DE102008054985A1

DE102008054985A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten mittels einer dentalen 3D-Kamera unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens

Info

Publication number: DE102008054985A1
Application number: DE102008054985A
Authority: DE
Inventors: Joachim Pfeiffer; Konrad Klein
Original assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: US20100158490A1; US8830303B2; DK2198780T3; JP2010188119A; US8334894B2; DE102008054985B4; US20120327192A1; JP5873619B2; KR101727454B1; KR20100071942A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten mittels einer handgehaltenen, dentalen 3-D-Kamera (1) unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens, wobei ein 3-D-Datensatz (10) aus mehreren eine Messsequenz bildenden Bildern (30) eines auf das Objekt (2) projizierten Musters (3) ermittelt wird. Das Muster (3) weist eine Helligkeitsverteilung mit einem periodischen Phasenverlauf (40, 41, 42, 43, 44) auf. Erfindungsgemäß werden zur Ermittlung der Verwacklung der 3-D-Kamera (1) mindestens zwei Bilder (30) des auf das Objekt (2) projizierten Musters (3) aufgenommen, wobie mindestens eines dieser Bilder (30) Teil der Messsequenz ist. Mittels einer Verwacklungsanalyseeinheit (4) zur Ermittlung der Verwacklung der handgehaltenen 3-D-Kamera (1) wird mindestens ein Vergleichssignal (45, 46, 47) durch Quotienten- oder Differenzbildung der mindestens zwei einzelnen Bilder (30) gebildet und eine Verwacklungsmesszahl (50) aus diesem mindestens einen Vergleichssignal (45, 46, 47) berechnet. Alternativ kann die Verwacklung auch mittels eines Kontrastbildes (12) visualisiert werden, welches mittels Verwacklungsanalyseeinheit (4) aus mindestens zwei Vergleichssignalen (45, 46, 47) ermittelt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten mittels einer dentalen 3D-Kamera unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens. Dabei werden mehrere einzelne Bilder eines auf das Objekt projizierten Musters aufgenommen.
Stand der Technik
Bei bisherigen Verfahren musste der Anwender den Auslösezeitpunkt durch Betätigen eines Fußschalters festlegen und musste die Kamera von diesem Zeitpunkt an für die Dauer der Aufnahme ruhig halten. Zum Auslösezeitpunkt wurde die Aufnahme ausgeführt und das anschließende Ergebnis visualisiert. Bei der Beurteilung des visualisierten Ergebnisses ist eine gewisse Erfahrung notwendig, um durch die Verwacklung bedingte Artefakte zu erkennen und die Aufnahmen gegebenenfalls zu verwerfen. Durch die Betätigung des Fußschalters ist mit einer verstärkten Bewegung zum Zeitpunkt der Auslösung zu rechnen. Das Problem der Verwacklung wurde also dadurch gelöst, dass mehrere Aufnahmen gemacht wurden bis bei einer Aufnahme nach der Einschätzung des Benutzers keine durch die Verwacklung bedingten Artefakte in den Aufnahmen zu erkennen sind, die weiterverwendet wurde, wobei die anderen Aufnahmen verworfen wurden.
Durch die Betätigung des Fußschalters ist mit einer verstärkten Bewegung zum Zeitpunkt der Auslösung zu rechnen. Dies ist in der DE 10 2005 020 240 A1 durch eine Verzögerungsschaltung gelöst, welche die Vermessung erst ein einstellbares Zeitintervall nach Betätigen der Auslösevorrichtung durch den Benutzer auslöst. Dadurch erhält der Benutzer die Möglichkeit, nach dem Betätigen der Auslösevorrichtung die Kamera wieder in einen Ruhezustand zu versetzen. Zur Beurteilung der Verwacklung der einzelnen Aufnahmen bedarf es aber auch bei dieser Methode der Erfahrung des Anwenders.
Letztendlich bildet die Gewinnung verwacklungsarmer Aufnahmen für den Zahnarzt eine der wesentlichen Schwierigkeiten beim Erlernen der Aufnahmemethode unter Verwendung des Triangulationsverfahrens mittels handgehaltener Kamera. Das Problem wird bisher durch die Erfahrung des Anwenders gelöst.
Für die Vermeidung der Verwacklung ist die Anzeige eines Videobildes als Sucherbild nicht zielführend, da die verwicklungsbedingten Artefakte darin nicht vorab erkannt werden können, sondern erst nachdem der Benutzer eine Aufnahme auslöst. Diese Problematik wird in EP 0 250 993 B1 beschrieben.
Bei der Erfassung von Zahngeometrien mit einer handgehaltenen 3D-Kamera tritt das Problem der Verwacklung auf. Insbesondere intraoral, aber auch in vielen Situationen der extraoralen Vermessung von Gipsabformungen kann dieses Problem auch durch Auflegen, Abstützen oder ähnliches nicht vollständig vermieden werden. Besonders gravierend wirkt sich die Verwacklung bei der 3D-Erfassung mit strukturiertem Licht und dem Phasenschiebeverfahren aus, da hierbei mehrere Aufnahmen, in der Regel zwischen 4 und 16 Aufnahmen, aus der gleichen Kameraposition vorausgesetzt werden.
Bei einer aus der DE 198 29 278 bekannten dentalen 3D-Kamera wird zur Erhöhung des Eindeutigkeitsbereichs eine mechanische Teilabdeckung einer Blende im Rahmen einer Meßsequenz vorgenommen, so dass die Meßaufnahme auch nicht kontinuierlich wiederholt werden kann. Die durch die Verwacklung bedingte Kamerabewegungen während der einzelnen Aufnahmen führen zu hier wellenförmigen Artefakten bis hin zu vollkommen unbrauchbaren 3D-Aufnahmen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der Eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und den Benutzers bei der Gewinnung nahezu verwacklungsfreier Aufnahmen unterstützt, die insbesondere das geeignete Anzeigen der Verwacklung in Echtzeit und das automatische erkennen von Zeitpunkten, in denen keine oder nur geringe Verwacklung der 3D-Kamera stattfindet bzw. stattgefunden hat, ermöglicht.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten mittels einer dentalen 3D-Kamera unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens die folgenden Verfahrensschritte: Mindestens zwei Bilder eines auf ein Objekt projizierten Musters werden aufgenommen und mittels einer Verwacklunganalyseeinheit wird aus diesen mindestens zwei Bildern mindestens ein Vergleichsignal ermittelt und aus dem mindestens einen Vergleichsignal wird eine Verwacklungsmesszahl berechnet.
Diese Verwacklungsmesszahl stellt ein objektives Maß für die Verwacklung der Kamera dar und kann deshalb zur Beurteilung der Qualität der optischen Vermessung verwendet werden.
Ein 3D-Datensatzes kann aus einer Messsequenz bestehend aus aus mindestens zwei Bildern des auf das Objekt projizierten Musters erstellt werden, wobei vorteilhafterweise mindestens eins der zur Berechnung der Verwacklungszahl verwendeten Bilder Teil der Messsequenz ist.
