用于三维轮廓的非接触检测装置及方法.pdf

本发明涉及一种用于三维轮廓的非接触检测装置，包括：一投影仪，具有图像生成元件(1)和投影镜头(2)，该投影仪用于将所述图像生成元件(1)上产生的条纹图案成像在一物体空间(3)内；以及一摄像装置，包括两个摄像镜头(4)，用于从两个不同方向观察所述物体空间(3)；所述投影仪和所述摄像装置一起被容置于一个能够被用作手持装置的测量头中。本发明还涉及一种使用所述装置用于三维轮廓的非接触检测方法。

1、  一种用于三维轮廓的非接触检测装置，包括：一投影仪，具有图像生成元件(1)和投影镜头(2)，该投影仪用于将所述图像生成元件(1)上产生的条纹图案成像在一物体空间(3)内；以及一摄像装置，包括两个摄像镜头(4)，用于从两个不同方向观察所述物体空间(3)；所述投影仪和所述摄像装置一起被容置于一个能够被用作手持装置的测量头中。

2、  根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述摄像装置具有用于两个摄像镜头(4)的普通摄像芯片(5)，每个摄像镜头(4)在各自的半个摄像芯片(5)上产生图像。

3、  根据权利要求2所述的装置，其特征在于至少两个倾斜元件(6，6’)分别置于所述两个摄像镜头(4)中的每个摄像镜头的光束路径中，所述摄像镜头(4)的所有镜头置于这些倾斜元件(6，6’)的物体侧上，所述倾斜元件(6，6’)中的至少一个第一倾斜元件(6)置于所述两个摄像镜头(4)中的每个摄像镜头的光束路径以内，所述两个摄像镜头(4)位于用于调整的可更换滑道上。

4、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的装置，其特征在于所述两个摄像镜头(4)具有涵盖5°和20°之间的角度的光轴。

5、  根据权利要求1～4任一权利要求所述的装置，其特征在于所述两个摄像镜头(4)具有相对于所述投影镜头(2)的光轴所在的平面镜面对称设置的光轴。

6、  根据权利要求1～5任一权利要求所述的装置，其特征在于所述摄像镜头(4)和/或所述投影镜头(2)被设计为具有7cm至13cm之间的物体侧截面宽度。

7、  根据权利要求1～6任一权利要求所述的装置，其特征在于为所述投影仪提供一光源，从该光源发出的用于透射和反射的光能够由图像生成元件(1)进行强度调制。

8、  根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述光源容置于所述测量头中，或经由一光导(10)与所述测量头相连。

9、  根据权利要求1～8任一权利要求所述的装置，其特征在于所述装置还包括一控制估算单元，用于驱动图像生成元件(1)并用于估算由所述摄像装置产生的图像数据；
该控制估算单元采用编程技术安装，
-以便在图像生成元件(1)上产生至少一个条纹图案，且还
-以便估算相位值的轨迹，该相位值是采用摄像装置沿两个摄像镜头(4)的图像平面中彼此对应的片断线条关于恒定性而确定的，
-以便将片断线条分割为恒定相位轨迹的间隔，
-以便识别在彼此对应的片断线条中的彼此对应的间隔，
-以便识别在彼此识别为相关的间隔内的相同相位值的彼此对应的像点，以及
-以便基于所识别的像点对物点进行三角测量，所述像点与该物点相对应且彼此相关。

10、  一种用于三维轮廓的非接触检测方法，其中投影至少一个条纹图案到物体上，采用以彼此相对的限定的空间设置的两个摄像镜头(4)从两个不同的方向记录具有投影在其上的条纹图案的物体的两个图像，并为两个图像中的像点确定条纹图案的相位值；
随后，采用基于两个图像中各自彼此对应的像点的三角测量，确定对应于这些像点的物点的深度信息，其中为了确定两个图像中的彼此对应的像点，
-选择两个图像中的多对各自彼此对应的片断线条，
-对沿所述片断线条确定的相位值关于恒定性进行估算，并且
-所述片断线条被分割为恒定相位轨迹的间隔，
-随后，识别彼此对应的片断线条中的彼此对应的间隔，并在该彼此对应的间隔中，彼此分配相同相位值的点。

