DE102018211366A1 - Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung - Google Patents

Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102018211366A1
DE102018211366A1 DE102018211366.1A DE102018211366A DE102018211366A1 DE 102018211366 A1 DE102018211366 A1 DE 102018211366A1 DE 102018211366 A DE102018211366 A DE 102018211366A DE 102018211366 A1 DE102018211366 A1 DE 102018211366A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
recording unit
height image
time interval
optical measuring
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018211366.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Konrad Klein
Peter Fritz
Anders Adamson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sirona Dental Systems GmbH
Original Assignee
Sirona Dental Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sirona Dental Systems GmbH filed Critical Sirona Dental Systems GmbH
Priority to DE102018211366.1A priority Critical patent/DE102018211366A1/de
Priority to PCT/EP2019/065242 priority patent/WO2020011465A1/de
Publication of DE102018211366A1 publication Critical patent/DE102018211366A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0088—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for oral or dental tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1077—Measuring of profiles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004—Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046—Data acquisition means or methods
    • A61C9/0053—Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4542—Evaluating the mouth, e.g. the jaw
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/52—Combining or merging partially overlapping images to an overall image
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/221—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using the relative movement between cameras and objects

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts mit einer optische Aufnahmeeinheit, wobei während eines ersten Messzeitintervalls die optische Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt bewegt wird, das Objekt von der Aufnahmeeinheit mit einem Beleuchtungsstrahl mit einer Lichtintensität beleuchtet wird, von der Aufnahmeeinheit mit einer Aufnahmefrequenz nacheinander Höhenbilder erfasst werden, zumindest ein Teil der erfassten Höhenbilder während des Messzeitintervalls zu einem Gesamthöhenbild hinzugefügt werden und das Gesamthöhenbild angezeigt wird, und die Lichtintensität während des Messzeitintervalls durch Steuersignale geregelt wird, wobei die Steuersignale während des Messzeitintervalls in zeitlichen Abständen erzeugt werden und jedes Steuersignal auf Basis mindestens eines Sensorsignals eines Sensors und/oder mindestens eines Parameters der Aufnahmeeinheit und/oder mindestens eines bereits erfasstes Höhenbilds erzeugt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts mit einer optische Aufnahmeeinheit, wobei während eines ersten Messzeitintervalls die optische Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt bewegt wird, das Objekt von der Aufnahmeeinheit mit einem Beleuchtungsstrahl mit einer Lichtintensität beleuchtet wird und von der Aufnahmeeinheit mit einer Aufnahmefrequenz nacheinander Höhenbilder erfasst werden, wobei erfasste Höhenbilder noch während des Messzeitintervalls zu einem Gesamthöhenbild hinzugefügt werden und das Gesamthöhenbild angezeigt wird.
  • Stand der Technik
  • Aus der EP 2 172 799 A1 ist eine optische Messvorrichtung bekannt, die eine dreidimensionale optische Erfassung eines Objekts mittels eines konfokalen Abbildungssystems ermöglicht. Ebenfalls konfokal und zusätzlich mit einem auf das Objekt projizierten, bewegten Muster arbeitet die aus der WO 2015/036467 bekannte optische Messvorrichtung.
  • Zur Vermessung von Objekten, deren Größe die Größe des Aufnahmebereichs der Messvorrichtung überschreitet, werden mehrere Einzelaufnahmen erzeugt und zu einem Gesamtbild zusammengefügt. Die Einzelaufnahmen werden zeitlich nacheinander erzeugt, während Messvorrichtung und Objekt relativ zueinander bewegt werden. Für das Zusammenfügen der Einzelaufnahmen müssen die relativen Orientierungen der Einzelaufnahmen zueinander bestimmt werden. Dieser Schritt wird als Registrierung bezeichnet. Algorithmen zum Registrieren der Bilddaten sind beispielsweise aus „A Method for Registration of 3-D Shapes“ von Besl et al., IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence, Vol. 14, No. 2, 1992 oder aus „Multiview Registration of Large Data Sets“ von Pulli, Proceedings, Second International Conference on 3D Digital Imaging and Modeling, Ottawa 1999, pp. 160-168 bekannt.
