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1. Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hilfsmittel für die sukzessive Anfertigung kongruenter fotografischer Einzelaufnahmen beweglicher dreidimensionaler Objekte, beispielsweise menschlicher Gesichter.
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2. Stand der Technik:
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Im Bereich der Medizin ist es bekannt, fotografische Aufnahmen des menschlichen Körpers als Hilfsmittel zur objektiven Beurteilung des Erfolges oder der Erfolgsaussichten von medizinischen Behandlungen und Eingriffen oder zu deren Planung im Vorfeld zu nutzen. Durch die Anfertigung fotografischer Aufnahmen vor Behandlungsbeginn nach Behandlungsabschluss wird beispielsweise eine Vorher-Nachher-Betrachtung ermöglicht. Dies ermöglicht dem Arzt auch eine objektive Beurteilung des Behandlungsergebnisses oder eines Zwischenstandes gemeinsam mit dem Patienten. Insbesondere im Bereich kosmetisch relevanter Heilbehandlungen und -eingriffe wird dieses Hilfsmittel auch zur gemeinsamen Planung derartiger Maßnahmen gemeinsam mit dem Patienten genutzt. Das kosmetische Ergebnis des Eingriffs oder der Behandlung kann im Vorwege anhand einer fotografischen Aufnahme – auch unter Zuhilfenahme digitaler Bildbearbeitung – gemeinsam mit dem Patienten geplant und definiert werden. Insbesondere im Bereich zahnmedizinischer Behandlungen und -eingriffe setzt dies jedoch die Anfertigung mehrerer unterschiedlicher Aufnahmen voraus, um sämtliche individuellen kosmetischen Parameter, wie beispielsweise den Verlauf der Lippenlinie bei geschlossenem und geöffnetem Mund optimal berücksichtigen zu können. Bei der Planung beispielsweise der exakten unteren Länge von Teil- oder Vollkronen im Frontzahnbereich werden daher extraorale Aufnahmen und intraorale Aufnahmen angefertigt. Die Aufnahmen können miteinander überlagert werden, indem etwa der Verlauf der Lippenlinie einer Portraitaufnahme des Patienten mit geöffnetem, lachendem Mund (extraorale Aufnahme) in eine mittels Wangenabhaltern angefertigte Aufnahme des vollständigen Zahnbildes (intraorale Aufnahme) montiert wird. Voraussetzung für die Überlagerungsfähigkeit der nacheinander angefertigten Einzelaufnahmen ist es, dass diese kongruent zueinander sind. Während sich etliche Parameter einer fotografischen Aufnahme beliebig reproduzierbar definieren lassen, etwa die aufnahmetechnischen Einstellungen der Kamera und des Objektivs, die Position und Ausrichtung der Kamera mittels eines Stativs, die Entfernung zwischen Kamera und Motiv, ist dies bei der exakten Ausrichtung des Kopfes des Patienten sehr schwierig. Zwar lässt sich die Entfernung des Gesichts und dessen vertikale und horizontale Lage in der Bildebene relativ einfach reprozierbar definieren, indem der Patient auf einem Stuhl mit Kopflehne Platz nimmt und ggf. Hilfsmarkierungen vorgesehen sind. In den übrigen Freiheitsgraden lässt sich ein Neigen oder Kippen des Kopfes jedoch nicht verhindern, weshalb eine exakte Ausrichtung des Kopfes zur Gewährleistung einer Kongruenz des aufzunehmenden Gesichtsfeldes mit einer vorherigen Aufnahme nicht oder nur äußerst schwer herstellen lässt.