11、  根据权利要求10所述的方法，其特征在于将多个交互相移条纹图案的序列顺次投影到所述物体上，且被记录以确定相位值。

12、  根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于将具有不同朝向的条纹的至少一个另外的条纹图案以瞬时偏移方式投影到所述物体上，并且估算该另外的条纹图案的相位值以便识别两个图像中彼此对应的像点。

13、  根据权利要求10～12任一权利要求所述的方法，其特征在于采用所述两个摄像镜头进行所述物体的至少一个记录，在该情形中，将至少一个标记投影到所述物体上以识别两个对应的像点，其中所述标记以相对于同时、之前或之后记录的条纹图案限定的方式被定位，这样辅助该方法和/或辅助校准该方法所用的装置。

14、  根据权利要求10～13任一权利要求所述的方法，其特征在于所述被估算的片断线条被密集地置于两个图像中。

15、  根据权利要求10～14任一权利要求所述的方法，其特征在于采用插值实现由像点到相位值的子像素精度的分配。

16、  根据权利要求10～15任一权利要求所述的方法，其特征在于以在100ms和500ms之间和/或15Hz和60Hz之间的图像重复率，记录所有用于一个轮廓检测的条纹图案及可能额外被投影的标记。

17、  根据权利要求10～16任一权利要求所述的方法，其特征在于所述物体包括牙齿、牙齿模型或义齿。

18、  一种根据权利要求1～9任一所述装置的应用，用于实现权利要求10～17任一所述的方法。

用于三维轮廓的非接触检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于三维轮廓的非接触检测装置，具有一投影仪和包含两个摄像镜头的一摄像装置。本发明还另外涉及一种用于三维轮廓的非接触检测的相应方法，其中至少一个条纹图案被投影到一物体上。
背景技术
由现有技术可知，在可比较的方法的情形中，向物体上投影所谓的格雷(Grey)码及条纹图案，其能够识别记录在物体上的条纹图案图像中的条纹图案的独对(individual pairs)线条，从而能够识别与具体的物点相关联的像点，能够使用三角测量检测物体的三维轮廓。根据现有技术描述的这种方法的缺点在于，由于将相对全面的信息投影到物体上，从而需要大量的记录。这尤其会影响到该方法在手持装置中的使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于三维轮廓的非接触检测装置和相应的方法，以避免上述缺点，尤其对于牙齿表面、牙齿模型表面或义齿的口腔内或口腔外的检测，使用至少一个测量头实现人工处理。
本发明的上述目的通过具有权利要求1技术特征的装置及具有权利要求10技术特征的方法实现。本发明的较佳实施例和展开在从属权利要求的技术特征中揭示。具体地，提供的一装置或可以包含在该装置中的控制估算单元能够能采用编程技术安装，用于实现根据一个方法权利要求的方法。
通过所提供的用于三维轮廓的非接触检测装置可以实现手动操作的轮廓检测，后者包括一投影仪和一摄像装置。所述投影仪具有一图像生成元件和一投影镜头，该投影仪用于将所述图像生成元件上产生的条纹图案成像在一物体空间内；所述摄像装置包括两个摄像镜头，用于从两个不同方向观察所述物体空间。所述投影仪和摄像装置一起被容置于一个能够被用作手持装置的测量头中。
如果摄像装置具有用于两个摄像镜头的普通摄像芯片，每个摄像镜头在各自的半个摄像芯片上产生图像，从而实现特别可操作的实施例。由于例如为每个摄像镜头提供两个倾斜的镜子，从而可以依次通过折叠光束路径实现。该摄像芯片可以采用例如CCD。相应地，也可以在实施例中使用具有两个摄像芯片的两个CCD。