  • Sowohl das Erzeugen von Projektionsmustern oder von Licht zur Beleuchtung des Objekts im Allgemeinen als auch das Registrieren und Übertragen der einzelnen Datensätze benötigt Energie, wobei die durch den Energieverbrauch entstehende Abwärme insbesondere für intraoral zu verwendende Messvorrichtungen, z.B. Intraoral-Kameras, unerwünscht ist.
  • Eine Möglichkeit, die Wärmeentwicklung zu reduzieren bzw. eine unnötige Wärmeentwicklung zu vermeiden, besteht darin, das Erzeugen von unnötigen Bilddatensätzen, also von für das Gesamtbild nicht benötigten Bilddatensätzen, zu vermeiden.
  • Zur Vermeidung unnötiger Aufnahmen ist es beispielsweise bekannt, den Anwender während des Aufnahmezeitintervalls durch Feedback zu leiten. Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 207 667 A1 bekannt, dem Anwender während der Aufnahme bereits erfasste Bereiche des Objekts in einem Standardmodell anzuzeigen. Der Anwender kann entsprechend reagieren und muss die bereits ausreichend vermessenen Bereiche nicht nochmals vermessen.
  • Aus der WO 2017/062044 A1 ist bekannt, einen Unterschied bzw. einen Überlapp zwischen direkt nacheinander erzeugten Bildern zu ermitteln und eine Aufnahmefrequenz mit der weitere Bilder erzeugt werden, in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied bzw. Überlapp zu regeln.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, die bekannten Messvorrichtungen und Messverfahren zu verbessern und insbesondere den Energieverbrauch und Rechenaufwand in zuverlässiger und möglichst von dem Anwender unabhängiger Weise zu reduzieren.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein optisches Messverfahren gemäß Anspruch 1 und ein optisches Messsystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts mit einer optischen Aufnahmeeinheit sowie ein zur Ausführung des optischen Messverfahrens ausgelegtes optisches Messsystem mit einer optischen Aufnahmeeinheit, einer computerlesbaren Speichereinheit, einer Recheneinheit und einer Anzeigeeinheit.
  • Während eines ersten Messzeitintervalls wird die optische Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt bewegt, wobei das Objekt von der Aufnahmeeinheit mit einem Beleuchtungsstrahl mit einer Lichtintensität beleuchtet wird und von der Aufnahmeeinheit mit einer Aufnahmefrequenz nacheinander Höhenbilder erfasst werden. Zumindest ein Teil der erfassten Höhenbilder wird während des Messzeitintervalls zu einem Gesamthöhenbild hinzugefügt und angezeigt.
  • Die Lichtintensität wird während des Messzeitintervalls durch Steuersignale geregelt. Die Steuersignale werden während des Messzeitintervalls in zeitlichen Abständen erzeugt, wobei jedes Steuersignal auf Basis mindestens eines Sensorsignals mindestens eines Sensors und/oder mindestens eines Parameters der Aufnahmeeinheit und/oder mindestens eines bereits erfassten Höhenbilds erzeugt wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Messsystem, aufweisend eine optische Aufnahmeeinheit, eine computerlesbare Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Anzeigeeinheit, wobei das optische Messsystem dazu ausgelegt ist, das hier beschriebene optische Messverfahren auszuführen.
  • Als Höhenbild wird eine Pixelmatrix oder Bildmatrix bezeichnet, wobei jeder Pixel bzw. Bildpunkt eine dreidimensionale Information enthält, nämlich die dreidimensionale Position der Objektoberfläche bzw. die Höhe der Objektoberfläche für den jeweiligen Bildpunkt im Aufnahmebereich. Die dreidimensionalen Informationen sind beispielsweise aus einer Bildsequenz, z.B. mittels Phase-Shift-Triangulation, extrahiert worden. Das Gesamthöhenbild wird aus den vielen, während des Messzeitintervalls aufgenommenen Höhenbildern zusammengesetzt, so dass auch Objekte vermessen werden können, deren Größe die Größe des Aufnahmebereichs der Aufnahmeeinheit übersteigt.
  • Als erstes Messzeitintervall wird eine Zeitspanne zwischen einem Einschalten der optischen Aufnahmeeinheit und einem Ausschalten der optischen Aufnahmeeinheit bezeichnet.
