DE10296834A1

DE10296834A1 - Überstrahlungsgerichtete Bildgebung

Info

Publication number: DE10296834A1
Application number: DE10296834A
Authority: DE
Inventors: James L. Ada Overbeck; Richard J. van Grand Rapidis Andel
Original assignee: X Rite Inc
Current assignee: X Rite Inc
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: GB2396909A; US7480035B2; WO2002093109A1; US7006210B2; US20060103837A1; GB0328159D0; GB2396909B; DE10296834B4; US20020171824A1

Abstract

Bildgebervorrichtung umfassend:
eine Beleuchtungsquelle für die Beleuchtung einer Oberfläche mit Licht, wobei Überstrahlung auf dieser Oberfläche erzeugt wird;
ein Bildsensor, der so angepasst ist, dass er ein Bild der Oberfläche einschließlich der Überstrahlung erfasst, wobei sich der Bildsensor in einer Winkelausrichtung in Bezug zu der Oberfläche befindet;
ein Display, welches mit dem Bildsensor gekoppelt ist und so angepasst ist, dass er ein Bild darstellt;
ein Prozessor, der so angepasst ist, dass er einen Überstrahlungsartefakt hervorhebt, welcher von der Überstrahlung auf dem Display erzeugt wird, wodurch Informationen über die Winkelausrichtung bereit gestellt werden.

Description

Diese Anmeldung bezieht den Inhalt der US-Patentanmeldung Nr. 60/291,446 ein, die am 16. Mai 2001 mit dem Titel GLARE POSITIONING TECHNIQUES FOR IMAGING OF SAMPLES WITH REFLECTANCE MEASURING INSTRUMENTATION eingereicht wurde.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Messungscharakteristika eines Objekts wie beispielsweise Farbe, Lichtdurchlässigkeit, Kontrast, Textur, Rauheit und ähnliche. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das optische Messen dieser Charakteristika für einen Gegenstand, der beim Anleuchten Überstrahlung erzeugt.
Wenn ein Gegenstand mit glatter, glänzender Oberfläche mit Licht beleuchtet wird, wird üblicherweise ein Bereich dieses Lichts auf eine Art reflektiert, die das Betrachten des Gegenstands verschlechtert, beispielsweise durch das Erzeugen eines hellen weißen Punkts, welcher vom Gegenstand auszustrahlen scheint. Dieser helle Punkt wird einem optischen Phänomen zugeordnet, das als „Überstrahlen" (im Englischen „glare") bezeichnet wird.
Überstrahlen wird von Lichtstrahlen einer Lichtquelle erzeugt, die von der Oberfläche des Gegenstands reflektiert werden entlang einer Beobachtungslinie eines Beobachters oder einer optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Bildgebervorrichtung oder einer Kamera. In den meisten Fällen ist das Überstrahlen ein reflektiertes Bild der Lichtquelle an sich. 1 stellt das Zusammenwirken eines Lichtstrahls, welcher von einer Beleuchtungsquelle 3 erzeugt wird mit einer Oberfläche 10 dar, um ein Überstrahlen zu erzeugen, d. h. den reflektierten Lichtstrahl 8, wie er von einem Beobachter O gesehen wird. Der einfallende Lichtstrahl 2, der gebrochene Lichtstrahl 4 und der reflektierte Lichtstrahl 8 interagieren mit der Oberfläche 10 gemäß des Snell-Gesetzes, welches aussagt, dass der Winkel A des einfallenden Lichtstrahls 2 gleich dem Winkel B des reflektierten Lichtstrahls 8 in Bezug zu einer Achse 5 ist, lotrecht zur Oberfläche. Der gebrochene Lichtstrahl 4 interagiert mit dem Gegenstand. Teile des Strahls 4 können von dem Beobachter O entlang der Beobachtungslinie 6 betrachtet werden, abgelenkt von der Interaktion, die vom Gegenstand ausgeht, um nützliche Informationen, wie beispielsweise Farbe, Durchsichtigkeit, Textur, etc. über den Gegenstand bereitzustellen. Wenn jedoch die Beobachtungslinie 6 des Beobachters mit dem reflektierten Lichtstrahl 8 übereinstimmen, kann der Beobachter nur einen hellen Punkt sehen, der von der Oberfläche von dem Punkt C auszugehen scheint. Dieser helle Punkt wird als Überstrahlungsartefakt bezeichnet.
Obwohl es kein signifikantes Problem bei gelegentlicher Beobachtung durch den Menschen darstellt, stellt die Überstrahlung viele Herausforderungen an fotografische und bildgebende Anwendungen dar, weil sie die aufgenommenen Bilder beeinträchtigt und nützliche Informationen wie z. B. Farbe, Kontrast, Lichtdurchlässigkeit, usw. unterdrückt, in den mit den Überstrahlungsartefakten des Bildes übereinstimmenden Bereichen. Dementsprechend werden viele konventionelle Bildgebervorrichtungen so konfiguriert, dass sie reflektierte Lichtstrahlen bewältigen, insbesondere Lichtstrahlen, die von glänzenden oder blanken Oberflächen reflektiert werden und dadurch verhindern, dass die Bildgebervorrichtung Überstrahlungsartefakte in den Bildern erzeugt.
Ein typisches überstrahlungsbeseitigendes Bildgeberinstrument, gezeigt in 2, umfasst eine gerichtete Lichtquelle 3 und eine Bildgebervorrichtung 12. Diese Komponenten sind geometrisch so ausgerichtet, dass sie es verhindern, dass die reflektierten Bildstrahlen 8 entlang der Beobachtungsachse 14 der Bildgebervorrichtung 12 reflektieren, welche in einem 45° Winkel zur Lotrechten zur glänzenden Oberfläche 10 stehen. Insbesondere die Beleuchtungsquelle 3 wird so konfiguriert, dass sie Lichtstahlen 2 zu der glänzenden Oberfläche 10 entlang der Lotrechten zu der Oberfläche projiziert. Gemäß des Gesetzes von Snell erzeugen die Lichtstrahlen 2 die reflektierten Lichtstrahlen 8, welche in Richtung der Lichtquelle lotrecht zur Oberfläche reflektiert werden. Dementsprechend stimmen die reflektierten Lichtstrahlen weder mit der Beobachtungsachse 14 noch mit der Beobachtungslinie 6 überein, und dadurch werden sie nicht von der Bildgebervorrichtung 12 erfasst. Dadurch wird keine Überstrahlung von dem Instrument wahrgenommen oder in den resultierenden Bildern generiert.
Eine andere bestrahlungsreduzierende Bildgeber-Instrumentenanordnung nutzt polarisiertes Licht, um Überstrahlungsartefakte zu reduzieren. Eine Lichtquelle projiziert speziell in einem Winkel polarisiertes Licht und eine Bildgebervorrichtung umfasst einen Filter, um das Licht einer Vorrichtung mit einem unterschiedlichen Winkel zu übertragen. Reflektiertes Licht wird von jedem resultierenden Bild aus kreuzpolarisiert.
Obwohl die meisten konventionellen Bildgeberverfahren versuchen, das Auftreten von Überstrahlung in erfassten Bildern zu reduzieren, verwenden es in Wirklichkeit einige aber nur für begrenzte Zwecke. Das US-Patent 6,222,628 von Corallo misst beispielsweise die Überstrahlungsintensität von einer Probe um die Rauheit einer Metalloberfläche zu bestimmen. In dem US-Patent 5,764,874 von White wird die Überstrahlungsintensität in Bereichen eines Zigarettenpapiers gemessen, welches mit Klebemittel beschichtet ist und dami verglichen wird mit der gemessenen Überstrahlungsintensität in Bereichen, welche nicht mit Klebemittel beschichtet sind, um sicherzustellen, dass genügend Klebemittel auf dem Papier aufgetragen wurde. In einem weiteren Beispiel wird ein spezieller Typ von Überstrahlung – spiegelnde Reflektion von einer glänzenden Oberfläche – genutzt, um eine dreidimensionale Form eines Objekts aus einem zweidimensionalen Bild des Objekts wieder herzustellen. Insbesondere wird die dreidimensionale Formoberfläche eines Objekts berechnet, durch die Analyse der spiegelnden Reflektionsbereiche in entweder vielfachen Bildern aus vielfachen Blickwinkeln unter einer Lichtquelle, oder mehrfachen Bildern aus einem einzigen Blick winkel unter verschiedenen Lichtquellen. H. Shultz, Shape Information from Multiple Images of a Specular Surface, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 16: 195–201 (1994).
