CN106461379A - 借助彩色条带图案对检测对象表面的深度确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对检测对象表面进行深度确定的方法，其中，将一种由彩色条带序列(4)构成的彩色条带图案投射在检测对象表面，其中，采集从检测对象表面反射的条带图案(7)，并借助评估设备评估该条带图案(7)，其中，将彩色条带图案和评估设备设计为，能借助所反射的条带图案(7)的彩色条带序列(4)以及借助所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)，实现检测对象表面的深度确定。

Description

借助彩色条带图案对检测对象表面的深度确定
技术领域
本发明涉及一种借助颜色编码的三角测量术对检测对象表面进行深度确定的方法。
背景技术
现有技术区别用于深度确定的主动式和被动式三角测量术。与被动式三角测量术相反，主动式三角测量术有使具有结构化的对象照明，其中对象照明的几何特性是已知的。被动法使用典型地漫射的日光或大灯的光作为对象照明，其中至少两个相机系统从不同视向分别采集检测对象的一个图像。在这里决定性的是，在至少两个采集的图像中对应的图像点是已知的。如果两个图像点表示检测对象表面上的同一个点，则这两个图像点彼此对应。识别对应的图像点称作对应性问题。
在主动式三角测量术中，对应性问题减轻。在主动式三角测量术中，将图案从规定和预知的空间方向投射在检测对象表面上，并从一个与之不同的空间方向进行采集。由于检测对象表面弯曲，采集到的图案扭曲或变形。通过相应的算法可以根据扭曲或变形的图案重建检测对象的三维结构(深度确定)。
为了确定深度，要求在采集到的变形或扭曲的图案中唯一性地识别出所投射的图案中的独特特征。若没有或仅不充分存在所述的唯一性，则会在检测对象的重建的三维结构中形成缺陷。
为了改进，现有技术提出了一些编码的或颜色编码的三角测量术。优选的颜色编码三角测量术的缺点是，通过吸收，在投射与采集的图案之间存在色差，这又会造成缺陷并因此导致对应性问题。在评估采集的图案时采用的相应地适配过的算法试图借助平滑算法对所提及的缺陷进行插值和/或修复。但按现有技术这不是很成功。
尤其在对颜色的吸收很不同的表面中，例如有机组织，典型地只有少量的被采集图案的图像点可用，所以在外科术中使用颜色编码三角测量术加剧了对应性问题。
发明内容
因此本发明的目的在于，改进颜色编码的三角测量术。
此目的通过具有独立权利要求1的特征的方法以及通过具有独立权利要求15的特征的设备达到。在从属权利要求中说明本发明有利的设计和进一步发展。
按本发明建议一种对检测对象表面进行深度确定的方法，其中，将由彩色条带序列构成的彩色条带图案投射在检测对象表面上，其中，采集并借助评估设备评估从检测对象表面反射的条带图案，其中，将彩色条带图案和评估设备设计为，能借助所反射的条带图案的彩色条带序列以及借助所反射的条带图案的条带宽度序列，实现检测对象表面的深度确定。
按本发明，检测对象表面的深度确定是借助所反射的条带图案的彩色条带序列以及借助所反射的条带图案的条带宽度序列实现的。换句话说，彩色条带序列构成颜色编码，以及所反射的条带图案条的带宽度序列构成宽度编码。在这里，评估设备设计用于评估颜色编码和宽度编码。
存在的宽度编码可有利地改善对应性问题。对应性问题所描述的问题是，为了建立作为三角测量术基础的三角关系，必须能将投射的彩色条带图案的一个图像点与采集的反射条带图案的一个图像点识别为同一个图像点。
按本发明，为了解决或改善对应性问题，投射的彩色条带图案包括至少两种编码，亦即一种颜色编码和一种宽度编码。由此改善对应图像点的可识别性。有利地，通过由此达到的对对应性问题的改善，减少了在被采集和评估的反射条带图案中的缺陷数量，从而改进检测对象表面的深度确定。
按本发明用于检测对象表面深度确定的设备，包括：投射设备，它设计用于将彩色条带图案投射在检测对象表面上；采集设备，它设计用于采集从检测对象表面反射的条带图案；以及评估设备，它设计用于借助所反射的条带图案的彩色条带序列以及借助所反射的条带图案的条带宽度序列，进行检测对象表面的深度确定。
按本发明，评估设备设计用于评估颜色编码(亦即所反射的条带图案的彩色条带序列)以及宽度编码(亦即所反射的条带图案的条带宽度序列)。其给出了与已提及的按本发明的方法同种和等效的优点。
按本发明一种有利的设计，使用一种彩色条带图案，它由原色红色、绿色和蓝色和/或它们的混合色和/或黑色构成。
由此有利地为颜色编码三角测量术提供八种颜色，亦即红色、绿色、蓝色、黄色、品红色、青蓝色、黑色和白色。通过有利地使用这八种颜色，进一步化解对应性问题，并由此改进深度确定。在这里黄色通过混合红色和绿色产生，品红色通过混合蓝色和红色产生，青蓝色通过混合蓝色和绿色产生，以及白色通过混合红色、绿色和蓝色产生。没有颜色存在则成为黑色。颜色的混合下面理解为原色红色、绿色和蓝色的相加性混色。
