果的成像的渲染進(jìn)行。

代替在步驟44之后直接前進(jìn)至步驟46，在這兩個(gè)步驟之間還可以首先執(zhí)行步驟48，即通過從至少一個(gè)渲染的虛像中的至少一個(gè)確定表示質(zhì)量的參數(shù)的值，斷定測(cè)量對(duì)象的光照的質(zhì)量。之后，可以進(jìn)行步驟50，即在預(yù)定的優(yōu)化范圍內(nèi)改變第二數(shù)據(jù)集，并且重復(fù)模擬和斷定的步驟。例如，可以以在特定的位置范圍和對(duì)準(zhǔn)角度范圍內(nèi)從頭至尾運(yùn)行光照設(shè)備36的位置和對(duì)準(zhǔn)的這樣的方式，實(shí)現(xiàn)在預(yù)定的優(yōu)化范圍內(nèi)改變第二數(shù)據(jù)集。不言而喻，對(duì)于要提供的多于一個(gè)光照設(shè)備36，可以進(jìn)行規(guī)定。在此情況中產(chǎn)生另外的可變參數(shù)。

之后，可以進(jìn)行步驟52，即使用表示質(zhì)量的參數(shù)取最優(yōu)值的、用于由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)設(shè)置光照的該第二數(shù)據(jù)集。

之后，仍可以進(jìn)行步驟46，并且可以通過表示質(zhì)量的參數(shù)取最優(yōu)值的第二數(shù)據(jù)集設(shè)置測(cè)量對(duì)象11的光照。

圖3示出方法40的一種可能的第二實(shí)施例。

首先，進(jìn)行相同的步驟42和步驟44。之后，步驟48涉及通過從至少一個(gè)渲染的虛像中的至少一個(gè)確定表示的質(zhì)量的參數(shù)的值，斷定測(cè)量對(duì)象的光照的質(zhì)量。

在接下來的步驟54中，進(jìn)行所述參數(shù)與限值的比較。如果訊問(interrogation)為負(fù)，則改變第二數(shù)據(jù)集(即光照設(shè)置)，并且重復(fù)模擬的步驟44和斷定的步驟48。如果訊問為正，則以所述設(shè)置進(jìn)行之后的步驟46，并且進(jìn)行在實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10上對(duì)測(cè)量對(duì)象的光照的所斷定的設(shè)置。

圖4示出模擬到用于檢查測(cè)量對(duì)象11的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10的光學(xué)傳感器上的成像的方法60的一個(gè)實(shí)施例。

首先進(jìn)行步驟62，即提供表示測(cè)量對(duì)象11的模型的第一數(shù)據(jù)集、表示測(cè)量目標(biāo)11的光照36的模型的第二數(shù)據(jù)集、和表示光學(xué)傳感器12的光學(xué) 器件13的模型的第三數(shù)據(jù)集。

之后，進(jìn)行步驟64，即基于第一數(shù)據(jù)集、第二數(shù)據(jù)集和第三數(shù)據(jù)集渲染圖像堆棧34，其中圖像堆棧具有測(cè)量對(duì)象11的至少一個(gè)部分區(qū)域的多個(gè)虛像，其中至少以不同的第二數(shù)據(jù)集和/或不同的第三數(shù)據(jù)集渲染每一個(gè)虛像。

以此方式，從已知的預(yù)定義的光學(xué)器件13、已知的預(yù)定義的光照以及測(cè)量對(duì)象11的CAD模型，模擬整個(gè)圖像堆棧以進(jìn)一步使用。對(duì)于渲染的步驟64，可以使用例如商業(yè)上可獲取的3D引擎，例如基于MC射線追蹤的3D引擎。可以特別地為光學(xué)系統(tǒng)的模擬進(jìn)行蒙特卡洛模擬。

如果合適，則對(duì)于一種配置中的渲染，可以生成實(shí)像，并且通過關(guān)聯(lián)將實(shí)像納入到圖像堆棧34中，以通過此方式支持計(jì)算，如下面將解釋的。

圖5示出方法60的另一配置。在此，例如可以首先進(jìn)行上面描述的步驟62和64。

然后，步驟66涉及確定表示圖像堆棧34的每一個(gè)虛像中的圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)。之后，步驟68涉及斷定表示圖像記錄的質(zhì)量的參數(shù)取最優(yōu)值的虛像，而之后步驟70涉及定義此虛像的圖像記錄設(shè)置為最佳圖像記錄設(shè)置。例如，圖像記錄設(shè)置可以涉及聚焦、對(duì)比度、亮度、亮度分布的均勻度或一些其他參數(shù)。

