CN102648390A - 总数据组的生成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对象的至少一个片段的总数据组的生成，用于通过接合单个数据组确定至少一个特征，所述单个数据组借助相对于该对象运动的光学传感器和图像处理器而确定，其中该对象的连续拍摄的单个数据组包含冗余数据，所述冗余数据被匹配用于接合所述单个数据组。为了使在扫描所述对象时获取的数据在其数量上足够进行最优分析，而无需处理过多的数据，建议根据所述光学传感器和所述对象之间的相对运动的大小改变每个时间单位内确定的单个数据组。

Description

总数据组的生成
技术领域
本发明涉及例如下颚区域的对象的至少一个片段的总数据组的生成，用于通过接合单个数据组确定至少一个特征，例如形状和位置，这些单个数据组借助相对于该对象运动的光学传感器(例如3D摄影机)和图像处理器而确定，其中该对象的连续拍摄的单个数据组包含冗余数据，所述冗余数据被匹配用于接合单个数据组。
背景技术
通过下颚区域的口腔内扫描可以生成3D数据，在3D数据的基础上可以以CAD/CAM方法制造假牙。但是口腔内扫描牙齿时对其测量3D数据的牙齿或下颚片段的可见部分区域大多远小于整个牙齿或整个下颚，从而存在将多幅图像或由此导出的数据结合为牙齿或下颚片段的总数据组的必要。
通常手动引导诸如3D摄影机的光学传感器，以持续获取下颚的相关区域，然后借助图像处理器由各个图像生成3D数据，随后由这些3D数据产生总数据组。因为这种运动手动进行，所以不能保证在快速传感器运动的情况下有足够的数据可用。在运动过慢的情况下会在对象的特定区域中产生过多冗余数据。在此冗余数据是指由连续图像的重叠产生的数据，就是说，冗余数据就是由重叠区域产生的数据。
为排除这种风险，需要高度恒定的图像重复速率，以便在快速运动的情况下也会获得单个数据组的具有足够重叠度的充足数据。其后果就是具有高带宽的高成本电子设备和较大存储器需求。
由US-A-2006/0093206可以得到一种用于由2D云点确定3D数据组的方法。为此扫描对象，例如牙齿，其中帧速率取决于进行拍摄的扫描仪的速度。
US-A-2006/0212260涉及一种用于扫描口腔内空腔的方法。在此，为分析数据组要考虑扫描装置和待测量区域之间的距离。
US-B-6,542,249的主题是用于三维无接触扫描物体的方法和装置。各个图像相互重叠以获得表面的3D数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，改进开始所述类型的方法，使得在扫描对象时获取的数据在其数量上足够进行最优分析，而无需处理过多的数据，数据过多会导致具有高带宽的高成本电子设备和较大存储器需求。
为解决上述技术问题，本发明主要规定根据光学传感器和对象之间的相对运动的大小改变每个时间单位内确定的单个数据组。
根据本发明规定，根据光学传感器和对象之间的相对运动改变数据获取速率。不连续地确定单个数据组。这意味着，扫描进程期间的图像重复速率不是恒定的，而是取决于参数。在此，取决于参数意味着例如考虑对象和光学传感器之间的相对运动和/或传感器和待测量对象之间的距离和/或两个连续图像的重叠度。
特别是规定，根据连续数据组的冗余数据的数量调整每个时间单位内确定的单个数据组的数量。但是也存在这样的可能性，即根据对象和光学传感器之间的相对速度控制待确定的单个数据组的数量。
但是本发明也不排除下列思想，即在以不变高数据速率进行的获取之后在配准过程中舍弃具有高重叠度的冗余图像。但是由此不能完全解决数据获取期间高带宽的问题。
因此根据本发明特别是规定，数据获取速率随后不发生变化，而在实时配准过程中通过当前的重叠度进行控制时就是这种情况，因为由两个或多个连续的数据组才能计算所述重叠度。
因为每个时间单位内单个数据组的数量取决于光学传感器和对象之间的相对运动，所以除传感器的运动以外还要考虑对象的运动。在此对象的运动可以借助惯性平台或合适的加速度传感器确定。通过这些措施可以确定对象和光学传感器之间的相对运动，也可以确定对象自身的运动，并且在需要时调整数据获取速率。
在本发明的改进方案中规定，待确定的单个数据组的数量特别是在通过旋转运动进行相对运动时根据光学传感器和待测量的对象或对象片段之间的距离改变。
该方法特别是借助具有诸如CCD芯片的芯片的3D摄影机执行，该芯片被读出并且然后借助图像处理器分析所述数据。在此根据光学传感器和对象之间的相对运动读出该芯片。特别是，根据传感器和对象之间的相对速度控制芯片的帧速率。但是也存在这种可能性，即根据利用该芯片拍摄的连续图像的重叠区域调整芯片的帧速率。
光学传感器和待测量对象之间的距离应该介于2mm和20mm之间。此外可以这样进行所述间隔，使得测量场为10mm×10mm。
根据本发明的教导，由诸如3D摄影机的光学传感器的当前运动不连续地最优确定数据获取速率，以在存储器和带宽需求最小时达到最好的配准结果，即匹配结果。
借助合适的软件匹配、即配准单个数据组，以便然后生成在牙科技术应用中表示应该配备有假牙的下颚区域的形状和位置的总数据组，在该总数据组的基础上可以例如以CAD/CAM方法制造假牙。
被称为特别重要并有利的是，控制旋转，即相对于诸如获取摄影机的光学传感器的纵向轴的旋转运动，因为实现相对较快的高旋转速度。在成本最优化的系统中应该优于所有其它来获取该轴。
此外在旋转获取中待获取对象和诸如3D摄影机的光学传感器之间的距离的获取是有意义的，因为可实现的重叠度也取决于该距离。
这通过分析关于摄影机和待测量对象的全部或者仅少量单个测量点之间的距离的直方图函数完成。
然后可以将对象距离假定为有效测量点的平均值。然后可以结合当前的旋转速率调整必需的数据获取速率。
下面可以借助表格表明如何根据平移速度或旋转速度以及需要的重叠度改变数据获取速率(Hz)，其中假定测量场是10mm×10mm。
表格1针对平移运动示出根据平移速度和需要的重叠度的数据获取速率(Hz)。
表格1
Figure BPA00001516331000031
Figure BPA00001516331000041
表格2针对旋转运动示出根据旋转速度，与对象之间的距离和需要的重叠度的数据获取速率(Hz)。
表格2
由上述表格可以看出，如果平移速度为1mm/秒，则例如当两个连续图像的重叠度为90％被视为是必要的以便在足够的范围内测量对象时，每秒拍摄一幅图像。在较高速度—例如50mm/秒—且重叠度为99％时，图像重复速率为500/秒。
表格2表明例如当旋转速度为30°/秒且重叠度为95％时，必须每秒拍摄21次。
具体实施方式
由图1可以看出平移运动时两幅图像的重叠。识别出第一测量场10和与该测量场重叠的随后的第二测量场12，其中重叠区域用14表示。这种重叠由于平移运动和光学传感器而发生。这些图像表示的是两个连续，即直接先后拍摄的测量场。
然后根据重叠度和与之相应的借助图像处理系统由诸如灰度值的图像值获取的数据，可以改变图像拍摄以及由此改变数据获取速率。选择的重叠区域越小，数据获取速率调节越少。在此可以相应于本发明的教导根据平移速度控制数据获取速率。
图2从原理上示出了通过光学传感器20绕其纵向轴22的旋转，各自的测量场24，26根据绕纵向轴22的旋转而改变，即图像获取区域和由此数据获取区域改变。为了测量对象同样需要根据重叠区域改变图像重复速率，即芯片的帧速率，其中重叠度取决于旋转速度。如果重叠区域是恒定的，旋转速度越高，则图像重复速率必须越高。
由图3可以再次得出本发明教导的原理。在该图中用1表示加速度接收器或惯性平台，以测量3D传感器或扫描仪2相对于诸如牙齿或下颚区域的对象3的运动。如果对象3同样运动，则该对象也具有相应的加速度接收器或者为该对象分配相应的加速度接收器。
扫描仪2具有连接计算机4的图像拍摄传感器5，如前所述，通过该计算机可以调整或控制传感器5的图像读出速率。计算机4也包括图像处理器，以从由传感器5拍摄的图像或各个像素的内容中生成配准或确定总数据组所需的数据。
测量或数据获取场用6表示。如果扫描仪2平移运动，则相应于运动速度错时拍摄图像，其中在需要的范围内进行重叠，以获取实现各个图像或单个数据组的匹配的冗余数据。原则上可以由该图得到相互错开延伸的数据获取场。因此第一数据场用附图标记6表示，第二数据场用附图标记7表示，当平移运动相应于情况8发生时，该第二数据场在图像6之前被拍摄。
此外由图3还可以得出，运动不但可以在箭头8的方向上发生，也可以在例如由箭头9表示的xyz坐标系的每个方向上发生。