Bis vor kurzem wurden konventionelle Bildgebervorrichtungen so ausgelegt, um den Effekt von Überstrahlung auf einem erfassten Bild zu reduzieren. Auch jetzt noch wird die Intensität der Überstrahlung nur in speziellen Verfahren genutzt, um die Eigenschaften von überstrahlungsgenerierenden Oberflächen zu analysieren oder dreidimensionale Informationen aus zweidimensionalen Bildern zu entnehmen. Daher gibt es viele Möglichkeiten, um die Informationen auszunützen, die von dem Überstahlen bereitgestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausnutzung der Überstrahlungsinformation, um eine gewünschte Messung eines Gegenstands zu erhalten. Insbesondere benutzt die Erfindung die Überstrahlungsinformation, um einen Anwender bei dein Erzielen einer gewünschten Ausrichtung einer Bildgebervorrichtung in Bezug zu einem zu messenden Gegenstand zu unterstützen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung basiert die Überstrahlungsinformation auf der Einstellung der Winkelausrichtung einer Bildgebervorrichtung und einem zu messenden Objekt in Bezug zueinander. Insbesondere um zufriedenstellende Messungen einer Reflektionscharakteristik wie beispielsweise Farbe, Lichtdurchlässigkeit, Kontrast, und verwandte Erscheinungsvariablen einschließlich für die Textur und das Glänzen, wird eine gewünschte Winkelausrichtung erfasst, durch die Positionierung eines Überstrahlungsartefakts in einem vorher bestimmten Bereich eines Bildes des Gegenstands. Um dies zu erreichen, wird der Gegenstand mit einer überstrahlungsgenerierenden Lichtquelle beleuchtet. Das Bild, einschließlich des Überstrahlungsartefakts, erzeugt durch die Beleuchtung – typischerweise durch helle weiße Punkte angezeigt – wird auf einem Display dargestellt. Durch die Positionierung der Überstrahlungsartefakte in „vordefinierte" oder „ideale" Bildbereiche, wird die Bildgebervorrichtung im wesentlichen neu orientiert, bis die gewünschte Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung und des Gegenstands in Bezug zueinander erreicht wird.
In einem bevorzugteren Ausführungsbeispiel skizziert oder betont die Bildgebervorrichtung die gemessenen Überstrahlungsartefakte und/oder die ideale Position der Überstrahlungsartefakte auf dem Display. Dadurch kann ein Anwender die gemessenen Überstrahlungsartefakte und/oder die ideale Position der Artefakte identifizieren, um die Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung nachzustellen bis die gemessenen Artefakte mit den idealen Positionen auf dem Bild übereinstimmen.
In einem noch bevorzugteren Ausführungsbeispiel „steuert" die Bildgebervorrichtung den Anwender oder eine zugehörige Bildgeberhaltevorrichtung, so dass die Bildgebervorrichtung auf die gewünschte Winkelausrichtung nachgestellt wird. Die Bildgebervorrichtung analysiert ein Bild des Gegenstands, um die gemessenen Positionen von Überstrahlungsartefakten auf dem Bild zu bestimmen. Diese gemessenen Positionen werden mit den idealen Positionen der Überstrahlungsartefakte verglichen. Wenn der Vergleich zu erkennen gibt, dass die gemessene und die ideale Position nicht übereinstimmen, berechnet die Bildgebervorrichtung eine Steuerungsfunktion entsprechend der Veränderung der Winkelausrichtung, die nötig ist, um die gemessene Position in die Nähe oder übereinstimmend mit der idealen Position nachzustellen. Die Steuerungsfunktion wird vorzugsweise auf dem Display angezeigt, um den Anwender bei der Repositionierung der Bildgebervorrichtung zu steuern. Wenn die Bildgebervorrichtung auf einem Haltemechanismus abgestützt ist, wird die Steuerungsfunktion für das Ansteuern des Mechanismus und die Justierung der Bildgebervorrichtung genutzt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel überwacht die Bildgebervorrichtung die sich ändernde Überstrahlungsinformation eines vorbeiziehenden Gegenstands, um zu bestimmen, wann sich der Gegenstand in einer gewünschten Ausrichtung für das Erfassen eines Bildes einschließlich einer zufriedenstellenden Messung der Reflektionscharakteristika befindet. Eine Bildgebervorrichtung bestimmt beispielsweise in einem Transportband die Orientierung eines Gegenstands, während sich die Beziehung zur Bildgebervorrichtung verändert, basierend auf der Position von Überstrahlungsartefakten im Zusammenhang mit dem Gegens tand. Wenn die Bildgebervorrichtung feststellt, dass der Überstrahlungsartefakt sich in einer Position befindet, die einer gewünschten Winkelausrichtung entspricht, erfasst die Bildgebervorrichtung ein Bild des Gegenstands.
In einem dritten Ausführungsbeispiel erfasst die Bildgebervorrichtung mehrfache Bilder eines vorbeiziehenden Gegenstands. Ein Anwender oder die Bildgebervorrichtung wählt jene Bilder mit Überstrahlungsartefakten aus, die in bevorzugten Bereichen des Bildes positioniert sind, welche mit einer gewünschten Beleuchtung oder einer gewünschten Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung im gegenseitigen Verhältnis zum Gegenstand übereinstimmen. Die Messungen können aus Interessensbereichen des Bildes ausgewählt werden, sicherstellend, dass die Beleuchtung oder die Winkelausrichtung zufriedenstellend waren.
In einem vierten Ausführungsbeispiel wird eine Bildgebervorrichtung vorgesehen, welche mehrfache, überstrahlungsgenerierende Lichtquellen umfasst. Wenn ein Gegenstand init diesen Lichtquellen beleuchtet wird und von der Bildgebervorrichtung abgebildet wird, umfasst das resultierende Bild mehrfach gemessene Überstrahlungsartefakte. Beim Abgleichen der gemessenen Überstrahlungsartefakte mit entsprechenden idealen Überstrahlungsartefakt-Positionen, ist es möglich, mit erhöhter Sicherheit zu bestimmen, dass die Bildgebervorrichtung und der gemessene Gegenstand in einer gewünschten Winkelausrichtung zueinander waren als das Bild erfasst wurde.
In einem fünften Ausführungsbeispiel umfasst die Bildgebervorrichtung eine oder mehrere sich in der Zeit verändernden Lichtquellen, welche mehrfache, unterschiedliche Überstrahlungsartefakte in den von der Bildgebervorrichtung erfassten Bilder erzeugt. Durch das Abgleichen dieser vielen Überstrahlungsartefakte mit entsprechenden idealen Überstrahlungsartefakt-Positionen ist es möglich, die gewünschte Winkelausrichtung während der Messung sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile. Erstens verwendet die Erfindung Überstrahlungsinformationen, um einen Anwender beim Erzielen einer gewünschten Winkelausrichtung einer Bildgebervorrichtung im Verhältnis zu einem gemessenen Gegenstand zu unterstützen. Dies stellt seinerseits sicher, dass eine erfasste Messung oder ein erfasstes Bild nützliche Daten umfasst. Zweitens kann die Bildgebervomchtung der Erfindung Überstrahlungsartefakte in einem Bild identifizieren, um den Anwender bei der Justierung der Vorrichtung zu unterstützen. Dies ist dann nützlich, wenn glänzende Gegenstände abgebildet werden und sogar noch nützlicher beim Abbilden von mattierten Objekten, welche typischerweise keine gut definierte Überstrahlungsartefakte generieren. Drittens, bei sich in der Zeit verändernden Positionierungen der abgebildeten Gegenstände, wird die Überstrahlungsinformation effektiv genutzt um zu bestimmen, wann ein Gegenstand richtig beleuchtet wird oder die Vorrichtung richtig orientiert wird, um anschließend nützliche Messungen oder Bilder des Gegenstandes zu erfassen. Viertens, wenn mehrfache Bilder eines sich bewegenden Gegenstandes erfasst werden, können Überstrahlungsinformationen genutzt werden, um nützliche Messungen oder Bilder auszuwählen. Fünftens, ist es mit mehrfachen Beleuchtungsquellen oder sich in der Zeit verändernden Beleuchtungsquellen möglich, mehrere Überstrahlungsartefakte zu generieren, welche mit entsprechenden, idealen Überstrahlungsartefakt-Positionen abgeglichen werden können, um mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu bestätigen, dass eine gewünschte Winkelausrichtung erreicht worden ist.
Diese und weitere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden besser verstanden und bewertet werden mit Bezug auf die detaillierten Beschreibungen der Erfindung und der Zeichnungen.
Kurze Zeichnungsbeschreibung
1 ist eine Seitenaufrissansicht für die Beobachtung von einer spiegelnden Reflektion gemäß dem Stand der Technik;
2 ist eine Seitenaufrissansicht einer Bildgebervorrichtung mit Ausschaltung der spiegelnden Reflektion gemäß dem Stand der Technik;
3 ist eine Seitenaufrissansicht der Bildgebervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beim Messen einer Probe;
3A ist eine detaillierte Ansicht einer beleuchteten Probe einschließlich einer diffus spiegelnden Reflektion;
4 ist eine perspektivische Ansicht des Bildgebers, beim Messen und Anzeigen einer Probe;
5 ist eine seitliche Aufrissansicht der Bildgebervorrichtung in einer Ausrichtung vor der Messung;
6 ist eine perspektivische Ansicht der Bildgebervorrichtung in der Ausrichtung vor der Messung;
7 ist eine perspektivische Ansicht der Bildgebervorrichtung in einer Messausrichtung;
8 ist eine seitliche Aufrissansicht der Bildgebervorrichtung, die in einem Spannelement befestigt ist, um die Überstrahlung und eine Winkelausrichtung zu untersuchen;
8A ist eine Anzeige einer kommerziell verfügbaren Farbton-(shade tab)Referenz;
9 ist eine seitliche Aufrissansicht und Ausgangsansicht eines ersten und eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels der Bildgebervorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließlich mehrfacher Beleuchtungsquellen; und
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vierten alternativen Ausführungsbeispiels der Bildgebervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einschließlich einer in der Zeit variierenden Beleuchtungsquelle.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
I. Übersicht
Eine Bildgebervorrichtung, die gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wird in den Zeichnungen dargestellt und allgemein mit 20 bezeichnet. Die wichtigsten Komponenten der Bildgebervorrichtung werden in 3 dargestellt und umfassen eine Beleuchtungsquelle 40, einen Bildsensor 50, einen Prozessor 60 und ein Display 70. Obwohl die Bildgebervorrichtung als ein tragbares Instrument dargestellt wird, kann es ebenfalls stationär sein, bei dem die unabhängigen Komponenten im Verhältnis zu einer Probe wie gewünscht angebracht sind.