  • Es versteht sich, dass die Lichtintensität grundsätzlich beliebige Werte annehmen kann. Entsprechend kann die Beleuchtung beispielsweise während des Messzeitintervalls zeitweise ausgeschaltet werden, d.h. die Lichtintensität auf Null reduziert werden. Ebenso kann es während des Messzeitintervalls regelmäßige Totzeiten geben, während derer die Lichtintensität Null beträgt.
  • Die Lichtintensität wird beispielsweise über den Strom oder über den duty cycle bzw. den Tastgrad, also das Verhältnis von Impulsdauer zu Periodendauer, geregelt.
  • Um Energie einzusparen, ist es vorteilhaft, die Lichtintensität der Beleuchtung möglichst gering zu halten. Andererseits ist eine gewisse Beleuchtungsintensität notwendig, um einen Aufnahmebereich zu erfassen und eine ausreichende Bildqualität zu gewährleisten.
  • Durch Erfassen eines Zustands des Messverfahrens während der Messung ist es möglich, die Aufnahmefrequenz und/oder die Lichtintensität zeitnah an den aktuellen Zustand anzupassen und hierdurch einerseits eine ausreichende Qualität und andererseits einen möglichst geringen Energieverbrauch und/oder Rechenaufwand sicherzustellen.
  • Der Zustand des Messverfahrens wird während des Messzeitintervalls mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Sensoren oder anhand von Parametern der Aufnahmeeinheit oder anhand von bisher erfassten Daten oder anhand einer Kombination der vorgenannten Alternativen ermittelt. Der Zustand kann jede für das Messverfahren bzw. das Gesamtbild relevante Größe sein, z.B. eine Abtastdichte, eine Geschwindigkeit der Aufnahmeeinheit oder eine Größe eines Überlapps von aufeinanderfolgenden Bildern oder eine Temperatur der optischen Aufnahmeeinheit. Die Aufnahmefrequenz und/oder Beleuchtungsintensität wird dann an den ermittelten Zustand angepasst.
  • Es versteht sich, dass für jedes Steuersignal jeweils möglichst aktuelle Werte des Sensors und/oder der Aufnahmeeinheit und/oder das zuletzt aufgenommene Höhenbild herangezogen werden, um möglichst den aktuellen Zustand der Aufnahmeeinheit und/oder der aufgenommenen Daten zu berücksichtigen.
  • Zur Erzeugung der Steuersignale steht beispielsweise eine Recheneinheit zur Verfügung, welche mit der optischen Aufnahmeeinheit über ein Kabel oder kabellos kommuniziert. Alternativ kann eine Recheneinheit in der optischen Aufnahmeeinheit integriert sein.
  • Die Steuersignale werden in festen zeitlichen Abständen, also mit einer festen Frequenz, erzeugt. Alternativ werden die Steuersignale in unregelmäßigen zeitlichen Abständen erzeugt, beispielsweise aufgrund eines Triggersignals. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform wird zu jedem erfassten Höhenbild ein zumindest zeitlich zugehöriges Steuersignal erzeugt, so dass sich der zeitliche Abstand der Steuersignalerzeugung nach der Aufnahmefrequenz der Höhenbilder richtet.
  • Durch die Regelung der Lichtintensität wird diese während des Messzeitintervalls an den aktuellen Zustand der Aufnahme angepasst. Hierdurch kann die Lichtintensität, wann immer möglich, reduziert werden, wobei eine ausreichende Qualität der Daten sichergestellt wird.
  • Beispielsweise werden das zuletzt erfasste Höhenbild oder mehrere bereits erfasste Höhenbilder oder das bisher erzeugte Gesamthöhenbild hinsichtlich einer Oberflächenbeschaffenheit des darin enthaltenen Objektbereichs analysiert. Weist der aktuell im Aufnahmebereich befindliche Teil des Objekts beispielsweise steile Kanten auf, so wird die Lichtintensität erhöht, während bei einer glatteren Topologie die Lichtintensität reduziert wird.
  • Ebenso kann eine Anpassung der Lichtintensität an den Zustand der Aufnahmeeinheit erfolgen. Beispielsweise werden die Aufnahmefrequenz und/oder die Lichtintensität reduziert, sobald ein oder mehrere Parameter der Aufnahmeeinheit ein unerwünschtes Aufheizen der Aufnahmeeinheit anzeigen. Die Aufnahmefrequenz kann beispielsweise auch reduziert werden, wenn ein durch die Höhenbilder und/oder das Gesamthöhenbild gebildetes Datenvolumen einen vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder eine das Gesamthöhenbild erzeugende Recheneinheit überlastet ist.