Durch die Verwendung von Bildern aus der Messsequenz zur Berechnung der Verwacklungszahl wird vermieden, dass Bilder nur für die Ermittelung der Verwacklung aufgenommen und danach verworfen und nicht für die Erstellung des 3D-Datensatzes verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann das Muster eine Helligkeitverteilung mit periodischen Phasenverlauf und einer relative zu einem Beleuchtungsstrahl bekannten Phasenlage aufweisen. Die Helligkeitsverteiung ist vorteilhafterweise sinusförmig ist. Das Muster kann beispielsweise aus parallelen Streifen mit einem sinusförmigen Helligkeitsverlauf bestehen.
Der Helligkeitsverlauf kann vorteilhafterweise einem sinusförmigen Verlauf zumindest nahe kommen, um geläufige Auswertealgorithmen verwenden zu können.
Die Muster der mindestens zwei zur Berechnung der Verwacklungszahl verwendeten Bilder können vorteilhafterweise ein relative Phasenlage haben, die gleich oder um ein Vielfaches der halben Periode des Musters verschoben ist.
Dies ermöglicht eine einfache Berechnung der Verwacklungszahl.
Vorteilhafterweise bestehen die einzelnen Bilder aus mehreren Bildpunkten mit Intensitäts- oder Grauwerten, wobei zu jedem Bilpunkt ein Koordinatenpaar gehört. Die Verwacklungsanalyseeinheit kann aus diesen Bilder durch Quotienten- oder Differenzbildung Vergleichssignale bilden, wobei jeweils zwei Bilder mit geeigneter relativer Phasenlage verwendet werden und die Quotienten- oder Differenzbildung für die Intensitätswerte der Bilder Bildpunkt für Bildpunkt durchgeführt wird, so dass das Vergleichssignal wieder aus mehreren Bildpunkten besteht.
Das Vergleichssignal kann durch Differenzbildung gebildet werden. Dafür können die Intensitätswerte eines ersten Bildes von den Intensitätswerten eines zweiten Bildes Bildpunkt für Bildpunkt voneinander abgezogen werden, so dass das Vergleichssignal eine zweidimensionale Verteilung ist.
Vorteilhafterweise können Vergleichssignale durch Differenzbildung zwischen zwei Bildern ermittelt werden, die sich in ihrer Phasenlage um eine halbe Periode des Musters unterscheiden.
Da diese zueinander gespiegelt sind, führt eine Differenzbildung bei sinusförmigen Signalen zu einer Halbierung der Periode bei gleich bleibender Amplitude, wenn keine Verwacklung vorliegt. Bei einer zeitlich abhängigen Verwacklung der 3D-Kamera verändert sich das Vergleichssignal.
Anstelle einer Differenz kann auch ein Quotient gebildet werden, wobei hierfür vorteilhafterweise Bilder mit gleicher Phasenlage des Musters verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann die Quotientenbildung Bildpunkt für Bildpunkt nach der Formel (1 – q1/q2) erfolgen.
In einem weiteren Schritt kann aus mindestens zwei Vergleichssignalen, eine Verwacklungsmesszahl berechnet werden, wozu mindestens drei Bilder bereitgestellt werden.
Diese Verwacklungsmesszahl stellt einen verlässlichen Indikator für die Verwacklung der 3D-Kamera innerhalb eines Zeitraumes dar, der zwischen den Aufnahmen der mindestens zwei zur Berechnung der Verwacklungsmesszahl verwendeten Bilder liegt.
Vorteilhafterweise kann zur Berechnung der Verwacklungszahl nur eine repräsentative Auswahl von Bildpunkten der Vergleichssignale verwendet werden.
Dadurch wird die Qualität des Signals, also der Verwacklungsmesszahl, beispielsweise in der Mitte des Bildes verbessert.
Vorteilhafterweise kann die Berechnung der Verwacklungsmesszahl durch Bildung der Varianz zwischen den sich entsprechenden Bildpunkten zweier Bilder gleicher Phasenlage erfolgen, wobei die zur Berechnung der Varianz berechneten Abweichungsquadrate Quadrate der Abstände der entsprechenden Bildpunkten in den zu vergleichenden Bildern sind.
Daher nimmt die Summe der Abweichungsquadraten und damit auch die Varianz mit einer stärkeren Verwacklung zu, so dass die Varianz als ein geeigneter Indikator für die Verwacklung der 3D-Kamera betrachtet werden kann.
Vorteilhafterweise kann, der Benutzer eine Auslöseanforderung durch Betätigen einer Auslösevorrichtung vornehmen, so dass innerhalb eines sich anschließenden, vorgegebenen Zeitfensters kontinuierlich Bilder sowohl für Messsequenzen als auch zur Berechnung der Verwacklungsmesszahl aufgenommen und in einem Bildspeicher zwischengespeichert werden sowie die Verwacklungszahl kontinuierlich berechnet wird. Im folgenden kann ein Auslösezeitpunkt mit der geringsten Verwacklungsmesszahl ausgewählt und die Berechnung eines Höhenbildes aus den einzelnen Bildern der vorangegangenen Messsequenz ausgelöst werden.
Dadurch kann der Benutzer den Zeitpunkt der Aufnahme in etwa festlegen, wobei er versuchen wird nach dem Auslösen der Auslöseanforderung die 3D-Kamera ruhig zu halten.
Vorteilhafterweise kann das vorgegebene Zeitfenster bis zu zwei Sekunden betragen. Dadurch wird dem Benutzer ausreichend Zeit gegeben die 3D-Kamera nach dem Betätigen der Auslsevorrichtung in eine Ruhelage zu bringen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Auslösemechanismus besteht darin, dass der Benutzer eine Auslöseanforderung durch Betätigen einer Auslösevorrichtung vornehmen kann, so dass innerhalb eines sich anschließenden, vorgegebenen Zeitfensters kontinuierlich Bilder sowohl für eine Messsequenz als auch zur Berechnung der Verwacklungsmesszahl aufgenommen werden sowie die Verwacklungszahl kontinuierlich berechnet und mit dem Schwellwert verglichen wird und die Berechnung mindestens eines 3D-Datensatzes aus den Bildern der letzen Messsequenz ausgelöst wird, sobald der Schwellenwert unterschritten wird und somit sich die 3D-Kamera in einer relativen Ruhelage befindet.
Dadurch kann der Messzeitpunkt, also der Zeitpunkt der Aufnahme des Messdatensatzes, der zur Berechnung des 3D-Datensatzes verwendet wird, durch den Benutzer festgelegt werden, indem er die 3D-Kamera ruhig hält und die Verwacklungsmesszahl einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Dieses ruhige Halten geschieht typischerweise nur in seltenen Fällen unabsichtlich. Auf diese Weise kann insbesondere bei mehreren aufeinanderfolgenden Einzelaufnahmen für einen 3D-Datensatz eine erhebliche Vereinfachung des Aufnahmevorgangs erreicht werden, da keine weitere Ergebniskontrolle für die Einzelaufnahmen erforderlich ist.