Die Beleuchtungsquelle 40 beleuchtet eine Probe 22 und der Bildgebersensor 50 erfasst die Bilder über die Arbeitsfläche 21. Der Bildsensor 50 ist in Verbindung mit dem Display 70, und das Display gibt die erfasste Information als ein Bild wieder. Sowohl das Display 70 als auch der Bildsensor 50 können ferner mit einem Prozessor 60 kommunizieren, der die Information, die von dem Bildsensor 50 erfasst und auf dem Display 70 angezeigt wurden, analysiert.
Eine Probe 22 wird in 3 und 4 gezeigt angrenzend an die Arbeitsfläche 21 platziert. Das Licht von der Beleuchtungsquelle 40, d. h. die einfallenden Strahlen 180–183, werden auf der Arbeitsfläche 21 verteilt, um auf die Probe 22 aufzutreffen. Viele Strahlen werden von der Oberfläche der Probe 22 reflektiert, einschließlich der spiegelnd reflektierten Strahlen 184, 185 und 188. Einige der spiegelnd reflektierten Strahlen, beispielsweise 188 und 185, werden entlang der optischen Achse 52 des Bildsensors 50 zurückgesteuert. Andere Strahlen, beispielsweise der diffus reflektierte Strahl 186, werden ebenfalls zum Bildsensor 50 gerichtet, für die Erfassung und für die spätere Verwendung in der Reflektionsgradmessung (nachfolgend beschrieben). Andere reflektierte Strahlen, wie beispielsweise der spiegelnd reflektierte Strahl 184, werden abseits des Bildsensors reflektiert. Der Bildsensor erfasst ein Bild der Probe 22 in der Perspektive, wahrgenommen von dem Bildsensor, einschließlich der reflektierten Strahlen 188, 185 und 186 und einem Interessenbereich 28. In den Berei chen, aus welchen die Strahlen 188 und 185 spiegelnd reflektiert werden in Richtung Bildsensor, werden Überstrahlungsartefakte 24 und 26 generiert. Diese Artefakte werden ebenfalls von dem Sensor erfasst.
Wo die Probe 22 ebenfalls eine mattierte Oberfläche umfasst, beispielsweise in dem Bereich 189 wie in 3A gezeigt, können die von der Probe reflektierten Strahlen ebenfalls einen diffus gespiegelten Strahl 187 umfassen, welcher zum Bildsensor 50 hin reflektiert und erfasst werden kann, oder auch nicht.
Der Bildsensor überträgt die Information zum Display 70, welches ein Bild 23 der Probe darstellt. Das Bild umfasst die Bildüberstrahlungsartefakte 25 und 27, entsprechend den Übertrahlungsartefakten 24 und 26 der Probe, von der die Strahlen 180 und 185 reflektiert werden. Das Bild, welches auf dem Display 70 erzeugt wird, kann geprüft werden, um zu bestimmen, ob die Bildgebervorrichtung 20 zur Probe hin in geeigneter Weise ausgerichtet wurde, vorzugsweise so, dass die optische Achse 52 des Bildsensors lotrecht auf die Probe in dem Interessenbereich 28 auftritt.
Die vordefinierten Stellen 30 und 32, die entweder dem Anwender bekannt sind oder von dem Display 70 bereitgestellt werden, werden für die Ausrichtung der Bildgebervorrichtung verwendet. Insbesondere wenn die Überstrahlungsartefakte 25 und 27 im wesentlichen übereinstimmend sind mit den Bereichen 30 und 32, kann der Anwender entsprechend bestätigen, dass die Bildgebervorrichtung in der gewünschten Winkelausrichtung sich befindet.
Mit der festgelegten gewünschten Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 20 in Bezug zu dem Interessensbereich 28 kann ein Anwender sicher sein, dass er den richtigen Bereich im Bild 23 erfasst hat. Dementsprechend können die Bereiche und die Referenzcharakteristika des Musters 22 in den Bereich 28 oder in anderen Bereichen bei Bedarf analysieren. „Die Reflektionscharakteristika" beziehen sich auf die folgenden Werte, allein genommen oder in Kombination: Farbe, Lichtdurchlässigkeit, Kontrast, und verwandte Erscheinungsvariablen einschließlich für den relativen Glanzwert, Textur und Rauheit.
In dieser Anwendung werden Bezüge auf die Begriffe „spiegelnde Reflektion", „diffuse Reflektion", „diffuse spiegelnde Reflektion", „Überstrahlung" und „Überstrahlungsartefalct" gemacht. Wie hier verwendet bezieht sich „die diffuse Reflektion" auf das Licht, welches in einen Gegenstand eingedrungen ist, sich darin verteilt und daraus hervortritt, ganz oder teilweise in einem Winkel, der von einem Bildsensor, Kamera erfasst wird oder von einem Betrachter beobachtet wird. „Spiegelnde Reflektion" bezieht sich auf das Licht, das nur mit der Oberfläche des Gegenstands zusammenwirkt und reflektiert wird, ganz oder teilweise und in einem Winkel, der von einem Bildsensor, Kamera erfasst wird, oder von einem Betrachter beobachtet wird. Ein Beispiel für eine spiegelnde Reflektion ist die Umlenkung des Lichts, welches auf die Oberfläche eines glatten Metalls auftrifft. Eine spiegelnde Reflektion kann als diffus erscheinen, beispielsweise wenn sie von der Oberfläche eines mattierten Metalls umgelenkt wird. Um diese Phänomene zu unterscheiden, werden solche spiegelnden Reflektionen, die als diffus erscheinen hier als „diffuse spiegelnde Reflektion" bezeichnet. „Überstrahlung" bezieht sich auf die spiegelnde Reflektion oder diffuse spiegelnde Reflektion oder jegliche Kombination einer spiegelnden Reflektion, diffuse spiegelnde Reflektion und diffuse Reflektion eines Bereichs, in dem die resultierende Reflektion messbar größer ist als die diffuse Reflektion eines umgrenzenden Bereichs. „Überstrahlungsartefakt" bezieht sich auf einen Teil eines Bereichs oder einer Region eines Gegenstands oder eines Bilds eines Gegenstands, der anscheinend Überstrahlung ausstrahlt.
II. Komponenten der Bildgebervorrichtung
Die gesamte physische Konstruktion der Bildgebervorrichtung, die in 3 dargestellt ist, und einschließlich der Beleuchtungsquelle 40, Bildsensor 50, Mikroprozessor 60 und Display 70 werden nachfolgend detailliert beschrieben.
Die Beleuchtungsquelle 40 wird vorteilhaft angepasst, so dass sie Überstrahlung erzeugt, wenn sie einen Gegenstand beleuchtet. Die Beleuchtungsquelle 40 wird insbesondere so angepasst, dass sie genügend Beleuchtung für die Messung eines Gegenstands bereitstellt und gleichzeitig Überstrahlung am Gegenstand erzeugt. In dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Quelle 40 eine gerichtete Beleuchtungsquelle, welche einen im wesentlichen gebündelten Lichtstrahl erzeugt. Optional können zwei Beleuchtungsquellen verwendet werden (nicht gezeigt), indem die eine Überstrahlung erzeugt und die andere den zu messenden Gegenstand bestrahlt. Zusätzliche Quellen können verwendet werden, um eine der beiden Funktionen auszuführen. Beispiele für weitere überstrahlungsgenerierende Beleuchtungsquellen können beispielsweise eine LED (light-emitting diode) oder eine Beleuchtungsquelle umfassen, welche einen fokussierten oder halbfokussierten Lichtstrahl projiziert. Die Beleuchtungsquelle 40 stellt vorzugsweise Licht im sichtbaren Bereich zur Verfügung; sie kann jedoch auch Licht mit einigen Wellenlängen erzeugen, welches im Interessensbereich 28 oder im angezeigten Bild 23 wie gewünscht nicht sichtbar ist. Die bereitgestellte Beleuchtung kann beispielsweise in infrarot nahen, infraroten oder ultravioletten Bandbreiten sein.
Optional kann die Beleuchtungsquelle 40 während der Erfassung eines Bildes oder Messung der Probe 22 ausgeschaltet sein (nachfolgend beschrieben). Dies ist akzeptabel, in dem Fall, dass eine zweite Beleuchtungsquelle (nicht gezeigt) verwendet wird, um die Probe 22 oder den Interessensbereich 28 der Probe zu beleuchten. Das Ausschalten der gerichteten Beleuchtungsquelle 40 während der Bild- oder Messwerterfassung verringert oder beseitigt die Überstrahlungsartefakte 25 und 27 des Bilds 23 der Probe.