通过使用两个摄像镜头，当不能精确地预知条纹图案的各对线条的投影方向时，还可以实现对物体空间中一点的三角测量。当然，对相同绝对相位的像点的识别是足够的。一方面，为了使三角测量足够精确，另一方面，也为了能够测量陡峭的边缘，可以较佳地设置摄像镜头，使他们的光轴涵盖5°和20°之间的角度。关于尽可能压缩的结构，尽可能研究三角测量几何学，较佳地是使两个摄像镜头的光轴相对于投影镜头的光轴所在的平面镜面对称设置。较佳地，所有三个光轴可位于一个平面内。但也可以使投影镜头的光轴从摄像镜头的光轴展成的平面倾斜5°和8°。
一方面，为了使装置还能方便地进行口腔内测量，另一方面，又能使其足够地压缩及进行足够精确的三角测量，该摄像镜头和/或投影镜头可以具有7cm到13cm之间的物体侧截面宽度。从而通过例如一个倾斜的镜子或两个倾斜的镜子，使物体与摄像镜头或投影仪镜头之间的光束路径折叠。测量头的至少一个较佳为至少7cm长的壳端部可以被设计为具有少于2.5cm的高度，以实现口腔内测量。
另外，所述装置可以具有用于投影仪的光源，该光源可以置于测量头中可者通过光导与测量头相连。所述图像生成元件从而可以被用于对从该光源通过反射或透射而发出的光进行强度调制。具体地，所述图像生成元件能够采用一LCoS芯片或一标准的LCD或一不同的图像生成元件，其可以进行逐像素驱动。该装置可以最终额外包括一控制估算单元，用于驱动所述图像生成元件并用于估算由所述摄像装置产生的图像数据。从而，该控制估算单元可以采用编程技术安装，以便在图像生成元件上产生至少一个条纹图案，估算由摄像装置沿两个摄像镜头的图像平面中相对于其轨迹的恒定性的彼此对应的片断线条确定的相位值，将该片断线条分割为恒定相位轨迹的间隔，识别彼此对应的片断线条的彼此对应的间隔，识别彼此对应的间隔中的相同相位值的彼此对应的像点，以及对基于像点的物点进行三角测量，其中该像点对应于该物点并且彼此对应。因此，所述控制估算单元应当较佳地被额外配置，以便产生多个相互的相移条纹图案序列和/或额外至少一个条纹图案序列，该条纹图案具有朝向不同方向的条纹。
所推荐的用于三维轮廓的非接触检测方法可以由例如前述类型的装置实现，使得至少一个条纹图案被投影到物体上；并且，通过置于彼此相对的限定的空间中的两个摄像镜头，使得投影设置有所述条纹图案的物体的两个图像被从两个不同方向记录，且条纹图案的相位值被进行确定以用于两个图像的像点，此后，通过基于两个图像中的各自彼此对应的像点的三角测量的方式，确定对应于这些像点的物点的深度信息。为了分别确定两个图像中的彼此对应的像点，从而选择两个图像中的彼此对应的片断线条，并沿这些片断线条来关于恒定性估算被确定的相位值，从而使该片断线条被分隔为恒定相位轨迹的间隔。这可以通过已知的恒定性算法来实现，该算法例如为对记录有彼此相邻像素的相位值进行核实，如有需要，还可以以相位值2π取模，通过不超过限定的较小值来观察他们是否不同。最后，识别彼此对应的片断线条中的彼此对应的间隔，这能过例如比较包含在不同间隔中的周期数来实现，在彼此对应的间隔内，相同相位值的点被相互指定。由于在间隔中的相位值是恒定的，因此，这再次成为可能而没有任何困难。在其估算之前，关于恒定性，在将0 to 2π的周期进行参数化时，只有一个信息内容模值2π，因此，该相位值也可以被称为粗相位值；而在将片断线条分割为恒定相位轨迹的间隔之后，即例如恒定之后，该相位值可以被称为细相位。上述多对彼此对应的片断线条可以被分别定义为来自于一个平面的所有点的图像，该平面延伸穿过两个摄像镜头的投影中心。这些投影中心也可以在三角测量过程中用于定义视差。上述的投影中心和片断线条均明确地由所用装置选择的几何形状产生。