Vorteilhafterweise kann auch hier das vorgegebene Zeitfenster bis zu zwei Sekunden betragen, um dem Benutzer ausreichend Zeit zu gegeben die 3D-Kamera nach dem Betätigen der Auslsevorrichtung in eine Ruhelage zu bringen.
Vorteilhafterweise kann ein einstellbarer Schwellenwert für die Verwacklungszahl vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise kann der Schwellenwert ausgehend von einem Ausgangswert in einer festgelegten zeitlichen Abhängigkeit solange angehoben werden, bis die gemessene Verwacklungsmesszahl den Schwellenwert unterschreitet und somit die Auslösung der Berechnung eines 3D-Datensatzes erfolgt.
Damit kann sichergestellt werden, dass die gemessene Verwacklungsmesszahl zu mindestens einem Zeitpunkt innerhalb des Zeitfensters unterschritten wird und dass mindestens eine Berechnung eines 3D-Datensatzes ausgelöst wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Auslösemechanismus besteht darin, dass nach dem Betätigen der Auslösevorrichtung durch den Benutzer während des gesamten Zeitfensters der Vermessung bei jedem Unterschreiten des Schwellenwerts ohne weitere Auslöseanforderungen durch den Benutzer ein 3D-Datensatz aus den Bildern der vorangegangenen Messsequenz berechnet und gespeichert wird. Die mehreren 3D-Datensätzen können dann zu einer gesamten 3D-Aufnahme zusammengesetzt werden.
Dadurch muss der Benutzer den Aufnahmevorgang nur einmal auslösen und es erfolgt jeweils eine Vielzahl von 3D-Vermessungen, wenn der Benutzer die 3D-Kamera still hält und damit die Verwacklungsmesszahl den Schwellenwert unterschreitet.
Vorteilhafterweise können mindestens fünf Bilder mit unterschiedlicher Phasenlage des Musters aufgenommen werden, wobei die Phasenlage um jeweils ein Viertel der Periode des Musters verschoben wird, also ein erstes Phasenbild mit einer Phasenlage von 0° aufgenommen wird, anschließend ein zweites mit einer Phasenlage von 90°, ein drittes mit einer Phaselage von 180°, ein viertes Bild mit einer Phasenlage von 270° und schließlich ein fünftes mit einer Phasenlage von 360°. Die Phasenlage des letzten Bildes entspricht also der des zuerst aufgenommenen Bildes.
Vorteilhafterweise bilden die ersten vier aufgenommenen Bilder eine Messsequenz, aus der entsprechend dem Phaseschiebeverfahren ein 3D-Datensatz erstellt werden kann.
Vorteilhafterweise kann mittels der Verwacklungsanalyseeinheit aus diesen fünf mit der 3D-Kamera aufgenommen Bildern eine Verwacklungsmesszahl berechnet werden, wobei durch Differenzbildung ein erstes Vergleichssignal zwischen den Bildern der zweiten Phasenlage und der vierten Phasenlage gebildet wird und ein zweites Vergleichssignal zwischen den Bildern der ersten Phasenlage und der dritten Phasenlage gebildet wird und ein drittes Vergleichssignal zwischen den Bildern der dritten Phasenlage und der fünften Phasenlage gebildet wird, wobei anschließend durch Mittelung einer ersten Signaldifferenz zwischen dem ersten Vergleichssignal und dem zweiten Vergleichssignal und einer zweiten Signaldifferenz zwischen dem ersten Vergleichssignal und dem dritten Vergleichssignal über eine bestimmte Auswahl von mehreren Bildpunkten die Verwacklungsmesszahl berechnet wird, wobei die Verwacklungsmesszahl zur Beurteilung der Verwacklung der 3D-Kamera während der optischen Vermessung herangezogen wird.
Bei einer Ruhelage der 3D-Kamera weist das erste Vergleichssignal zwischen der zweiten und der vierten Phasenlage, das zweite Vergleichssignal zwischen der ersten und der dritten Phasenlage, sowie das dritte Vergleichssignal zwischen der dritten unter fünften Phasenlage, einen sinusförmigen Verlauf mit gleicher Amplitude und halber Periode im Vergleich zum Bildsignal des Musters auf. Erst bei einer zeitlich abhängigen Positionsänderung der 3D-Kamera relativ zum Messobjekt weichen die Vergleichssignale stärker voneinander ab. Damit nimmt die erste Signaldifferenz zwischen dem ersten Vergleichssignal und dem zweiten Vergleichssignal sowie die zweite Signaldifferenz zwischen dem ersten Vergleichssignal und dem dritten Vergleichssignal zu, so dass die gemittelte Verwacklungsmesszahl sich erhöht. Damit ist die Verwacklungsmesszahl ein verlässlicher Indikator für die Verwacklung der 3D-Kamera innerhalb einer Messsequenz.
Vorteilhafterweise kann mittels der Verwacklungsanalyseeinheit aus zwei mit der 3D-Kamera aufgenommen Bildern mit gleicher Phasenlage eine Verwacklungsmesszahl berechnet werden, wobei durch Quotientenbildung nach der Formel (1 – g1/q2) zwischen den zwei Bildern, ein Vergleichssignal gebildet und über eine repräsentative Auswahl von mehreren Bildpunkten dieses Vergleichssignals die Verwacklungsmesszahl berechnet werden kann, wobei die Verwacklungsmesszahl zur Beurteilung der Verwacklung der 3D-Kamera während der optischen Vermessung herangezogen wird.
Bei einer Ruhelage der 3D-Kamera gleichen sich die zwei Bilder gleicher Phasenlage. Erst bei einer zeitlich abhängigen Positionsänderung der 3D-Kamera relativ zum Messobjekt weichen die zwei Bilder voneinander ab. Damit wird auch der Quotient aus den zwei Bildern nach der oben genannten Formel von Null abweichen und die Verwacklungszahl wird größer. Damit ist auch die so ermittelte Verwacklungsmesszahl ein verlässlicher Indikator für die Verwacklung der 3D-Kamera innerhalb einer Messsequenz.
Zur Visualisierung der Verwacklung kann ein Kontrastbild aus mindestens zwei Vergleichssignalen, die aus mindestens drei Bildern des auf das Objekt projizierten Musters ermittelt werden, berechnet und ausgegeben werden. Die für eine handgehaltene Kamera typischen oszillierenden Kamerabewegungen erscheinen dabei als ein zeitlich moduliertes Flimmern.
Dadurch wird es dem Benutzer ermöglicht, die Stärke der Verwacklung in Echtzeit zu betrachten und den Auslösezeitpunkt entsprechend festzulegen. Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise ein Monitor sein.
Vorteilhafterweise kann die Formel zur Berechnung des Kontrastbildes K = √(Im² + Re²) lauten, wobei Im das erste Vergleichssignal und Re das zweite Vergleichssignal ist.
Vorteilhafterweise können die berechneten Vergleichssignale in einem Datenspeicher zwischengespeichert werden und zur Berechnung eines weiteren Kontrastbildes genutzt werden, in dem die Vergleichssignale unterschiedlicher Messsequenzen verglichen werden.