In dem Ausführungsbeispiel, welches in 3 gezeigt wird, befindet sich die Beleuchtungsquelle 40 in einer 0/45° geometrischen Ausrichtung zum Bildsensor. Die Beleuchtungsachse 41 der Beleuchtungsquelle 40 ist insbesondere in einem Winkel von 45° in Bezug auf die optische Achse 52 des Bildsensors 50 gerichtet. In einer idealen Messumgebung des Bereichs 28 ist die optische Achse 52 lotrecht zu wesentlichen sämtlichen Punkten des Interessensbereichs 28. Optional kann eine Vielzahl weiterer Geometrien verwendet werden, für beispielsweise eine 45°/0 Geometrie, eine 25°/0 Geometrie, eine 0/25° Geometrie oder jegliche weitere Geometrie, welche zur Messung der Reflektionscharakteristika führt.
Der Bildsensor 50 der oben beschriebenen Vorrichtung umfasst eine Betrachtungsachse 52, die ebenfalls auch als optische Achse bezeichnet wird, welche lotrecht auf der Oberfläche des Sensors steht. In den meisten Messsituationen ist es wünschenswert, dass sich die optische Achse in Bezug zum Interessensbereich in einem bestimmten Winkel befindet. Solch eine Ausrichtung wird als die „Winkelausrichtung" des Bildsensors und/oder Bildgebervor richtung bezeichnet. In vielen Fällen ist es wünschenswert, dass die Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung solch einen Wert hat, dass die optische Achse des Bildsensors im wesentlichen lotrecht auf dem Interessensbereich steht; abhängig von der Oberfläche oder der Charakteristika die gemessen werden sollen, können auch andere Winkel ausgewählt werden.
Der Bildsensor ist vorteilhafter Weise eine CCD (charge coupling device), die farbaufnahmefähig ist. Andere Bildsensoren, wie beispielsweise monochromatische CMOS (complimentary metal-oxide semiconductors) können bei Bedarf die CCD ersetzen. Bei Bedarf kann eine Optik verwendet werden, um ein Bild des Gegenstands auf dem Bildsensor zu erzeugen. Ferner können spektralselektive optische Elemente der Vorrichtung 20 wie gewünscht hinzugefügt werden, z. B. Bandpassfilter und ähnliche. Darüber hinaus kann die spektrale Bandpassfunktion, die von dem Bildsensor gemessen wird verändert werden oder es können zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden, um eine gewünschte Messung zu erzielen. Als ein allgemeines Beispiel kann der Bildsensor spektral selektiv sein, d. h. er kann als ein Spectrofotometer, als Colorimeter oder als Densitometer agieren, wenn er verändert wird oder mit anderen Komponenten kombiniert wird. Als ein spezifischeres Beispiel kann der Bildsensor ein monochromer Bildsensor sein, der in Verbindung mit einer maßgeschneiderten Beleuchtung und Breitbandfiltern in einem Bildcolorimeter verwendet wird, um eine gewünschte Messung bereitzustellen. Optional kann der Bildsensor durch eine konventionelle fotografische Kamera ersetzt werden.
Der Bildsensor kommuniziert mit dem Display 70, so dass Informationen von dem Bildsensor zu dem Display 70 für die Ausgabe eines Bilds 23 auf dem Display übertragen werden können. Das Display ist vorteilhafter Weise ein LCD-Display (liquid crystal display), das fähig ist, das erfasste Bild in Farbe darzustellen; jedoch kann auch ein monochromatisches Display verwendet werden. Das Bild 23 der Probe 22 ist vorteilhafter Weise ein Life-Video-Datenstrom zum Display 70, das Bild 23 kann jedoch in einigen Anwendungen auch ein stilles Videobild sein.
Das Display kann ferner auch ein Informationsfeld 77 umfassen, welches einem Benutzer Text oder grafische Anweisungen bereitstellt. Wie in der 4 dargestellt, umfasst das Dis play Pfeile 78 (in einem nicht aktivierten Zustand), welche anzeigen, dass die Richtung der Bildgebervorrichtung 20 eingestellt werden muss, um eine bestimmte Winkelausrichtung in Bezug zur Probe 22 zu erreichen. Optional kann das Informationsfeld 77 um den Umfang des Displays 70 mit den Pfeilen 78 angeordnet werden, die sich auf jeder Seite des Displayumfangs 77 befinden oder jede andere Konfiguration, welche das Verständnis für die Information, die von dem Display vermittelt wird, erleichtert.
Das Display wird ebenfalls dafür angepasst, um hervorgehobene Bereiche 30 und 32 eines Bildes der Probe 23 zu erzeugen, welche den Überstrahlungsartefakten, wie sie von dem Bildsensor erfasst wurden, entsprechen. Die hervorgehobenen Bereiche 30 und 32 können alternativ oder zusätzlich den idealen Positionen der Überstrahlungsartefakte innerhalb des Bildes entsprechen, um eine bestimmte Winkelausrichtung der Vorrichtung 20 zu erzielen. Die Anzahl, Form, Ausrichtung und die Hervorhebung kann variieren, abhängig von dem erfassten Bild oder der gewünschten Einstellungen des Benutzers. Die hervorgehobenen Bereiche 30 und 32 sind beispielsweise, wie gezeigt, als gestrichelte Linien dargestellt. Optional können die hervorgehobenen Bereiche mit einer durchgehenden Linie dargestellt werden, um die Überstrahlungsartefakte 25 und 27 darzustellen. Alternativ können die hervorgehobenen Bereiche 30 und 32 innerhalb ihrer Grenzen und in Übereinstimmung mit den Artefakten 25 und 27 schattiert oder komplett eingefärbt werden.
Die Bildgebervorrichtung 20 kann weiterhin einen Prozessor 60 umfassen, der mit dem Bildsensor 50 und dem Display 70 kommuniziert. Wenn eine kleinere, tragbare Bildgebervorrichtung benötigt wird oder wenn große Prozessoren für komplexe Berechnungen benötigt werden, kann sich der Prozessor optional außerhalb der Bildgebervorrichtung befinden. In solchen Situationen kann die Kommunikation zwischen dem Prozessor und anderen Komponenten der Bildgebervorrichtung über direkt elektrische oder konventionelle Fernkommunikationssysteme erfolgen.
Der Prozessor des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst genügend Speicher, um eine vordefinierte „bevorzugte", oder „ideale" Position der Überstrahlungsartefakte innerhalb eines Bildes der Probe abzuspeichern, um eine gewünschte Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung zu erhalten. Der Prozessor umfasst fernerhin genügend Prozessverarbei tungsfähigkeiten, um auf dein Display 70 Anweisungen anzuzeigen, um die Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 20 anzupassen und sie mit den Überstrahlungsartefakten 25 und 27 mit den Positionen 30 und 32 auszurichten. Das Bereitstellen der Anweisungen wird im allgemeinen als ein „Lenken" des Benutzers bezeichnet. Es wird geschätzt, dass in Ausführungsbeispielen, in welchen die Bildgebervorrichtung 20 von einer Aufspannvorrichtung oder eine Maschine festgehalten wird, beispielsweise ein Roboter, der Prozessor genügende Anweisungen dem Roboter bereitstellen kann, um die Bildgebervorrichtung neu auszurichten und die gewünschte Winkelausrichtung zu erzielen.
Ferner umfasst der Prozessor genügend Speicher, um mehrfach erfasste Bilder von Proben und die Informationen, die mit diesen Bildern zusammenhängen, zu speichern. Der Prozessor kann optional eine Kommunikationsvorrichtung für das Herunterladen der gespeicherten Bilder in den Prozessor speichern oder das simultane Betrachten des Bildes auf dem Display 70 auf einem weiteren Display (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Geeignete Kommunikationsvorrichtungen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt: USB-Verbindungen, drahtlose Verbindungen; Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen (z.B. Verbindungen, die unter dem allgemein bekannten Namen „Fire-Wire" bekannt sind); und Verbindungen, die unter dem Namen „Ethernet" bekannt sind. Der Prozessor sollte fernerhin eine genügend hohe Verarbeitungsfähigkeit aufweisen, um die Transaktionen der Bildbearbeitungsvorrichtung wie nachfolgend beschrieben, durchführen zu können.
III. Bedienung und Betriebsverfahren
Die vorliegende Erfindung ermöglicht einem Anwender eine gewünschte Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 20 in Bezug auf einen Interessensbereich auf eine Probe einzustellen, um eine geeignete Messung der Reflektionscharakteristika, die mit diesem Bereich zusammenhängen, durchführen zu können.