该方法可以大致进行如下简化，多个交互相移条纹图案序列被连续投影于物体上，并被进行记录来确定相位值。较佳地，至少三个，或更好为四个交互相移条纹图案被投影到物体上，用于确定一组相位值。一方面，为了允许尽可能好的分辨率；另一方面，也为了使对各对线条细相位的识别，没有不必要的困难，可以设置为使所用的条纹图案具有10至80对之间的线条，即强度周期。较佳地是，使用具有朝向垂直于两个摄像镜头的投影中心组合的条纹图案。对彼此对应的像点的识别可以被进一步简化为，额外地，将具有不同朝向条纹的另外的条纹图案以瞬时偏移方式投影物体上，该另外的条纹图案的相位值也被进行估算。然后，该另外的条纹图案具有相对于第一所述条纹图案或相应条纹图案序列的条纹的旋转条纹。可能地，以这种方式及交互相移再次分别旋转的整个另外的条纹图案序列也能够被投影于物体上，并进行记录。关于尽可能简单地识别彼此对应的像点，一方面，总共为尽可能短的记录时间，另一方面，较佳地，总共记录5个和11个之间的具有条纹图案的图像.
最后，除了具有条纹图案的记录，或者甚至同时具有条纹图案记录(通过嵌入于条纹图案或图形中)，可以通过两个摄像镜头提供一个或多个物体的记录，在该情况下，至少一个标记被投影到所述物体上，该标记相对于之前、同时或随后记录的条纹图案以限定的方式被定位，以这种方式被标记的物点能够进行三角测量。这种可定位标记的额外记录能够用于明确识别两个对应的像点，以辅助该方法。因此，该标记能够被作为单独图像被记录，或与系统图像相混合并同时被记录。
可选地或另外地，一个或多个标记的这种投影和三角测量可以用于校准所述方法所用的装置。这种校准能够用于确定该装置的内部参数及两个摄像镜头的相对朝向，其中两个摄像镜头在测量物体本身可预先采用另一物体(测试体)时发挥作用。然而，该校准尤其当使用一测试体且还具有一个或多个条纹图像记录时能够发挥作用，因为，校准测量可以持续更久，并且也可以使用格雷码投影或比较方法。
在所述方法中选择的及相对于相位轨迹估算的片断线条应当被较佳地密集置于由两个摄像镜头产生的图像中。这意味着，这些片断线条的窄环绕条纹应当覆盖两个图像，以便能够实现覆盖表面的3D检测。
在所述方法的较佳实施例中，可以通过对被检测到的相位值进行插值，从而可以相对于图像产生器和/或摄像芯片或摄像芯片实现像点到相位值的子像素精度的分配。
为了采用由手引导的测量头实现测量而没有由于抖动产生的测量错误，可以以100ms到500ms之间的时间段内和/或具有15Hz到60Hz之间的图像重复率，记录所有用于一个轮廓检测的条纹图案以及额外或同时可能被投影的标记。
参照以下图1至6说明本发明的实施例：
附图说明
图1为本发明的装置的光束路径；
图2为本发明不同实施例中的对比装置的两个摄像镜头的光束路径的相应表示图；
图3为本发明的装置的第三实施例的光束路径的对比表示图；
图4为图3所示装置的光束路径的侧视图；
图5表示具有打开壳体并具有与图1所示实施例相对比的光束路径的本发明的装置；
图6为表示本发明的方法实施例的流程图；
图7表示对应于图2中表示的装置的变化中的两个摄像镜头的光束路径。
具体实施方式
用于三维轮廓的非接触检测装置，尤其用于牙齿轮廓的口腔内或口腔外检测，其光学组件能够在图1中看到。所示装置包括一投影仪，具有图像生成元件1及投影镜头2，其中投影镜头2用于将图像生成元件1上产生的条纹图案成像于物体空间3内。所述装置进一步包括两个属于摄像装置的摄像镜头4，彼此倾斜约12°的角度，以便从两个方向观察该物体空间3。此处所述摄像装置分别为每个摄像镜头4配置摄像芯片5作为一个可单色CCD芯片，所述投影仪及所述摄像装置因此可以容置于普通的可用作手持装置的测量头中。