  • Da die Lichtquelle bzw. Lichtintensität einen großen Anteil am Energieverbrauch bzw. der Wärmeentwicklung in der Aufnahmeeinheit haben kann, ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein deutlich reduzierter Energieverbrauch, wodurch insbesondere auch ein Erwärmen der Aufnahmeeinheit deutlich reduziert wird. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die Qualität der Aufnahmen bzw. des Gesamthöhenbilds sich nicht reduziert.
  • Vorteilhafterweise werden zur Erzeugung jedes Steuersignals für das jeweils zuletzt erfasste Höhenbild die Gesamtintensität und/oder die maximale Intensität und/oder der Kontrast und/oder die Anzahl von extrahierten Datenpunkten und/oder eine Qualität von extrahierten Datenpunkten und/oder das Signal/Rausch-Verhältnis und/oder der Kontrast eines zusätzlich erzeugten Farbbilds bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals verwendet. Als extrahierte Datenpunkte werden alle von der Aufnahmeeinheit erfassten Pixel bzw. Bildpunkte bezeichnet, die für ein Höhenbild verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise wird zusätzlich die Aufnahmefrequenz durch die Steuersignale geregelt, wodurch Rechenaufwand und damit zusätzlich Energie eingespart werden kann. Auch die Übertragung von Aufnahmedaten von der Aufnahmeeinheit zu einer Recheneinheit kann zur Einsparung von Energie zeitweise ausgesetzt werden.
  • Die Regelung der Aufnahmefrequenz in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand der Aufnahme ermöglicht es, einerseits das Aufnehmen von überflüssigen Daten zu vermeiden und andererseits sicherzustellen, dass noch ausreichend Daten erfasst werden, um ein Gesamthöhenbild zu erzeugen.
  • Befindet sich die optische Aufnahmeeinheit beispielsweise über noch nicht erfassten Bereichen oder über bisher nur lückenhaft erfassten Bereichen, wird die Aufnahmefrequenz erhöht. Andererseits wird die Aufnahmefrequenz verringert, wenn sich die optische Aufnahmeeinheit über bereits vollständig oder fast vollständig erfassten Bereichen befindet. Das Maß der Erfassung wird beispielsweise anhand des Überlapps des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds mit vorher aufgenommenen Höhenbildern und/oder aus Bewegungs- und/oder Positionsdaten der Aufnahmeeinheit ermittelt. Bewegungs- und/oder Positionsdaten werden z.B. aus einem oder mehreren erfassten Höhenbildern oder einem oder mehreren Sensorsignalen eines bzw. mehrerer entsprechender Sensoren ermittelt. Alternativ zusätzlich zu Bewegungssensoren und/oder Temperatursensoren kann erfindungsgemäß auch eine Farbbildkamera als Sensor eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise wird zur Erzeugung jedes Steuersignals zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild eine Maßzahl eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit einem unmittelbar vorausgehend erfassten Höhenbild und/oder eine Maßzahl eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem Gesamthöhenbild bestimmt und ein der Maßzahl entsprechendes Steuersignal erzeugt.
  • Typischerweise wird für das Registrieren des jeweils neuen Höhenbilds mit den bereits erfassten Höhenbildern, also dem Ermitteln der Ausrichtung bzw. Orientierung des neuen Höhenbilds relativ zu den bereits erfassten Höhenbildern, ein Überlapp des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem unmittelbar vorhergehend erfassten Höhenbild oder dem Gesamthöhenbild bestimmt. Der Überlapp eignet sich auch als Maß für die Menge der für einen Objektbereich bereits vorhandenen Daten sowie zur Bestimmung einer Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung der optischen Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird bei dem Bestimmen des Überlapps zusätzlich das Sensorsignal des mindestens einen Sensors berücksichtigt. Es ist insbesondere vorteilhaft, eine Auswertung des Überlapps, also des Fortgangs der Erfassung mit einer Temperaturkontrolle, also einem die Temperatur der optischen Aufnahmeeinheit oder der Recheneinheit erfassenden Sensor, zu kombinieren.