Mit Bezug auf die 5-7 wird nachfolgend ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben. In einem ersten Schritt des Verfahrens stellt ein Anwender die Bildgebervorrichtung 20 in die Nähe eines Interessensbereichs 28 und der Probe 22 auf, die der Benutzer messen will. Der Benutzer versucht sicher zustellen, dass sich die Probe 22 in dem Sichtbereich des Bildsensors 50 befindet, so dass ein Bild 123 der Probe auf dem Display 70 dargestellt wird. Es wird geschätzt, dass das Bild 123 in jener Perspektive dargestellt wird, in welcher der Bildsensor die Probe sieht. Sobald das Bild 123 angezeigt wird, wird die Beleuchtungsquelle 40 aktiviert, entweder automatisch durch die Vorrichtung oder manuell durch den Anwender, damit die einfallenden Strahlen 280–282 auf die Oberflächen der Probe 22 auftreffen. Wie in 5 gezeigt, ergeben sich daraus die Strahlen 281 und 282, welche direkt von der Oberfläche der Probe in den Bereichen 224, 226 reflektiert werden, als reflektierte Strahlen 284 und 285, welche entlang der optischen Achse 52 des Bildsensors zurückgerichtet sind. Dementsprechend werden diese Bereiche 224 und 226 als Überstrahlungsartefakte 125 und 127 in dem resultierenden Bild 123 dargestellt. Optional können die Überstrahlungsartefakte 125 und 127 bei Bedarf hervorgehoben werden, wenn sie auf dem Display nicht gut definiert sind. Beispielsweise können die gemessenen Überstrahlungsartefakte auf dem Display hervorgehoben oder unterschiedlich eingefärbt werden. Wenn die Probe 22 hell gefärbt ist, kann der Kontrastunterschied der Überstrahlungsartefakte 125 und 127 verstärkt werden, oder alternativ die Helligkeit oder die Farbe dieser Artefakte 125 und 127 kann verändert werden, bis zu einem künstlichen Wert, um die Artefakte für den Anwender weiter hervorzuheben.
Während das Bild der Probe 123 mit den gemessenen dazugehörigen Artefakten 125 und 127 dargestellt wird, analysiert der Prozessor die Position dieser Überstrahlungsartefakte. Insbesondere definiert der Prozessor die Grenzen oder den Umfang der Probe in dem Bild, durch Verwendung von Techniken gemäß dem Stand der Technik. Der Prozessor erzeugt Beziehungen zwischen dem Umfang und der Position der gemessenen Überstrahlungsartefakte 125 und 127 in dem Bild, um zu identifizieren, wo sich die Artefakte befinden, in der durch das Bild der Probe 123 begrenzten Fläche. Mit der Position der gemessenen Artefakte 125 und 127 definiert, vergleicht der Prozessor diese Positionen mit bevorzugten Positionen der Artefakte 30 und 32, welche auf dem Display wie gezeigt hervorgehoben werden, welche aber im üblichen Anwendungsbereich nicht hervorgehoben werden müssen. Diese bevorzugten Positionen der Artefakte werden ebenfalls als vorbestimmte Positionen oder ideale Positionen bezeichnet und können auf unterschiedliche Art, wie nachfolgend detailliert beschrieben, bestimmt werden.
Basierend auf dem Vergleich, generiert der Prozessor eine Steuerungsfunktion, welche die Einstellung der Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung darstellt (d.h. die Einstellung der optischen Achse 52 des Bildsensors im Verhältnis zum Bereich 28), der notwendig ist, um die gemessen Überstrahlungsartefakte 125 und 127 zu verlagern, so dass sie mit den bevorzugten Positionen 30 und 32 übereinstimmen. Wie in der 6 gezeigt, kann die Steuerungsfunktion in dem Informationsfeld als hervorgehobener Pfeil 78 mit optionalem Text 79 dargestellt werden, um den Anwender zu benachrichtigen, die Bildgebervorrichtung in der angezeigten Richtung einzustellen. Angenommen der Anwender wünscht eine Messung des Interessenbereichs 28 mit der Bildgebervorrichtung in einer idealen Winkelausrichtung zu erzielen, passt der Anwender nachträglich die Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 20 in Bezug zu der Probe in Richtung des Pfeils 130 an. Es wird geschätzt, dass wenn eine mechanische Vorrichtung, wie beispielsweise ein Roboter eingesetzt wird, um die Bildgebervorrichtung zu positionieren, der Prozessor den Roboter anweisen kann, die Steuerungsfunktion auszuführen und die Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung einzustellen.
Es wird geschätzt, dass die Steuerung nicht implementiert werden muss, wenn ein Anwender die Position der bevorzugten Überstrahlungsartefakte kennt. In solch einer Situation passt der Anwender die Vorrichtung intuitiv an, bis sich die bevorzugten Überstrahlungsartefakte 124 und 126 in der von dem Anwender bekannten, vordefinierten Positionen befinden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem die Steuerung über die Einstellung der Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 20 eingestellt wird, wird das Bild der Probe 22 auf dem Display 70 aktualisiert. Der Anwender kann beobachten, wie sich die Überstrahlungsartefakte 125 und 127 in Bezug zur Oberfläche der angezeigten Probe 123 verändert. Idealerweise stoppt der Anwender die Anpassung der Bildgebervorrichtung, wenn das Display keine weiteren Justierpfeile 78 darstellt oder wenn die gemessenen Überstrahlungsartefakte 25 und 27 mit den bevorzugten Positionen der Überstrahlungsartefakte 30 und 32 wie in der 7 gezeigt, übereinstimmen.
7 beschreibt die Bildgebervorrichtung gleich nachdem die Winkelausrichtung des Instruments 20 durch den Anwender angepasst wurde, um eine Winkelausrichtung zu erreichen, bei welcher die optische Achse 52 des Bildsensors lotrecht auf den Interessensbereich 28 fällt. Diese Ausrichtung kann bestätigt werden, durch die Beobachtung der gemessenen Artefakte 25 und 27, welche auf dem Bild 23 dargestellt werden in Übereinstimmung mit den Positionen der bevorzugten Überstrahlungsartefakte 30 und 32.
An dieser Stelle erfasst der Anwender das Bild der Probe 23. Optional können die Positionen der bevorzugten Überstrahlungsartefakte 30 und 32 während der Bilderfassung auf dem Display hervorgehoben werden, um den Anwender bei der Stabilisierung des Instruments zu unterstützen. Darüber hinaus kann das Informationsfeld 77 des Displays 70 den Text 79 darstellen, um den Anwender beim Erfassen des Bildes einzuweisen.
Bezüglich der 8 und 8A wird anschließend eine bevorzugte Technik für das Studium der idealen Positionen für die Überstrahlungsartefakte in einem Bild beschrieben, um ein Justierprotokoll zu erzeugen, um eine bestimmte Winkelausrichtung für einen speziellen Gegenstand oder eine Klasse von Gegenständen zu erreichen. Dieses Beispiel verwendet ein experimentelles Verfahren für die Bestimmung der idealen Positionen der Überstrahlungsartefakte. Obwohl das Beispiel in Bezug zur Messung von Farbe und Lichtdurchlässigkeit von Zähnen offenbart wird, um Zahnwiederherstellungen zu erzeugen, schätzt man, dass es ebenso für jede Anwendung anwendbar ist, welche das Messen eines Gegenstands mit einer hohen Genauigkeit und Konstanz erfordert.
Die Form der Zähne kann sehr stark variieren, die meisten Zähne haben jedoch konvexe, gewölbte Oberflächen mit einem abnehmenden Radius der Wölbung in der Nähe der Zahnfleischgrenze, welche der zervikalen Kante des Zahns entspricht. Zähne neigen dazu, die flachste Oberfläche in einem zentralen Zahnbereich zu haben. Darüber hinaus entspricht dem zentralen Bereich des Zahnes der allgemeinen Zahnfarbe, und wenn Wiederherstellungen so angepasst werden, um diesem zentralen Bereich zu entsprechen, dann entspricht die Wiederherstellung dem natürlichen Zahn. Darum ist es wünschenswert, eine genaue Messung des zentralen Bereichs des Zahns durchzuführen.
Mit Bezug auf die 8 wird dies dadurch erreicht, dass die optische Achse 52 des Bildsensors 50 lotrecht auf diesen Bereich während der Messung steht. Mit der Bildgebervorrichtung 20 angebracht in der Aufspannvorrichtung 90, wurde die ideale Position für die Bestrahlungsartefakte innerhalb der Bilder von shade guides (Farbtonerkennungssystem), und Szenen in allgemeinen hergestellt, um eine konstante Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung im Verhältnis zu den Zähnen während der Messung sicherzustellen. Die Bildgebervorrichtung 20, die in der 8 gezeigt wird, umfasst die gleichen Komponenten wie die Bildgebervorrichtung, die oben beschrieben wurde, die Messgeometrie des Bildsensors ist jedoch bezüglich der Beleuchtungsquelle als 0/18° eingestellt. Dies bedeutet, dass die optische Achse während der Messung lotrecht auf den gemessenen Interessensbereich steht und dass die Beleuchtungsachse 41 in einem Winkel D, der 18° beträgt, von der optischen Achse 52 aufgestellt ist. Die Bildgebervorrichtung 20 kann optional mit einer optionalen Distanziervorrichtung ausgestattet werden (nicht gezeigt), welche den shade guide 92 in einer vordefinierten Entfernung weg von dem Bildsensor positioniert, um eine konstante Beleuchtung des shade guides 92 sicherzustellen.
