DE102021002250A1

DE102021002250A1 - Device for determining color and slope images of an object

Info

Publication number: DE102021002250A1
Application number: DE102021002250.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Diehl
Original assignee: Baumer Inspection GmbH
Current assignee: Baumer Inspection GmbH
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2022-10-20

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen von Farb - und Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts (105), umfassend:zumindest drei Lichtquellen (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4), wobei jede Lichtquelle (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4) der zumindest drei Lichtquellen (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4) ausgebildet ist, das Objekt (105) aus einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung (103, 103-1, 103-2, 103-3, 103-4) mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei das polychromatische Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts (105) reflektiert wird,eine Erfassungseinrichtung (109), welche einen Bilderfassungssensor (111) mit einer Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) aufweist, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts (105) reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen, undeine Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung (109) erfassten Mehrzahl von Farbbereichen die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts (105) zu bestimmen, wobei die Auswerteeinrichtung insbesondere ausgebildet ist, die Mehrzahl von erfassten Farbbereichen pixelsynchron aufeinander abzubilden, um die pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts (105) zu bestimmen.The present disclosure relates to an apparatus (100) for determining color and inclination images of a three-dimensional surface of an object (105), comprising: at least three light sources (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4), wherein each light source (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4) of the at least three light sources (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4) is formed, the object (105) to illuminate with polychromatic light from a different illumination direction (103, 103-1, 103-2, 103-3, 103-4), the polychromatic light being reflected from the three-dimensional surface of the object (105),a detection device (109), which has an image detection sensor (111) with a plurality of color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4), each of the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113 -2, 113-3, 113-4) each have a different color area reflecting from the three-dimensional surface of the object (105). ated polychromatic light in order to detect a plurality of color areas, andan evaluation device which is designed to determine the inclination images of the three-dimensional surface of the object (105) on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device (109), the evaluation device is in particular designed to map the plurality of detected color areas onto one another in a pixel-synchronous manner in order to determine the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object (105).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern eines Objekts, insbesondere eine Vorrichtung zum Bestimmen von pixelsynchronen Farb- und Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts, und ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for determining inclination images of an object, in particular a device for determining pixel-synchronous color and inclination images of a three-dimensional surface of an object, and a corresponding method.

Unter Neigungsbildern im Kontext dieser Anmeldung sind Bilder zu verstehen, die eine Ausrichtung einer Oberfläche eines Objekts im Raum charakterisieren. D.h. diese Bilder ermöglichen eine dreidimensionale Abbildung einer Oberfläche des Objekts.Inclination images in the context of this application are to be understood as meaning images that characterize an orientation of a surface of an object in space. This means that these images enable a three-dimensional depiction of a surface of the object.

Verfahren zum Erkennen von Neigungsbildern eines Objekts basieren beispielsweise auf der Erfassung und Auswertung von Licht, welches durch Lichtquellen in Richtung des Objekts emittiert wird, und von der Oberfläche des Objekts reflektiert wird.Methods for recognizing inclination images of an object are based, for example, on the detection and evaluation of light which is emitted by light sources in the direction of the object and is reflected by the surface of the object.

In herkömmlichen Verfahren werden entsprechende Neigungsbilder im Rahmen von „photometrischem Stereo“ oder „shape from shading“ dadurch erhalten, dass das Objekt aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen mit Licht beleuchtet wird, dass das von der Oberfläche reflektierte Licht durch eine monochrome Matrixkamera aufgenommen wird, und daraus die Neigungsbilder bestimmt werden.In conventional methods, corresponding inclination images are obtained within the framework of "photometric stereo" or "shape from shading" by illuminating the object with light from different illumination directions, recording the light reflected from the surface by a monochrome matrix camera, and from this the Inclination images are determined.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung und ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestimmen von Neigungsbilden einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an advantageous apparatus and method for determining slope characteristics of a three-dimensional surface of an object.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts, umfassend, zumindest drei Lichtquellen, wobei jede Lichtquelle der zumindest drei Lichtquellen ausgebildet ist, das Objekt aus einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei das polychromatische Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektiert wird. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung, welche einen Bilderfassungssensor mit einer Mehrzahl von ffarbselektiven Pixelbereichen aufweist, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Mehrzahl von Farbbereichen die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen, wobei die Auswerteeinrichtung insbesondere ausgebildet ist, die Mehrzahl von erfassten Farbbereichen pixelsynchron aufeinander abzubilden, um pixelsynchrone Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.The object is achieved according to a first aspect by a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object, comprising at least three light sources, each light source of the at least three light sources being designed to illuminate the object from a different illumination direction with polychromatic light, wherein the polychromatic light is reflected from the three-dimensional surface of the object. Furthermore, the device comprises a detection device, which has an image detection sensor with a plurality of f color-selective pixel areas, each of the color-selective pixel areas being designed to detect a different color area of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object in order to acquire a plurality of color areas detect, and an evaluation device which is designed to determine the inclination images of the three-dimensional surface of the object on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device, wherein the evaluation device is designed in particular to map the plurality of detected color areas onto one another pixel-synchronously in order to generate pixel-synchronous color and determine slope images of the three-dimensional surface of the object.

Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine besonders wirksame und vorteilhafte Bestimmung von pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilden der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts sichergestellt wird.This achieves the technical advantage that a particularly effective and advantageous determination of pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object is ensured.

Jede Lichtquelle der Mehrzahl von Lichtquellen emittiert hierbei Licht, insbesondere ein Strahlenbündel, entlang einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung in Richtung der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts, wobei das Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektiert wird.Each light source of the plurality of light sources emits light, in particular a bundle of rays, along a different illumination direction in the direction of the three-dimensional surface of the object, with the light being reflected by the three-dimensional surface of the object.

Das von den Lichtquellen emittierte Licht umfasst polychromatisches Licht, welches eine Mehrzahl von Farbbereichen des sichtbaren Lichts umfasst, insbesondere rotes, grünes, und blaues Licht. Das von den Lichtquellen emittierte polychromatische Licht kann insbesondere auch hyperspektrale Farbbereiche, wie insbesondere UV-Licht und/oder Infrarot-Licht umfassen.The light emitted by the light sources includes polychromatic light, which includes a plurality of color ranges of visible light, in particular red, green, and blue light. The polychromatic light emitted by the light sources can in particular also include hyperspectral color ranges, such as in particular UV light and/or infrared light.

Insbesondere umfasst die Lichtquellen jeweils zumindest eine Licht-emittierende Diode (LED) und/oder zumindest einen Laser.In particular, the light sources each include at least one light-emitting diode (LED) and/or at least one laser.

Das von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierte Licht wird durch den Bilderfassungssensor der Erfassungseinrichtung, insbesondere eine Matrix-Farbkamera oder Mehrzeilen-Farbkamera erfasst.The light reflected from the three-dimensional surface of the object is captured by the image capture sensor of the capture device, in particular a matrix color camera or multi-line color camera.

Hierbei weist der Bilderfassungssensor eine Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen zum Erfassen einer Mehrzahl von Farbbereichen des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts auf.In this case, the image capture sensor has a plurality of color-selective pixel areas for capturing a plurality of color areas of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object.

Insbesondere umfasst jeder farbselektive Pixelbereich der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen unterschiedliche Pixelzeilen und/oder Einzelpixel des Bilderfassungssensors. Die unterschiedlichen Pixelzeilen und/oder Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs sind hierbei ausgebildet einen spezifischen Farbbereich der Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.In particular, each color-selective pixel area of the plurality of color-selective pixel areas includes different pixel rows and/or individual pixels of the image capture sensor. The different pixel rows and/or individual pixels of the respective color-selective pixel area are designed to capture a specific color area of the plurality of color areas.

Insbesondere umfasst die Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen einen ersten, zweiten und dritten farbselektiven Pixelbereich, wobei der erste Pixelbereich ausgebildet ist, einen ersten Farbbereich, insbesondere einen roten Farbbereich, des reflektierten Lichts zu erfassen, wobei der zweite Pixelbereich ausgebildet ist, einen zweiten Farbbereich, insbesondere einen grünen Farbbereich, des reflektierten Lichts zu erfassen, und wobei der dritte Pixelbereich ausgebildet ist, einen dritten Farbbereich, insbesondere einen blauen Farbbereich, des reflektierten Lichts zu erfassen.In particular, the plurality of color-selective pixel areas comprises a first, second and third color-selective pixel area, the first pixel area being formed, a first color area, in particular a red color area, of reflected light, the second pixel area being designed to record a second color area, in particular a green color area, of the reflected light, and the third pixel area being designed to record a third color area, in particular a blue color area, of the reflected light.

Dadurch, dass zumindest drei Lichtquellen aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen Licht auf die dreidimensionale Oberfläche des Objekts emittieren, kann insbesondere für jede Beleuchtungsrichtung durch die Erfassungseinrichtung eine Mehrzahl von Farbbereichen erfasst werden.Due to the fact that at least three light sources emit light onto the three-dimensional surface of the object from different illumination directions, a plurality of color ranges can be detected by the detection device, in particular for each illumination direction.

Die Auswerteeinrichtung kann auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Mehrzahl von Farbbereichen, Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts einfach und vorteilhaft und insbesondere auch automatisiert bestimmen.On the basis of the plurality of color areas detected by the detection device, the evaluation device can determine inclination images of the three-dimensional surface of the object in a simple and advantageous manner and, in particular, also automatically.

Die insbesondere pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl von Farbbereichen aufeinander durch die Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Neigungsbilder stellt hierbei sicher, dass die durch die jeweiligen farbselektiven Pixelbereiche, insbesondere Pixelzeilen, aufgenommenen jeweiligen Farbbereiche denselben Bereich der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts darstellen.The particularly pixel-synchronous mapping of the plurality of color areas onto one another by the evaluation device for determining the inclination images ensures that the respective color areas recorded by the respective color-selective pixel areas, in particular pixel lines, represent the same area of the three-dimensional surface of the object.

Die farbselektiven Pixelbereiche sind an unterschiedlichen Positionen des Bilderfassungssensors angeordnet und voneinander beabstandet, so dass bei einem gegenüber der Erfassungseinrichtung statisch angeordneten Objekt ohne eine entsprechende pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl von Farbbereichen aufeinander, durch die farbselektiven Pixelbereiche räumlich voneinander beabstandete Bereiche der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts erfasst werden. Sind die farbselektiven Pixelbereiche insbesondere als Pixelzeilen ausgebildet, sind die jeweiligen farbselektiven Pixelbereiche insbesondere um eine Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon gegeneinander versetzt auf dem Bilderfassungssensor angeordnet.The color-selective pixel areas are arranged at different positions of the image acquisition sensor and spaced apart from one another, so that in the case of an object arranged statically in relation to the acquisition device without a corresponding pixel-synchronous mapping of the plurality of color areas onto one another, areas of the three-dimensional surface of the object that are spatially spaced apart from one another are recorded by the color-selective pixel areas . If the color-selective pixel areas are configured in particular as pixel rows, the respective color-selective pixel areas are arranged on the image detection sensor offset in relation to one another by a width of the pixel row or a multiple thereof.

Die insbesondere pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl von Farbbereichen wird insbesondere durch eine Verlagerung, insbesondere Translation, des Objekts gegenüber der Erfassungseinrichtung um eine definierte Verlagerungsstrecke ermöglicht, wobei die Verlagerungsstrecke insbesondere einer Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon entspricht.The particularly pixel-synchronous imaging of the plurality of color areas is made possible in particular by a displacement, in particular translation, of the object relative to the detection device by a defined displacement distance, the displacement distance corresponding in particular to a width of the pixel line or a multiple thereof.