Um eine zeitabhängige Visualisierung der Verwacklung zu erhalten kann aus jeweils zwei Vergleichssignalen, die aus jeweils zwei Bildern ermittelt werden, kontinuierlich ein Kontrastbild berechnet und ausgegeben werden, wobei vorteilhafterweise immer das letzte schon verwendete Vergleichssignal und ein zeitlich nachfolgend ermitteltes Vergleichssignal verwendet werden. Die kontinuierlich ausgegebenen Kontrastbilder erscheinen als ein zeitlich moduliertes Flimmern.
Der Benutzer kann also an der Stärke des Flimmerns die Verwacklung der 3D-Kamera in Echtzeit ablesen.
Vorteilhafterweise kann das über die Zeit kontinuielich berechnete und dargestellte Kontrastbild vom Benutzer zum Aussuchen des Auslösezeitpunkts zur Berechnung des 3D-Datensatzes aus den einzelnen Bildern einer Messsequenz verwendet werden.
Dabei ermöglicht das Kontrastbild eine objektive Beurteilung der Verwacklung der Kamera und setzt damit keine Erfahrung voraus, um anhand des Auftretens von Artefakten in einem aus dem Stand der Technik bekannten Suchbild die Verwacklung zu erkennen.
Vorteilhafterweise können zur Berechnung des Kontrastbildes (12) mindestens vier Bilder verwendet werden, wobei die Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) des Musters (3) für jedes Bild um +90° gegenüber dem vorherigen versetzt ist, so dass die erste Phasenlage (40) des ersten Bildes 0°, die zweite Phasenlage (41) des zweiten Bildes 90°, die dritte Phasenlage (42) des dritten Bildes 180° und die vierte Phasenlage (43) des vierten Bildes 270° beträgt.
Aus den vier Bildern können dann durch Differenzbildung zwei Vergleichssignale ermittelt werden, wobei ein erste Vergleichssignal (45) aus den Bildern einer zweiten Phasenlage (41) und einer vierten Phasenlage (43) gebildet wird und ein zweites Vergleichssignal (46) zwischen den Bildern einer ersten Phasenlage (40) und einer dritten Phasenlage (42) gebildet wird. Anschließend kann zur Visualisierung der Verwacklung ein Kontrastbild (12) aus dem ersten Vergleichssignal (45) und dem zweiten Vergleichssignal (46), das dem ersten Vergleichssignal (45) zeitlich vorausgeht berechnet und auf einer Anzeigevorrichtung (11) ausgegeben werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Vermessung unter Verwendung einer Doppeltriangulation erfolgen, wobei zur Berechnung eines einzelnen 3D-Datensatzes zunächst die erste Messsequenz mit einem ersten Triangulationswinkel und anschließend eine zweite Messsequenz einem zweiten Triangulationswinkel erfolgt.
Mit der zweiten Messsequenz kann beispielsweise der Tiefenmessbereich erweitert werden, indem der Eindeutigkeitsbereich vergrößert wird. Dies ist aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die zweite Messsequenz aber erst ausgelöst, wenn die Verwackelung der ersten Messsequenz hinreichend klein ist.
Bei der Doppeltriangulation wird die Projektion des Musters auf das Objekt mit zwei unterschiedlichen Triangulationswinkeln ausgeführt und registriert. Dadurch wird der eindeutig zuordenbare Tiefenmessbereich deutlich erhöht. Dabei kann der erste Triangulationswinkel zwischen 1° und 13° und der zweite Triangulationswinkel zwischen 1,5° und 15° betragen. Der eindeutige Tiefenmessbereich kann zwischen 20 mm und 25 mm betragen.
Vorteilhafterweise kann nach der Methode der Doppeltriangulation nach Unterschreiten des Schwellenwertes eine zweite Messsequenz mit einem zweiten Triangulationswinkel erfolgen und anschließend aus den Bildern der ersten, dem Zeitpunkt der Schwellenwertunterschreitung vorangehenden Messsequenz und der zweiten Messsequenz ein 3D-Datensatz berechnet werden.
Ein 3D-Datensatz kann erfindungsmäßig auch unter Verwendung des Lichtschnittverfahren erzeugt werden, wobei hierzu mehrere einzelne Bilder mehrerer auf das Objekt (2) projizierter Muster (3) aufgenommen werden, welche eine Messsequenz bilden. Aus in den Bildern einer Messsequenz detektierten Teilmusterpositionen wird eine Geometrieerfassung durchgeführt und der 3D-Datensatz berechnet.
Erfindungsmäßig wird mindestens ein weiteres Bild des Objekts mit einem der Muster aufgenommen, und dieses weitere Bild mit dem Bild der Messsequenz mit entsprechendem Muster zur Bestimmung der Verwacklungszahl (50) verwendet wird.
Als ein weiterer Gegenstand der Erfindung umfasst die Erfindung einer Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten mittels einer dentalen 3D-Kamera unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens, die eine dentale 3D-Kamera und eine Verwacklungsanalyseeinheit aufweist. Mit der Vorrichtung sind mindestens zwei einzelne Bilder von einem auf das Objekt projizierten Muster aufnehmbar. Die Vorrichtung weist eine Verwacklungsanalyseeinheit auf, wobei mittels der Verwacklungsanalyseeinheit zur Ermittlung der Verwacklung der handgehaltenen 3D-Kamera mindestens ein Vergleichssignal durch Quotienten- oder Differenzbildung aus den mindestens zwei einzelnen Bilder ermittelbar ist und aus dem mindestens einen Vergleichssignals eine Verwacklungsmesszahl berechenbar ist.
Diese erfinderische Vorrichtung ist vor allem dazu geeignet, das erfinderische Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen.
Mit der Vorrichtung kann eine Messsequenz bestehend aus mindestens zwei mit der 3D-Kamera aufgenommenen Bildern aufgenommen und einem Speicher gespeichert werden. Weiterhin kann ein 3D-Datensatz aus den Bildern der Messsequenz erstellt werden, wobei mindestens eins der zur Berechnung der Verwacklungszahl verwendeten Bilder Teil der Messsequenz sein kann.
Dies hat den Vorteil, dass möglichst wenig Mehraufwand nötig ist, um die Verwacklung der Kamera festzustellen.
Die Vorrichtung kann ein Muster aufweisen, das vorteilhafterweise eine Helligkeitsverteilung mit einem periodischen Phasenverlauf und bekannter Phasenlage und einer relativ zu einem Beleuchtungsstrahl bekannten Phasenlage haben kann. Insbesondere kann die Helligkeitsverteilung aus parallelen Streifen mit sinusförmigem Intensitätsverlauf bestehen.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung eine Auslösevorrichtung aufweisen, wobei der Benutzer durch das Betätigen der Auslösevorrichtung eine Vermessung und Berechnung eines einzelnen 3D-Datensatzes innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters oder auch die Vermessung und Berechnung mehrerer 3D-Datensätze innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters auslösen kann. Die Dauer des Zeitfensters wird in der Verwacklungsanalyseeinheit in einem Speicher gespeichert.