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Die
DE 40 41 723 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Messpunktes relativ zu einem Bezugspunkt insbesondere zur Steuerung und/oder Kontrolle des Vortriebs einer Bohrung. Der DE 40 41 723 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Bestimmung der Position eines Messpunktes relativ zu einem Bezugspunkt anzugeben, die auch eine kontinuierliche und automatische Positionsüberwachung und -steuerung erlaubt. Hierzu lehrt die DE 40 41 723 A1 eine Vorrichtung, bestehend aus zwei Kameras, die sich gegenseitig im Blickfeld haben, wobei jede der beiden Kameras eine der jeweils anderen Kamera räumlich zugeordnete Zielmarkierung abbildet, welche eine definierte geometrische Struktur besitzt. Durch eine Auswertung der Verzerrung des Bildes der Zielmarkierung wird eine Richtungsbestimmung für den die beiden Kameras verbindenden Vektor erlaubt, wenn die Schwerpunkte ihrer Bilder außerhalb der optischen Achse der aufnehmenden Kamera liegen. Das von der DE 40 41 723 A1 offenbarte Verfahren und die offenbarte Vorrichtung eignen sich zur relativen Positionsbestimmung innerhalb einer ungestörten optischen Achse durch die Berechnung der Verzerrungen der geometrischen Strukturen der wechselseitigen Zielmarkierungen. Sie eignen sich jedoch nicht zur Gewährleistung einer Kongruenz eines fotografisch aufzunehmenden Gesichtsfeldes mit einer vorherigen Aufnahme, da keine zweite Kamera in der optischen Achse der aufnehmenden Kamera montiert werden kann, weil sich dort das Gesichtsfeld als aufzunehmendes Motiv befindet. Ferner würde das Bild der Zielmarkierung durch die dreidimensionale, unregelmäßige Gesichtsoberfläche zusätzlich verzerrt werden, weshalb eine geometrische Berechnung der räumlichen Position durch ihre Verzerrung nicht möglich ist. Schließlich ist die durch die DE 40 41 723 A1 offenbarte Vorrichtung gemäß der gestellten Aufgabe der Steuerung und/oder Kontrolle des Vortriebs einer Bohrung sehr aufwendig und komplex.
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3. Darstellung der Erfindung:
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hilfsmittel für wiederholte fotografische Aufnahmen eines beweglichen Objekts mit einer unregelmäßig geformten Oberfläche zu schaffen, mit welchem eine Kongruenz des aufzunehmenden Motivs mit einer vorherigen Aufnahme gewährleistet werden kann. Die Vorrichtung soll konstruktiv einfach und kostengünstig herstellbar und einfach handhabbar sein und insbesondere bei Gesichtsaufnahmen eine Kongruenz der Abbildung mit einer vorherigen Aufnahme sicherstellen, indem die Vermeidung relativer Lageveränderungen des Gesichtsfeldes durch ein Neigen oder Kippen des Kopfes sichergestellt ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Justierhilfe nach Anspruch 1, vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Den Kern der Erfindung bildet eine Justierhilfe für kongruente fotografische Aufnahmen welche durch eine an einem Kamera- oder Objektivgehäuse oder Kamerastativ fixierbare Haltevorrichtung gebildet ist, die mindestens drei gebündelte Lichtquellen aufweist, wobei die Lichtquellen jeweils in einer festen oder verstellbaren Position zur optischen Achse der Kamera angeordnet und auf das Motiv hin ausgerichtet sind. Gebündelte Lichtquellen im Sinne der Erfindung sind Lichtquellen, welche innerhalb der betreffenden Aufnahmesituation und den entsprechenden Abständen ein mit dem bloßen Auge erkennbares punktförmiges Lichtbild auf das zu fotografierende Objekt, also beispielsweise die Gesichtsfläche, projizieren. Die Lichtquellen sind auf oder an der Haltevorrichtung derart in einer festen oder verstellbaren Position zur optischen Achse der Kamera angeordnet und auf das Motiv hin ausgerichtet, dass die Lichtpunkte sämtlicher Lichtquellen auf dem aufzunehmenden Objekt (beispielsweise eine Gesichtsfläche) abgebildet sind. Die Erfindung hat erkannt, dass sich ein bewegliches Objekt mit einer unregelmäßig geformten Oberfläche, etwa ein menschliches Gesicht, mit wenigstens drei Bezugspunkten, welche von der Kamera als Lichtpunkte auf das Objekt projiziert sind, einfach und reproduzierbar in sämtlichen Freiheitsgraden für fotografische Aufnahmen positionieren und ausrichten lässt. Hierdurch ist die reproduzierbare Justierung der fotografischen Aufnahmen mit einem einfachen Verfahren