  • Alternativ oder ergänzend wird zur Erzeugung jedes Steuersignals zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild ein Oberflächenzuwachs einer im Gesamthöhenbild enthaltenen Gesamtoberfläche durch eine im zuletzt erfassten Höhenbild enthaltene Oberfläche bestimmt und ein dem Oberflächenzuwachs entsprechendes Steuersignal erzeugt. Der Oberflächenzuwachs eignet sich ebenfalls als Maß für die Menge der für einen Objektbereich bereits vorhandenen Daten sowie zur Bestimmung einer Geschwindigkeit und/oder einer Bewegungsrichtung der optischen Aufnahmeeinheit.
  • Die erfassten Höhenbilder bzw. das aus den Höhenbildern zusammengefügte Gesamthöhenbild sind auf unterschiedliche Weisen darstellbar. Vorteilhaft ist es beispielsweise, eine Objektoberfläche innerhalb des Volumendatensatzes als Dreiecksnetz zu identifizieren bzw. darzustellen. Die Oberfläche kann beispielsweise gemäß dem in „Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm“, W. E. Lorensen und H. E. Cline, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 21, Nr. 4, pp. 163-169, August 1987 beschriebenen Verfahren dargestellt werden. Eine solche Darstellung der Objektoberfläche ermöglicht eine besonders einfache und damit auch besonders energieeffiziente Bestimmung des Oberflächenzuwachses.
  • Vorteilhafterweise wird aus der Maßzahl des Überlapps oder aus dem Oberflächenzuwachs eine Abtastdichte oder eine Kamerageschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals verwendet.
  • Vorteilhafterweise detektiert der Sensor eine Geschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine Beschleunigung der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine räumliche Position der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine Bewegung der optischen Aufnahmeeinheit.
  • Vorteilhafterweise wird vor dem Hinzufügen eines Höhenbilds zu dem Gesamthöhenbild ein Registrierverfahren für das Hinzufügen in Abhängigkeit von der Aufnahmefrequenz ausgewählt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
    • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahrens.
  • Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahrens schematisch veranschaulicht.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein Unterkiefer 1 mit Zähnen 2 als Objekt mittels einer optische Aufnahmeeinheit 3 vermessen. Die optische Aufnahmeeinheit 3 ist als intraorale Kamera ausgebildet und umfasst eine Lichtquelle 4 und einen Lichtdetektor 6 und ist mit einer Recheneinheit 7 mit einem Anzeigemittel 8 verbunden.
  • Die Vermessung wird während eines Zeitintervalls T1 durchgeführt, wobei die intraorale Kamera 3 über die Zähne 2 des Unterkiefers 1 und/oder Fehlstellen im Unterkiefer 1 bewegt wird. Die Lichtquelle 4 stellt einen Beleuchtungsstrahl 5 bereit und der Lichtdetektor 6 detektiert reflektiertes Licht. Die Erfassung des reflektierten Lichts erfolgt mit einer Aufnahmefrequenz fA , wobei mit einem zeitlichen Abstand dt=1/fA jeweils ein Datensatz von dem Lichtdetektor 6 erfasst wird und an die Recheneinheit übermittelt wird. Die Recheneinheit berechnet zu jedem Datensatz jeweils ein Höhenbild bi, i=1...N und speichert dieses in einem Speichermedium der Recheneinheit 8 ab. Die Aufnahmefrequenz fA ist veränderbar, so dass die zeitlichen Abstände dt zwischen aufeinanderfolgend aufgenommenen Höhenbildern bi nicht unbedingt gleich sind.
  • Die erzeugten Höhenbilder bi werden bereits während des Messzeitintervalls T1 nach und nach zu einem Gesamthöhenbild bges zusammengefügt, wobei das Gesamthöhenbild bges bereits während des Entstehens mittels des Anzeigemittels 8 angezeigt wird.