Die Auslösevorrichtung kann beispielsweise ein Fußpedal sein oder ein beliebiges Bedienelement sein.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung eine Bildverarbeitungseinheit aufweisen, wobei die Verwacklungsanalyseeinheit eine Berechnung des 3D-Datensatzes aus den Bildern der ausgewählten Messequenz in einer Bildverarbeitungseinheit auslöst.
Die Bildverarbeitungseinheit kann eine Rechenanlage, wie ein Computer mit einer speziellen Software zur Signalverarbeitung, oder eine elektronische Schaltung sein.
Vorteilhafterweise kann die Verwacklungsanalyseeinheit einen Speicher aufweisen, in dem ein einstellbarer Schwellwert speicherbar ist.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ein Verstellmittel zur Änderung des Triangulationswinkels aufweisen, um die optische Vermessung nach der Methode der Doppeltriangulation mit einer ersten Messsequenz bei einem ersten Triangulationswinkel und einer zweiten Messsequenz bei einem zweiten Triangulationswinkel zu betreiben.
Dieses Verstellmittel zur Änderung des Triangulationswinkels kann ein mechanisches Fähnchen zur teilweisen Abschal tung des Beleuchtungsstrahls, eine sonstige elektronisch gesteuerte optische Blende oder auch eine weitere Lichtquelle sein, wobei das Verstellmittel dazu führt, dass der Beleuchtungsstrahl aus einer anderen Richtung eingestrahlt wird und sich dadurch der Triangulationswinkel ändert.
Die berechneten Vergleichssignale sind in einem Datenspeicher der Verwacklungsanalyseeinheit speicherbar.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung eine Anzeigevorrichtung, die ein Monitor sein kann, aufweisen, wobei zur Visualisierung der Verwacklung ein Kontrastbild aus mindestens zwei Vergleichssignalen berechnet werden kann, wobei die Vergleichssignale aus mindestens drei Bildern des auf das Objekt projizierten Musters durch Differenz- oder Quotientenbildung ermittelbar sind. Das Konstrastbild kann mittels der Anzeigevorrichtung als gleichzeitig angezeigte Vielzahl von auf Bildpunktintensitäten abgebildete Meßwerte darstellbar, wobei die Verwacklung in Form eines zeitlich modulliertes Flimmerns erscheint. Dabei kann die Verwacklungsanalyseeinheit so ausgebildet sein, dass sie zur Berechnung des Kontrastbildes geeignet ist.
Die Verwacklungsanalyseeinheit kann in der 3D-Kamera montiert sein oder separat davon in einer über ein Kabel oder kabellos mit der 3D-Kamera verbundenen Rechenanlage. Die Verwacklungsanalyseeinheit kann ein Computer mit einer bestimmten Software, die zur Signalverarbeitung geeignet ist, oder auch eine elektronische Schaltung sein, die die eingehenden Signale nach einer vorgegebenen Weise verarbeitet und ein Ausgangssignal weiter gibt. Diese Verwacklungsanalyseeinheit berechnet beispielsweise die Verwacklungsmesszahl in der genannten Weise, indem sie die eingehenden Signale aus den einzelnen Bildern durch Differenzanalyse miteinander vergleicht.
Ein Vorteil des erfinderischen Verfahrens ist, dass die Analyse der Verwacklung nicht erst nach einer Aufnahme, nämlich nach der Erstellung eines 3D-Datensatzes, durch das Aufsuchen typischer durch die Verwacklung bedingter Artefakte erfolgt, sondern bereits vor der Berechnung des 3D-Datensatzes erfolgt. Damit wird ein 3D-Datensatz erst dann berechnet, wenn eine lediglich geringe Verwacklung der 3D-Kamera ermittelt wird.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Beurteilung der Verwacklung nicht subjektiv aus der Sicht eines Benutzers, sondern nach objektiven messbaren Kriterien erfolgt, so dass die Qualität des 3D-Datensatzes gewährleistet wird und Fehler durch menschliche Unaufmerksamkeit oder Unerfahrenheit ausgeschlossen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
1 ein grafisches Schema zur Verdeutlichung des erfinderischen Verfahrens mit einer Auslösevorrichtung und einer automatischen Auslösung,
2 eine Graphik zur Verdeutlichung der Berechnung der Verwacklungsmesszahl.
Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt ein grafisches Schema zur Verdeutlichung des erfinderischen Verfahrens und der erfinderischen Vorrichtung anhand des Beispiels des Phasenschiebeverfahrens. Eine dentale 3D-Kamera 1 wird verwendet, um ein dreidimensionales Objekt 2, nämlich einen Zahn, unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens zu vermessen. Ein nicht dargestelltes, aber aus dem Stand der Technik bekanntes Suchbild ermöglicht die Positionierung der 3D-Kamera 1 über dem Ob jekt 2. Mit der 3D-Kamera 1 können dann fünf einzelne Bilder 30 des auf das Objekt 2 projizierten Musters 3 aufgenommen werden, wobei das Muster 3 aus parallelen Streifen mit sinusförmigem Helligkeitsverlauf bestehen kann und die Bilder 30 jeweils mehrere Bildpunkte P_i mit Koordinaten (x_i, y_i) enthalten können. Für jedes Bild 30 kann das Muster 3 um jeweils ein Viertel einer Periode, also eine Phase von 90°, versetzt werden, wobei die ersten vier der fünf Bilder 30 eine Messsequenz bilden aus der ein 3D-Datensatz 10 des Objekts 2 berechnet werden kann.
Die aufgenommenen Bilder 30 können von der 3D-Kamera 1 an einen Bildspeicher 7 übermittelt und von einer Verwacklungsanalyseeinheit 4 ausgewertet werden, indem aus den Daten der Bilder 30 eine Verwacklungsmesszahl 50 berechnet wird. Hierzu können durch Differenz- oder Quotientenbildung zwischen einzelnen Bildern 30 mit entsprechender Phasenlage 40, 41, 42, 43, 44 Vergleichssignale 45, 46, 47 ermittelt und in einem Datenspeicher 21 gespeichert werden. Durch Mittelung oder Differenzbildung dieser Vergleichssignale 45, 46, 47 und weiterer Mittelung über eine relevanten Auswahl von mehreren Bildpunkten P_i kann die Verwacklungsmesszahl 50 bestimmt werden. Die Funktionsweise der Berechnung wird in 2 näher erläutert.
Durch das Betätigen einer Auslösevorrichtung 5 durch den Benutzer, die in der vorliegen Ausführungsform ein Fußschalter sein kann, wird eine Auslöseanforderung an die Verwacklungsanalyseeinheit 4 übermittelt. Innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters von beispielsweise 2 Sekunden, dessen Dauer in einem Datenspeicher 6 abgelegt ist, werden die aufgenommenen Bilder 30 in einem Bildspeicher 7 abgelegt und die Verwacklungsmesszahl 50 wird berechnet.