Die Bildgebervorrichtung 20 wird in einer festen Beziehung zur Aufspannvorrichtung 90 mit der Konsole 91 befestigt. Ein shade guide tab 92 wird gleichfalls auf der Aufspannvorrichtung mit einem Gestell 93 befestigt, das sich in einer festen Beziehung zu der Aufspannvorrichtung 90 befindet. Ein Zimmennannswinkel 94, oder andere praktische Einrichtungen werden ferner mit der Aufspannvorrichtung 90 zusammengefügt, um eine normale Beziehung zwischen den Punkten des shade guides der zentralen Position des Zahns 102 entsprechend (8A) und der optischen Achse 52 auf dem Bildsensor. In einer experimentellen Messsequenz wird die Position des Überstrahlungsartefakts, welcher durch das einfallende Licht 128 erzeugt wird, von dem shade guide tab 92 reflektiert, als reflektierter Strahl 129 analysiert, um die ideale Position für die Überstrahlungsartefakte in einem Bild des Zahns zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass, um sicherzustellen, dass die optische Achse 52 lotrecht auf den zentralen Bereich 102 des Zahns auftrifft, der Überstrahlungsartefakt in dem Bereich 104 positioniert werden sollte, wie in der 8A gezeigt, die eine Anzeige des erfassten shade guides 96 auf dem Display 70 darstellt. Insbesondere wenn der Überstrahlungsartefakt auf einem shade guide, oder Zahn in dem Bereich 104 positioniert ist, kann ein Anwender ziemlich sicher sein, dass die optische Achse 52 des Bildsensors 50 lotrecht auf den zentralen Bereich des Zahns 102 auftrifft, welcher den Interessensbereich der meisten Anwendungen darstellt. Der Bereich 104 ist auf einen Punkt zentriert, der sich auf eine Höhe von einem Drittel der Entfernung 100 von der zervikalen Kante 98 des Zahns in Richtung Inzisalkante 99 des Zahns befindet.
Ein Testen kann durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass die experimentell bestimmten, idealen Positionen für die Überstrahlungsartefakte dafür geeignet sind, die Winkelausrichtung während eines gegenwärtigen Messszenariums zu unterstützen. Mit Bezug auf die oben bestimmten Positionen für die idealen Überstrahlungsartefakte für Zahnmessungen wurden mehrere Tests zu diesem Zweck durchgeführt. In einem der Tests verwendeten nicht geschulte Bediener die Bildgebervorrichtung um die Farbe und die Erscheinungsvariablen von menschlichen Zähnen zu messen. Um dies durchzuführen, wurde ihnen gesagt, die Bildgebervorrichtung zu aktivieren und den Zahn zu beleuchten. Sie wurden angewiesen, das Display zu beobachten und die Bildgebervorrichtung zu betätigen, so dass die von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Überstrahlungsartefakte auf einen Punkt zentriert wurden, der auf einer Höhe von einem Drittel der Entfernung von dem zervikalen Zahnbereich in Richtung der inzisalen Kante des Zahns lag. Die Bediener erfassten dann die Zahnmessung. Durch die Analyse der gemessenen Daten wurde festgestellt, dass solch eine Positionierung der Überstrahlungsartefakte innerhalb des Zahnbildes zum korrekten Funktionieren der Instrumente führte. Insbesondere deuteten die Daten darauf hin, dass die optische Achse des Bildsensors der Bildgebervorrichtung lotrecht auf den zentralen Bereich des Zahns während der Messung stand.
In einem anderen Test für die experimentelle Bestimmung der Positionen für ideale Überstrahlungsartefakte für Zahnmessungen, führte ein geschulter Bediener eine geeignete Winkelausrichtung zum Messen eines Zahns durch, ohne Rücksicht auf die Position der Überstrahlungsartefakte auf dem Bild. Aufgrund der Analyse der Messungen, die mit der Winkelausrichtung, die vom geschulten Bediener durchgeführt wurden, wurde bestätigt, dass die Position der idealen Überstrahlungsartefakte sich in einem Bereich befanden, auf ungefähr der Höhe von einem Drittel der Entfernung von der zervikalen Zahnkante in Richtung inzisaler Zahnkante.
Mit dem oben beschriebenen bestätigenden Testverfahren konnten daher die Positionen der idealen Überstrahlungsartefakte bestätigt werden, so dass die Anwender eine Winkelausrichtung für eine Bildgebervorrichtung im Verhältnis zu einem Gegenstand zuverlässig bestimmen können, so dass nützliche Messungen dieses Gegenstands erzielt werden können. In dem Fall von Bildgebervorrichtungen für Messungen im Dentalbereich, ist es besonders hilfreich, weil die Winkelausrichtung in einer freihändigen Art und Weise bestimmt werden kann, wohingegen sonst der Einsatz von Aufspannvorrichtungen nötig wäre.
Eine Alternative zu der oben beschriebenen experimentellen Technik verwendet kommerziell verfügbares dreidimensionales Computer-unterstütztes technisches Zeichnen (3D-CAD) oder Software für die Fotowiedergabe zur Bestimmung von Überstrahlungsartefakten, welche typisch sind für eine ideale Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung in Bezug zu einem Gegenstand. In einem ersten Schritt eines solchen Verfahrens wird zuerst die Winkelausrichtung einer reellen Bildgebervorrichtung zu einem reellen Gegenstand bestimmt. Eine ideale Winkelausrichtung einer reellen Bildgebervorrichtung zu einem reellen Gegenstand kann beispielsweise so sein, dass die optische Achse des Bildsensors der reellen Bildgebervorrichtung lotrecht auf eine spezifische Oberfläche des reellen Gegenstands steht.
Durch die Verwendung eines kommerziell verfügbaren 3D-CAD- oder Fotowiedergabe-Softwarepakets, beispielsweise Pro/ENGINEER, verfügbar von Parametric Technologies Corporation of Needham, Massachusetts, kann ein dreidimensionales Modell eines reellen Gegenstands erzeugt oder importiert werden. Innerhalb des 3D-CAD- oder Fotowiedergabe-Softwarepakets wird der modellierte Gegenstand so ausgerichtet, um den Betrachtungswinkel der reellen Bildgebervorrichtung in der idealen Winkelbeziehung, die oben bestimmt wurde, nachzuahmen. Beispielsweise wird der modellierte Gegenstand ausgerichtet, um den reellen Gegenstand so wiederzugeben, als ob er von der reellen Bildgebung her von der reellen Bildgebervorrichtung in der idealen Winkelausrichtung erfasst worden wäre.
In einem anderen Schritt wird das 3D-CAD- oder Fotowiedergabe-Softwarepaket dafür eingesetzt, um eine gerichtete Beleuchtungsspezifikation zu erzeugen, die zur gerichteten Beleuchtung passend oder ungefähr passend ist, die erwartet wird, wenn eine reelle Bildgebervorrichtung einen reellen Gegenstand misst. In einem weiteren Schritt gibt das 3D-CAD- oder Fotowiedergabe-Softwarepaket den modellierten Gegenstand wieder oder schattiert ihn künstlich, gemäß der erzeugten gerichteten Lichtspezifikation und der vorbestimmten idealen Winkelausrichtung, die in dem ersten Schritt spezifiziert wurde. Das wiedergegebene Bild zeigt die bevorzugten Positionen für die Überstrahlungsartefakte innerhalb des wiedergegebenen Bildes, welche charakteristisch sind für die ideale Winkelausrichtung, wie sie von einer reellen Bildgebervorrichtung während einer wirklichen Messung betrachtet werden.
Es wird geschätzt, dass auch andere Techniken eingesetzt werden können, um die vorteilhaften Positionen für Überstrahlungsartefakte zu bestimmen, die charakteristisch sind für die ideale Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung und des gemessenen Gegenstands in Bezug zueinander.
IV. Erstes alternatives Ausführungsbeispiel
Ein alternatives Ausführungsbeispiel 300 der vorliegenden Erfindung wird in 9 dargestellt. Die Bildgebervorrichtung 300 umfasst einen Bildsensor 350 mit einer optischen Achse 352, einer gerichteten Beleuchtungsquelle 340 und einen Prozessor 360 wie oben beschrieben. Die Bildgebervorrichtung 300 wird in Bezug zu einer Beförderungsvorrichtung 330 angebracht, welche das Produkt 322 an der Bildgebervorrichtung 300 auf eine sich in der Zeit veränderten Geschwindigkeit vorbei bewegt. Dieser Aufbau kann an einer Prüfstation einer Produktionslinie eingesetzt werden, um die Konsistenz des Produkts, beispielsweise die Homogenität und eine konstante Farbe, sicherzustellen.
Wie gezeigt, ist die Probe 322 eine Computermaus, welche in Bezug zu der optischen Achse 352 und der Beleuchtungsachse 341 der Bildgebervorrichtung 300 über die Positionen 312, 314, 316 und 318 bewegt wird. Die Probe 322 weist einen Interessensbereich 328 auf, für welchen die Messung der Reflektionscharakteristika gewünscht wird.