  • Es versteht sich, dass gegebenenfalls nicht alle erzeugten Höhenbilder für das Gesamthöhenbild verwendet werden, sondern dass einzelne Höhenbilder beispielsweise aufgrund mangelnder Qualität aussortiert werden. Hierzu wird ein erstes Höhenbild b1 als Gesamthöhenbild bges abgespeichert und angezeigt. Anschließend werden kontinuierlich weitere aufgenommene Höhenbilder bi, i=2...N zu dem Gesamthöhenbild bges hinzugefügt und das neue Gesamthöhenbild bges angezeigt, wobei eine relative Ausrichtung des Höhenbilds bi zu dem Gesamthöhenbild bges anhand eines Überlapps (schraffiert dargestellt) des Höhenbilds bi mit dem Gesamthöhenbild bges, also den bisher aufgenommenen Höhenbildern bi, insbesondere dem unmittelbar vorangegangen aufgenommenen Höhenbild bi-1, ermittelt wird.
  • Darüber hinaus wird die Aufnahmefrequenz fA im dargestellten Ausführungsbeispiel anhand des ermittelten Überlapps geregelt. Zu dem Überlapp des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds bi mit dem Gesamthöhenbild bges wird jeweils eine erste Maßzahl Mi , z.B. die flächenmäßige Größe des Überlapps, bestimmt und anhand der ersten Maßzahl Mi ein erstes Steuersignal S = Si(Mi) zur Steuerung der Aufnahmefrequenz fA erzeugt. Die Aufnahmefrequenz fA des Lichtdetektors 6 wird anschließend mittels einer Steuereinheit 10, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Teil der optischen Aufnahmeeinheit 3 ist, mittels des Steuersignals S geregelt, also gegebenenfalls verändert. Das nächste Höhenbild bi+1 wird entsprechend mit einem zeitlichen Abstand dti+1=1/fA erfasst, wobei fA die geregelte Aufnahmefrequenz bezeichnet.
  • Ferner wird anhand des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds bi eine zweite Maßzahl für eine Qualität des Höhenbildes bi, z.B. eine Gesamtintensität oder ein Kontrast, bestimmt. Anhand der zweiten Maßzahl wird ein zweites Steuersignal zur Steuerung der Lichtintensität des Beleuchtungsstrahls 5 erzeugt und die Lichtintensität entsprechend bzw. mittels des zweiten Steuersignals geregelt.
  • In einer alternativen Ausführungsform oder ergänzend wird ein Sensorsignal eines Sensors 9 (gestrichelt dargestellt) herangezogen, um das Steuersignal S zu berechnen. Beispielsweise wird die Bewegung der intraoralen Kamera 3 mittels eines integrierten Inertialmesssystems nachvollzogen, wobei aus der Bewegung der Kamera 4 auf die Ausrichtung der einzelnen Höhenbilder bi zueinander geschlossen werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Objekt
    2
    Zahn
    3
    Aufnahmeeinheit
    4
    Lichtquelle
    5
    Beleuchtungsstrahl
    6
    Lichtdetektor
    7
    Recheneinheit
    8
    Anzeigeeinheit
    9
    Sensor
    10
    Steuereinheit
    bges
    Gesamthöhenbild
    bi
    Höhenbilder
    fA
    Aufnahmefrequenz
    dt
    zeitlicher Abstand
    Mi
    Maßzahl
    S
    Steuersignal
    T1
    Aufnahmezeitintervall
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2172799 A1 [0002]
    • WO 2015/036467 [0002]
    • DE 102014207667 A1 [0006]
    • WO 2017/062044 A1 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • W. E. Lorensen und H. E. Cline, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 21, Nr. 4, pp. 163-169, August 1987 [0036]

Claims (10)

  1. Optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts (1) mit einer optischen Aufnahmeeinheit (3), wobei - während eines ersten Messzeitintervalls (T1) die optische Aufnahmeeinheit (3) relativ zu dem Objekt (1) bewegt wird, - während des ersten Messzeitintervalls (T1) das Objekt (1) von der Aufnahmeeinheit (3) mit einem Beleuchtungsstrahl (5') mit einer Lichtintensität (I) beleuchtet wird, - während des ersten Messzeitintervalls (T1) von der Aufnahmeeinheit (3) mit einer Aufnahmefrequenz (fA) nacheinander Höhenbilder (bi) erfasst werden, - zumindest ein Teil der erfassten Höhenbilder (bi) während des Messzeitintervalls (T1) jeweils zu einem Gesamthöhenbild (bges) hinzugefügt und das Gesamthöhenbild (bges) angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - die Lichtintensität(I) während des Messzeitintervalls (T1) durch Steuersignale (S) geregelt wird, wobei - die Steuersignale (S) während des Messzeitintervalls (T1) in zeitlichen Abständen erzeugt werden und - jedes Steuersignal (S) auf Basis mindestens eines Sensorsignals (10) von mindestens einem Sensor (9) und/oder mindestens eines Parameters der Aufnahmeeinheit (3) und/oder mindestens eines bereits erfassten Höhenbilds (bi) erzeugt wird.