Die Auswerteeinrichtung ist hierbei insbesondere ausgebildet, eine Verlagerungsgeschwindigkeit des gegenüber der Erfassungseinrichtung verlagerten Objekts zu erfassen. Dies kann insbesondere durch einen Sensor, insbesondere einen Drehgeber erfolgen, welcher ausgebildet ist, die Position des Objekts zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erfassen, wobei auf Basis der erfassten Positionen des Objekts die Verlagerungsgeschwindigkeit des Objekts gegenüber der Erfassungseinrichtung vorteilhaft bestimmt werden kann.In this case, the evaluation device is designed in particular to detect a displacement speed of the object that has been displaced relative to the detection device. This can be done in particular by a sensor, in particular a rotary encoder, which is designed to detect the position of the object at different points in time, the displacement speed of the object relative to the detection device being advantageously able to be determined on the basis of the detected positions of the object.

Das Objekt wird hierbei zwischen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen verlagert, wobei in jeder Erfassungsposition jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, so dass für alle Erfassungspositionen eine Vielzahl von Mehrzahlen der unterschiedlichen Farbbereiche erfasst werden.In this case, the object is shifted between a plurality of different detection positions, with each of the color-selective pixel regions being designed in each detection position to detect a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object, so that for all detection positions a large number of pluralities of the different color ranges can be detected.

Um eine pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl der unterschiedlichen Farbbereiche zu bewirken, bildet die Auswerteeinrichtung die jeweils unterschiedlichen Farbbereiche für die jeweiligen farbselektiven Pixelbereiche aufeinander ab, insbesondere derart aufeinander ab, dass unterschiedliche Farbbereiche, welche insbesondere um eine Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon gegeneinander versetzt sind, aufeinander abgebildet werden.In order to bring about pixel-synchronous imaging of the plurality of different color areas, the evaluation device maps the respective different color areas for the respective color-selective pixel areas onto one another, in particular onto one another in such a way that different color areas, which in particular are offset from one another by the width of the pixel line or a multiple thereof , are mapped to each other.

Im Folgenden wird eine pixelsynchrone Abbildung am Beispiel von drei jeweils als Pixelzeilen ausgebildeten farbselektiven Pixelbereichen exemplarisch ausgeführt, wobei ein erster der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, von dem Objekt reflektiertes rotes Licht zu erfassen, wobei ein zweiter der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, von dem Objekt reflektiertes grünes Licht zu erfassen, und wobei einer dritter der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, von dem Objekt reflektiertes blaues Licht zu erfassen.In the following, pixel-synchronous imaging is performed as an example using three color-selective pixel areas each configured as pixel rows, with a first of the color-selective pixel areas being configured to detect red light reflected from the object, with a second of the color-selective pixel areas being configured to capture reflected light from the object to detect green light, and wherein a third of the color-selective pixel regions is configured to detect blue light reflected from the object.

Der zweite farbselektive Pixelbereiche ist gegenüber dem ersten farbselektiven Pixelbereich entgegen der Verlagerungsrichtung um eine Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon versetzt auf dem Bilderfassungssensor angeordnet. Der dritte farbselektive Pixelbereiche ist gegenüber dem zweite farbselektiven Pixelbereich entgegen der Verlagerungsrichtung um eine Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon versetzt auf dem Bilderfassungssensor angeordnet. Hierbei wird insbesondere von einer identischen Pixelbreite der Pixel der als Pixelzeilen ausgebildeten farbselektiven Pixelbereiche ausgegangen.The second color-selective pixel area is offset relative to the first color-selective pixel area by a width of the pixel row or a multiple thereof on the image detection sensor, counter to the displacement direction. The third color-selective pixel area is offset from the second color-selective pixel area against the direction of displacement by a width of the pixel row or a multiple thereof on the image detection sensor. In this case, an identical pixel width of the pixels of the color-selective pixel areas designed as pixel rows is particularly assumed.

Durch den Versatz der farbselektiven Pixelbereiche um die Breite der Pixelzeile oder einem Vielfachen davon in den unterschiedlichen Erfassungspositionen kann durch die Auswerteeinrichtung in den unterschiedlichen Erfassungspositionen erfassten unterschiedlichen Farbbereiche aufeinander abbilden, um eine pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl der unterschiedlichen Farbbereiche zu bewirken.Due to the offset of the color-selective pixel areas by the width of the pixel line or a multiple thereof in the different detection positions, the evaluation device can map the different color areas detected in the different detection positions onto one another in order to effect pixel-synchronous imaging of the plurality of different color areas.

Eine entsprechende pixelsynchrone Abbildung der Mehrzahl der unterschiedlichen Farbbereiche kann insbesondere mit einer Vielzahl von unterschiedlichen als Mehrzeilen-Pixelkameras oder als Matrixkameras ausgebildeten Erfassungseinrichtungen durchgeführt werden.A corresponding pixel-synchronous imaging of the plurality of different color areas can be carried out in particular with a large number of different detection devices designed as multi-line pixel cameras or as matrix cameras.

Für weitere Details hierzu wird auf die Ausführungen zu den 7 und 8 verwiesen.For further details on this, refer to the comments on the 7 and 8th referred.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen jeweils eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Pixelzeilen, wobei jede Pixelzeile des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Einzelpixel aufweist, wobei die Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs ausgebildet sind, einen Farbbereich der Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.In an exemplary embodiment, each of the plurality of color-selective pixel areas comprises a plurality of pixel lines arranged parallel to one another, each pixel line of the respective color-selective pixel area having a plurality of individual pixels arranged next to one another, the individual pixels of the respective color-selective pixel area being formed, a color area of the plurality of capture color ranges.

Insbesondere umfasst jeder der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen jeweils zwei, drei oder vier, insbesondere vier, parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen.In particular, each of the plurality of color-selective pixel areas comprises two, three or four, in particular four, pixel rows arranged parallel to one another.

Insbesondere sind die jeweiligen nebeneinander angeordneten Einzelpixel jeder Pixelzeile in der jeweiligen Pixelzeile direkt angrenzend nebeneinander angeordnet.In particular, the individual pixels of each pixel line arranged next to one another are arranged directly adjacent to one another in the respective pixel line.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen jeweils eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixeln, wobei die Einzelpixel jedes farbselektiven Pixelbereichs insbesondere in einem konstanten Abstand zueinander auf dem Bilderfassungssensor angeordnet sind, um einen Bayer-Farbfilter bereitzustellen.In an exemplary embodiment, each of the plurality of color-selective pixel areas comprises a plurality of spaced-apart individual pixels, the individual pixels of each color-selective pixel area being arranged in particular at a constant distance from one another on the image acquisition sensor in order to provide a Bayer color filter.

Im Gegensatz zu einem als Zeilensensor ausgebildeten Bilderfassungssensor sind die Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs nicht als Pixelzeilen nebeneinander angeordnet, sondern sind die jeweiligen Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs des Matrixsensors voneinander beanstandet auf dem Bilderfassungssensor angeordnet.In contrast to an image detection sensor designed as a line sensor, the individual pixels of the respective color-selective pixel area are not arranged next to one another as pixel rows, but the respective individual pixels of the respective color-selective pixel area of the matrix sensor are arranged spaced apart from one another on the image detection sensor.

Insbesondere sind die voneinander beanstandeten Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs in unterschiedlichen Pixelzeilen des Bilderfassungssensors angeordnet und bilden eine jeweilige Einzelpixelgruppe. Somit erstreckt sich der jeweilige farbselektive Pixelbereich, insbesondere die jeweilige Einzelpixelgruppe, insbesondere über eine Mehrzahl von parallel zueinander abgeordneten Pixelzeilen.In particular, the individual pixels of the respective color-selective pixel area that are spaced apart from one another are arranged in different pixel rows of the image acquisition sensor and form a respective individual pixel group. The respective color-selective pixel area, in particular the respective individual pixel group, thus extends in particular over a plurality of pixel rows arranged parallel to one another.

In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Bilderfassungssensor eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Pixelzeilen auf, wobei die Pixelzeilen jeweils Einzelpixeluntergruppen mit jeweils einer vorbestimmten Reihenfolge der voneinander beabstandeten Einzelpixeln der farbselektiven Pixelbereiche aufweist, wobei sich insbesondere die Einzelpixeluntergruppen nach einer vorbestimmten Anzahl von Pixelzeilen wiederholen.In an exemplary embodiment, the image acquisition sensor has a plurality of pixel rows arranged parallel to one another, the pixel rows each having individual pixel subgroups each with a predetermined order of the individual pixels of the color-selective pixel areas spaced apart from one another, with the individual pixel subgroups repeating in particular after a predetermined number of pixel rows.

Diese Ausführung bietet den technischen Vorteil, dass eine bevorzugte Ausbildung eines Bayer-Farbfilters bereitgestellt werden kann. Auch mit einem Bayer-Farbfilter können die Mehrzahl von erfassten Farbbereichen durch die Auswerteeinheit pixelsynchron aufeinander abgebildet werden, um pixelsynchrone Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.This design offers the technical advantage that a preferred design of a Bayer color filter can be provided. With a Bayer color filter, too, the plurality of detected color areas can be mapped onto one another in pixel-synchronous fashion by the evaluation unit in order to determine pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object.

Die voneinander beabstandeten Einzelpixel des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs umfassen für jeweils eine Pixelzeile jeweils eine Einzelpixeluntergruppe. Die voneinander beabstandeten Einzelpixel der jeweiligen Einzelpixeluntergruppe sind hierbei insbesondere innerhalb der jeweiligen Pixelzeile in einer vorbestimmten Reihenfolge angeordnet. The spaced-apart individual pixels of the respective color-selective pixel area each comprise an individual pixel subgroup for each pixel line. The individual pixels of the respective individual pixel subgroup, which are spaced apart from one another, are arranged in a predetermined order here, in particular within the respective pixel line.

Insbesondere wiederholt sich auch das Muster der Einzelpixel der Einzelpixeluntergruppen nach einer vorbestimmten Anzahl von Pixelzeilen, so dass über die Fläche des Bildschirmsensors ein regelmäßiges Muster der zu den jeweiligen farbselektiven Pixelbereichen zugehörigen Einzelpixel erhalten wird.In particular, the pattern of the individual pixels of the individual pixel subgroups is also repeated after a predetermined number of pixel rows, so that a regular pattern of the individual pixels belonging to the respective color-selective pixel areas is obtained over the surface of the screen sensor.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die durch die farbselektiven Pixelbereiche erfassten unterschiedlichen Farbbereiche, einen Rot-selektiven Farbbereich, einen Grün-selektiven Farbbereich, einen Blau-selektiven Farbbereich, einen UV-selektiven Farbbereich und/oder einen Infrarot-selektiven Farbbereich.In an exemplary embodiment, the different color areas captured by the color-selective pixel areas include a red-selective color area, a green-selective color area, a blue-selective color area, a UV-selective color area, and/or an infrared-selective color area.