在所示装置的情形中设置所述投影仪，使其具有与摄像镜头4限定的两个光轴之间的二等分线相重叠的光轴。两个所述摄像镜头4及所述投影镜头2具有约10cm的物体截面宽度。进入物体空间3的投影可以发生在焦点上，并且该物体空间3通过摄像装置的焦点范围的深度被包围，该物体空间3具有约25mm×15mm的侧面尺寸，并在投影仪的光轴方向上具有约13mm的深度。
所述图像生成元件1，此处可以为LCoS芯片，其具有约6mm×4mm到16mm×12mm的侧面尺寸。此处，该图像生成元件1用于对光源发出的光进行反射强度调制，该光源本身没有表示在图1中。可选地，还可以提供一普通的LCD芯片，对光源的透射光进行调制。
在图2中显示了本发明的另一实施例，此处只显示了相应装置的摄像装置。以下图中提供的重复特征具有相同的参考编号。与上述实施例不同，该摄像装置仅具有一个单个的摄像芯片5，其可以为单色CCD芯片。两个摄像镜头4的光束路径均由两个倾斜的镜子6分别折叠到图像侧，使得每个摄像镜头4分别在摄像芯片5的一半处产生图像。在图2表示的实施例中，可以使投影仪的光束路径从摄像镜头4的光轴限定的平面倾斜约5°的角度。除此之外，还提供了使投影光束路径尽可能对称的结构。
图3、4表示了第三实施例。此处，所述摄像装置也仅具有一个单个的摄像芯片5用于两个光束路径，该摄像芯片5的两个半段分别显露给一个摄像镜头4。此外，该摄像芯片5与摄像镜头4的光轴限定的平面相平行设置。如图4所示，该实施例的投影仪也具有由两个倾斜的镜子6′折叠的光束路径。
在图5中表示了本发明的一实施例，与图1所示实施例的不同之处仅在于，在物体侧提供了倾斜的镜子，以便尤其有利于口腔内测量。图5中还表示了装置的测量头的外壳，其具有相对窄的壳端部9，壳端部9带有倾斜的镜子7。在图5中引入的数字参考值以毫米(mm)来指定对外壳8的测量。所示装置具有一光源，置于外壳8的外部，且未在图5中显示，所述光源通过直径约为5mm的光导10连接到测量头上。在本发明的变化中，可以不将光源容置于测量头本身中。
在图1至5中没有示出属于各自装置的控制估算单元，所述控制估算单元采用编程技术安装，使得该装置适用于实施下述参照图6所述的方法。
该方法用于三维轮廓的非接触检测，尤其用于牙齿、牙齿模型或义齿的口腔内或口腔外的扫描表面。在该方法的情形中，一条纹图案序列首先被投影仪投影到要对其三维轮廓进行检测的物体上，分别被投影有条纹图案的该物体的两个图像被摄像镜头4记录。首先，例如仅在其本地空间的相移上彼此不同的四个条纹图案被投影和记录，通过为两个图像中的每个使用所谓的4相算法(当然，在其他的方法实施例中，也可以使用其他适合的相位算法)确定条纹图案或条纹图案序列的相位值，从而产生例如粗相位图像。为了记录来自于序列的每个条纹图案，对各个摄像芯片5的每个像素的强度进行测量是可能的且没有什么困难。因此，有术语粗相位强度相位，其对0 to 2π的强度周期进行参数化时，只有经过模2π处理后才可接受。
在图6中表示为菱形的进一步步骤中，由于两个图像中彼此分别对应的片断线条被选择，现在由摄像镜头4记录的两个图像中的彼此对应的像点被确定。对沿片断线条确定的相位值关于恒定性进行测试，因此，该片断线条被分割为恒定相位轨迹的间隔，此后，识别在彼此对应的片断线条中的彼此对应的间隔，在该彼此对应的间隔内，相同相位值的点被彼此指定。因此，上述间隔中的相位值可以称为细相位，通过被承担的相位恒定性向该细相位发送信息的内容，所述信息的内容足以明确识别在该间隔中的每个点。所述相位恒定性，即沿片断线条的相位值关于恒定性的估算，因此，可以通过已知的恒定性算法本身，来实现将片断线条分割为恒定相位轨迹的间隔。较佳地，选择多对片断线条，使其尽可能密集地覆盖两个图像。从而可以无困难地确定彼此对应的片断线条，这是因为产生的片断线条被明确地用于每个图像的每个图像点。