  2. Optisches Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuersignals (S) für das jeweils zuletzt erfasste Höhenbild (bi) die Gesamtintensität und/oder die maximale Intensität und/oder der Kontrast und/oder die Anzahl von extrahierten Datenpunkten und/oder eine Qualität von extrahierten Datenpunkten und/oder das Signal/Rausch-Verhältnis und/oder der Kontrast eines zusätzlich erzeugten Farbbilds bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals verwendet wird.
  3. Optisches Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Aufnahmefrequenz (fA) während des Messzeitintervalls (T1) durch die Steuersignale (S) geregelt wird.
  4. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuersignals (S) zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild (bi) - eine Maßzahl (Mi) eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit einem unmittelbar vorausgehend erfassten Höhenbild (bi-1) und/oder - eine Maßzahl (Mi) eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem Gesamthöhenbild (bges) bestimmt und anschließend ein der Maßzahl (Mi) entsprechendes Steuersignal (S) erzeugt wird.
  5. Optisches Messverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bestimmen der Maßzahl (Mi) des Überlapps das Sensorsignal (10) des mindestens einen Sensors (9) berücksichtigt wird.
  6. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuersignals (S) zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild (bi) ein Oberflächenzuwachs einer im Gesamthöhenbild (bges) enthaltenen Gesamtoberfläche durch eine in dem zuletzt erfassten Höhenbild enthaltene Oberfläche bestimmt und ein dem Oberflächenzuwachs entsprechendes Steuersignal (S) erzeugt wird.
  7. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Maßzahl (Mi) des Überlapps oder aus dem Oberflächenzuwachs eine Abtastdichte oder eine Geschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit (3) bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals (S) verwendet wird.
  8. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gegenzeichnet, dass der Sensor (9) eine Geschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder eine Beschleunigung der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder einen räumliche Position der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder eine Bewegung der optischen Aufnahmeeinheit (3) detektiert.
  9. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hinzufügen eines Höhenbilds (bi) zu dem Gesamthöhenbild (bges) ein Registrierverfahren für das Hinzufügen in Abhängigkeit von der Aufnahmefrequenz (fA) ausgewählt wird.
  10. Optisches Messsystem, aufweisend eine optische Aufnahmeeinheit, eine computerlesbare Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Anzeigeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem dazu ausgelegt ist das optische Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
DE102018211366.1A 2018-07-10 2018-07-10 Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung Withdrawn DE102018211366A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018211366.1A DE102018211366A1 (de) 2018-07-10 2018-07-10 Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung
PCT/EP2019/065242 WO2020011465A1 (de) 2018-07-10 2019-06-11 Optisches messverfahren sowie optische messvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018211366.1A DE102018211366A1 (de) 2018-07-10 2018-07-10 Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018211366A1 true DE102018211366A1 (de) 2020-01-16

Family

ID=66912811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018211366.1A Withdrawn DE102018211366A1 (de) 2018-07-10 2018-07-10 Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018211366A1 (de)
WO (1) WO2020011465A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2172799A1 (de) 2008-10-06 2010-04-07 Nectar Imaging S.r.l. Optisches System für ein Konfokalmikroskop
US20140272765A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Ormco Corporation Feedback control mechanism for adjustment of imaging parameters in a dental imaging system
WO2015036467A1 (de) 2013-09-11 2015-03-19 Sirona Dental Systems Gmbh Optisches system zur erzeugung eines sich zeitlich ändernden musters für ein konfokalmikroskop
DE102014207667A1 (de) 2014-04-23 2015-10-29 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren zur Durchführung einer optischen dreidimensionalen Aufnahme