Anschließend kann ein Auslösezeitpunkt mit der geringsten Verwacklungsmesszahl 50 innerhalb des Zeitfensters ermittelt werden und die vier Bilder 30 der Messsequenz, die dem Auslösezeitpunkt vorangegangen sind, können aus dem Bildspeicher 7 abgerufen und an eine Bildbearbeitungseinheit 8 weitergeleitet werden. In der Bildbearbeitungseinheit 8 kann aus den vier einzelnen Bildern 30 gemäß dem bekannten Phasenschiebeverfahren ein 3D-Datensatz 10 berechnet werden.
Der 3D-Datensatz 10 enthält die dreidimensionalen Daten des aufgenommenen Objekts 2 und wird mittels einer Anzeigevorrichtung 9 als ein dreidimensionales Modell des aufgenommenen Objekts 2, nämlich eines Zahns, dargestellt.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann innerhalb des auf das Betätigen der Auslösevorrichtung 5 folgenden Zeitfensters die berechnete Verwacklungsmesszahl 50 mit einem im Speicher 20 gespeicherten einstellbaren Schwellwerte verglichen werden, wobei bei einer Unterschreitung des Schwellwertes das Berechnen des 3D-Datensatzes 10 aus den Bildern 30 der vorangegangenen Messsequenz ausgelöst wird.
Mittels der Verwacklungsanalyseeinheit 4 kann außerdem ein Kontrastbild 12 aus dem ersten Vergleichssignal 45 und entweder dem zweiten zeitlich vorgelagerten Vergleichssignal 46 oder dem dritten zeitlich nachgeordneten Vergleichssignal 47 der einzelnen Bilder 30 berechnet werden und mittels einer Anzeigevorrichtung 11 als ein zeitlich modelliertes Flimmern 12' dargestellt werden. Das Kontrastbild 12 gibt die Verwacklung der 3D-Kamera in zeitlicher Abhängigkeit wieder. Der Benutzer kann dadurch den zeitlichen Verlauf der Verwacklung direkt beobachten. Der Benutzer kann dieses Kontrastbild 12 beispielsweise nutzen, um die Verwacklung der Kamera zu Beurteilen und beispielsweise durch ein wei teres Betätigen der Auslösevorrichtung 5 zu einem Zeitpunkt mit einer vom Kontrastbild 12 angezeignten geringen Verwicklung die Berechnung des 3D-Datensitzen 10 aus den Bildern 30 der vorangegangenen Messsequenz auszulösen.
Der Datenspeicher ist vorteilhafterweise groß genug ausgelegt, um die Daten aller Vergleichssignale innerhalb der gesamten optischen Vermessung abzuspeichern.
Auch die Verwacklungsmesszahl kann beispielsweise in Form einer Lampe oder eines akustischen Signals ausgegeben werden. Beispielsweise kann die Verwacklungsmesszahl kontinuierlich mit dem Schwellwert verglichen werden und je nachdem, ob der Schwellwert unter- oder überschritten wird eine Lampe leuchten oder nicht.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Berechnung der Verwicklungskennzahl 50 und des Kontrastbildes 12 am Beispiel des Phasenschiebeverfahrens. Die erste Phasenlage 40 des ersten Bildes 30 beträgt 0°, die zweiten Phasenlage 41 des zweiten Bildes 30 beträgt 90°, die dritte Phasenlage 42 des dritten Bildes 30 beträgt 180°, die vierte Phasenlage 43 des vierten Bildes 30 beträgt 270° und die fünfte Phasenlage des fünften Bildes 30 beträgt 360°. Ein erstes Vergleichssignal 45 wird durch Addition zwischen dem Phasenverlauf 41 des zweiten Bildes 30 und dem Phasenverlauf 43 des vierten Bildes 30 gebildet. Ein zweites Vergleichssignal 46 wird durch Addition zwischen dem Phasenverlauf 40 des ersten Bildes 30 und den Phasenverlauf 42 des dritten Bildes 30 gebildet. Ein drittes Vergleichssignal 47 wird durch Addition zwischen dem Phasenverlauf 42 des dritten Bildes 30 und dem Phasenverlauf 44 des fünften Bildes 30 gebildet. Eine erste Signaldifferenz 48 wird aus dem ersten Vergleichssignal 45 und dem zweiten Vergleichssignal 46 gebildet, eine zweite Sig naldifferenz wird aus dem ersten Vergleichssignal 45 und dem dritten Vergleichssignal 47 gebildet und durch Mittelung über einem relevanten Bereich von Bildpunkten P_i wird die Verwacklungsmesszahl 50 berechnet.

1: dentale 3D-Kamera
2: Objekt
3: Muster
4: Verwacklungsanalyseeinheit
5: Auslösevorrichtung
6: Datenspeicher für die Dauer des Messzeitfensters
7: Bildspeicher
8: Bildbearbeitungseinheit
9: Anzeigevorrichtung zur Anzeige des 3D-Datensatzes
10: 3D-Datensatz
11: Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Kontrastbilds
12: Konstrastbild
20: Speicher für den Schwellwert
21: Datenspeicher für die Vergleichssignale
30: Bilder mit Bildpunkten P_i und Intensitäts- oder Grauwerten q_i
40: erste Phasenlage
41: zweite Phasenlage
42: dritte Phasenlage
43: vierte Phasenlage
44: fünfte Phasenlage
45: erstes Vergleichssignal
46: zweites Vergleichssignal
47: drittes Vergleichssignal
48: erste Signaldifferenz
49: zweite Signaldifferenz
50: Verwacklungsmesszahl
55: Schalter
100: Verstellmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005020240 A1 [0003]
- EP 0250993 B1 [0005]
- DE 19829278 [0007]

Claims

Verfahren zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten (2) mittels einer dentalen 3D-Kamera (1) unter Verwendung des Triangulationsverfahrens, wobei mindestens zwei Bilder (30, B1, B2) des Objekts (2) mit mindestens einem darauf projizierten Muster (3) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei der Bilder (30, B1, B2) mittels einer Verwacklungsanalyseeinheit (4) mindestens ein Vergleichssignal (45, 46, 47) gebildet wird und dass aus dem mindestens einen Vergleichssignal (45, 46, 47) eine Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der mindestens zwei Bilder (30) des Objekts (2) eine Messsequenz bilden, aus der ein 3D-Datensatz (10) erstellt wird, wobei mindestens eines der zwei Bilder (30, B1, B2), die zur Bestimmung der Verwacklungsmesszahl (50) verwendet werden, Teil der Messsequenz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (3) eine Helligkeitsverteilung mit einem periodischen Phasenverlauf und einer relativ zu einem Beleuchtungsstrahl bekannten Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) aufweist, insbesondere eine Helligkeitsverteilung aus parallelen Streifen mit sinusförmigem Intensitätsverlauf.