Diese Ausführung bietet den technischen Vorteil, dass eine wirksame Erfassung einer Mehrzahl von unterschiedlichen Farbbereichen sichergestellt wird.This embodiment offers the technical advantage of ensuring effective coverage of a plurality of different color ranges.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Objekt gegenüber der Erfassungseinrichtung verlagerbar, insbesondere translatierbar, um das Objekt gegenüber der Erfassungseinrichtung in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen zu positionieren. Die Erfassungseinrichtung ist dabei ausgebildet, für jede Erfassungsposition jeweils eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung in den jeweiligen Erfassungspositionen erfassten Mehrzahl von Farbbereichen die pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.In an exemplary embodiment, the object can be displaced relative to the detection device, in particular translated, in order to position the object relative to the detection device in a plurality of different detection positions to position positions. The detection device is designed to detect a plurality of color areas for each detection position, and the evaluation device is designed to record the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device in the respective detection positions determine.

Diese Ausführung bietet den technischen Vorteil, dass die Erfassungseinrichtung für jede Erfassungsposition jeweils eine Mehrzahl von Farbbereichen erfassen kann, so dass für die Vielzahl von Erfassungspositionen eine Pluralität der Mehrzahl von Farbbereichen vorliegt.This embodiment offers the technical advantage that the detection device can detect a plurality of color ranges for each detection position, so that there is a plurality of the plurality of color ranges for the large number of detection positions.

Insbesondere wird in der jeweiligen Erfassungsposition nur eine einzige Lichtquelle der zumindest drei Lichtquellen aktiviert, so dass in aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Erfassungspositionen Licht aus einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung auf das Objekt trifft und von dem Objekt reflektiert wird, wobei hierbei die Erfassungseinrichtung für jede Erfassungsposition und für jede dazugehörige unterschiedliche Beleuchtungsrichtung jeweils eine Mehrzahl von Farbbereichen erfassen kann.In particular, only a single light source of the at least three light sources is activated in the respective detection position, so that in successive different detection positions light from a different illumination direction hits the object and is reflected by the object, the detection device for each detection position and for each associated different Illumination direction can each detect a plurality of color areas.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Objekt zwischen zwei benachbarten Erfassungspositionen jeweils um eine Verlagerungsstrecke verlagerbar, wobei jeder der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen jeweils eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Pixelzeilen umfasst, wobei die Verlagerungsstrecke insbesondere der Breite einer Pixelzeile oder einem Vielfachen davon entspricht.In an exemplary embodiment, the object can be displaced between two adjacent detection positions by a displacement distance in each case, with each of the plurality of color-selective pixel areas comprising a plurality of pixel lines arranged parallel to one another, with the displacement distance corresponding in particular to the width of a pixel line or a multiple thereof.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen eine erste, zweite und dritte Erfassungsposition, und umfassen die zumindest drei Lichtquellen eine erste, zweite und dritte Lichtquelle, wobei in der ersten Erfassungsposition die erste Lichtquelle ausgebildet ist, das Objekt aus einer ersten Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine erste Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen, wobei in der zweiten Erfassungsposition die zweite Lichtquelle ausgebildet ist, das Objekt aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine zweite Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen, wobei in der dritten Erfassungsposition die dritte Lichtquelle ausgebildet ist, das Objekt aus einer dritten Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine dritte Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ausgebildet, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung erfassten ersten, zweiten und dritten Mehrzahl von Farbbereichen die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.In an exemplary embodiment, the plurality of different detection positions includes a first, second and third detection position, and the at least three light sources include a first, second and third light source, wherein in the first detection position the first light source is configured to illuminate the object from a first direction to illuminate polychromatic light, wherein each of the color-selective pixel regions is configured to detect a respective different color region of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object to detect a first plurality of color regions, wherein in the second detecting position the second light source is configured to illuminate the object from a second illumination direction with polychromatic light, each of the color-selective pixel areas being formed, in each case a different color area, of the three-dimensional surface d detecting polychromatic light reflected from the object to detect a second plurality of color areas, wherein in the third detecting position the third light source is configured to illuminate the object with polychromatic light from a third illumination direction, wherein each of the color-selective pixel areas is configured, one each different color ranges of polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object to detect a third plurality of color ranges. The evaluation device is designed here to determine the inclination images of the three-dimensional surface of the object on the basis of the first, second and third plurality of color areas detected by the detection device.

Diese Ausführung bietet den technischen Vorteil, dass eine vorteilhafte Erfassung von Neigungsbildern sichergestellt wird.This embodiment offers the technical advantage of ensuring advantageous acquisition of tilt images.

Insbesondere ist das Objekt zwischen zwei benachbarten Erfassungspositionen verlagerbar, um das Objekt zwischen den beiden benachbarten Erfassungspositionen zu überführen.In particular, the object can be displaced between two adjacent detection positions in order to transfer the object between the two adjacent detection positions.

Insbesondere können die Lichtquellen neben der ersten Lichtquelle noch eine vierte Lichtquelle aufweisen, welche ausgebildet ist, in einer vierten Erfassungsposition das Objekt aus einer vierten Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht zu beleuchten, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine vierte Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ausgebildet, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung erfassten ersten, zweiten, dritten und vierten Mehrzahl von Farbbereichen die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.In particular, in addition to the first light source, the light sources can also have a fourth light source, which is designed to illuminate the object from a fourth illumination direction with polychromatic light in a fourth detection position, with each of the color-selective pixel areas being designed to have a different color area, that of the detecting polychromatic light reflected from a three-dimensional surface of the object to detect a fourth plurality of color regions. The evaluation device is designed here to determine the inclination images of the three-dimensional surface of the object on the basis of the first, second, third and fourth plurality of color areas detected by the detection device.

Zusätzlich müssen die Erfassungspositionen neben der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Erfassungsposition noch weitere Erfassungspositionen aufweisen, wobei insbesondere das Beleuchtungsmuster der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Lichtquelle in den weiteren Erfassungspositionen wiederholbar ist, damit auch die Farben zueinander pixelsynchron vorliegen.In addition, the detection positions must have further detection positions in addition to the first, second, third and/or fourth detection position, with the illumination pattern of the first, second, third and/or fourth light source in particular being repeatable in the further detection positions so that the colors are also pixel-synchronous with one another .

Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Mehrzahl von erfassten Farbbereichen pixelsynchron aufeinander abzubilden, um die pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu bestimmen.In particular, the evaluation device is designed to map the plurality of detected color areas onto one another in a pixel-synchronous manner in order to determine the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object.

Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Beleuchten des Objekts aus jeweils einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung mit polychromatischen Licht durch jeweils eine Lichtquelle von zumindest drei Lichtquellen einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche des Objekts, wobei das polychromatische Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektiert wird,
- Erfassen jeweils eines unterschiedlichen Farbbereichs des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts reflektierten polychromatischen Lichts durch jeweils einen farbselektiven Pixelbereich einer Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen eines Bilderfassungssensors einer Erfassungseinrichtung der Vorrichtung, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen,
- Bestimmen der Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Mehrzahl von Farbbereichen durch eine Auswerteeinrichtung der Vorrichtung, wobei das Bestimmen der Neigungsbilder insbesondere ein pixelsynchrones Aufeinanderabbilden der Mehrzahl von erfassten Farbbereichen durch die Auswerteeinrichtung erfolgt.

According to a second aspect, the object is achieved by a method for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object. The procedure comprises the following procedural steps:

- illuminating the object from a different illumination direction with polychromatic light by one light source from at least three light sources of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of the object, the polychromatic light being reflected by the three-dimensional surface of the object,
- detecting a different color area of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object by a respective color-selective pixel area of a plurality of color-selective pixel areas of an image detection sensor of a detection device of the device in order to detect a plurality of color areas,
- Determination of the inclination images of the three-dimensional surface of the object on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device by an evaluation device of the device, wherein the determination of the inclination images takes place in particular a pixel-synchronous mapping of the plurality of color areas detected by the evaluation device.

Hierdurch kann eine wirksame und automatisierte Erfassung von pixelsynchronen Farb- und Neigungsbildern der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts sichergestellt werden.In this way, an effective and automated acquisition of pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object can be ensured.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Objekt gegenüber der Erfassungseinrichtung verlagerbar, insbesondere translatierbar, um das Objekt gegenüber der Erfassungseinrichtung in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen zu positionieren. Die Verfahrensschritte Beleuchten des Objekts und Erfassen von unterschiedlichen Farbbereichen werden hierbei für jede Erfassungsposition der Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen durchgeführt. Das Bestimmen der Neigungsbilder erfolgt hierbei auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung in den jeweiligen Erfassungspositionen erfassten Mehrzahl von Farbbereichen durch die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung.In an exemplary embodiment, the object can be displaced relative to the detection device, in particular translated, in order to position the object relative to the detection device in a plurality of different detection positions. The method steps of illuminating the object and capturing different color areas are carried out here for each capturing position of the plurality of different capturing positions. In this case, the inclination images are determined on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device in the respective detection positions by the evaluation device of the device.

Die in Bezug auf die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt genannten beispielhaften Ausführungen sind ebenso beispielhafte Ausführungen für das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt.The exemplary embodiments mentioned in relation to the device according to the first aspect are also exemplary embodiments for the method according to the second aspect.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Bilderfassungssensors einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Bilderfassungssensors einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 schematische Darstellungen eines weiteren Bilderfassungssensors einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5, 6 schematische Darstellung der Berechnung von Farb- und Neigungsbildern;
7, 8 schematische Darstellungen einer pixelsynchronen Erfassung einer Mehrzahl von Farbbereichen; und
9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erfassen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Show it:

1 a schematic representation of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment;
2 a schematic representation of an image acquisition sensor of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment;
3 a schematic representation of a further image acquisition sensor of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to a further exemplary embodiment;
4 schematic representations of a further image acquisition sensor of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to a further exemplary embodiment;
5 , 6 schematic representation of the calculation of color and slope images;
7 , 8th schematic representations of a pixel-synchronous detection of a plurality of color areas; and
9 a schematic representation of a method for acquiring tilt images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the concept of the present invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense. Furthermore, it is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln.The aspects and embodiments are described with reference to the drawings, wherein like reference numbers generally refer to like elements. In the following description, numerous specific details are set forth for purposes of explanation in order to provide a thorough understanding of one or more aspects of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 FIG. 12 shows a schematic representation of a device for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment.

Herkömmliche Verfahren zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts sind unter der Bezeichnung „photometrisches Stereo“ oder „shape from shading“ bekannt. In entsprechenden herkömmlichen Verfahren wird das zu analysierende Objekt üblicherweise ortsfest positioniert und aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen beleuchtet, wobei das von dem Objekt reflektierte Licht durch eine monochrome Kamera aufgenommen und ausgewertet wird, um Neigungsbilder einer dreidimensionalen Oberfläche des Objekts zu erstellen.Conventional methods for determining slope images of a three-dimensional surface of an object are known as "photometric stereo" or "shape from shading". In corresponding conventional methods, the object to be analyzed is usually stationarily positioned and illuminated from different illumination directions, with the light reflected from the object being recorded and evaluated by a monochrome camera in order to create inclination images of a three-dimensional surface of the object.

Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts umfasst zumindest drei Lichtquellen 101, insbesondere vier Lichtquellen 101, welche im nachfolgenden als erste Lichtquelle 101-1, zweite Lichtquelle 101-2, dritte Lichtquelle 101-3 und vierte Lichtquelle 101-4 bezeichnet werden. Die Lichtquellen 101 sind ausgebildet polychromatisches Licht zu emittieren, also Licht, welches eine Vielzahl von Farbbereichen umfasst. Insbesondere umfassen die Lichtquellen 101 eine oder eine Mehrzahl von Licht-emittierenden Dioden (LEDs) und/oder Laser.The one in the 1 The device 100 according to the invention shown for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object comprises at least three light sources 101, in particular four light sources 101, which are referred to below as first light source 101-1, second light source 101-2, third light source 101-3 and fourth light source 101- 4 are denoted. The light sources 101 are designed to emit polychromatic light, that is to say light which comprises a multiplicity of color ranges. In particular, the light sources 101 include one or a plurality of light-emitting diodes (LEDs) and/or lasers.