通过有利地使用至少八种颜色，提供一种颜色编码的三角测量术，它有简单的结构并能在检测对象即使运动时也实施深度确定。尤其在微创外科术中使用时，这种以提及的八种颜色为基础的颜色编码三角测量术是有利的。
按本发明一种有利的设计，以下述方式构成彩色条带图案，亦即在去掉至少一种原色时得到所反射的条带图案的条带宽度序列。
在这里，去掉至少一种原色，指的是从彩色条带图案消除该原色。例如原色的消除可能源自由于在检测对象表面反射而形成的颜色缺陷。若彩色条带图案的一个条带由消除的原色组成，则这一条带由于原色被消除而转变为黑色。若条带的颜色是一种混合色，则在消除一种原色的情况下，该条带的颜色转变为一种原色或一种由未消除的原色构成的混合色。例如从品红色通过消除原色蓝色成为红色，或从黄色通过消除原色绿色成为红色，而从青蓝色通过消除原色蓝色和绿色便成为黑色。
通过从投射的彩色图案和/或采集的反射图案的颜色编码中去掉至少一种原色，有利地构成一种宽度编码。若从三种原色中消除两种，则得到一种单色的宽度编码，它例如只包括不同宽度的红色和黑色条带。
按本发明借助规定用于评估宽度编码的评估设备，将从反射条带图案的条带序列通过去掉至少一种原色得到的宽度编码使用于深度确定。
按本发明一种优选的设计，由预知的所反射的条带图案的条带宽度序列以下述方式推导出彩色条带图案的彩色条带序列，亦即在从彩色条带图案去掉至少一种原色时得到该预知的条带宽度序列。
换句话说，首先确定宽度编码。在这里宽度编码可以随机生成。接着根据预知和确定的宽度编码决定颜色编码，其中，通过去掉颜色编码的至少一种原色得到预知的宽度编码。借助校准装置可以使评估设备与宽度和/或颜色编码互相调谐。
按本发明一种特别优选的设计，在所反射的条带图案中去掉至少一种原色是通过吸收该原色实现的。
换句话说，所述至少一种原色，尤其至少两种原色由检测对象吸收。例如血液吸收原色绿色和蓝色。由于吸收原色绿色和蓝色，在所反射的条带图案中它们转变成黑色。因此通过吸收原色蓝色和绿色，所有不含红色地构成的颜色(原色和混合色)均转变为黑色，而所有含有原色红色的颜色均转变为红色。由此得到一种具有不同宽度的红色和黑色的条带序列，它们构成用于深度确定的编码。
按本发明一种有利的设计，由被采集的反射条带图案的第一和第二分区实现深度确定，其中，在第一分区中借助彩色条带序列实现深度确定，而在第二分区中借助反射条带图案的条带宽度序列实现深度确定。
换句话说，在第一分区借助颜色编码以及在第二分区借助宽度编码实现深度确定。这样做有优点，因为例如在构成检测对象第二分区的那个被重度吸收的分区中，可以借助宽度编码实现重度吸收分区(第二分区)的深度确定。在这里，重度吸收的分区可认为是检测对象表面的一个吸收到如此程度的分区，亦即在分区内存在的条带颜色不能或难以实现或确定。
通常借助颜色编码实施深度确定是有利的，因为与借助宽度编码进行深度确定相比，颜色编码的三角测量术能达到更高的分辨率。然而若例如由于吸收颜色编码的原色，使得在第二分区内仅不足够地存在提及的颜色编码，则可以有利地在第二分区内通过宽度编码实现即使存在较低分辨率的深度确定。换句话说，在检测对象的第二分区内所使用的编码从颜色编码转换为宽度编码，其中，宽度编码隐藏在投射的彩色条带图案颜色编码中。
可以通过阀值确定在第二分区中宽度编码的使用。
例如根据噪声阈值确定宽度编码的使用。若识别反射条带图案的各种颜色时噪声并因而误差超过提及的噪声阈值，则在第二分区内借助宽度编码进行深度确定。在检测对象表面其余分区(第一分区)内借助颜色编码实施深度确定，因为在列举的第一分区内噪声低于噪声阈值。在这里，评估设备采集和得知噪声阈值，并在宽度编码与颜色编码之间自动转换。因此可以通过使用隐藏在颜色编码中的宽度编码，避免在第二分区内由于噪声而存在缺陷。由此改善检测对象表面的深度确定。
按本发明一种优选的设计，将白光投射在检测对象表面并采集白光从检测对象反射的图像，其中，通过比较白光的反射图像与反射条带图案确定阈值。
换句话说，借助白光反射的图像能实现色平衡。在这里，对于检测对象表面的每一个分区，通过对于反射条带图案的颜色求出相对于投射的彩色条带图案的阈值或比例，可以决定在观察的分区内是否将颜色编码和/或宽度编码使用于深度确定。
优选地，借助三芯片照相机采集反射的条带图案。
有利地，借助三芯片照相机逐个采集反射条带图案的原色红色、绿色和蓝色。规定并行、尤其同时评估原色。
特别优选的是，反射条带图案的条带宽度序列(宽度编码)由三芯片照相机中单个芯片的信号获得。
由此有利地可同时和并行地评估并采集颜色编码及宽度编码。