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage des Musters (3) im Bild (30, B1) der Phasenlage des Musters im Bild (30, B2) gleicht oder um ein Vielfaches einer halben Periode des Musters (3) verschoben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder (30) aus mehreren Bild punkten (P_i) mit Koordinaten (x_i, y_i) mit Intensitäts- oder Grauwerten (q_i) bestehen und dass die Vergleichssignale (45, 46, 47) wieder mehrere Bildpunkte (P_i) umfassen, wobei die Vergleichssignale durch Quotienten- oder Differenzbildung von zwei Bildern (30, B1, B2) mit geeigneter, relativer Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) des Musters (3) errechnet werden, wobei der Quotient oder die Differenz für einen Bildpunkt (P_i) aus den Intensitätswerten (q1, q2) der Bilder (30, B1, B2) für diesen Bildpunkt (P_i) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quotientenbildung für einen Bildpunkt (P_i) nach der Formel (1 – q1/q2) erfolgt, wobei die Bilder (30, B1, B2) eine relative Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) von einer Periode des Musters (3) haben und die Differenzbildung für einen Bildpunkt (P_i) nach der Formel (q1 – q2) erfolgt, wobei die Bilder (30, B1, B2) eine relative Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) von einer halben oder einer ganzen Periode des Musters (3) haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Verwacklungsmesszahl (50) zwischen mindestens zwei Vergleichssignalen (40, 41, 42, 43, 44) ermittelt wird, wozu mindestens drei Bilder (30, B1, B2, B3) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Verwacklungsmesszahl (50) nur die Vergleichssignale (45, 46, 47) einer repräsentativen Auswahl von Bildpunkten (P_i) verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Verwacklungsmesszahl (50) durch Bildung der Varianz der entsprechenden Bild punkten (P_i) jeweils zweier Bilder (30, B1, B2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer eine Auslöseanforderung durch Betätigen einer Auslösevorrichtung (5) vornimmt, wobei innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters kontinuierlich Messsequenzen aufgenommen werden und die Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird, wobei ein Zeitpunkt mit der geringsten Verwacklungsmesszahl (50) ausgewählt wird, zu dem die Berechnung eines 3D-Datensatzes (10) aus den Bildern (30) der diesem Zeitpunkt vorangegangenen Messsequenz ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer eine Auslöseanforderung durch Betätigen einer Auslösevorrichtung (5) vornimmt und dass während der folgenden gesamten Vermessung, die nach einer bestimmten festgelegten Vermessungsdauer oder durch das Betätigen eines Schalters (55) beendet wird, kontinuierlich Messsequenzen aufgenommen werden sowie die Verwacklungsmesszahl (50) berechnet und gegen einen Schwellenwert verglichen wird, wobei die Berechnung mindestens eines 3D-Datensatzes (10) aus einer der Messsequenzen ausgelöst wird, sobald der Schwellenwert unterschritten wird und somit sich die 3D-Kamera (1) in einer relativen Ruhelage befindet.
Verfahren nach einem der Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Zeitfenster bis zu 2 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung eines 3D- Datensatzes (10) ausgelöst wird, sobald der Schwellenwert unterschritten wird, wobei der Schwellenwert ausgehend von einem Ausgangswert in einer festgelegten zeitlichen Abhängigkeit solange angehoben wird, bis die gemessene Verwacklungsmesszahl (50) den Schwellenwert unterschreitet und somit die Auslösung der Berechnung eines 3D-Datensatzen (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Betätigen der Auslösevorrichtung (5) während der gesamten Zeitdauer der Vermessung bei jedem Unterschreiten des Schwellenwerts ohne weitere Auslöseanforderungen durch den Benutzer ein 3D-Datensatz (10) aus der dem Zeitpunkt der Unterschreitung vorangegangenen Messsequenz berechnet und gespeichert wird und nach Ablauf der Vermessungsdauer diese 3D-Datensätze (10) zu einer gesamten 3D-Aufnahme (10') zusammengesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens fünf Bilder (30) verwendet werden, wobei die Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) des Musters (3) für jedes Bild um +90° gegenüber dem vorherigen versetzt ist, so dass die erste Phasenlage (40) des ersten Bildes 0°, die zweite Phasenlage (41) des zweiten Bildes 90°, die dritte Phasenlage (42) des dritten Bildes 180°, die vierte Phasenlage (43) des vierten Bildes 270° und die fünfte Phasenlage (44) des fünften Bildes 360° beträgt, also mit der Phasenlage (40) des ersten Bildes übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) aus den einzelnen Bildern (30) eine Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird, wobei durch Differenzbildung ein erstes Vergleichssignal (45) zwischen den Bildern (30) einer zweiten Phasenlage (41) und einer vierten Phasenlage (43) gebildet wird und ein zweites Vergleichssignal (46) zwischen den Bildern (30) einer ersten Phasenlage (40) und einer dritten Phasenlage (42) gebildet wird und ein drittes Vergleichssignal (47) zwischen den Bildern (30) der dritten Phasenlage (42) und einer fünften Phasenlage (44) gebildet wird, wobei anschließend durch Mittelung einer ersten Signaldifferenz (48) zwischen dem ersten Vergleichssignal (45) und dem zweiten Vergleichssignal (46) und einer zweiten Signaldifferenz (49) zwischen dem ersten Vergleichssignal (45) und dem dritten Vergleichssignal (47) über eine repräsentative und relevante Auswahl von mehreren Bildpunkten (P_i) die Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird, wobei die Verwacklungsmesszahl (50) zur Beurteilung der Verwacklung der 3D-Kamera (1) während der optischen Vermessung herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) aus den einzelnen Bildern (30) eine Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird, wobei durch Quotientenbildung ein Vergleichssignal zwischen einem ersten Bild (30) mit Phasenlage 0° (40) und einem weiteren Bild (30) mit gleicher Phasenlage (44) gebildet wird und über eine repräsentative und relevante Auswahl von mehreren Bildpunkten (P_i) dieses Vergleichssignals die Verwacklungsmesszahl (50) berechnet wird, wobei die Verwacklungsmesszahl (50) zur Beurteilung der Verwacklung der 3D-Kamera (1) während der optischen Vermessung herangezogen wird.