In der 1 sind vier Lichtquellen 101-1, 101-2, 101-3 und 101-4 der Lichtquellen 101, dargestellt, In dieser Ansicht sind die vier unterschiedlichen Lichtrichtungen im Raum jedoch nicht erkennbar.In the 1 four light sources 101-1, 101-2, 101-3 and 101-4 of the light sources 101 are shown. However, the four different light directions in space cannot be seen in this view.

Jede Lichtquelle 101 der zumindest drei, insbesondere vier Lichtquellen 101 ist ausgebildet das Objekt 105 aus einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung 103 zu beleuchten. Insbesondere beleuchtet die erste Lichtquelle 101-1 das Objekt 105 aus einer ersten Beleuchtungsrichtung 103-1, beleuchtet die zweite Lichtquelle 101-2 das Objekt 105 aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung 103-2, beleuchtet die dritte Lichtquelle 101-3 das Objekt 105 aus einer dritten Beleuchtungsrichtung 103-3, und beleuchtet die vierte Lichtquelle 101-4 das Objekt 105 aus einer vierten Beleuchtungsrichtung 103-4. Each light source 101 of the at least three, in particular four, light sources 101 is designed to illuminate the object 105 from a different illumination direction 103. In particular, the first light source 101-1 illuminates the object 105 from a first illumination direction 103-1, the second light source 101-2 illuminates the object 105 from a second illumination direction 103-2, and the third light source 101-3 illuminates the object 105 from a third Illumination direction 103-3, and the fourth light source 101-4 illuminates the object 105 from a fourth illumination direction 103-4.

Aufgrund der kegelförmigen Ausbreitung des von den jeweiligen Lichtquellen 101 emittierten Lichts sind die entsprechenden Beleuchtungsrichtungen 103 in der 1 als Pfeile dargestellt.Due to the conical propagation of the light emitted by the respective light sources 101, the corresponding illumination directions 103 are in the 1 shown as arrows.

Wie aus der 1 ferner hervorgeht, wird das von den jeweiligen Lichtquellen 101 entlang der jeweiligen Beleuchtungsrichtung 103 emittierte polychromatische Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektiert, insbesondere entlang einer Reflektionsrichtung 107 reflektiert. Das von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierte polychromatische Licht wird von einer Erfassungseinrichtung 109 der Vorrichtung 100, insbesondere einer Kamera, erfasst.How from the 1 further shows that the polychromatic light emitted by the respective light sources 101 along the respective illumination direction 103 is reflected by the three-dimensional surface of the object 105, in particular along a reflection direction 107. The polychromatic light reflected by the three-dimensional surface of the object 105 is captured by a capturing device 109 of the device 100, in particular a camera.

Die Erfassungseinrichtung 109, insbesondere Kamera, umfasst einen Bilderfassungssensor 111. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten monochromen Erfassungseinrichtungen, insbesondere monochromen Mehrzeilenkameras, weist der Bilderfassungssensor 111 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen 113 auf.The detection device 109, in particular a camera, comprises an image detection sensor 111. In contrast to the monochrome detection devices known from the prior art, in particular monochrome multi-line cameras, the image detection sensor 111 according to the present disclosure has a plurality of color-selective pixel areas 113.

Hierbei ist jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 ausgebildet, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.In this case, each of the color-selective pixel regions 113 of the image detection sensor 111 is designed to detect a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to detect a plurality of color ranges.

Wie in der 2 gezeigt, ist beispielsweise ein erster farbselektiver ixelbereich 113-1 des Bilderfassungssensors 111, insbesondere ein Rot-selektiver Pixelbereich 113, ausgebildet, einen ersten Farbbereich, insbesondere rotes Licht, zu erfassen. Beispielsweise ist ein zweiter farbselektiver Pixelbereich 113-2 des Bilderfassungssensors 111, insbesondere ein Grün-selektiver Pixelbereich 113, ausgebildet, einen zweiten Farbbereich, insbesondere grünes Licht, zu erfassen. Beispielsweise ist ein dritter farbselektiver Pixelbereich 113-3 des Bilderfassungssensors 111, insbesondere ein Blau-selektiver Pixelbereich 113, ausgebildet, einen dritten Farbbereich, insbesondere blaues Licht, zu erfassen.Like in the 2 shown, for example, a first color-selective pixel area 113-1 of the image detection sensor 111, in particular a red-selective pixel area 113, is designed to detect a first color area, in particular red light. For example, a second color-selective pixel area 113-2 of the image detection sensor 111, in particular a green-selective pixel area 113, is designed to detect a second color area, in particular green light. For example, a third color-selective pixel area 113-3 of the image detection sensor 111, in particular a blue-selective pixel area 113, is designed to detect a third color area, in particular blue light.

Die Anzahl der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 sind hierbei nicht auf die drei Farbbereiche Rot, Grün und Blau beschränkt, sondern umfassen insbesondere auch weitere Farben des sichtbaren Lichts, bzw. umfassen insbesondere auch einen UV-Farbbereich und/oder einen Infrarot-Farbbereich, um insbesondere eine hyperspektrale Erfassung des von der Oberfläche des Objekts 105 reflektierten Lichts zu ermöglichen.The number of color-selective pixel areas 113 of the image detection sensor 111 is not limited to the three color areas red, green and blue, but also includes in particular other colors of visible light, or in particular also includes a UV color area and/or an infrared color area. in particular to enable hyperspectral detection of the light reflected from the surface of the object 105 .

Eine in 1 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung, insbesondere eine Steuerung, der Vorrichtung 100 ist ausgebildet, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung 109 erfassten Mehrzahl von Farbbereichen die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 zu bestimmen.one inside 1 evaluation device, not shown, in particular a controller, the device Device 100 is designed to determine the inclination images of the three-dimensional surface of object 105 on the basis of the plurality of color areas detected by detection device 109 .

Die farbselektiven Pixelbereiche 113 umfassen insbesondere in 1 nicht dargestellte Pixelzeilen eines Bilderfassungssensors 111 einer als Mehrzeilenkamera ausgebildeten Erfassungseinrichtung 109, oder eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixel einer als Matrixkamera ausgebildeten Erfassungseinrichtung 109.The color-selective pixel areas 113 include in particular in 1 pixel rows (not shown) of an image detection sensor 111 of a detection device 109 embodied as a multi-line camera, or a large number of individual pixels spaced apart from one another of a detection device 109 embodied as a matrix camera.

Für weitere Details in Bezug auf die Erfassungseinrichtung 109, insbesondere in Bezug auf die farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109, wird auf die nachfolgenden Figuren und die detaillierten Ausführungen hierzu verwiesen.For further details in relation to the detection device 109, in particular in relation to the color-selective pixel areas 113 of the image detection sensor 111 of the detection device 109, reference is made to the following figures and the detailed explanations relating thereto.

Wie aus der 1 hervorgeht, verbleibt das Objekt 105 nicht stationär innerhalb der Vorrichtung 100, sondern wird gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 verlagert, insbesondere entlang einer Verlagerungsrichtung 117 translatiert.How from the 1 As can be seen, the object 105 does not remain stationary within the device 100, but is displaced relative to the detection device 109, in particular translated along a displacement direction 117.

Durch die Verlagerung des Objekts 105 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 wird das Objekt 105 zu unterschiedlichen Zeitpunkten in jeweils einer unterschiedlichen Erfassungsposition 119 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 positioniert. Dabei wird in jeder Erfassungsposition 119 der Mehrzahl von unterschiedlichen Erfassungspositionen 119 die dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 aus einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung 103 beleuchtet. Dementsprechend wird auch durch die Erfassungseinrichtung 109 ein unterschiedliches Beleuchtungsbild aufgenommen.Due to the displacement of the object 105 in relation to the detection device 109, the object 105 is positioned in a different detection position 119 in relation to the detection device 109 at different points in time. The three-dimensional surface of the object 105 is illuminated from a different illumination direction 103 in each acquisition position 119 of the plurality of different acquisition positions 119 . Accordingly, a different illumination image is also recorded by the detection device 109 .

Allerdings ist die Erfassungseinrichtung 109, insbesondere der Bilderfassungssensor 111, hierbei insbesondere ausgebildet für jede Erfassungsposition 119 jeweils eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei insbesondere ausgebildet, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung 109 in den jeweiligen Erfassungspositionen 119 erfassten jeweiligen Mehrzahl von Farbbereichen pixelsynchrone Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 zu bestimmen.However, the detection device 109, in particular the image detection sensor 111, is in this case designed in particular to detect a plurality of color areas for each detection position 119. The evaluation device is designed here in particular to determine pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object 105 on the basis of the respective plurality of color areas detected by the detection device 109 in the respective detection positions 119 .

Hierbei wird das Objekt 105 in den jeweiligen Erfassungspositionen 119 aus jeweils einer unterschiedlichen Richtung durch die entsprechende erste, zweite, dritte und/oder vierte Lichtquelle 101-1, 101-2, 101-3, und 101-4 beleuchtet und diese Beleuchtungssequenz pro Anzahl der Farben wiederholt.The object 105 is illuminated in the respective detection positions 119 from a different direction by the corresponding first, second, third and/or fourth light source 101-1, 101-2, 101-3 and 101-4 and this illumination sequence per number of colors repeated.

In dem in 1 dargestellten Fall umfasst die Vorrichtung 100 vier Lichtquellen 101-1, 101-2, 101-3 und 101-4.in the in 1 In the case shown, the device 100 comprises four light sources 101-1, 101-2, 101-3 and 101-4.

In der in 1 dargestellten ersten Erfassungsposition 119-1 wird beispielweise nur die erste Lichtquelle 101-1 aktiviert, um das Objekt 105 aus der ersten Beleuchtungsrichtung 103-1 mit polychromatischen Licht zu beleuchten. Hierbei ist jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109 ausgebildet, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine erste Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.in the in 1 In the first detection position 119-1 shown, only the first light source 101-1 is activated, for example, in order to illuminate the object 105 with polychromatic light from the first illumination direction 103-1. Each of the color-selective pixel areas 113 of the image acquisition sensor 111 of the acquisition device 109 is designed to acquire a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to acquire a first plurality of color ranges.

Anschließend wird das Objekt 105 entlang der Verlagerungsrichtung 117 von der in 1 dargestellten ersten Erfassungsposition 119-1 in eine nicht dargestellte zweite Erfassungsposition verlagert.The object 105 is then moved along the displacement direction 117 from the in 1 illustrated first detection position 119-1 moved to a non-illustrated second detection position.

In der zweiten Erfassungsposition wird beispielsweise nur die zweite Lichtquelle 101-2 aktiviert, um das Objekt 105 aus der zweiten Beleuchtungsrichtung 103-2 mit polychromatischen Licht zu beleuchten. Hierbei ist jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109 ausgebildet, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der -dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine zweite Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen. Anschließend wird das Objekt 105 entlang der Verlagerungsrichtung 117 von der zweiten Erfassungsposition in eine nicht dargestellte dritte Erfassungsposition verlagert.In the second detection position, for example, only the second light source 101-2 is activated in order to illuminate the object 105 with polychromatic light from the second illumination direction 103-2. Each of the color-selective pixel areas 113 of the image acquisition sensor 111 of the acquisition device 109 is designed to acquire a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to acquire a second plurality of color ranges. The object 105 is then displaced along the displacement direction 117 from the second detection position into a third detection position (not shown).

In der dritten Erfassungsposition wird beispielsweise nur die dritte Lichtquelle 101-3 aktiviert, um das Objekt 105 aus der dritten Beleuchtungsrichtung 103-3 mit polychromatischen Licht zu beleuchten. Hierbei ist jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109 ausgebildet, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine dritte Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.In the third detection position, for example, only the third light source 101-3 is activated in order to illuminate the object 105 with polychromatic light from the third illumination direction 103-3. Each of the color-selective pixel areas 113 of the image acquisition sensor 111 of the acquisition device 109 is designed to acquire a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to acquire a third plurality of color ranges.

In der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 ist eine vierte Lichtquelle 101-4 vorgesehen. Hier wird anschließend das Objekt 105 entlang der Verlagerungsrichtung 117 von der dritten Erfassungsposition 119-3 in eine nicht dargestellte vierte Erfassungsposition verlagert.in the in 1 device 100 shown, a fourth light source 101-4 is provided. Here the object 105 is then displaced along the displacement direction 117 from the third detection position 119-3 into a fourth detection position (not shown).

In der vierten Erfassungsposition wird beispielsweise nur die vierte Lichtquelle 101-4 aktiviert, um das Objekt 105 aus der vierten Beleuchtungsrichtung 103-4 mit polychromatischen Licht zu beleuchten. Hierbei ist jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109 ausgebildet, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine vierte Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.In the fourth detection position, for example, only the fourth light source 101-4 is activated, to illuminate the object 105 with polychromatic light from the fourth illumination direction 103-4. Each of the color-selective pixel areas 113 of the image detection sensor 111 of the detection device 109 is designed to detect a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to detect a fourth plurality of color ranges.

Damit liegen für jede Farbe alle Lichtrichtungen vor.This means that all light directions are available for each color.

Zur weiteren pixelsynchronen Erfassung der Farben zueinander muss das Objekt 105 anschließend in weitere Erfassungspositionen 119 bewegt werden. Wobei sich die entsprechende sequenzielle Beleuchtungssequenz des Objekts 105 durch die Lichtquellen 101, und die entsprechende Farbbereichserfassung durch den Bilderfassungssensor 111 wiederholen.For further pixel-synchronous detection of the colors relative to one another, the object 105 must then be moved into further detection positions 119 . The corresponding sequential illumination sequence of the object 105 by the light sources 101, and the corresponding color range detection by the image detection sensor 111 are repeated.

Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ausgebildet, auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung 109 erfassten Mehrzahl von Farbbereichen die pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 zu bestimmen.The evaluation device is designed here to determine the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object 105 on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device 109 .

Somit wird durch die Verlagerung des Objekts 105 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 das Objekt 105 bereichsweise aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen 103 beleuchtet, wobei für den jeweiligen beleuchteten Bereich des Objekts 105, bzw. die jeweilige Beleuchtungsrichtung 103 durch die Bilderfassungssensor 111 jeweils alle relevanten Farbbereiche erfasst werden, so dass nach einer vollständigen Verlagerung des Objekts 105 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 eine Vielzahl von Farbinformationen zum Bestimmen der pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 vorliegen.As a result of the displacement of object 105 in relation to detection device 109, object 105 is illuminated in regions from different illumination directions 103, with all relevant color regions being detected by image detection sensor 111 for the respective illuminated region of object 105 or the respective illumination direction 103, see above that after a complete displacement of the object 105 in relation to the detection device 109, a large number of pieces of color information are available for determining the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object 105.

Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Mehrzahl von erfassten Farbbereichen pixelsynchron aufeinander abzubilden, um die Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 zu bestimmen. Für eine entsprechende pixelsynchrone Aufeinanderabbildung der Mehrzahl von erfassten Farbbereichen wird auf die detaillierten Ausführungen zu den 7 und 8 verwiesen.In particular, the evaluation device is designed to map the plurality of detected color areas onto one another in a pixel-synchronous manner in order to determine the inclination images of the three-dimensional surface of the object 105 . For a corresponding pixel-synchronous superimposition of the plurality of detected color ranges, reference is made to the detailed explanations of the 7 and 8th referred.

Die Ansteuerung / Reihenfolge der Beleuchtungsrichtungen hängt von der Anordnung der Farbbereiche auf dem Bilderfassungssensor ab. Sie kann entsprechend der Anordnung der Farbbereiche variieren. In bestimmten Fällen kann eine gleiche Beleuchtungsrichtung auch mehrfach hintereinander angewendet werden.The control / sequence of the lighting directions depends on the arrangement of the color areas on the image capture sensor. It can vary according to the arrangement of the color areas. In certain cases, the same direction of illumination can also be used several times in succession.

Für weitere Details hierzu wird auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verwiesen.For further details on this, reference is made to the following exemplary embodiments.

Beispielsweise kann die Verlagerung des Objekts 105 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 durch ein Förderband umgesetzt werden, auf dem das Objekt 105 aufgesetzt wird und gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 verlagert wird. Alternativ kann das Objekt 105 selbst flächig ausgebildet sein und beispielsweise eine Folie umfassen, welche gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 verlagert wird.For example, the object 105 can be displaced relative to the detection device 109 by a conveyor belt, on which the object 105 is placed and displaced relative to the detection device 109 . Alternatively, the object 105 itself can be flat and can include a film, for example, which is displaced relative to the detection device 109 .

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bilderfassungssensors 111 einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 10 shows a schematic representation of an image acquisition sensor 111 of a device 100 for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment.

Der in 2 lediglich schematisch dargestellte Bilderfassungssensor 111 ist insbesondere Bestandteil einer in 1 dargestellten Erfassungseinrichtung 109, insbesondere einer Mehrzeilen-Farbkamera, insbesondere einer 12-zeiligen Farbkamera.the inside 2 Image detection sensor 111, shown only schematically, is in particular part of an in 1 illustrated detection device 109, in particular a multi-line color camera, in particular a 12-line color camera.

Der Bilderfassungssensor 111 weist eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Pixelzeilen 121 auf, insbesondere zwölf parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen 121. Jede Pixelzeile 121 der Mehrzahl von Pixelzeilen 121 weist eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Einzelpixeln 123 auf.The image detection sensor 111 has a plurality of pixel lines 121 arranged parallel to one another, in particular twelve pixel lines 121 arranged parallel to one another. Each pixel line 121 of the plurality of pixel lines 121 has a plurality of individual pixels 123 arranged next to one another.

In der 2 sind aus darstellungstechnischen Gründen jeweils nur die anfänglichen und die endständigen Einzelpixel 123 der jeweiligen Pixelzeile 121 dargestellt. Die Mehrzahl der nebeneinander angeordneten Einzelpixel 123 sind in der jeweiligen Pixelzeile 121 zwischen den in 2 dargestellten anfänglichen und endständigen Einzelpixel 123 der jeweiligen Pixelzeile 121 angeordnet.In the 2 only the initial and terminal individual pixels 123 of the respective pixel line 121 are shown for technical reasons. The majority of the individual pixels 123 arranged next to one another are located in the respective pixel line 121 between the in 2 shown initial and terminal individual pixels 123 of the respective pixel line 121 are arranged.

Wie bereits in Bezug auf die 1 beschrieben wurde, weist der Bilderfassungssensor 111 eine Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen 113 auf, wobei jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113 ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.As already mentioned in relation to the 1 has been described, the image detection sensor 111 has a plurality of color-selective pixel areas 113, each of the color-selective pixel areas 113 being configured to detect a different color area of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 in order to detect a plurality of color areas .

Wie aus der 2 hervorgeht, umfasst jeder der Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen 113 eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Pixelzeilen 121, insbesondere vier nebeneinander angeordnete Pixelzeilen 121.How from the 2 shows, each of the plurality of color-selective pixel regions 113 comprises a plurality of pixel rows 121 arranged next to one another, in particular four pixel rows 121 arranged next to one another.

Der in 2 dargestellte Bilderfassungssensor 111 umfasst einen ersten, zweiten und dritten farbselektiven Pixelbereich 113-1, 113-2 und 113-3.the inside 2 The image acquisition sensor 111 shown comprises a first, second and third color-selective pixel area 113-1, 113-2 and 113-3.

Beispielsweise ist der erste farbselektive Pixelbereich 113-1 insbesondere ein Rot-selektiver Pixelbereich 113, welcher ausgebildet ist, von dem Objekt 105 reflektiertes rotes Licht zu erfassen. Beispielsweise ist der zweite farbselektive Pixelbereich 113-2 insbesondere ein Grün-selektiver Pixelbereich 113, welcher ausgebildet ist, von dem Objekt 105 reflektiertes grünes Licht zu erfassen. Beispielsweise ist der dritte farbselektive Pixelbereich 113-3 insbesondere ein Blau-selektiver Pixelbereich 113, welcher ausgebildet ist, von dem Objekt 105 reflektiertes blaues Licht zu erfassen.For example, the first color-selective pixel area 113-1 is in particular a red-selective pixel area 113, which is designed to capture red light reflected by the object 105. For example, the second color-selective pixel area 113 - 2 is in particular a green-selective pixel area 113 which is designed to capture green light reflected by the object 105 . For example, the third color-selective pixel area 113-3 is in particular a blue-selective pixel area 113, which is designed to capture blue light reflected by the object 105.

In der 2 ist schematisch eine Verlagerungsrichtung 117, bzw. eine der Verlagerungsrichtung 117 entgegengesetzte weitere Verlagerungsrichtung 127 dargestellt. Unter Bezugnahme auf die Ausführungen zu der 1 kennzeichnen die Verlagerungsrichtungen 117, 127 eine Verlagerung des Objekts 105 gegenüber der Erfassungseinrichtung 109, insbesondere zwischen einer Mehrzahl von Erfassungspositionen 119.In the 2 a direction of displacement 117, or a further direction of displacement 127 opposite the direction of displacement 117, is shown schematically. Referring to the remarks on the 1 the displacement directions 117, 127 indicate a displacement of the object 105 relative to the detection device 109, in particular between a plurality of detection positions 119.

Hierbei wird im Folgenden die Bilderfassung durch den Bilderfassungssensor 111 bei einer Vorrichtung mit vier Lichtquellen 101 beschrieben, wobei das Objekt 105 in jeder Erfassungsposition 119 der Mehrzahl von Erfassungspositionen 119jeweils nur durch eine einzige Lichtquelle 101 aus einer einzigen Beleuchtungsrichtung 103 beleuchtet wird.The image acquisition by the image acquisition sensor 111 in a device with four light sources 101 is described below, the object 105 in each acquisition position 119 of the plurality of acquisition positions 119 being illuminated by only a single light source 101 from a single illumination direction 103.

Es wird jedoch betont, dass in jeder Erfassungsposition 119 der Mehrzahl von Erfassungspositionen 119 hierbei jeweils alle Pixelzeilen 121 des Bilderfassungssensors 111 ausgelesen werden. Somit erfasst in jeder Erfassungsposition 119 der erste, zweite und dritte farbselektive Pixelbereich 113-1, 113-2 und 111-3 jeweils rotes, grünes und blaues Licht, basierend auf den jeweiligen vier Pixelzeilen 121 des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs 113.However, it is emphasized that in each detection position 119 of the plurality of detection positions 119 all pixel rows 121 of the image detection sensor 111 are read out. Thus, in each detection position 119, the first, second and third color-selective pixel areas 113-1, 113-2 and 111-3 respectively detect red, green and blue light, based on the respective four pixel rows 121 of the respective color-selective pixel area 113.

Nachdem das Objekt 105 in einer Vielzahl von Erfassungspositionen 119 erfasst wurde, ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, auf Basis der einzeln erfassten Pixelzeilen 121 des Bilderfassungssensors 111, jeweils Vollflächen-Bilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 für den jeweiligen Farbbereich, insbesondere rot, grün, bzw. blau, zu erstellen.After the object 105 has been detected in a large number of detection positions 119, the evaluation device is designed, on the basis of the individually detected pixel rows 121 of the image detection sensor 111, to produce full-area images of the three-dimensional surface of the object 105 for the respective color range, in particular red, green or .blue, to create.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Verlagerungsstrecke zwischen zwei benachbarten Erfassungspositionen 119 spezifisch anzupassen. Insbesondere kann die Verlagerungsstrecke zwischen zwei benachbarten Erfassungspositionen 119 insbesondere einer Breite 129 einer Pixelzeile 121 oder einem Vielfachen davon entsprechen. Hierbei kann die Breite 129 einer Pixelzeile 121 mit einem Faktor multipliziert werden, um eine Anpassung der Verlagerungsstrecke an die jeweiligen spezifischen Aufbau des Bilderfassungssensors 111 zu gewährleisten.Alternatively or additionally, it is also possible to specifically adapt the displacement distance between two adjacent detection positions 119 . In particular, the displacement distance between two adjacent detection positions 119 can correspond in particular to a width 129 of a pixel line 121 or to a multiple thereof. In this case, the width 129 of a pixel line 121 can be multiplied by a factor in order to ensure that the displacement path is adapted to the respective specific structure of the image detection sensor 111 .

3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Bilderfassungssensors 111 einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 3 12 shows a schematic representation of a further image acquisition sensor 111 of a device 100 for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to a further exemplary embodiment.

Für die Funktion des in der 3 dargestellten weiteren Bilderfassungssensors 111 wird auf die Ausführungen in Bezug auf den in der 2 dargestellten Bilderfassungssensor 111 verwiesen.For the function of in the 3 illustrated further image detection sensor 111 is referred to the explanations in relation to in the 2 illustrated image acquisition sensor 111 referenced.

Der in 3 dargestellte weitere Bilderfassungssensor 111 weist sechzehn parallel zueinander angeordneten Pixelzeilen 121 auf, wobei jede der Pixelzeilen 121 eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und in 3 nicht dargestellten Einzelpixeln 123 aufweist.the inside 3 The further image acquisition sensor 111 illustrated has sixteen pixel rows 121 arranged parallel to one another, each of the pixel rows 121 having a plurality of juxtaposed and in 3 individual pixels 123, not shown.

Analog zu dem in 2 dargestellten Bilderfassungssensor 111 umfasst der erste farbselektive Pixelbereich 113-1, insbesondere Rot-selektive Pixelbereich 113, vier parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen 121. Der zweite farbselektive Pixelbereich 113-2, insbesondere Grün-selektive Pixelbereich 113, umfasst vier parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen 121, und der dritte farbselektive Pixelbereich 113-3, insbesondere Blau-selektive Pixelbereich 113, umfasst vier parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen 121.Analogous to the in 2 In the image acquisition sensor 111 illustrated, the first color-selective pixel area 113-1, in particular red-selective pixel area 113, comprises four pixel rows 121 arranged parallel to one another. The second color-selective pixel area 113-2, in particular green-selective pixel area 113, comprises four pixel rows 121 arranged parallel to one another, and the third color-selective pixel area 113-3, in particular blue-selective pixel area 113, comprises four pixel rows 121 arranged parallel to one another.

Der in 3 dargestellte Bilderfassungssensor 111 umfasst ferner einen vierten Pixelbereich 113-4, welcher vier parallel zueinander angeordnete Pixelzeilen 121, umfasst, wobei der vierte Pixelbereich 113-4 ausgebildet ist, eine monochrome Erfassung des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts durchzuführen.the inside 3 The image capture sensor 111 illustrated also includes a fourth pixel area 113-4, which includes four pixel rows 121 arranged parallel to one another, the fourth pixel area 113-4 being designed to carry out monochrome detection of the polychromatic light reflected by the three-dimensional surface of the object 105.

Somit ermöglich der in 3 dargestellte Bilderfassungssensor 111 mit sechzehn Pixelzeilen 121 für die entsprechenden vier Richtungsbilder nicht nur eine Erfassung von drei Farbbereichen, insbesondere rot, grün und blau, sondern zusätzlich auch eine monochrome Erfassung.Thus, the in 3 illustrated image detection sensor 111 with sixteen pixel rows 121 for the corresponding four directional images not only a detection of three color areas, in particular red, green and blue, but also a monochrome detection.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Bilderfassungssensors 111 einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 4 12 shows a schematic representation of a further image acquisition sensor 111 of a device 100 for determining inclination images of a three-dimensional surface of an object according to a further exemplary embodiment.

Im Gegensatz zu den in den 2 und 3 dargestellten Mehrzeilen-Bilderfassungssensoren 111, wird in dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel als Bilderfassungssensor 111 ein Matrix-Sensor mit einem Bayer-Farbfilter verwendet.In contrast to those in the 2 and 3 illustrated multi-line image detection sensors 111, is in the in the 4 illustrated embodiment is used as the image acquisition sensor 111, a matrix sensor with a Bayer color filter.

Im Folgenden wird die Bilderfassung gemäß der 4 an einem acht-zeiligen Ausschnitt des Bilderfassungssensors 111 beschrieben. Im Gegensatz zu einem Mehrzeilen-Bilderfassungssensor 111, bei welchem die nebeneinander angeordneten Einzelpixel 123 der jeweiligen Pixelzeile 121 alle denselben Farbbereich erfassen, erfassen in dem in 4 dargestellten Bilderfassungssensors 111 direkt benachbarte Einzelpixel 123 der jeweiligen Pixelzeile 121 unterschiedliche Farbbereiche. Somit werden in dem in 4 dargestellten Bilderfassungssensor 111 der jeweilige farbselektive Pixelbereich 113 nicht durch eine einzige Pixelzeile 121 gebildet, sondern durch eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixeln 123, wobei die entsprechenden Einzelpixel 123 des jeweiligen farbselektiven Pixelbereichs 113 in einem konstanten Abstand zueinander auf dem Bilderfassungssensor 111 angeordnet sind.In the following, the image acquisition according to the 4 described on an eight-line section of the image detection sensor 111. In contrast to a multi-line image detection sensor 111, in which the individual pixels 123 of the respective pixel line 121 arranged next to one another all detect the same color range, in the in 4 illustrated image detection sensor 111 directly adjacent individual pixels 123 of the respective pixel line 121 have different color ranges. Thus, in the in 4 In the image capture sensor 111 illustrated, the respective color-selective pixel area 113 is not formed by a single pixel row 121, but rather by a plurality of individual pixels 123 spaced apart from one another, the corresponding individual pixels 123 of the respective color-selective pixel area 113 being arranged at a constant distance from one another on the image capture sensor 111.

Beispielsweise umfasst der erste farbselektive Pixelbereich 113-1, insbesondere der Rot-selektive Pixelbereich 113, eine erste Einzelpixelgruppe 129-1 einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixel 123, wobei die voneinander beabstandeten Einzelpixel 123 der ersten Einzelpixelgruppe 129-1 in der 4 durch ein „R“ exemplarisch hervorgehoben sind.For example, the first color-selective pixel area 113-1, in particular the red-selective pixel area 113, includes a first individual pixel group 129-1 of a plurality of spaced-apart individual pixels 123, the spaced-apart individual pixels 123 of the first individual pixel group 129-1 in the 4 are highlighted with an “R” as an example.

Beispielsweise umfasst der zweite farbselektive Pixelbereich 113-2, insbesondere der Grün-selektive Pixelbereich 113, eine zweite Einzelpixelgruppe 129-2 einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixel 123, wobei die voneinander beabstandeten Einzelpixel 123 der zweiten Einzelpixelgruppe 129-2 in der 4 durch ein „G“ exemplarisch hervorgehoben sind.For example, the second color-selective pixel area 113-2, in particular the green-selective pixel area 113, comprises a second individual pixel group 129-2 of a plurality of individual pixels 123 spaced apart from one another, wherein the individual pixels 123 of the second individual pixel group 129-2 spaced apart from one another in the 4 are highlighted by a “G” as an example.

Beispielsweise umfasst der dritte farbselektive Pixelbereich 113-3, insbesondere der Blau-selektive Pixelbereich 113, eine dritte Einzelpixelgruppe 129-3 einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Einzelpixel 123, wobei die voneinander beabstandeten Einzelpixel 123 der dritten Einzelpixelgruppe 129-3 in der 4 durch ein „B“ exemplarisch hervorgehoben sind.For example, the third color-selective pixel area 113-3, in particular the blue-selective pixel area 113, includes a third individual pixel group 129-3 of a plurality of spaced-apart individual pixels 123, the spaced-apart individual pixels 123 of the third individual pixel group 129-3 in the 4 are highlighted with a “B” as an example.

Jede der ersten, zweiten, und dritten Einzelpixelgruppe, 129-1, 129-2, 129-3 unterteilt sich nochmals in jeweilige Einzelpixeluntergruppen 131-1, 131-2, 131-3 in der jeweiligen Pixelzeile 121, wobei jeder der Einzelpixeluntergruppen 131-1, 131-2, 131-3 eine vorbestimmte Reihenfolge der voneinander beabstandeten Einzelpixeln 123 der farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 aufweist. Aus der 4 ist ersichtlich, dass sich insbesondere die Einzelpixeluntergruppen 131-1, 131-2, 131-3 nach einer vorbestimmten Anzahl von Pixelzeilen 121 wiederholen, insbesondere nach zwei Pixelzeilen 121.Each of the first, second, and third individual pixel groups 129-1, 129-2, 129-3 is divided again into respective individual pixel subgroups 131-1, 131-2, 131-3 in the respective pixel row 121, with each of the individual pixel subgroups 131- 1, 131-2, 131-3 has a predetermined sequence of the individual pixels 123 of the color-selective pixel regions 113, 113-1, 113-2, 113-3 spaced apart from one another. From the 4 it can be seen that the individual pixel subgroups 131-1, 131-2, 131-3 in particular are repeated after a predetermined number of pixel rows 121, in particular after two pixel rows 121.

Nach dem Pixel-synchronen Erfassen der in 4 dargestellten acht Pixelzeilen 121 des Bilderfassungssensors 111 werden, wie in der 5 dargestellt, die folgenden Einzelpixel der jeweiligen farbselektiven Pixelbereiche 113-1, 113-2, und 113-3 erfasst und in einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung intern neu zueinander angeordnet.After pixel-synchronously capturing the in 4 illustrated eight pixel rows 121 of the image detection sensor 111, as in FIG 5 shown, the following individual pixels of the respective color-selective pixel areas 113-1, 113-2, and 113-3 are detected and rearranged internally in relation to one another in an evaluation device (not shown).