基于此，然后在步驟72中可以將最佳圖像記錄設(shè)置應(yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10的光學(xué)器件13。在配置中，在步驟74中開始時(shí)，可以將測(cè)量對(duì)象11的至少一個(gè)實(shí)像記錄并且用作渲染的步驟的支持點(diǎn)。此外，在一種配置中，在渲染的步驟64之后，可以通過與圖像堆棧的虛像關(guān)聯(lián)而將每一個(gè)實(shí)像納入到圖像堆棧中，并且由此斷定實(shí)像的圖像記錄設(shè)置。如果合適，則其可以使用在渲染的步驟64的另一通例中，步驟64之后再次進(jìn)行步驟66、68、70和72。然而，僅當(dāng)在步驟74期間，如果每一個(gè)實(shí)像的圖像記錄設(shè)置不是之前已知的，步驟76才是必要的。

圖6示出方法60的其他的實(shí)施例。首先，步驟62和64如上面描述的進(jìn)行。之后，進(jìn)行步驟78，其涉及使用光學(xué)傳感器22記錄測(cè)量對(duì)象的實(shí)像，在渲染的步驟之后，通過與圖像堆棧的虛像關(guān)聯(lián)，將所述實(shí)像納入到圖像堆棧中。然后在接下來的步驟80中，斷定實(shí)像與圖像堆棧的對(duì)應(yīng)虛像之間的偏差。然后這使得可以在步驟82中通過考慮之前確定的偏差而渲染最佳虛像?？商鎿Q地，在步驟82中，也可以用圖像堆棧內(nèi)的任意圖像記錄設(shè)置渲 染任意測(cè)量平面的不同虛像。

作為配置，在步驟85中，除了最佳圖像記錄平面之外，還可以計(jì)算圖像堆棧內(nèi)的其他平面。

這樣的方法僅預(yù)先假設(shè)關(guān)于光照的對(duì)準(zhǔn)的所需布置、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)10在3個(gè)平移和旋轉(zhuǎn)(如果合適)維度上的定位和對(duì)準(zhǔn)的信息、以及關(guān)于光學(xué)傳感器22的光學(xué)器件13的信息。特別地，可以在實(shí)際測(cè)量之前進(jìn)行概述的渲染過程，其允許對(duì)應(yīng)的計(jì)算使用、以及計(jì)算的高精確度。此外，如初始已經(jīng)概述的，甚至可以使用小的實(shí)像來支持渲染和/或納入實(shí)像堆棧、以及斷定偏差，所述圖像比最終渲染的圖像或虛擬視野更小。

然而，圖7也示出方法60的第四實(shí)施例。

首先，在步驟84中，通過測(cè)量(例如通過波前像差儀)，確定坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的鏡頭或光學(xué)器件的像差，并且將其存儲(chǔ)為例如Zernike多項(xiàng)式的形式。

從而如上面描述的，可以實(shí)現(xiàn)提供的步驟62。之后，在步驟86中可以記錄至少一個(gè)實(shí)像，以支持渲染的步驟64。例如通過使用至少一個(gè)實(shí)像作為起始值以及相位復(fù)原，來進(jìn)行渲染的步驟。

接下來在步驟88中，于是將至少一個(gè)實(shí)像納入到步驟64中渲染的圖像堆棧中，并且將像差從對(duì)應(yīng)的虛像減除。在步驟82中，當(dāng)確定具有最佳圖像記錄設(shè)置的圖像、或者圖像堆棧內(nèi)的測(cè)量平面中的任意不同圖像時(shí)，可以同樣地?cái)喽ú⑶铱紤]實(shí)像與對(duì)應(yīng)虛像之間剩余的偏差。

以此方式，例如在步驟86中，將實(shí)像納入到虛像堆棧中并且確定它的圖像記錄參數(shù)成為可能。然后，根據(jù)鏡頭像差的信息，可以使此實(shí)像不受像差影響，并且可以斷定在此實(shí)像與虛像之間剩余的殘留偏差。然后基于此，例如在最佳圖像記錄設(shè)置中，對(duì)于模擬的圖像，可以再次使其經(jīng)歷光學(xué)器件像差的偏差，以在此平面中產(chǎn)生盡可能真實(shí)的圖像。不言而喻，也可以通過最佳圖像記錄設(shè)置(例如最佳焦平面)，使此圖像不受圖像記錄中已知的像差的影響，并且對(duì)假定的理想光學(xué)器件或理想鏡頭將其輸出。這樣也可以獲得最佳圖像記錄的平面(例如最佳焦平面)的上游的和/或下游的改善的聚焦深度。

最終地，也可以設(shè)想提供新計(jì)算的在光路中具有虛擬光學(xué)元件的圖像，而不是將它們轉(zhuǎn)換為理想光學(xué)器件。例如，可以將不透明的或部分透明的或漫散射介質(zhì)虛擬地布置在光路中，并且可以通過它們或者通過它們的邊界層 觀察測(cè)量對(duì)象。