Verfahren zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten (2) mittels einer dentalen 3D-Kamera (1) unter Verwendung von mindestens drei Bildern (30, B1, B2, B3) des Objekts (2) mit mindestens einem darauf projizierten Muster (3) mit bekannter Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44), dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens drei der Bilder (30, B1, B2, B3) mittels einer Verwacklungsanalyseeinheit (4) mindestens zwei Vergleichssignale (45, 46, 47) gebildet werden und dass zur Visualisierung der Verwacklung ein Kontrastbild (12) aus den mindestens zwei Vergleichssignalen (45, 46, 47) berechnet und ausgegeben wird, wobei für eine handgehaltene 3D-Kamera (1) typische, oszillierende Kamerabewegungen als ein zeitlich moduliertes Flimmern (12') erscheinen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Formel zur Berechnung des Kontrastbildes (12) aus mindestens zwei Vergleichssignale (45, 46, 47) K = √(Im² + Re²) lautet, wobei (Im) das erste Vergleichssignal und (Re) das zweite Vergleichssignal bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Vergleichssignale (45, 46, 47) in einem Datenspeicher (21) zwischengespeichert werden und dass kontinuierlich aus jeweils zwei Vergleichssignalen (45, 46, 47) ein Kontrastbild (12) berechnet und ausgegeben wird, wobei immer das letzte schon verwendete Vergleichssignal und ein zeitlich nachfolgend ermitteltes Vergleichssignal verwendet werden und wobei die kontinuierlich ausgegebenen Kon trastbilder (12) als ein zeitlich moduliertes Flimmern (12') erscheinen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das während der gesamten Vermessung zeitabhängig dargestellte Kontrastbild (12) vom Benutzer zum Festlegen des Auslösezeitpunkts zur Berechnung des 3D-Datensatzes (10) aus den einzelnen Bildern (30) der zuletzt aufgenommenen Messsequenz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Kontrastbildes (12) mindestens vier Bilder (30) verwendet werden, wobei die Phasenlage (40, 41, 42, 43, 44) des Musters (3) für jedes Bild (30) um +90° gegenüber dem vorherigen versetzt ist, so dass die erste Phasenlage (40) des ersten Bildes 0°, die zweite Phasenlage (41) des zweiten Bildes 90°, die dritte Phasenlage (42) des dritten Bildes 180° und die vierte Phasenlage (43) des vierten Bildes 270° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) aus den einzelnen Bildern (30) eine Kontrastbild (12) berechnet wird, wobei durch Differenzbildung ein erstes Vergleichssignal (45) aus den Bildern (30) einer zweiten Phasenlage (41) und einer vierten Phasenlage (43) gebildet wird und ein zweites Vergleichssignal (46) aus den Bildern (30) einer ersten Phasenlage (40) und einer dritten Phasenlage (42) gebildet wird, wobei anschließend zur Visualisierung der Verwacklung ein Kontrastbild (12) aus dem ersten Vergleichssignal (45) und dem zweiten Vergleichssignal (46), das dem ersten Ver gleichssignal (45) zeitlich vorausgeht berechnet wird und auf einer Anzeigevorrichtung (11) ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vermessung unter Verwendung einer Doppeltriangulation erfolgt, wobei zur Berechnung eines einzelnen 3D-Datensatzes (10) zunächst die erste Messsequenz mit einem ersten Triangulationswinkel (θ1) und anschließend eine zweite Messsequenz mit einem zweiten Triangulationswinkel (θ2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zeitpunkt des Unterschreitens des Schwellenwerts die zweite Messsequenz mit einem zweiten Triangulationswinkel (θ2) erfolgt und dass der 3D-Datensatz (10) aus den Bildern der ersten dem Zeitpunkt der Unterschreiten des Schwellenwertes vorangegangenen Messsequenz und den Bildern der zweiten Messsequenz berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtschnittverfahren verwendet wird, wobei mehrere einzelne Bilder (30) mehrerer auf das Objekt (2) projizierter Muster (3) eine Messsequenz bilden und aus in den Bildern (30) detektierten Teilmusterpositionen eine Geometrieerfassung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Bild (30) des Objekts (2) mit einem der Muster (3) aufgenommen wird, und dieses weitere Bild (30) mit dem Bild (30) der Messsequenz mit entsprechendem Muster (3) zur Bestimmung der Verwacklungszahl (50) verwendet wird.
Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten (2) mittels einer handgehaltenen denta len 3D-Kamera (1), die einen Triangulationswinkel (θ) aufweist, wobei mindestens zwei einzelne Bilder (30, B1, B2) eines auf das Objekten (2) projizierten Musters (3) aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Verwacklungsanalyseeinheit (4) aufweist, wobei mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) zur Ermittlung der Verwacklung der 3D-Kamera (1) mindestens ein Vergleichssignal (45, 46, 47) durch Quotienten- oder Differenzbildung der mindestens zwei einzelnen Bilder (30, B1, B2) berechenbar ist und durch Mittelung des mindestens einen Vergleichssignals (45, 46, 47) eine Verwacklungsmesszahl (50) berechenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messsequenz bestehend aus mindestens zwei mit der 3D-Kamera (1) aufgenommenen Bildern (30) aufnehmbar und in einem Bildspeicher (7) speicherbar ist und dass aus den Bildern (30) der Messsequenz ein 3D-Datensatz (10) erstellt werden kann, wobei die Messsequenz mindestens eines der zwei zur Berechnung der Verwacklungsmesszahl (50) verwendeten Bilder (30, B1, B2) enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (3), das die Vorrichtung aufweist, eine Helligkeitsverteilung mit einem periodischen Phasenverlauf und einer relativ zu einem Beleuchtungsstrahl bekannten Phasenlage hat, insbesondere eine Helligkeitsverteilung aus parallelen Streifen mit sinusförmigem Intensitätsverlauf.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auslösevorrichtung (5) aufweist, wobei der Benutzer durch Betätigen der Auslösevorrichtung (5) eine Vermessung mit mehreren 3D-Datensätze (10) oder die Berechnung ei nes einzelnen 3D-Datensatzes (10) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters, dessen Dauer in einem Speicher (6) der Verwacklungsanalyseeinheit gespeicherten ist, auslösen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Bildverarbeitungseinheit (8) aufweist, wobei die Verwacklungsmesszahl (50) mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) berechnet wird und ein Auslösezeitpunkt mit der geringsten Verwacklungsmesszahl (50) innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters ausgewählt wird, zu dem die Berechnung eines 3D-Datensatzes (10) aus den Bildern (30) der Messsequenz mittels der Bildverarbeitungseinheit (8) auslösbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwacklungsanalyseeinheit (4) einen Speicher (20) aufweist, in dem ein einstellbarer Schwellenwert speicherbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Verstellmittel (100) zur Änderung des Triangulationswinkels (6) aufweist, um die optische Vermessung nach der Methode der Doppeltriangulation mit einer ersten Messsequenz bei einem ersten Triangulationswinkel (θ1) und einer zweiten Messsequenz bei einem zweiten Triangulationswinkel (θ2) zu betreiben.
Vorrichtung nach Anspruch 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Datenspeicher (21) aufweist, wobei die berechneten Vergleichssignale (45, 46, 47) in diesem Datenspeicher (21) speicherbar sind.
Vorrichtung zur optischen Vermessung von dreidimensionalen Objekten (2) mittels einer handgehaltenen denta len 3D-Kamera (1), die einen Triangulationswinkel (θ) aufweist, wobei in einer Messsequenz mindestens drei einzelne Bilder (30, B1, B2, B3) eines auf das Objekten (2) projizierten Musters (3) aufnehmbar sind und aus einer Messsequenz ein 3D-Datensatz (10) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Verwacklungsanalyseeinheit (4) aufweist, wobei mittels der Verwacklungsanalyseeinheit (4) zur Visualisierung der Verwacklung der 3D-Kamera (1) mindestens zwei Vergleichssignale (45, 46, 47) durch Quotienten- oder Differenzbildung der einzelnen Bilder (30, B1, B2, B3) berechenbar sind und ein Kontrastbild (12) aus zwei der mindestens zwei Vergleichssignale (45, 46, 47) berechenbar und mittels der Anzeigevorrichtung (11) als ein zeitlich modelliertes Flimmern (12') darstellbar ist.