WO2017062044A1 (en) 2015-10-08 2017-04-13 Carestream Health, Inc. Adaptive tuning of 3d acquisition speed for dental surface imaging

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10194867D2 (de) * 2000-11-08 2003-11-20 Willytec Gmbh Technologiezentr (Dentale) Oberflächenerfassung und Erzeugung
US20100268069A1 (en) * 2009-04-16 2010-10-21 Rongguang Liang Dental surface imaging using polarized fringe projection
US10238277B2 (en) * 2016-05-26 2019-03-26 Dental Smartmirror, Inc. Curing dental material using lights affixed to an intraoral mirror, and applications thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2172799A1 (de) 2008-10-06 2010-04-07 Nectar Imaging S.r.l. Optisches System für ein Konfokalmikroskop
US20140272765A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Ormco Corporation Feedback control mechanism for adjustment of imaging parameters in a dental imaging system
WO2015036467A1 (de) 2013-09-11 2015-03-19 Sirona Dental Systems Gmbh Optisches system zur erzeugung eines sich zeitlich ändernden musters für ein konfokalmikroskop
DE102014207667A1 (de) 2014-04-23 2015-10-29 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren zur Durchführung einer optischen dreidimensionalen Aufnahme
WO2017062044A1 (en) 2015-10-08 2017-04-13 Carestream Health, Inc. Adaptive tuning of 3d acquisition speed for dental surface imaging

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W. E. Lorensen und H. E. Cline, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 21, Nr. 4, pp. 163-169, August 1987

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020011465A1 (de) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012112321B4 (de) Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
EP1181814B1 (de) Verfahren zur erfassung und darstellung eines oder mehrerer objekte, beispielsweise zähne
EP2144036B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Digitalisierung eines Objekts
DE112016001560T5 (de) Verfahren und System zur Echtzeit-Bewegungsartefaktbehandlung und -Rauschbeseitigung für Laufzeitsensor-Bilder
DE202012104890U1 (de) Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
DE3829925A1 (de) Optische sonde zur 3d-vermessung von zaehnen in der mundhoehle
DE102013009288A1 (de) 3D-Aufnahmevorrichtung, Verfahren zur Erstellung eines 3D-Bildes und Verfahren zur Einrichtung einer 3D-Aufnahmevorrichtung
EP2527784A1 (de) Optisches Messverfahren und Messsystem zum Bestimmen von 3D-Koordinaten auf einer Messobjekt-Oberfläche
DE102016217628B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Operationsmikroskopiesystems, Bewegungsmesssystem für ein Operationsmikroskopiesystem und Operationsmikroskopiesystem
DE102018211371A1 (de) Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung
DE112017008101T5 (de) Autonome roboter und verfahren zum betreiben derselben
DE102009026248A1 (de) Generierung eines Gesamtdatensatzes
DE112004001034T5 (de) 3D- und 2D-Meßsystem und -verfahren mit erhöhter Sensitivität und erhöhtem Dynamikbereich
DE102017207881A1 (de) Berührungsloses 3D-Messsystem
DE202013012450U1 (de) System für die Identifizierung von Tiefendaten, die mit einem Objekt verbunden sind
DE102018211369B4 (de) Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung
DE102018211366A1 (de) Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung
DE10030809A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung
WO2022106115A1 (de) Verfahren zum betreiben einer ersten beleuchtungseinrichtung, einer zweiten beleuchtungseinrichtung und eines optischen sensors, steuereinrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens, gated-kamera-vorrichtung mit einer solchen steuereinrichtung und kraftfahrzeug mit einer solchen gated-kamera-vorrichtung
DE102017113194A1 (de) Verfahren zum Verfolgen einer Vielzahl von punktförmigen Objekten im Raum
EP3174010A2 (de) Verfahren zur erstellung einer 3d-repräsentation und korrespondierende bildaufnahmevorrichtung
DE102008022922B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erstellung einer 3D Darstellung von einem Objekt
DE102018208604A1 (de) Ermitteln eines Aufnahmeverhaltens einer Aufnahmeeinheit
EP2921819B1 (de) Verfahren zum Erfassen von Oberflächengeometrien
DE102004023322A1 (de) Lage- und Positionsvermessung von Objekten mittels Bildverarbeitungsverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: JONES DAY, DE

R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee