IAPG-JAHRESBERICHT 2011 - IAPG - Jade Hochschule

PROJEKTE
Photogrammetrische Modellierung u. Kalibrierung
von optischen Messsystemen nach Scheimpflug
Um Kamerasysteme in der Messtechnik einsetzen zu
können, sind deren Objektiv- und Sensorsystem geometrisch
zu beschreiben. Dies geschieht bei herkömmlichen
Messkameras durch standardisierte Kalibrierverfahren.
Für Anordnungen nach Scheimpflug können die standardisierten
Ansätze die geometrischen Bedingungen
innerhalb der Kamera nicht ausreichend erfassen. Probleme
treten hier in der Bestimmung des Hauptpunkts,
der Objektivverzeichnung sowie der äußeren Orientierung
auf, die numerisch stark miteinander korreliert
sind. Da in neuen technischen Anwendungen zunehmend
Verfahren der linienhaften Laserprojektion mit
dreidimensionaler photogrammetrischer Auswertung
kombiniert werden, ist die wissenschaftliche Untersuchung
der Geometrieparameter von großem Interesse.
Eine weitere Aufgabe ist die Entwicklung eines
Testfeldes, das dem geringen Schärfentiefebereich der
Scheimpflugkamera genügt und eine Bestimmung der
gesuchten Parameter zulässt. Abschließend werden die
entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer Güte überprüft
und bewertet. Die Ergebnisse sollen in erster Linie für
3D-Dentalscanner eingesetzt werden, sind aber auch für
andere technische Anwendungen verwertbar.
Im dem Projekt wurden die Schwerpunkte zunächst auf
die Entwicklung eines Kalibrieralgorithmus gelegt. Zur
Überprüfung der Ergebnisse stehen am IAPG zum einen
zwei Kameras mit starrem Scheimpflug-Winkel von -12°
bzw. +12°, verbaut in einem zu kalibrierenden Dentalscanner,
zur Verfügung. Zum anderen liegt ein Shift-Tilt-
Objektiv für Spiegelreflexkameras vor. Das Shift-Tilt-Objektiv
ermöglicht es, Neigungswinkel zur Sensorebene
von -8.5° bis +8.5° in 1°-Schritten zu realisieren.
Der entwickelte Ansatz erzielt derzeit für die festverbauten
Kameras des Dentalscanners noch nicht zufriedenstellende
Ergebnisse. Dies könnte auf die fehlende
Tiefeninformation im Objektraum aufgrund geringer
Schärfentiefe zurückzuführen sein. Der entwickelte Ansatz
erzielt vielversprechende Ergebnisse in Bezug auf
das Shift-Tilt-Objektiv, dargestellt in Tabelle 1. Aufgeführt
sind die am Objektiv fixierten Winkeleinstellungen
sowie die mit dem entwickelten Ansatz berechneten
Werte. Hierbei ist ein Offset von ca. -0.5° ersichtlich.
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Ziel des Forschungsvorhabens ist die Modellierung und Kalibrierung von optischen 3D-
Messsystemen nach Scheimpflug-Anordnung. Die Entwicklung neuer Kalibrierstrategien
und Modellierungsansätze zielt in diesem Projekt auf die Steigerung der Messgenauigkeit
von 3D-Dentalscannern.
Wird dieser Offset als Korrektur auf die gemessenen
Winkel angebracht, ergibt sich die Spalte der korrigierten
Winkel. Die negativen Winkel weisen eine Differenz
zu den eingestellten Winkeln auf. Die Winkeleinstellung
erfolgt manuell am Shift-Tilt-Objektiv und kann nur als
grobe Näherung an den wahren Winkel verstanden werden.
Winkeleinstellung
(°)
Berechnete Winkel
(°)
Korrigiert Winkel
(°)
-8.5 -8.06055 -7.55506
-5 -4.68970 -4.18421
-1 -1.50230 -0.99681
0 -0.50549 0.00000
1 0.46487 0.97037
2 1.36175 1.86724
3 2.50193 3.00742
4 3.49327 3.99876
5 4.58940 5.09489
6 5.47412 5.97961
7 6.61380 7.11929
8 7.30801 7.81350
Tabelle 1: Winkelberechnung Shift-Tilt-Objektiv
Da anhand des Shift-Tilt-Objektivs die Funktionalität des
Kalibrieransatzes nachgewiesen ist, wird im nächsten
Schritt eine Simulation zum Einsatz kommen, die die
Unstimmigkeiten in Bezug auf den Dentalscanner und
die vorliegenden Ergebnisse näher untersucht und analysiert.
• Projektbeteiligte: Prof. Dr. Thomas Luhmann,
Dipl.-Ing. Benjamin Herd
• Förderung durch Mittel aus dem Europäischen
Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
• Laufzeit: 01.12.2010 - 30.11.2012
• Kooperationspartner: DeguDent GmbH, Bohmte
• iapg.jade-hs.de/projekte/scheimpflug