gewährleistet. Zur Benutzung der Erfindung zum Zwecke einer Gesichtsaufnahme, wird die zu fotografierende Person vorzugsweise auf einem Stuhl mit Kopfstütze positioniert. Die Kamera ist zur vereinfachten Justierung in einem definierten Abstand zum Stuhl auf einem Stativ positioniert. Die Kamera wird derart auf das Gesicht der Person hin ausgerichtet, dass alle von der Haltevorrichtung emittierten Strahlenbündel als Lichtpunkte auf der Gesichtsfläche sichtbar sind und in dieser Position auf dem Stativ arretiert. Nun werden die Positionen der auf der Gesichtsfläche sichtbaren Lichtpunkte zur Erleichterung einer späteren Neujustierung für eine Folgeaufnahme auf dem Gesicht beispielsweise unter zu Hilfenahme eines Stifts oder mehrerer Klebemittel (vorzugsweise punktförmige Aufkleber) markiert. Die Kamera und das Objektiv werden wie gewünscht eingestellt und eine fotografische Aufnahme, beispielsweise, mit geschlossenem Mund, angefertigt. Danach können beliebig viele weitere Aufnahmen mit anderer Mimik angefertigt werden, beispielsweise mit halb geöffnetem, natürlich lächelndem Mund und/oder mit vollständig sichtbarem Frostzahnbereich unter Zuhilfenahme von Wangenabhaltern, mit welchen die Zähne vollständig freigelegt werden. Indem die zu fotografierende Person hierbei stets erneut mit an der Kopfstütze angelegtem Hinterkopf auf dem Stuhl positioniert und Ihr Gesicht jeweils erneut so ausgerichtet wird, dass sich die Lichtpunkte mit den Markierungen auf der Gesichtsfläche decken, ist die Kongruenz der nacheinander gefertigten Aufnahmen gewährleistet und die Bilder oder Teile der Bilder miteinander überlagert werden. Hierdurch wird es beispielsweise ermöglicht, bei der kosmetischen Planung einer Zahnversorgung jegliche Merkmale extraoraler und intraoraler Aufnahmen miteinander zu überlagern, wie etwa Gesichtsachsen oder der Verlauf von Lippenrändern bei einer bestimmten Mimik (beispielsweise beim natürlichen Lächeln oder Lachen).
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Indem die Ausrichtung der Lichtquellen relativ zur optischen Achse der Kamera einstellbar ausgestaltet ist, wird ein flexiblerer Einsatz der Justierhilfe ermöglicht. Der Strahlengang der Lichtquellen lässt sich parallel oder in einem Winkel zur optischen Achse der Kamera einstellen. Hierdurch ist unabhängig von den räumlichen Gegebenheiten der Aufnahmesituation, nämlich der Länge des Abstands zwischen Kamera und Motiv stets gewährleistet, dass die Lichtpunkte aller Lichtquellen auf dem relevanten Objekt, etwa der Gesichtsfläche, abgebildet sind.
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Zur einfacheren Handhabung der Kamera mit der Justierhilfe sind die Lichtquellen parallel zueinander und parallel zur optischen Achse der Kamera ausgerichtet. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen Kamera und Motiv je nach Aufnahmesituation frei zu wählen, da sich die Positionen der Lichtpunkte auf dem Motiv hierbei nicht ändern. Der Abstand zwischen Kamera und Motiv kann in dieser Ausgestaltung sogar zwischen den einzelnen Aufnahmen verändert werden, ohne dass die Eignung zur Überlagerung der Aufnahmen verloren geht. Durch die Justierung des Motivs anhand der Lichtpunkte bleiben Bildebenen der einzelnen Aufnahmen weiterhin zueinander kongruent. Bei der Nachbearbeitung müssen lediglich die Bildausschnitte und ihre Größe aneinander angepasst werden.
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Eine sichere Fixierung der Haltevorrichtung erfolgt, indem diese zur Montage auf dem Blitz- oder Zubehörschuh einer Kamera ausgebildet ist. Etliche verbreitete Kameras weisen als Blitz- oder Zubehörschuh bezeichnete Haltesockel auf, auf welche Blitzlampen oder andere Zubehörgeräte (bspw. Sucher, Entfernungsmesser oder Wasserwaagen) mittels eines speziellen Sockels oder Fußes aufgesteckt oder an diese angesteckt werden können. Indem die Haltevorrichtung mit eben einem solchen korrespondierenden Sockel oder Fuß ausgebildet ist, erfolgt eine sichere Fixierung der Haltevorrichtung an der Kamera.
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Eine einfache flexible Fixierung der Haltevorrichtung erfolgt, indem sie mit einer kreisförmigen Öffnung zur formschlüssigen Aufnahme des Objektivs ausgebildet ist. Hierzu wird die Größe der Öffnung so gewählt, dass sie formschlüssig auf dem Objektiv sitzt.