Sowohl Farbwerte, als auch Neigungswerte können nun entsprechend berechnet werden.Both color values and slope values can now be calculated accordingly.

Für den zweiten farbselektiven Pixelbereich 113-2, insbesondere den Grün-selektiven Pixelbereich 113, bzw. der zweiten Einzelpixeluntergruppe 131-2, liegt nach dem Verlagern für jeden Einzelpixel 123 jede Beleuchtungsrichtung 103 vor. Hierbei steht jedoch für den ersten farbselektiven Pixelbereich 113-1, insbesondere der Rot-selektive Pixelbereich 113, bzw. der ersten Einzelpixeluntergruppe 131-1, und für den dritten farbselektiven Pixelbereich 113-3, insbesondere der Blau-selektive Pixelbereich 113, bzw. der dritten Einzelpixeluntergruppe 131-3 in Bezug auf jede Beleuchtungsrichtung 103 nur jeder zweite Einzelpixel 123 innerhalb einer Pixelzeile 121 zur Verfügung.For the second color-selective pixel area 113-2, in particular the green-selective pixel area 113, or the second individual pixel subgroup 131-2, each illumination direction 103 is present after the displacement for each individual pixel 123. Here, however, stands for the first color-selective pixel area 113-1, in particular the red-selective pixel area 113, or the first individual pixel subgroup 131-1, and for the third color-selective pixel area 113-3, in particular the blue-selective pixel area 113, or the third individual pixel subgroup 131-3 with respect to each illumination direction 103 only every second individual pixel 123 within a pixel row 121 is available.

Zur Kompensation der fehlenden Informationen, ist die Auswerteeinrichtung insbesondere ausgebildet, eine Interpolation der nicht erfassten Einzelpixel 123 der entsprechenden ersten und/oder dritten Einzelpixeluntergruppe 131-1, 131-3 durchzu führen, bzw. es kann eine verbesserte Interpolation angewendet werden, bei welcher auch das Umfeld und / oder die anderen Farben der Einzelpixel 123 berücksichtigt werden.To compensate for the missing information, the evaluation device is designed, in particular, to carry out an interpolation of the undetected individual pixels 123 of the corresponding first and/or third individual pixel subgroup 131-1, 131-3, or an improved interpolation can be used, in which the surroundings and/or the other colors of the individual pixels 123 are taken into account.

In der 6 wird beispielsweise in Bezug auf die erste und/oder dritte Einzelpixeluntergruppe 131-1, 131-3 jeweils ein Mittelwert für die fehlenden Farbpixel bestimmt.In the 6 a mean value is determined for the missing color pixels in relation to the first and/or third individual pixel subgroup 131-1, 131-3, for example.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich komplette Neigungsbilder für den ersten, bzw. dritten farbselektiven Pixelbereich 113-1, bzw. 113-3 zu erstellen.Alternatively or additionally, it is also possible to create complete inclination images for the first or third color-selective pixel area 113-1 or 113-3.

Die 7 und 8 zeigen jeweils eine schematische Darstellungen einer pixelsynchronen Erfassung einer Mehrzahl von Farbbereichen. Zur Vereinfachung erfolgt die Darstellung ohne zusätzliche Lichtrichtungen.the 7 and 8th each show a schematic representation of a pixel-synchronous detection of a plurality of color areas. For the sake of simplicity, the representation is made without additional light directions.

In der 7 ist eine als Mehrzeilen-Pixelkamera ausgebildete Erfassungseinrichtung 109 dargestellt, welche von einem Objekt 105 reflektiertes polychromatisches Licht erfasst. Entsprechende Lichtquellen 101, welches das Objekt 105 aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen 103 mit polychromatischen Licht zu beleuchten, sind in der 7 nicht explizit dargestellt.In the 7 a detection device 109 designed as a multi-line pixel camera is shown, which detects polychromatic light reflected by an object 105 . Corresponding light sources 101, which illuminate the object 105 from different illumination directions 103 with polychromatic light, are in FIG 7 not explicitly shown.

Das Objekt 105 ist gegenüber der Erfassungseinrichtung 109 entlang einer Verlagerungsrichtung 117 verlagerbar, insbesondere translatierbar. In der in 7 dargestellten Ansicht ist die Erfassungseinrichtung 109 ausgebildet, für die dargestellte Erfassungsposition eine Mehrzahl von Farbbereichen des von dem Objekt 105 reflektierten polychromatischen Lichts zu erfassen.The object 105 can be displaced, in particular translated, relative to the detection device 109 along a displacement direction 117 . in the in 7 In the view shown, the detection device 109 is designed to detect a plurality of color ranges of the polychromatic light reflected by the object 105 for the detection position shown.

Die als Mehrzeilen-Pixelkamera ausgebildete Erfassungseinrichtung 109 weist im vorliegenden schematischen Beispiel einen Bilderfassungssensor 111 mit drei farbselektiven Pixelbereichen 113, 113-1, 113-2, 113-3 auf, wobei jeder der drei farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 ausgebildet ist, jeweils einen unterschiedlichen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Licht zu erfassen.In the present schematic example, the detection device 109 designed as a multi-line pixel camera has an image detection sensor 111 with three color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3, each of the three color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2 , 113-3 is designed to detect a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105, respectively.

Im vorliegenden schematischen Beispiel ist der erste farbselektive Pixelbereich 113-1 ausgebildet einen roten Farbbereich des reflektierten Lichts zu erfassen, ist der zweite farbselektive Pixelbereich 113-2 ausgebildet einen grünen Farbbereich des reflektierten Lichts zu erfassen, und ist der dritte farbselektive Pixelbereich 113-3 ausgebildet, einen blauen Farbbereich des reflektierten Lichts zu erfassen.In the present schematic example, the first color-selective pixel area 113-1 is configured to detect a red color area of the reflected light, the second color-selective pixel area 113-2 is configured to detect a green color area of the reflected light, and the third color-selective pixel area 113-3 is configured to capture a blue color range of the reflected light.

Jeder der farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 umfasst jeweils eine Pixelzeile 121, wobei jede Pixelzeile jeweils eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Einzelpixeln 123 umfasst.Each of the color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3 comprises a pixel line 121, each pixel line comprising a plurality of individual pixels 123 arranged next to one another.

Zur vereinfachten Darstellung sind die entsprechenden ersten, zweiten und dritten Pixelbereiche 113-1, 113-2 und 113-3 des Bilderfassungssensors 111 der Erfassungseinrichtung 109 in der 7 und 8 auf die Oberfläche des Objekts 105 projiziert.For the sake of simplicity, the corresponding first, second and third pixel regions 113-1, 113-2 and 113-3 of the image detection sensor 111 of the detection device 109 in FIG 7 and 8th projected onto the surface of the object 105.

Wie aus der 7 ersichtlich ist, können die als Pixelzeilen 121 ausgebildete farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 jeweils voneinander beanstandet auf dem Bilderfassungssensor 111 angeordnet sein, insbesondere entlang der Verlagerungsrichtung 117. Insbesondere entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3, insbesondere Pixelzeilen, einer Breite 133 der Pixelzeile 121, bzw. einem Vielfachen der Breite der Pixelzeile 121.How from the 7 As can be seen, the color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3 embodied as pixel rows 121 can each be arranged spaced apart from one another on the image acquisition sensor 111, in particular along the displacement direction 117. In particular, the distance between two adjacent color-selective pixel areas 113 , 113-1, 113-2, 113-3, in particular pixel lines, a width 133 of the pixel line 121, or a multiple of the width of the pixel line 121.

Dies bedeutet, dass in der in 7 dargestellten statischen Erfassungsposition jede der als Pixelzeilen 121 ausgebildeten farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 jeweils einen anderen Bereich der Oberfläche des Objekts 105 erfasst, wobei die entsprechenden erfassten Bereiche der Oberfläche des Objekts 105 um eine Breite 133 der Pixelzeile 121, bzw. einem Vielfachen der Breite 133 der Pixelzeile 121 entlang der Verlagerungsrichtung 127 gegeneinander versetzt sind.This means that in the in 7 In the static detection position shown, each of the color-selective pixel regions 113, 113-1, 113-2, 113-3 configured as pixel rows 121 detects a different area of the surface of object 105, with the corresponding detected areas of the surface of object 105 being separated by a width 133 of the Pixel line 121, or a multiple of the width 133 of the pixel line 121 along the displacement direction 127 are offset from one another.

Aufgrund des Versatzes der farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 zueinander, würde die Auswerteeinrichtung für jeden farbselektiven Pixelbereich 113, 113-1, 113-2, 113-3 einen unterschiedlichen, um den Versatz versetzten, Bereich der Oberfläche des Objekts 105 berücksichtigen, was einer nicht pixelsynchronen Abbildung der farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 entsprechen würde.Due to the offset of the color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3 relative to one another, the evaluation device would use a different area offset by the offset for each color-selective pixel area 113, 113-1, 113-2, 113-3 of the surface of the object 105, which would correspond to a non-pixel-synchronous imaging of the color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3.

Somit muss das Objekt 105 vielfach der Breite 133 der Pixelzeilen 121 entlang der Verlagerungsrichtung 127 verlagert werden, damit die entsprechenden als Pixelzeilen 121 ausgebildeten farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 pixelsynchron aufeinander abgebildet werden können, wie dies in Bezug auf die 8 im Detail ausgeführt wird.The object 105 must therefore be displaced multiple times over the width 133 of the pixel lines 121 along the displacement direction 127 so that the corresponding color-selective pixel regions 113, 113-1, 113-2, 113-3 configured as pixel lines 121 can be imaged pixel-synchronously on one another, as is shown in relation to the 8th is carried out in detail.

Aus diesem Grund bildet die Auswerteeinrichtung die drei erfassten Farbbereiche pixelsynchron aufeinander ab, um die Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 zu bestimmen.For this reason, the evaluation device maps the three detected color areas onto one another in a pixel-synchronous manner in order to determine the color and inclination images of the three-dimensional surface of the object 105 .

In der 8 sind drei unterschiedliche Erfassungspositionen 119-1, 119-2, 119-3 desselben Objekts 105 gegenüber der nicht dargestellten Erfassungseinrichtung 109 gezeigt.In the 8th three different detection positions 119-1, 119-2, 119-3 of the same object 105 are shown in relation to the detection device 109, which is not shown.

In der ersten Erfassungsposition 119-1 ist das Objekt 105 nicht gegenüber der Erfassungsvorrichtung 109 verlagert und jeder, der als Pixelzeilen 121 ausgebildeten farbselektiven Pixelbereiche 113, 113-1, 113-2, 113-3 erfasst den jeweiligen Farbbereich, insbesondere roten, grünen, bzw. blauen Farbbereich, des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts.In the first detection position 119-1, the object 105 is not displaced in relation to the detection device 109 and each of the color-selective pixel areas 113, 113-1, 113-2, 113-3 designed as pixel rows 121 detects the respective color range, in particular red, green, and blue color range, respectively, of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object 105 .

In der zweiten Erfassungsposition 119-2 ist das Objekt 105 gegenüber der ersten Erfassungsposition 119-2 entlang der Verlagerungsrichtung 117 verlagert worden, und zwar um eine Breite 133 der Pixelzeile 121, bzw. einem Vielfachen, insbesondere einem Zweifachen, der Breite 133 der Pixelzeile 121.In the second detection position 119-2, the object 105 has been displaced relative to the first detection position 119-2 along the direction of displacement 117, specifically by a width 133 of the Pixel line 121, or a multiple, in particular twice, of the width 133 of the pixel line 121.

