[发明专利]用于摄录图像的摄像机芯片、摄像机和方法

说明书

本发明涉及如权利要求1前述部分所述用于摄录图像的摄像机芯片，如权利要求10前述部分所述的电子摄像机，如权利要求11前述部分所述用于光学的形状采集的方法，如权利要求13前述部分所述用于摄录多个图像的方法，如权利要求26前述部分所述用于采用多个摄像机摄录多个图像的方法，以及如权利要求33前述部分所述用于摄录多个图像的方法。 

问题的提出 

如今已有多种测量原理，采用这些测量原理可以通过光学方法采集物体的三维形状。这些原理包括三角测量原理(激光剖面法、条带投影、立体成像方法、摄影测量法、遮光成形)、干涉测量方法(激光干涉法、白光干涉法、全息方法)和运行时间方法(光源的高频调制)。所有这些方法的共同点是必须摄录多个摄像机图像，以形成单个的三维图像。在大多数这些方法中这些图像不能同时被摄录，而必须一个接一个地摄录。与此相反，传统的照相二维摄录仅采集一个图像。尤其在工业图像处理中的图像采集也是如此。 

主要困难在于，在采用光学三维传感器时自然需要多个摄像机摄录。这意味着对被测物体的每个点，每个三维传感器必须确定三个未知数： 

-检测物体点的位置，以下称为形状， 

-检测物体的局部反射，它在下面被称为质地(黑/白)，以及 

-在每个点处环境光的局部亮度。 

为了确定三个未知数，通常需要三个等式，对于三维的形状采集三个摄像机图像与检测物体的局部亮度有关，并且这三个摄像机图像用三种不同的照明情况被摄录。在二维方法中这是不需要的，因为这里形状、质地和环境光的所有影响之和一起在一个图中再现。 

如果总的环境光可被遮闭，未知数的数量可减小到两个。于是只需要具有两个不同照明情况的两个图像，以采集检测物体的三维外形。 

已进行在三维方法中用单个摄像机图像获得所有必要信息的尝试。一个这样的方法是空间相移法。其应用局限于干涉法和条带投影。在此方法中不同的照明情况通过一种干涉图样或条纹图样来实现，这些区域具有不同的照明强度。在三个相邻的图像点上可以自动地采集三个不同的照明情况，由此可以求出三个未知数。但这种方法不能应用于遮光成形，特别是不能用于光度学立体成像和光度学探伤仪(见WO2004051186，DE102005013614)，也不能用于运行时间方法，因为这里物体在不同时间从不同方向被照明，从而不可能同时摄录多个照明情况。 

对于许多应用，特别是对于工业图像处理中的应用，重要的是同 时或接近同时地记录所有图像信息。在运动中的检测物体也应当能无运动弥散地被测量和检测。为此摄像机曝光时间被减至最小或选择闪光灯照明。这些摄像机被配置一个用于控制曝光时间的所谓电子快门。摄像机芯片的所有像点(像素)同时在一段预定的时间内光敏感地被接通。典型的曝光时间达到数毫秒至数微秒以下。与曝光相联系，完成摄像机芯片的读出过程。曝光可以远快于读出，读出通常持续数毫秒。图像摄录周期与摄像机芯片的曝光和读出有关。图像摄录周期长度在此由读出时间确定，它比曝光持续的时间更长。长的图像摄录周期使图像重复频率减小，图像重复频率为每秒可被摄录的图像数量。图像重复频率同样地由读出时间确定。专门设计且昂贵的高速摄像机是例外，它们例如可以每秒摄录数千幅图像。光学三维方法具有一个致命的缺点。一系列图像、例如4幅图像的摄录时间达到80毫秒(例如每幅图像摄录需20毫秒)，而不是几个微秒的曝光时间，这是二维方法的千倍还多。 

因此本发明的目的在于提供一种光学的三维传感器，它允许短得多的摄录时间。此传感器被称为“单拍三维传感器”。 

本发明的任务还在于提供一种用于光学形状采集的摄像机和方法，它仅需要很短的曝光时间。 

解决方案 

为了解决上述任务，本发明提供了一种摄像机芯片、一种摄像机和方法，它们普遍适用于光学三维方法，并可在最短时间内摄录更多图像。 

根据本发明一个方面，提供了用于摄录图像的摄像机芯片，其特征在于，摄像机芯片可通过像素组以区域的方式被曝光，这些像素组可借助于快门信号在不同的时间直接相继地被曝光，并且摄像机芯片随后才可被读出。 

根据本发明另一方面，提供了具有至少一个根据本发明的摄像机芯片的电子摄像机。 

根据本发明再一方面，提供了用于借助于根据本发明的摄像机芯片以及借助具有至少一个根据本发明的摄像机芯片的电子摄像机进行光学的形状采集的方法，其中所述摄像机芯片在与图像重复频率相比更短的时间序列内记录特定数量的图像。