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In der vorstehenden Ausgestaltung wird eine sichere und stabilere Fixierung der Haltevorrichtung erreicht, indem diese zusätzlich mit mindestens einem Befestigungsmittel zur lösbaren kraftschlüssigen Fixierung am Objektiv oder dem Kameragehäuse ausgebildet ist.
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Eine besonders einfach herzustellende und nutzbare Fixierung der Haltevorrichtung erfolgt bei der Verwendung von Streulichtblenden mit kegelstumpfförmigen Außenform oder einem kegelstumpfförmigen Ansatzabschnitt, indem die Haltevorrichtung mit einer kreisförmigen Öffnung mit Innenkonus zur Fixierung durch formschlüssigen Sitz auf der Streulichtblende ausgebildet ist. Streulichtblenden existieren für nahezu alle handelsüblichen Foto-Objektive als separates Zubehörteil. Sehr häufig sind diese kegelstumpfförmig ausgestaltet oder besitzen zumindest einen kegelstumpfförmigen Ansatzabschnitt, welcher am Objektiv angesetzt wird. In diesem Fall ist die Haltevorrichtung mit einer kreisförmigen Öffnung mit Innenkonus ausgebildet, welcher mit der konischen Außenform der Streulichtblende oder ihres Ansatzabschnittes korrespondiert, so dass sie einfach auf die Streulichtblende aufgesteckt und gemeinsam mit dieser am Objektiv befestigt wird.
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Besonders lichtstarke und auch in heller Umgebung gut sichtbare Lichtpunkte werden erreicht, indem die Lichtquellen Laserdioden sind.
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Eine einfache Handhabbarkeit der Justierhilfe ist gewährleistet, indem eine mobile Stromversorgung für die Lichtquellen vorgesehen ist. Hierzu sind etwa ein oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren vorgesehen.
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Zur Vermeidung der Verwendung gesonderter Batterien oder Akkumulatoren ist zur Stromversorgung der Lichtquellen eine Schnittstelle zu einer extern zugänglichen Stromversorgung der Kamera oder zum Stromnetz vorgesehen.
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In einer zur Gesichtsfotografie besonders gut geeigneten Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung vier Lichtquellen auf, deren feste oder verstellbare Position zur optischen Achse der Kamera und die Ausrichtung der Lichtquellen derart gewählt oder wählbar ist, dass die von den Lichtquellen emittierten Lichtpunkte gleichzeitig auf die Stirn, das Kinn und die Ohren des Gesichts projizierbar sind. Experimentelle Versuche haben ergeben, dass sich durch eine Markierung an diesen vier Stellen des Gesichts mögliche Abweichungen in der Mimik besonders gut feststellen und korrigieren lassen, um eine bei Gesichtsaufnahmen die Kongruenz nacheinander angefertigter Aufnahmen zu gewährleisten.
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Die erfindungsgemäße Justierhilfe wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben:
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1 ist eine perspektivische Darstellung der Justierhilfe 1. Die Justierhilfe besteht aus der Haltevorrichtung 2, welche eine zentrale kreisförmige Öffnung 3 aufweist. Die Innenseite 4 der kreisförmigen Öffnung 3 ist im Verlauf von der Ober- zur Unterseite der Haltevorrichtung 2 konisch ausgestaltet. Die Haltevorrichtung 2 ist mit den Laserdioden 5, 5', 5'' und 5''' und dem Batteriebehälter 6 ausgebildet. Die Laserdioden 5, 5' und 5'' sind jeweils in gleichem Abstand zur kreisförmigen Öffnung 3 positioniert und auf einer zur kreisförmigen Öffnung 3 konzentrischen Kreisbahn angeordnet. Die Laserdiode 5''' bildet mit den Laserdioden 5, 5', 5'' und 5''' eine kreuzförmige Anordnung und ist gegenüber der zur Öffnung 3 konzentrischen Kreisbahn leicht exzentrisch positioniert. Sämtliche Laserdioden sind parallel zueinander ausgerichtet. Der Batteriebehälter 6 enthält eine Batterie und dient zur Stromversorgung der Leuchtdioden 5, 5', 5'' und 5'''. Am Batteriebehälter 6 befindet sich der knopfförmige Taster 6a, mit welchem der Stromkreis zu den Leuchtdioden 5, 5', 5'' und 5''' geschlossen und unterbrochen werden kann. 2 zeigt die auf die Streulichtblende 7 formschlüssig aufgesetzte Justierhilfe 1 in perspektivischer Darstellung. 