Somit entspricht die Position des zweiten, insbesondere grünen, farbselektiven Pixelbereichs 113-2 in der zweiten Erfassungsposition 119-2 an dem Objekt 105 der Position des ersten, insbesondere roten, farbselektiven Pixelbereichs 113-1, so dass eine pixelsynchrone Abbildung des ersten und zweiten farbselektiven Pixelbereichs 113-1, 113-2 durch die Auswerteeinrichtung bewirkt werden kann.The position of the second, in particular green, color-selective pixel area 113-2 in the second detection position 119-2 on the object 105 corresponds to the position of the first, in particular red, color-selective pixel area 113-1, so that pixel-synchronous imaging of the first and second color-selective Pixel area 113-1, 113-2 can be effected by the evaluation device.

In der dritten Erfassungsposition 119-3 ist das Objekt 105 gegenüber der zweiten Erfassungsposition 119-2 entlang der Verlagerungsrichtung 117 weiter verlagert worden, und zwar wieder um eine Breite 133 der Pixelzeile 121, bzw. einem Vielfachen, der Breite 133 der Pixelzeile 121.In the third detection position 119-3, the object 105 has been further displaced relative to the second detection position 119-2 along the direction of displacement 117, again by a width 133 of the pixel line 121, or by a multiple of the width 133 of the pixel line 121.

Somit entspricht die Position des dritten, insbesondere blauen, farbselektiven Pixelbereichs 113-3 in der dritten Erfassungsposition 119-3 der Position des zweiten, insbesondere grünen, farbselektiven Pixelbereichs 113-2 in der zweiten Erfassungsposition 119-2, sowie der Position des ersten, insbesondere roten, farbselektiven Pixelbereichs 113-1 in der ersten Erfassungsposition 119-1.The position of the third, in particular blue, color-selective pixel area 113-3 in the third detection position 119-3 corresponds to the position of the second, in particular green, color-selective pixel area 113-2 in the second detection position 119-2, and to the position of the first, in particular red, color-selective pixel area 113-1 in the first detection position 119-1.

Die Auswerteeinheit bildet hierbei die Position des dritten, insbesondere blauen, farbselektiven Pixelbereichs 113-3 in der dritten Erfassungsposition 119-3 auf die Position des zweiten, insbesondere grünen, farbselektiven Pixelbereichs 113-2 in der zweiten Erfassungsposition 119-2 und auf die Position des ersten, insbesondere roten, farbselektiven Pixelbereichs 113-1 in der ersten Erfassungsposition 119-1 ab, um eine pixelsynchrone Abbildung der ersten, zweiten und dritten farbselektiven Pixelbereichs 113-1, 113-2, 113-3 zu bewirken.The evaluation unit maps the position of the third, in particular blue, color-selective pixel area 113-3 in the third detection position 119-3 to the position of the second, in particular green, color-selective pixel area 113-2 in the second detection position 119-2 and to the position of the first, in particular red, color-selective pixel area 113-1 in the first detection position 119-1, in order to bring about pixel-synchronous imaging of the first, second and third color-selective pixel area 113-1, 113-2, 113-3.

Eine entsprechende pixelsynchrone Abbildung der jeweiligen farbselektiven Pixelbereiche 113-1, 113-2, 113-3 ist in der 8 durch das Bezugszeichen 135 hervorgehoben.A corresponding pixel-synchronous mapping of the respective color-selective pixel areas 113-1, 113-2, 113-3 is shown in FIG 8th highlighted by reference numeral 135.

9 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erfassen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel. 9 FIG. 12 shows a schematic representation of a method for acquiring tilt images of a three-dimensional surface of an object according to an embodiment.

Das Verfahren 200 umfasst die folgenden Verfahrensschritte.The method 200 includes the following method steps.

Der erste Verfahrensschritt umfasst das Beleuchten 201 des Objekts 105 aus jeweils einer unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung 103 mit polychromatischen Licht durch jeweils eine Lichtquelle 101 von zumindest drei Lichtquellen 101 einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen von Neigungsbildern einer dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105, wobei das polychromatische Licht von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektiert wird.The first method step comprises illuminating 201 the object 105 from a different illumination direction 103 with polychromatic light by one light source 101 each from at least three light sources 101 of a device 100 for determining inclination images of a three-dimensional surface of the object 105, the polychromatic light from the three-dimensional Surface of the object 105 is reflected.

Der zweite Verfahrensschritt umfasst das Erfassen 203 jeweils eines unterschiedlichen Farbbereichs des von der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 reflektierten polychromatischen Lichts durch jeweils einen farbselektiven Pixelbereich 113 einer Mehrzahl von farbselektiven Pixelbereichen 113 eines Bilderfassungssensors 111 einer Erfassungseinrichtung 109 der Vorrichtung 100, um eine Mehrzahl von Farbbereichen zu erfassen.The second method step comprises the detection 203 of a respective different color area of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of object 105 by a respective color-selective pixel area 113 of a plurality of color-selective pixel areas 113 of an image-capture sensor 111 of a detection device 109 of device 100 in order to create a plurality of color areas capture.

Der dritte Verfahrensschritt umfasst das Bestimmen 205 der pixelsynchronen Farb- und Neigungsbilder der dreidimensionalen Oberfläche des Objekts 105 auf Basis der durch die Erfassungseinrichtung 109 erfassten Mehrzahl von Farbbereichen durch eine Auswerteeinrichtung der Vorrichtung 100, wobei das Bestimmen 205 der Neigungsbilder insbesondere ein pixelsynchrones Aufeinanderabbilden der Mehrzahl von erfassten Farbbereichen durch die Auswerteeinrichtung umfasst.The third method step comprises determining 205 the pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of object 105 on the basis of the plurality of color areas detected by acquisition device 109 by an evaluation device of device 100, with the determination 205 of the inclination images in particular involving pixel-synchronous mapping of the plurality of detected color ranges includes by the evaluation device.

Claims

An apparatus (100) for determining color and slope images of a three-dimensional surface of an object (105), comprising: - at least three light sources (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4), each light source (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4) of the at least three light sources (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4), the object (105) from a different illumination direction (103, 103-1, 103-2, 103-3, 103-4) to illuminate with polychromatic light, the polychromatic light being reflected from the three-dimensional surface of the object (105), - a detection device (109), which has an image detection sensor (111) with a plurality of color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4), each of the color-selective pixel areas (113, 113- 1, 113-2, 113-3, 113-4) is adapted to respectively detect a different color gamut of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object (105) to detect a plurality of color gamuts, and - an evaluation device which is designed to map the plurality of color areas detected by the detection device (109) onto one another in pixel-synchronous fashion in order to simultaneously determine color and inclination images of the three-dimensional surface of the object (105).

Device (100) according to claim 1 , wherein each of the plurality of color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) in each case a plurality number of pixel rows (121) arranged parallel to one another, each pixel row (121) of the respective color-selective pixel area (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) having a plurality of individual pixels (123) arranged next to one another , wherein the individual pixels (123) of the respective color-selective pixel area (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) are formed, a color area of the plurality of color areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4).

Device (100) according to claim 1 , wherein each of the plurality of color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) comprises a plurality of individual pixels (123) spaced apart from one another, wherein the individual pixels (123) of each color-selective pixel area (113 , 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) are arranged in particular at a constant distance from each other on the image detection sensor (111) to provide a Bayer color filter.

Device (100) according to claim 3 , wherein the image detection sensor (111) has a plurality of pixel rows (121) arranged parallel to one another, the pixel rows (121) each having individual pixel subgroups (131-1, 131-2, 131-3) each having a predetermined order of the individual pixels ( 123) of the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3), in particular the individual pixel subgroups (131-1, 131-2, 131-3) being repeated after a predetermined number of pixel rows (121). .

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the different color areas detected by the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) comprise a red-selective color area, a green-selective color area , a blue-selective color range, a UV-selective color range and/or an infrared-selective color range.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the object (105) can be displaced relative to the detection device (109), in particular can be translated, in order to position the object (105) relative to the detection device (109) in a plurality of different detection positions (119, ) to position, wherein the detection device (109) is designed to detect a plurality of color areas for each detection position (119), and wherein the evaluation device is designed, on the basis of the detection device (109) in the respective detection positions (119) determined plurality of color areas to determine the color and slope images of the three-dimensional surface of the object (105).

Device (100) according to claim 6 , wherein the object (105) can be displaced between two adjacent detection positions (119) by a displacement distance in each case, each of the plurality of color-selective pixel regions (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) each having a plurality of pixel lines (121) arranged parallel to one another, the displacement distance corresponding in particular to the width of a pixel line (121) or a multiple thereof.

Device (100) according to claim 6 or 7 , wherein the plurality of different detection positions (119) comprise a first, second and third detection position (119, 119-1, 119-2, 119-3), and wherein the at least three light sources (101, 101-1, 101-2 , 101-3) comprise a first, second and third light source (101, 101-1, 101-2, 101-3), wherein in the first detection position (119, 119-1) the first light source (101, 101-1 ) is designed to illuminate the object (105) from a first illumination direction (103, 103-1) with polychromatic light, each of the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) is designed to detect a different color range of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object (105) in order to detect a first plurality of color ranges, wherein in the second detection position (119, 119-2) the second light source (101 , 101-2) is formed, the object (105) from a second illumination direction (103, 103-2) to illuminate with polychromatic light, each of the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) being formed, respectively, a different color range of the polychromatic reflected from the three-dimensional surface of the object (105). to detect light in order to detect a second plurality of color areas, wherein the third light source (101, 101-3) is formed in the third detection position (119, 119-3), the object (105) from a third illumination direction (103, 103-3) to illuminate with polychromatic light, each of the color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) being formed, each having a different color area, that of the three-dimensional surface of the object ( 105) of reflected polychromatic light to capture a third plurality of color regions, and this process can be repeated multiple times to establish pixel synchronism between each color region reach, and wherein the evaluation device is designed to determine pixel-synchronous color and inclination images of the three-dimensional surface of the object (105) on the basis of the plurality of color areas detected by the detection device (109).

Procedure. (200) for determining color and inclination images of a three-dimensional surface of an object (105), comprising the following method steps: - illuminating (201) the object (105) from a respective different illumination direction (103) with polychromatic light by a respective light source ( 101) from at least three light sources (101, 101-1, 101-2, 101-3, 101-4), the polychromatic light being reflected from the three-dimensional surface of the object (105), - detecting (203) a plurality of different ones Color areas of the polychromatic light reflected from the three-dimensional surface of the object (105) by a plurality of color-selective pixel areas (113, 113-1, 113-2, 113-3, 113-4) of an image detection sensor (111) of a detection device (109), - Determining (205) the color and inclination images of the three-dimensional surface of the object (105) by a pixel-synchronous mapping of the plurality of detected color areas through an evaluation device.

Method (200) according to claim 9 , wherein the object (105) can be displaced relative to the detection device (109), in particular can be translated, in order to position the object (105) relative to the detection device (109) in a plurality of different detection positions (119), the method steps illuminating (201 ) of the object (105) and capturing (203) different color areas for each capturing position (119) of the plurality of different capturing positions (119), and determining (205) the color and tilt images on the basis of the data collected by the capturing device (109 ) in the respective detection positions (119) detected plurality of color areas by the evaluation device.