In diesem Ausführungsbeispiel, während die Beförderungsvorrichtung 330 die Probe 322 an der Bildgebervorrichtung 300 vorbeibewegt, erfasst die Bildgebervorrichtung die Position der Überstrahlungsartefakte, die von dem reflektierten Licht von der Oberfläche der Probe 322 erzeugt wird. Insbesondere, wenn die Probe 322 die Positionen 312, 314, 316 und 318 an den Positionen 312, 314, 316 und 318 vorbeizieht, erfasst der Bildsensor die Position der Probe 322 in dem Sichtfeld der Bildgebervorrichtung. Der Sensor 350 erfasst ferner die relative Position des Überstrahlungsartefakts, welcher von den Lichtstrahlen der Beleuchtungsquelle 340 erzeugt wird, und von der Oberfläche der Probe 322 reflektiert wird. Das Sichtfeld des Bildsensors während der Bewegung der Probe wird in den Szenen 312, 314, 316 und 318 gezeigt. Der Prozessor 360 erfasst die Beziehung zwischen den Überstrahlungsartefakten 313, 315, 317 und 319 und der Position des bevorzugten Überstrahlungsartefakts 330. Die Position des bevorzugten Überstrahlungsartefakts 330 entspricht einer idealen Position der Probe 322 in Bezug zu der optischen Achse 352 für das Erfassen eines Nutzbildes des Interessensbereichs 328. Nur wenn eine akzeptable Ausrichtung der Überstrahlungsartefakte erreicht wird, insbesondere wenn der Überstrahlungsartefakt 317 im wesentlichen mit der bevorzugten Position 330 übereinstimmt, erfasst der Sensor ein Bild der Probe 322. Die Szene 316 beschreibt diese vorteilhafte Ausrichtung und wird hervorgehoben, um anzeigen, dass das Bild erfasst wurde, wenn der Überstrahlungsartefakt 317 mit der Position 330 übereinstimmt. In dieser Konfiguration, ebenfalls mit durchgehenden Linien in der Seitenansicht der Bildgebervorrichtung 300 gezeigt, ist die Bildgebervorrichtung im wesentlichen lotrecht auf eine statistisch relevante Anzahl von Punkten im Interessensbereich 328. In all den restlichen Szenen 312, 314 und 318 stimmen die Überstrahlungsartefakte 313, 315 und 319 nicht mit der bevorzugten Position 330 überein. Dementsprechend nimmt der Bildsensor kein Bild auf, wenn die Probe 322 sich in diesen Ausrichtungen befindet, weil die ideale Winkelausrichtung des Bildsensors nicht vorhanden ist. Nachdem ein Bild erfasst wurde, können die Messdaten anschließend aus dem Interessensbereich 328 dieses Bildes abgeleitet werden.
Es wird angenommen, dass das oben stehende erste alternative Ausführungsbeispiel verändert werden kann, so dass die Bildgebervorrichtung sich in Bezug zu einer stationären Probe bewegt. Diese abgeänderte Vorrichtung würde ebenfalls nach den Prinzipien des o. g. Verfahrens arbeiten.
V. Zweites Ausführungsbeispiel
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ebenfalls in Bezug zu der 9 erklärt. Die Bildgebervorrichtung 300 arbeitet gemäß denselben Prinzipien wie beschrieben, wie sie in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel oben beschrieben wurden; anstatt jedoch darauf zu warten, ein Bild aufzunehmen, wenn der Prozessor 360 die Übereinstimmung eines gemessenen Überstrahlungsartefakts 317 erfasst, z. B. bei der Ausrichtung, die in der Szene 316 gezeigt wird, speichert und hinterlegt der Mikroprozessor Bilder für mehrfache Szenen, in diesem Fall jede einzelne Szene 312, 314, 316 und 318. Diese hinterlegten Bilder werden von dem Prozessor oder einem Anwender überprüft, um jenes Bild mit der besten Positionierung des Überstrahlungsartefakts auszuwählen, d. h. das Bild 316 mit dem Überstrahlungsartefakt 317 in Übereinstimmung mit der bevorzugten Position des Überstrahlungsartefakts 330. Die gemessenen Daten können dann aus dem Interessensbereich 328 des ausgewählten Bildes und der anderen verworfenen Bilder abgeleitet werden.
Wie in dem obigen zweiten alternativen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren dieses zweiten Ausführungsbeispiels effektiv eingesetzt werden, wenn eine Bildgebervorrichtung 300 sich in Bezug zu einer befestigten Probe 322 bewegt.
VI. Drittes alternatives Ausführungsbeispiel
Ein drittes alternatives Ausführungsbeispiel 400 der vorliegenden Erfindung wird in 10 beschrieben. Die Bildgebervorrichtung 400 ist im allgemeinen identisch mit der physischen Konstruktion der Bildgebervorrichtung 300 mit der Ausnahme, dass mehrfache, gerichtete Beleuchtungsquellen 440, 442, 444 und 446 in der Vorrichtung umfasst sind. Darüber hinaus weist die Probe 422 eine unterschiedliche Form im Vergleich zu der Probe 322 auf. Mit den zusätzlichen Beleuchtungsquellen werden vielmehr Überstrahlungsartefakte erzeugt und von dem Bildsensor 450 erfasst. Diese mehrfachen Überstrahlungsartefakte können dafür genutzt werden, um noch förmlicher zu bestätigen, dass die optische Achse 422 lotrecht auf einen gewünschten Interessensbereich auf der Oberfläche der Probe steht.
Wie gezeigt, wird die von der mehrfachen Beleuchtungsquelle erzeugte Überstrahlung von dem Bildsensor 450 erfasst und als mehrfache Überstrahlungsartefakte 480, 482, 484 und 486 auf dem Display 470 ausgegeben. Durch die Absicherung, dass diese Überstrahlungs artefakte mit den vordefinierten Überstrahlungsartefaktpositionen 490, 492, 494 und 496 übereinstimmen, kann dementsprechend ein Anwender oder die Vorrichtung bestätigen, dass die ideale Winkelausrichtung zwischen dem Bildsensor 450 und einem Interessensbereich auf der Oberfläche der Probe 422 gebildet wurde.
Mit den gegebenen mehrfachen Beleuchtungsquellen kann es schwierig sein, jeder Beleuchtungsquelle ein gewisses Überstrahlungsartefakt zuzuordnen. Mehrere Optionen stehen zur Verfügung, um dieses Problem zu lösen. Jede der Beleuchtungsquellen 440, 442, 444 und 446 kann z. B. bezüglich der Lichtstärke moduliert werden, um eine zeitliche Differenzierung zu erreichen. In einem anderen Beispiel kann jede der Lichtquellen 440, 442, 444 und 446 eine unterschiedliche Farbe oder Spektralzusammensetzung aufweisen. Beide Beispiele zeigen einen Weg, um eine Verwirrung bezüglich der Überstrahlungsartefakte zu verringern. Diese und weitere Techniken können ebenfalls den anderen Ausführungsbeispielen nach belieben angewandt werden.
VII. Viertes alternatives Ausführungsbeispiel
Ein viertes alternatives Ausführungsbeispiel 500 der vorliegenden Erfindung wird in 11 gezeigt. Die Bildgebervorrichtung 500 ist im allgemeinen identisch mit der Bildgebervorrichtung 400 mit der Ausnahme, dass anstelle mehrfacher Beleuchtungsquellen, die Bildgebervorrichtung 500 eine Beleuchtungsquelle 541 umfasst, welche zu unterschiedlichen Positionen 540, 542, 544 und 546 hin bewegt wird, um ihre Winkelausrichtung in Bezug zu dem Bildsensor 550 und der Probe 522 in der Zeit zu verändern. Dementsprechend kann eine größere Anzahl von Überstrahlungsartefakten gemessen und verglichen werden mit vordefinierten Positionen für Überstrahlungsartefakte, um eine genaue Winkelausrichtung der Bildgebervorrichtung 500 in Bezug zu der Probe 522 sicherzustellen.
Die Ausgabe der Überstrahlung, die von dem Bildsensor 550 und von dem Display 570 erfasst wurde, ist ebenfalls ähnlich zu der auf dem Display 470 des dritten alternativen Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, dass je ein unterschiedliches Bild für jede unterschiedliche Position 540, 542, 544 und 546 der Beleuchtungsquelle 541 erzeugt wird. Wie im dritten alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Anwender durch die Absicherung, dass die Überstrahlungsartefakte 580, 582, 584 und 586 im wesentlichen mit den vordefinierten Positionen 590, 592, 594 und 596 übereinstimmen bzw. in jedem entsprechenden Bild bestätigen, dass eine ideale Winkelausrichtung zwischen dem Bildsensor 550 und einem Interessensbereich der Oberfläche von der Probe 522 erreicht wurde.
Die Beleuchtungsquelle muss sich nicht auf einem kreisförmigen, sich in der Zeit veränderlichen Pfad bewegen, sondern kann sich optional in jedem zeitvariablen Winkelverhältnis in Bezug zu dem Bildsensor 550 der Probe 522, oder beiden bewegen, was zuträglich ist, mehrfache Überstrahlungsartefakte in dem Bild einer Probe zu erzeugen. Darüber hinaus können zusätzliche sich in der Zeit veränderliche Bildquellen nach Belieben hinzugefügt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Erfassung einer gewünschten Winkelausrichtung einer Bildgebervorrichtung in Bezug zu einer Probe, um sicherzustellen, dass die Messungen der Probe akkurat und konsistent erfasst werden. Die Istzeit-Steuerung und die visuelle Bestätigung einer idealen Anpassung, die die relative Positionierung der Überstrahlungsartefakte innerhalb eines Bildes verwenden, beseitigen das Rätselraten in Verbindung mit der Ausrichtung einer Bildgebervorrichtung für eine Messung. Obwohl die Bildgebervorrichtung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Anwendungen im Dental- und Produktionsbereich offenbart wurden, ist die Erfindung ebenfalls so gut wie für jedes Messinstrument zur Messung der Reflektionscharakteristik anwendbar, welches jede Messtechnik zur Messung der Reflektionscharakteristik verwendet. Obwohl die Erfindung für in Verbindung mit allgemein glänzenden Materialien beschrieben wurde, welche spiegelnde Reflektionen erzeugen, ist die Erfindung auch für Messungen von matt behandelten Oberflächen von Gegenständen mit mattierten Oberflächen anwendbar.
