Englische Übersetzung des Titels: Optical 3D-Metrology : Precise Shape Measurement with an extended Fringe Projection Method

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Abstract

Die Streifenprojektion mit zeitlich kodierten Beleuchtungsmustern hat sich nach ihrer Erfindung - trotz vorhandener Schwächen - schnell neben den, seit Jahrzehnten ausgereiften, mechanischen Koordinaten-Messmaschinen in der 3D-Messtechnik etabliert. Diese Arbeit stellt einen Beitrag zu ihrer Konsolidierung dar. Zur Abschätzung der Leistungsfähigkeit werden die Genauigkeitsgrenzen eines Streifenprojektionssystems mit einem neuen Ansatz theoretisch erfasst. Es wird ein Verfahren zur präzisen Bestimmung der systematischen, räumlich hochfrequenten Fehler eines Streifenprojektionssystems beschrieben. Durch die genaue Bestimmung der systematischen Fehler wird ihre Korrektur mit Hilfe einer Umkehrfunktion möglich. Außerdem wird ein vereinfachtes radiometrisches Kalibrierverfahren vorgestellt, das mehr System-spezifische Phänomene als die herkömmlichen Methoden erfasst und dabei mit geringerem Aufwand umzusetzen ist. Basierend auf erprobten numerischen Methoden der Photogrammetrie wird ein geometrisches Kalibrierverfahren für eine hoch genaue Systemkalibrierung spezifiziert, das mit einem einfachen Kalibrierkörper und ohne den Einsatz einer Präzision-Positioniermechanik auskommt. Da die Robustheit jedes Messsystems eine wesentliche Komponente für seine Einsetzbarkeit ist, wird ein robuster Dekoder für kombinierte Gray-Kode-Phasenschiebe Systeme beschrieben, der auch mit schwierigen Objekt-Situationen zurecht kommt und für nicht dekodierte Punkte eine genaue Klassifizierung der Ausfall-Ursache angibt. Schließlich werden eine Implementierung dieser Techniken im Ganymed-System und einige ausgewählte Anwendungen beschrieben.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

Fringe projection with spatially and temporally modulated light has quickly established beside the well known mechanical coordinate measurement machines - even though it has still weak points. This thesis is a contribution to it's consolidation. With a new approach the precision limits are described theoretically. A method for the precise measurement of systematic and high frequent spatial errors of a fringe projection system is presented. With the exact knowledge of the systematic errors their correction using the inverse function is possible. Further a simplified radiometric camera calibration method is explained that handles more system specific phenomenas than conventional methods and is simpler in implementation. Based on the well tested numerical methods of photogrammetry a new geometric high precision system calibration method is specified. It needs only a simple flat calibration body and does not require a precision mechanics for positioning. Because robustness is evident for the practical use of a measurement system, a robust decoder for a combined Gray-code/phase-shift system is described that handles even complex object situations. An exact classification for measurement problems is provided. Finally exemplary implementations of this techniques in the Ganymed-System and some selected applications are described.