最后，基于由两个摄像镜头4产生的两个图像中的各自彼此对应的像点，通过三角测量确定这些像点对应的物点的深度信息。在图6中，通过相应标记的方形区域说明技术或计算过程，通过相应标记的椭圆形区域说明输入或输出数据。
所用的条纹图案被标定尺寸以使得约50个等距离周期覆盖图1所示的物体空间3。条纹图案序列由条纹产生，该条纹朝向垂直图1至3所示附图平面的方向。另外，在1至7之间的具有其他朝向的另外的条纹图案要被投影于物体上，并相应进行估算以辅助该方法。额外地或同时地，在被明确定位的标记被投影于物体上的位置至少进行一个记录，其可以辅助所述方法，类似于对彼此对应的像点识别时的支持方式。
在上述方式中，如此多个片断线条应当被进行检测，以使得具有高达四倍于像素空间宽度的这些片断线条的环绕条纹完全覆盖图像。通过进行强度的插值测量，可以因此实现从像点相位值的分配以及相应的轮廓的精确三角测量，该相位值甚至超过像素精度。通过使用快速运行四相算法进行相位计算，可以保持很低的对带有条纹图案的图像序列的记录时间。对于8到10个图像序列的记录，每个图像持序20ms到40ms，例如，在每个测量位置可以产生160ms到400ms之间的记录时间。关于口腔内应用，最好使所用的装置具有带可移动口腔片的模块化测量头或传感器头。
此处描述的本发明的基本特征进一步具体为确定来自于强度图像的粗相位，该强度图像由两个摄像机从两个不同方向进行记录，并辅以片断几何形状进行三维数据和粗相位恒定性的计算，通过相位相关性确定对应的像素，以及基于对应的像素通过三角测量计算深度值。
以下进一步简要描述所提供发明的优选实施例。
被称为人工扫描仪的装置是一种用于口腔内部牙齿的装置。其包括被引入到口腔内部的部分及具有光、电和机械组件的手持部分，该组件将来自于照明源的照明光束经由照明光学器件传输到牙齿上，并将来自于牙齿的观察光束传输到观察光学器件上，直到传感器(CCD)。
该装置包括作为图像生成元件1的投影芯片，将一条纹图案序列投影到待测物体(牙齿)上。该条纹图案序列被从两个观察方向进行观察和记录。从记录的强度图像计算相位值。参见图1，通过经由相位相关性的摄影测量方法及通过两个观察通道之间的三角测量获得3D测量数据。
同时产生两个观察方向和照明方向的原理包括两个用于观察的单独光通道，其轴左右设置，典型地，几乎相对于照明方向对称设置。
位于所述投影的光轴和由摄像头的两个光轴限定的平面之间的可能存在的偏离角度较佳地小于5°。
通过照明和观察，产生侧面约为25mm×15mm的测量区域。物体空间3或测量容量在光轴(焦点范围的深度)的方向上的延伸约为±6.5mm＝13mm。
一偏移冷光源作为照明源。(偏移)光源的光经由直径约为5mm的液体光导被耦合进入口腔内运行传感器头或测量头。
对照明光学装置进行设计使得他们在低失真方式下运行。对于观察，使用CCD摄像技术及几乎无失真的镜头。可以将两个观察方向以这种方式相结合，从而仅使用一个摄像芯片5来观察(参见图2～4)。作为一种选择，还可以使用两个摄像芯片5(参见图1)。
为了获得测量值，摄影测量作为基本的测量原理被作为方法使用。该摄影测量的方法表示具有主动图形投影的摄影测量方法的数学归一化合并。
不同朝向的图形序列被投影到要被测量的物体上，并由观察摄像机记录，细相位值由对应的算法确定。由两个观察方向的相关细相位值、装置的内部朝向的参数以及观察方向之间的相对朝向的参数产生3D测量值。
