Untersuchungen zu 3D-Messverfahren auf der Basis von Speckle-Beleuchtung

In dieser Dissertation werden 3D-Messverfahren vorgestellt und untersucht, die auf die aktive Musterprojektion statistischer, kohärenter Muster, sogenannter "objektiver Speckles", gestützt sind. Durch die Abbildung kohärent beleuchteter Flächen entsteht ein kohärentes Rauschen, das "subjektive Speckles" genannt wird und die 3D-Rekonstruktion erschwert. Hier werden experimentelle und numerische Verfahren präsentiert, die in der Lage sind, den Kontrast subjektiver Speckles, ohne Änderungen in der Beleuchtung zu reduzieren, und neue Anwendungen der Speckle-Projektion vorgestellt. Experimentell werden dazu Spiegel eingesetzt, die auf Piezoaktuatoren befestigt sind und so eine, im Vergleich zur Messgeschwindigkeit schnelle, periodische Bewegung ausführen können. Die zur Messung verwendeten Kameras beobachten das Messvolumen über diese Spiegel. Deren periodische Bewegung mittelt subjektive Speckle-Verteilungen und führt so zur Steigerung der Präzision und der Vollständigkeit der 3D-Rekonstruktionen. Auch numerische Mittelungsverfahren wurden gefunden, in Simulationen und im Experiment untersucht und in Bezug auf ihr Verbesserungspotential bewertet. Die Vermessung von im sichtbaren Bereich des Lichtes (VIS) spiegelnd oder transparent wirkenden Oberflächen, wie Edelstahl oder Glas, war bisher kaum durch die Stereophotogrammetrie möglich. Die Verwendung einer Speckle-Beleuchtung im ultravioletten Bereich des Lichtes (UV), hier bei einer Wellenlänge von 266 nm, ermöglicht es, derartige Oberflächen in ihrer Form mit höherer Präzision und Vollständigkeit rekonstruieren zu können als im VIS. Die speckle-basierte 3D-Messung mit nur einer Kamera war bisher nicht möglich. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, diese Muster wiederholbar zu generieren, sodass die 3D-Messung möglich ist. Dieses Verfahren wird so weit miniaturisiert, dass ein funktionsfähiger Messkopf mit einem Durchmesser < 3 cm erstellt und so schwer zu erreichende Messvolumina zugänglich gemacht werden.