Methoden zur Qualifizierung vonudCCD-Zeilenkameras als Messgerätudfür die Farb- und 3D-Messung

摘要

Kamerabasierte Systeme werden in zunehmenden Maße für messtechnische Aufgaben im industriellen Umfeld eingesetzt. Deren Qualifizierung hinsichtlich der Tauglichkeit für die jeweilige Messaufgabe ist ein anspruchsvolles Feld, welches ein ganzheitliches Verständnis der Kamerasysteme voraussetzt. Im Falle kontinuierlich transportierter Objekte eignen sich zur messtechnischen Erfassung insbesondere Zeilenkameras. Der Grund liegt in der hohen optischen Auflösung und der kontinuierlichen Abtastung des Objektes. In dieser Arbeit werden zwei Zeilenkamerasysteme der Chromasens GmbH wissenschaftlich untersucht und Methoden zu deren messtechnischen Qualifizierung entwickelt. Betrachtet werden die multispektrale Zeilenkamera truePIXA, welche als bildgebendes Farbmessgerätudeingesetzt wird, sowie die Stereo-Zeilenkamera 3DPIXA, welche mittels Triangulation die Vermessungudvon 3D-Oberflächentopografien ermöglicht. Beide Systeme werden durch mehrere Teilkameras realisiert, die Auswertemethoden sind jedoch komplementär. Der in den Kamerasystemen eingesetzte CCD-Zeilensensor wird angelehnt an den EMVA 1288 Standard charakterisiert, um ein messdatengestütztes Simulationsmodell der multispektralen Zeilenkamera entwickeln zu können. Im nächsten Schritt wirdudein Verfahren dargestellt, welches die präzise Vermessung der spektralen Empfindlichkeiten der zwölf Kanäle der multispektralen Zeilenkamera erlaubt. Das Simulationsmodell der multispektralen Zeilenkamera wird eingesetzt, um Sensitivitätsanalysen durchzuführen. Durch den Einsatz eines stochastischenudMusters wird die relative Änderung der MTF der Stereo-Zeilenkamera über das Messvolumen charakterisiert. Insbesondere wird der Einfluss der optischen Defokussierung, der Größe des zur Korrelationudverwendeten Suchfensters und des Rauschens der Bilddaten auf das Rauschen der 3D-Messung untersucht. Zur Betrachtung der Abhängigkeit der Korrelationsfenstergröße und der Defokussierung, wirdudder Begriff der frequenzabhängigen Schärfentiefe eingeführt. Dieses Vorgehen führte zu dem Ergebnis, dass das Messrauschen stark von dem Verhältnis der Größe des Korrelationsfensters zur auftretendenudWellenlänge der Modulation im Bild abhängt.