内部朝向的参数和在观察方向之间的相对朝向的参数被确定在校准测量范围内。这可以由测量本身的数据或由具有更高精度的单独校准测量的先验值确定。为此，使用最高精度实施校准体的一个或多个口腔外测量。为了在校准时产生粗相位图像s(＝相位对2π求模)，例如使用4-或16-相位算法。使用摄影测量方法实现对摄像机及可能地为投影仪的内部朝向进行确定。进一步地，两个观察方向之间的相对朝向可以由校准测量确定。
为了计算3D测量数据，使用由观察方向限定的光束并实现摄像图像中的相位相关性。对图像序列的记录在第一步中实现。
在条纹图案的总共5到11个图像中的两个相交序列由投影单元投影，并从两个观察方向记录。以30Hz的图像重复率的图像记录要求在160和370ms之间。
采用相位算法为每个观察方向计算粗相位图像。在一个或多个图像中，可以使用一个或多个像点用作标记或标志。标志为图像中明确的识别点，其源头已知为在投影芯片上。他们用于产生绝对的相位确定。
在第二步中，实现摄像图像之间的点的分配。
对于3D点计算，粗相位图像必须被转换为细相位图像，以实现两个摄像机的图像之间的明确的点分配。对两个观察方向的像点的分配在粗相位信息和片断几何形状的帮助下实现。
为此，仅观察位于两个观察方向的图像中的对应的片断线条的像点。这些线条通过选择图像中的具体点及内部和相对朝向的数据被明确地确定。
为了产生测量点的足够的选择，使用对应的片断线族相应地密集覆盖图像。片断线条为空间中的平面的图像，该空间延伸穿过两个观察方向的投影中心及物体空间中表征该空间的平面一点。因此，他们在图像中被显示为对应的直线条。
在图像的片断线上的所有点在第二图像中的对应的片断线上具有他们的对应点。查找点对应性的目的因此被减少为一维情况。
通过片断线条上的相位值的相关性查找对应性。为此，要求片断线条的粗相位值需要另外的恒定性。这通过分析周期过渡性，检测非恒定点，观察相邻像点，及追踪图像中的周期过渡性而实现。被检测的标志因此用作用于图像中追踪的起始点及用作控制点。
在第三步骤中实现3D测量数据的计算。
为此，采用三角测量计算子像素-对应像点的被精确确定的坐标、相对朝向和内部朝向的参数，以形成3D点云，该3D点云表示扫描过程的结束结果。
因此所示方法需要粗相位的恒定性。当使用片断几何时，在二维表面内，不再需要实现该粗相位的恒定性，但被减少到一维问题则相反，因为对应的直线条在两个图像中被观察。
当在两个图像中的直线的两个部分上发现对应的起始点时，可以在任意情况下实现明确的粗相位分配，只要在直线部分上的相位值的功能保持恒定即可。不恒定的点定义新的直线部分。因此，对于对应的片断线条上的每对对应的直线部分，必须发现对应的点。(因此，光源也能够再次被作为为相邻片断线条之间的相位值的恒定性分析)。用于点分配的算法(粗相位的恒定性)将对应的片断线条拆散为恒定部分并在各自的对应部分发现对应的起始点。
当使用1-芯片解决方案用于摄像装置(参见图2，4)时，该片断几何形状对应于摄像头的两个空间通道被进行计算。因此，不仅实现了压缩结构而且可以使用更简单的电子估算系统。
最后，用于三维轮廓的非接触检测装置的一部分显示在图7所示发明的实施例中。从而，这种表示唯一对应于图2。上述已经开始应用的对应特征再次设置相同的参考编号。此处，仅仅要处理相对于图2所示的实施例的偏差。
在两个摄像镜头4的光束路径中，从物体空间来看，分别设置一个第一倾斜的镜子6和一个第二倾斜的镜子6′作为倾斜元件，对应于图2中的总共4个倾斜的镜子6。与图2所示实施例不同，此处的摄像镜头4的所有镜头被置于两个倾斜的镜子6和6′的物体侧，该镜子6和6′置于各自光束路径中，并且因此位于摄像镜头4的光束路径外的所有倾斜元件的物体侧上，而从物体空间来看，不再需要在第一倾斜的镜子6和第二倾斜的镜子6′之间旋转衍射元件。这有利于通过置换和/或旋转第一倾斜的镜子6来调整摄像光学器件，为此目的分别在滑道上装设第一倾斜的镜子6，该滑道在图2所示的双箭头方向上可被代替，并能够通过在期望的位置螺下螺钉而被固定。在该滑道上，两个第一倾斜的镜子6之一分别相对于轴旋转，该轴垂直于图2的附图平面，并被设置为在期望的位置固定。