若宽度编码借助一种原色例如红色与黑色构成，则宽度编码由设计用于采集红色的芯片的信号获得。在这里缺失红色便成为黑色，其中，缺失红色又能通过阈值确定。
按本发明一种有利的设计，所述彩色条带图案借助幻灯片(Dias)造成。
换句话说，投射设备设计为幻灯机。可以采用其他投射设备，例如包括衍射光学元件(缩写DOE)的投影仪(DOE投影仪)。
按本发明一种优选的设计，彩色条带图案的彩色条带序列随机生成。
彩色条带图案的条带序列的随机生成，使颜色编码简单而节省资源地生成。在这里应确保，随机生成的颜色编码在其生成后被检验多义性。若存在这种多义性，则例如能重新进行随机生成颜色编码。这重复进行，直到颜色编码不存在多义性为止。在这里宽度编码也随机生成，从而也要对宽度编码检验多义性。
按本发明的一种设计，检测对象被一种复合的液体，尤其血液包围。
血液几乎完全吸收投射的彩色条带图案的原色绿色和蓝色。换句话说，波长短于600nm的光几乎完全被血液吸收。由此本发明特别优先用于被血液包围的检测对象，例如有机组织。因此尤其在微创外科术中本发明具有优越性。
附图说明
由下面说明的实施例并借助附图可知本发明的其他优点、特征和详情。附图中：
图1表示包括三种颜色的彩色条带序列和由彩色条带序列形成的条带宽度序列；
图2表示包括八种颜色的彩色条带序列和由彩色条带序列形成的条带宽度序列；
图3表示检测对象的第一和第二分区；以及
图4示意表示对检测对象表面进行深度确定的方法的流程图。
在附图中同样的元件可以采用同一种标记。一般而言，在附图中将颜色表示为阴影线，其中每一种阴影线代表一种颜色。
具体实施方式
图1表示彩色条带8的顺序，它构成一种颜色编码4。在这里，颜色编码4借助三种原色构成，亦即红色11、绿色12和蓝色13。通过例如通过吸收去掉40绿色12和蓝色13，颜色编码4转变为条带宽度序列，它构成一种宽度编码5。宽度编码5在这里包括红色11和黑色32，其中黑色32表明空缺颜色。空缺颜色例如通过去掉40或吸收这种颜色实现。图中没有表示的评估设备设计用于评估颜色编码4和宽度编码5。
在图2中表示由彩色条带序列8(颜色编码4)形成条带宽度序列(宽度编码5)。在这里，颜色编码4的一个条带8的颜色由三种原色1、2、3构成。使用红色11、绿色12和蓝色13作为原色1、2、3。由此得到混合色黄色22、品红色21、青蓝色23和白色31。黑色32表明缺失或不存在颜色。黄色22通过累加红色11和绿色12得到的混合色造成，品红色21通过累加红色11和蓝色13得到的混合色造成，而青蓝色23则通过累加绿色12和蓝色13得到的混合色造成。
通过从颜色编码4去掉40或消除40原色绿色12和蓝色13形成宽度编码5。因此宽度编码5包括两种颜色红色11和黑色32，从而存在单色的宽度编码5。去掉40原色绿色12和蓝色13，通过在例如图中没有表示的血液处的吸收40实现。换句话说，颜色编码4通过吸收原色绿色12和蓝色13转变为宽度编码5，它可以由图中没有表示的评估设备评估。
在光学中，红色11的特征在于占优势的光谱区在600nm以上，绿色12的特征在于占优势的光谱范围从520nm至565nm，以及蓝色13的特征在于占优势的光谱范围从460nm至480nm。混合色黄色22、品红色21、青蓝色23和白色31通过累加原色红色11、绿色12和蓝色13得到的混合色造成。
图3表示检测对象表面的第一和第二分区16、18，其中，所述表面包括检测对象全部表面的至少一部分。在这里，在检测对象表面投射彩色条带图案并采集反射的条带图案7。反射条带图案7的条带8分别有八种颜色之一，亦即红色11、绿色12、蓝色13、品红色21、黄色22、青蓝色23、白色31或黑色32。
检测对象表面的第二分区18被血液42覆盖。由此第二分区18几乎完全吸收40原色绿色12和蓝色13。
由图3可以看出，通过吸收绿色12、蓝色13和青蓝色23转变为黑色32。品红色21、黄色22和白色31转变为红色11。红的条带在反射后主要包含红色11。
通过吸收引起的去掉40在第二分区18中的绿色12、蓝色13和青蓝色23构成一种宽度编码5，它被用于检测对象表面在第二分区18中的深度确定。在重度吸收的第二分区18外部，亦即在这里仅轻度吸收的第一分区16中，借助颜色编码4实施检测对象表面的深度确定。由此，通过在第二分区18中评估宽度编码5，推断出在在颜色编码4中通过第二分区18形成的缺陷，从而能够几乎无缝和单义性地实现检测对象表面的深度确定。
图4示意表示对检测对象的表面进行深度确定的方法的流程图。
在第一步S1，由彩色条带序列构成一种彩色条带图案。在这里，彩色条带图案的彩色条带序列可以随机生成。
在第二步S2，构成的彩色条带图案借助投射设备投射在检测对象表面。尤其采用被血液包围的有机组织作为检测对象。
在第三步S3，采集从检测对象表面反射的条带图案。例如借助照相机，尤其借助三芯片照相机进行采集。