Claims (16)

1.对象的至少一个片段的总数据组的生成，所述对象例如是下颚区域，用于通过接合单个数据组来确定至少一个特征，例如形状和位置，这些单个数据组借助相对于该对象运动的光学传感器和图像处理器而确定，所述光学传感器例如是3D摄影机，其中该对象的连续拍摄的单个数据组包含冗余数据，所述冗余数据被匹配用于接合所述单个数据组，
其特征在于，
根据所述光学传感器和所述对象之间的相对运动的大小改变每个时间单位内确定的单个数据组。
2.根据权利要求1所述的总数据组的生成，
其特征在于，
不连续地确定所述单个数据组。
3.根据权利要求1或2所述的总数据组的生成，
其特征在于，
通过调整和/或控制改变每个时间单位内所述单个数据组的数量。
4.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
根据连续数据组的冗余数据的数量调整每个时间单位内确定的单个数据组的数量。
5.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
根据所述对象和所述光学传感器之间的相对速度控制待确定的单个数据组的数量。
6.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
除了每个时间单位内单个数据组的数量对所述光学传感器和所述对象之间的相对运动的相关性之外还考虑对象的运动。
7.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
借助惯性平台确定所述对象的运动。
8.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
借助至少一个加速度传感器和/或至少一个旋转传感器确定所述对象和所述光学传感器之间的相对运动。
9.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
借助至少一个惯性平台确定所述对象和所述光学传感器之间的相对运动。
10.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
特别是在通过旋转运动进行相对运动时根据光学传感器和待测量对象或对象片段之间的距离改变待确定的单个数据组的数量。
11.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
由所述光学传感器拍摄的两个连续图像的重叠区域的数据是冗余数据。
12.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
所述对象在所述光学传感器，例如3D摄影机的芯片，例如CCD芯片上成像并且根据所述光学传感器和所述对象之间的相对运动读出该芯片。
13.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
根据所述传感器和所述对象之间的相对速度控制所述芯片的帧速率。
14.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
根据利用所述芯片拍摄的连续图像的重叠区域调整所述芯片的帧速率。
15.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
所述光学传感器以与所述对象之间存在2mm≤a≤20mm的距离a地运动。
16.根据前述权利要求至少之一所述的总数据组的生成，
其特征在于，
所述光学传感器相对于所述对象这样定位，即产生基本为10mm×10mm的测量场。
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