3 zeigt die am Objektiv 8 montierte Streulichtblende 7 mit aufgesetzter Justierhilfe 1 in perspektivischer Darstellung. 4 zeigt die auf dem Stativ 10 befestigte Kamera 9 als Seitenansicht. Die Streulichtblende 7 besitzt einen kegelstumpfförmigen Ansatz, zu welchem die konisch geformte Innenseite 4 der kreisförmigen Öffnung 3 korrespondierend ausgestaltet ist, so dass ein formschlüssiger Sitz gewährleistet ist, wobei die Justierhilfe 1 rechtwinklig zur Längsachse des Objektivs 8 auf diesem sitzt. Das Objektiv 8 ist an der Kamera 9 montiert, welche auf dem Stativ 10 befestigt ist. 5 zeigt eine Aufnahmesituation mit dem Patienten 11 als schematische Seitenansicht. Der Patient 11 sitzt auf dem Stuhl 12, welcher in einem definierten Abstand zur auf dem Stativ 10 befestigten Kamera 9 positioniert ist. Der Kopf 13 des Patienten 11 ist an die Kopfstütze 14 angelehnt. Von den Laserdioden 5, 5', 5'' und 5''' der Justierhilfe 1 werden die Strahlenbündel 5a, 5a', 5a'' und 5a''' auf den Kopf 13 des Patienten 11 emittiert, wobei in der Darstellung gemäß 5 aus perspektivischen Gründen nur die Strahlenbündel 5a, 5a' und 5a''' dargestellt sind. Die Strahlenbündel verlaufen parallel zur optischen Achse des Objektivs 8. 6 zeigt den Kopf 13 des Patienten 11 in Frontansicht bei einer fotografischen Aufnahme. Der Patient 11 lächelt mit ihrem halb geöffneten Mund 15. Der Frontbereich der Zähne 16 ist teilweise sichtbar. Auf dem Gesichtsfeld des Patienten 11 sind die durch die Leuchtdioden 5, 5', 5'' und 5''' projizierten Leuchtpunkte 17, 17', 17'' und 17''' sichtbar. Die Positionen der Leuchtpunkte 17, 17', 17'' und 17''' werden nach der Einrichtung der Aufnahme durch die Justierung des Kopfes 13 des Patienten 11 markiert, indem an diesen Stellen kleine Aufkleber auf das Gesicht aufgeklebt werden. 7 zeigt den Kopf 13 des Patienten 11 in Frontansicht bei einer weiteren, später angefertigten Aufnahme. Der Mund 15 des Patienten 11 wird von diesem mittels der Wangenabhalter 18 und 18' zur Anfertigung einer intraoralen Aufnahmen offen gehalten. Der Frontbereich der Zähne 16 ist vollständig sichtbar. Die Leuchtpunkte 17, 17', 17'' und 17''' befinden sich an denselben Positionen, wie bei der vorherigen Aufnahme, indem sie sich mit den dort angebrachten Aufklebern kongruent überdecken.
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4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Justierhilfe.
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2 ist eine perspektivische Ansicht der auf eine Streulichtblende aufgesetzten Justierhilfe gemäß 1.
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer Kamera mit der montierten Streulichtblende und der auf diese aufgesetzten Justierhilfe gemäß 2.
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4 ist eine Seitenansicht der Kamera gemäß 3.
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5 ist eine schematische Seitenansicht einer Aufnahmesituation mit einem Patienten und der Kamera gemäß 4.
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6 ist eine Frontansicht des Gesichts des Patenten gemäß 3 mit halb geöffnetem, natürlich lächelndem Mund.
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7 ist eine Frontansicht des Gesichts des Patienten gemäß 4 mit vollständig sichtbarem Frostzahnbereich.
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5. Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Die erfindungsgemäße Justierhilfe eignet sich insbesondere zur wiederholten Anfertigung von kongruenten fotografischen Gesichtsaufnahmen zur Planung zahnmedizinischer Behandlungen unter der Berücksichtigung kosmetischer Aspekte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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