在第四步S4，借助评估设备进行深度确定，在这里深度确定通过评估颜色编码S41和通过评估宽度编码S45完成。
由此能够有利地实现一种颜色编码的三角测量术，它协同组合颜色编码与宽度编码，由此在吸收性的检测对象的情况下，改进了检测对象表面的深度确定。所说明的本发明尤其在微创外科术中，例如在内窥镜检查中使用时具有优势。
尽管通过优选的实施例详细图示并说明了本发明，但本发明不受公开示例的限制，以及本领域技术人员可由此导出其他改型，并不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种对检测对象的表面进行深度确定的方法，其中，将由彩色条带序列(4)构成的彩色条带图案投射在检测对象表面，其中，采集并借助评估设备评估从检测对象表面反射的条带图案(7)，其中，将彩色条带图案和评估设备设计为，能借助所反射的条带图案(7)的彩色条带序列(4)以及借助所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)，实现检测对象表面的深度确定。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，使用由原色红色(11)、绿色(12)和蓝色(13)和/或它们的混合色(21、22、23、31)和/或黑色(32)构成的彩色条带图案。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，以下述方式构成彩色条带图案，亦即在去掉(40)至少一种原色(12、13)时得到所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，由所反射的条带图案(7)的预知的条带宽度序列(5)以下述方式推导出彩色条带图案的彩色条带序列(4)，亦即在从彩色条带图案去掉(40)至少一种原色(12、13)时得到该预知的条带宽度序列(5)。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其中，在所反射的条带图案(7)中去掉(40)至少一种原色(12、13)是通过吸收该原色(12、13)实现的。
6.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其中，由被采集的所反射的条带图案(7)的第一和第二分区(16、18)实现检测对象表面的深度确定，其中，在第一分区(16)中借助彩色条带序列(4)实现深度确定，而在第二分区(18)中借助所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)实现深度确定。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，通过阈值确定第二分区(18)。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，将白光投射在检测对象表面并采集白光的从检测对象反射的图像，其中，通过将白光的反射图像与所反射的条带图案(7)相比较以确定阈值。
9.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其中，借助三芯片照相机采集所反射的条带图案(7)。
10.按照权利要求9所述的方法，其中，所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)是由三芯片照相机中单个芯片的信号获得的。
11.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其中，所述彩色条带图案借助幻灯片产生。
12.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其中，彩色条带图案的彩色条带序列(4)是随机生成的。
13.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其中，检测对象被复合的液体包围。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，使用血液(42)作为复合的液体。
15.一种对检测对象表面进行深度确定的设备，包括：投射设备，它设计用于将彩色条带图案投射在检测对象表面；采集设备，它设计用于采集从检测对象表面反射的条带图案(7)；以及评估设备，它设计用于借助所反射的条带图案(7)的彩色条带序列(4)以及借助所反射的条带图案(7)的条带宽度序列(5)，进行检测对象表面的深度确定。
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