这种设计产生了关键的优点，可以通过调整第一倾斜的镜子6来调整摄像镜头4，而不用改变摄像镜头4的图像生成元件的内部几何形状，即此处分别有5个可检测的镜头。因此，这种调整以一种较佳的方式不会改变摄像镜头4的成像质量。另外，由于两个第二倾斜的镜子6′形成的棱镜块能够可能地置于线性滑道上，并出于调整的目的，被沿摄像芯片5的对称轴或光轴的方向可替代。当然，图3、4所示的实施例也可以对应的方式被改变，使得摄像镜头4的所有镜头被置于倾斜的镜子6的物体侧，且此处，该倾斜的镜子6可以以期望的方式被调整。
投影仪的照明光学元件未显示在附图中，通过该照明光学元件，光被引导到图像生成元件1上，其被设置为例如将LCoS芯片进行远心设置，以便产生尽可能高的辐射输出。
通过采用上述类型的装置，也可以采用可选方法以非接触方式检测三维轮廓，尤其采用带格雷码条纹图案的投影。为此，可以采用编程技术安装控制估算单元，以驱动图像生成元件1及估算由摄像装置产生的各装置的图像数据。
-以便产生在图像生成元件1上包含格雷码的条纹图案；
-以便识别采用格雷码估算的由两个摄像镜头产生的图像中彼此对应的像点；及
-以便基于像点对物点进行三角测量，其中该像点对应于该物点且彼此相关联识别。
在相应的用于三维轮廓的非接触检测方法中，包含例如格雷码的条纹图案被投影到物体上，采用以限定的空间彼此相对的两个摄像镜头从两个不同方向记录投影到物体上的具有条纹图案的两个图像，并为两个图像中的像点确定条纹图案的相位值，此后，采用基于两个图像中的各自彼此对应像点的三角测量为对应于这些像点的物点确定深度信息，通过格雷码估算来确定两个图像中的彼此对应的像点。
因此，例如，至少通过控制估算单元对应的编程，至少投影第一组及第二组条纹图案用于测量，其分别带有平行条纹，第一组条纹以一不为零角度(较佳地为至少约90°)包围第二组条纹，每组均包含至少三个(较佳为四个)具有正弦强度轨迹的交互相移条纹图案，其事实上只允许确定模2π的相位，每组均额外包括进一步的条纹图案，其为格雷编码，用于确定绝对相位。
因此，总共相对较多的条纹图案被投影和记录。为了避免由于相对长测量时间而引起的与其相关的抖动，尤其是当采用手持装置投影和记录条纹图案时，那么，本发明特别较佳的实施例提供了这些来自于第一组条纹图案的带有正弦强度轨迹的条纹图案及这些来自于第二组条纹图案的带有正弦强度轨迹的条纹图案，并迅速将他们顺次投影，而在两个上述这些带有正弦强度轨迹的条纹图案之前和/或之后投影格雷编码的条纹图案，而不是在带有正弦强度轨迹的条纹图案的各自之间。因此，来自于第一组条纹图案的带有正弦强度轨迹的条纹图案及来自于第二组条纹图案的带有正弦强度轨迹的条纹图案能够以任意序列投影，例如，先投影所有这些来自于第一组的条纹图案，然后投影来自于第二组的正弦延伸的条纹图案。通过这种测量可以实现在非常短的且防抖的时间范围投影和记录带有正弦强度轨迹的内条纹图案，典型地，在两个条纹方向的情况下总共有八个条纹图案，也可以有六个这样的条纹图案就够用。事实上，所述格雷编码的条纹图案会落到非常短的时间范围之外但却是无损的，这是由于他们还是仅用于确定已知的模2π相位的绝对相位，因此他们的记录几乎对于抖动是不敏感的。有利地是，通过格雷码投影，在两个摄像镜头的图像平面内的像点的明确的分配可以与也可作为手持装置的对应装置的防抖操作相结合。