Die obigen Beschreibungen beziehen sich auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung.

Claims

Bildgebervorrichtung umfassend: eine Beleuchtungsquelle für die Beleuchtung einer Oberfläche mit Licht, wobei Überstrahlung auf dieser Oberfläche erzeugt wird; ein Bildsensor, der so angepasst ist, dass er ein Bild der Oberfläche einschließlich der Überstrahlung erfasst, wobei sich der Bildsensor in einer Winkelausrichtung in Bezug zu der Oberfläche befindet; ein Display, welches mit dem Bildsensor gekoppelt ist und so angepasst ist, dass er ein Bild darstellt; ein Prozessor, der so angepasst ist, dass er einen Überstrahlungsartefakt hervorhebt, welcher von der Überstrahlung auf dem Display erzeugt wird, wodurch Informationen über die Winkelausrichtung bereit gestellt werden.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle eine gerichtete Beleuchtungsquelle ist.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens eine diffuse Beleuchtungsquelle und eine andere gerichtete Quelle.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Beleuchtungsquelle die Oberfläche vorübergehend vor dem Erfassen des Bildes beleuchtet.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Beleuchtungsquelle eine sich in der Zeit verändernde Beziehung zu der Oberfläche, auf der eine Vielzahl von Überstrahlungsartefakten erzeugt werden, aufweist.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor Steuerungsanweisungen auf dem Display ausgibt, um den Anwender bei der Neupositionierung des Bildsensors in Bezug zu der Oberfläche anzuweisen.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle zeitlich variabel ist.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Licht und die Überstrahlung farbig ist, so dass der Überstrahlungsartefakt farbig ist.
Verfahren für die Anpassung einer Bildgebervorrichtung in Bezug zu einem Gegenstand umfassend: Positionierung eines Bildsensors in einer Entfernung von der Oberfläche; Beleuchtung des Gegenstands, um Überstrahlung zu erzeugen; Erfassung der Überstrahlung mit dem Bildsensor; Anpassung der Position des Bildsensors im Verhältnis zu dem Gegenstand, basierend auf der Erfassung.
Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Darstellung der Überstrahlung für einen Anwender auf einem Display.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebervorrichtung den Anwender anweist, die Anpassung vorzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Display Pfeile darstellt, um den Anwender bei der Anpassung anzuweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Hervorheben der Überstrahlung auf dem Display.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung mit einer Quelle erfolgt, welche sich in einer Position entfernt von dein Gegenstand und dem Bildsensor befindet und worin sich die Position in der Zeit zumindest in Bezug auf einen der Bildsensoren und den Gegenstand verändert.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand zumindest ein menschlicher Zahn und eine Farbtonreferenz (shade guide tab) ist, eine zervikale Kante und eine inzisale Kante umfassend, wobei sich die zervikale Kante in einer Entfernung von der inzisalen Kante befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Bildsensors zumindest in Bezug zu dem menschlichen Zahn und der Farbtonreferenz angepasst wird, um sicherzustellen, dass sich die Überstrahlung in einer vordefinierten Position befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Wiederholung der vorher genannten Schritte, um eine gewünschte Position der Überstrahlung in dem Bild zu identifizieren, wobei die gewünschte Position einer optimalen Winlcelausrichtung der Bildgebervorrichtung entspricht.
Bildgebervorrichtung umfassend: eine Bildgebereinrichtung für das Erfassen eines Bildes eines Gegenstandes, wobei das Bild einen Interessensbereich und einen Überstrahlungsartefakt umfasst, wobei sich der Überstrahlungsartefakt in einer ersten Position in dem Bild befindet; vergleichende Mittel für den Vergleich der ersten Position mit einer bevorzugten Überstrahlungsartefakt-Position; und Mittel für die Bestimmung, wann die erste Position im wesentlichen mit dem bevorzugten Überstrahlungsartefakt übereinstimmt.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebermittel das Bild des Gegenstandes erfassen, wenn die erste Position mit der Position des bevorzugten Überstrahlungsartefakts übereinstimmt.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 18, gekennzeichnet durch Steuerungsmittel, um einen Anwender anzuweisen, die Bildgebermittel in eine vordefinierte Ausrichtung in Bezug zu dem Gegenstand für das Erfassen des Bildes des Gegenstands anzupassen.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 18, gekennzeichnet durch Displaymittel für die Darstellung des Bildes des Gegenstandes.
Bildgebervorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebervorrichtung so angepasst ist, um Bilder mit einer Bandbreite zu erfassen, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus sichtbarem, infrarotem, nahe infrarotemn und ultravioletten Bandbreiten besteht.
Verfahren für die Steuerung einer Bildgebervorrichtung, angeordnet in einer ersten Ausrichtung in Bezug zu einem Gegenstand, der derart beleuchtet ist, dass ein Überstrahlungsartefakt in einer ersten Position auf dem Gegenstand sichtbar wird, umfassend: Ermitteln des Überstrahlungsartefakts; Bereitstellen von Befehlen um den Artefakt in eine zweite Position zu verlagern basierend auf die Ermittlung, wobei die Bildgebervorrichtung an eine zweite Ausrichtung angepasst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle einem Anwender bereitgestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebervorrichtung ein Display umfasst und die Anweisungen dem Anwender über einem Pfeil auf dem Display bereitgestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Überstrahlungsartefakt in einem Bild dargestellt wird, das mindestens einen Bereich des Gegenstands umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 26, gekennzeichnet durch das Hervorheben des Überstrahlungsartefakts in der ersten Position.
Verfahren gemäß Anspruch 27, gekennzeichnet durch das Anzeigen, wenn sich der Überstrahlungsartefakt in der bevorzugten Position befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand eine nicht planare Oberfläche umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand mindestens ein menschlicher Zahn und eine Farbtonreferenz ist, umfassend eine zervikale Kante, eine inzisale Kante und einen Bereich, der die Reflektionscharakteristika von mindestens dem menschlichen Zahn und der Farbtonreferenz ab darstellt, und wobei die zervikale Kante sich in einer Entfernung von der inzisalen Kante befindet und worin die Bildgebervorrichtung einen Bildsensor mit einer optischen Achse aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausrichtung die Anordnung der optischen Achse umfasst, so dass die optische Achse im wesentlichen lotrecht auf dem Bereich steht.
Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Position im wesentlichen einem Drittel der Distanz weg von der zervikalen Kante des Zahnes entspricht.
Verfahren zum Erzielen einer bevorzugten Messung einer Reflektionscharakteristik eines Gegenstands, umfassend: Bereitstellung eines überstrahlungerzeugenden Lichts; zeitabhängige Positionsveränderung von mindestens dem Gegenstand und des Lichts, um eine Vielzahl von Überstrahlungsartefakten auf dem Gegenstand zu erzeugen; Erzielen einer Vielzahl von Bildern des Gegenstands, wobei jedes mindestens eines aus der Vielzahl der Überstrahlungsartefakte in einer entsprechenden Position im Bild umfasst; Analysieren der Position von mindestens eines aus der Vielzahl der Überstrahlungsartefakte im Verhältnis zu einer bevorzugten Position des Bildes; und die Auswahl eines bevorzugten Bildes basierend auf der Analyse.
Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Bilder mit einem Bildsensor erfasst wurde, der eine optische Achse aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das bevorzugte Bild ein Bild ist, welches erzielt wurde als die optische Achse im wesentlichen lotrecht auf einen Interessensbereich auf dem Gegenstand steht.
Verfahren gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand entlang einer Produktionslinie bewegt wird, und das bevorzugte Bild analysiert wird, um die Qualität des Gegenstands zu überwachen.
Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand eine gewölbte Oberfläche umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von überstrahlungerzeugenden Lichtern auf den Gegenstand projiziert werden.
Verfahren für die Erfassung einer Messung eines Gegenstands, umfassend: Bereitstellung eines überstrahlungserzeugenden Lichts; eine zeitabhängige Positionsveränderung von mindestens dem Gegenstand und dem Licht, um eine Vielzahl von Ausrichtungen der Überstrahlungsartefakte auf dem Gegenstand zu erzeugen; Überwachung der Vielzahl von Ausrichtungen der Überstrahlungsartefakte auf dem Gegenstand; Messung des Gegenstands basierend auf der Überwachung.
Verfahren gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder aus der Vielzahl der Überstrahlungsartefakte in einer entsprechenden Vielfalt von Positionen in Bezug zu dem Gegenstand befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsschritt den Vergleich der entsprechenden Vielfalt von Positionen zu einer bevorzugten Position des Artefakts umfasst, welcher die gewünschte Ausrichtung des Gegenstands in Bezug zum Licht anzeigt.
Verfahren gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht von einer gerichteten Beleuchtungsquelle bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Beleuchtungsquelle während der Messung ausgeschaltet wird.