ES2973886T3 - Monitorizar el volumen de escaneo de un escáner 3D - Google Patents

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Abstract

Se divulga el escaneo 3D utilizando un escáner 3D configurado para detectar cuando el objeto escaneado está en reposo en el volumen de escaneo del escáner 3D. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Monitorizar el volumen de escaneo de un escáner 3D
Campo
La divulgación se refiere a la monitorización de un volumen de escaneo de un escáner 3D. Más particularmente, la divulgación se refiere a monitorizar el volumen de escaneo e iniciar automáticamente el escaneo de un objeto colocado en el volumen de escaneo.
Antecedentes
Cuando un objeto se escanea en 3D usando un método óptico, se puede derivar una representación digital 3D del objeto a partir de una serie de imágenes en 2D, cada una de las cuales proporciona información topográfica de la superficie de una porción de la superficie del objeto.
El escaneo 3D puede basarse en varias técnicas de detección óptica, como la triangulación o el escaneo de enfoque.
Muchos escáneres 3D de triangulación usan un haz de láser para sondear la superficie del objeto y aprovechan una cámara 2D para buscar la ubicación del reflejo del haz de láser. Dependiendo de la distancia a la que incide el láser sobre una superficie, el haz de láser aparece en diferentes lugares del campo de visión de la cámara. Esta técnica se llama triangulación porque el punto donde el haz de láser incide en la superficie, la cámara y la fuente de luz forman juntos un triángulo. La información topográfica de una porción más grande de la superficie del objeto se graba barriendo el haz de láser a través del objeto. Se pueden usar un haz de luz de sonda con patrón que ilumina un área de, por ejemplo, varios centímetros cuadrados, en lugar de un solo punto láser, para acelerar el proceso de adquisición.
Hay varios tipos de escáneres 3D disponibles comercialmente, como el escáner D2000 de 3shape A/S. Se conocen otros escáneres por los documentos US 2003231793 A1 y JP 2003244531 A.
A medida que la tecnología del escáner madura, el tiempo necesario para interactuar manualmente con el escáner 3D se vuelve comparable al tiempo de escaneo real. Sigue siendo un problema proporcionar un escáner 3D y un método de escaneo en el que la interacción del usuario sea más rápida y eficiente.
Sumario
La invención se describe en las reivindicaciones adjuntas. A continuación se describen diferentes realizaciones de la divulgación.
De acuerdo con una realización, se divulga un escáner 3D para escanear objetos colocados en el volumen de escaneo del escáner 3D. El escáner 3D comprende:
una unidad de escaneo óptico configurada para grabar datos geométricos de un objeto colocado en el volumen de escaneo, comprendiendo la unidad de escaneo óptico una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda dentro del volumen de escaneo y una unidad de adquisición de imágenes dispuesta para grabar imágenes 2D de luz recibida del objeto colocado en el volumen de escaneo; y
una unidad de control que comprende un procesador de datos y un medio no transitorio legible por ordenador codificado con un producto de programa de ordenador que comprende un código de programa legible que es ejecutable por el procesador para hacer que el procesador:
detectar el movimiento del objeto en el volumen de escaneo analizando datos de monitorización adquiridos para el objeto en diferentes momentos,
iniciar un escaneo 3D cuando se determina que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo, y generar una representación digital 3D del objeto a partir de los datos geométricos grabados.
De acuerdo con una realización, se divulga un método para controlar un escáner 3D para escanear objetos colocados en un volumen de escaneo del escáner 3D. El método incluye:
- monitorizar el volumen de escaneo para determinar si un objeto está en reposo o no en el volumen de escaneo; y
- ejecutar instrucciones para escanear en 3D el objeto cuando se descubre que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo.
En una realización, el código de programa legible es ejecutable por el procesador y está configurado para hacer que el procesador:
adquiera datos de monitorización al menos para un objeto extraño, presente en el volumen de escaneo, en diferentes momentos;
detecte el movimiento de al menos el objeto extraño presente en el volumen de escaneo analizando los datos de monitorización adquiridos al menos para el objeto extraño en diferentes momentos; y
impida el inicio del escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo.
De acuerdo con una realización, se divulga un método para controlar un escáner 3D. El método incluye monitorizar el volumen de escaneo para determinar si un objeto extraño colocado en el volumen de escaneo está en movimiento, donde la monitorización comprende grabar imágenes 2D de monitorización usando un sensor de imagen 2D del escáner 3D y analizar las imágenes 2D grabadas; y
ejecutar instrucciones para evitar el escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto extraño está en movimiento dentro del volumen de escaneo.
De acuerdo con una realización, se divulga un método para escanear objetos en 3D en un volumen de escaneo de un escáner 3D. El método incluye:
colocar el objeto en el volumen de escaneo de un escáner 3D de acuerdo con cualquiera de las realizaciones divulgadas,
ejecutar las instrucciones ejecutables del procesador para monitorizar el volumen de escaneo para determinar si el objeto está en reposo o no en el volumen de escaneo; y
ejecutar las instrucciones ejecutables del procesador para escanear en 3D el objeto cuando se descubre que el objeto está en reposo.
Algunos pasos del método descrito anteriormente y a continuación pueden implementarse en software y llevarse a cabo en un sistema de procesamiento de datos u otros medios de procesamiento causados por la ejecución de instrucciones ejecutables por ordenador. Las instrucciones pueden proporcionarse como un producto de programa de ordenador cargado en una memoria del sistema de procesamiento de datos, tal como una unidad de memoria RAM, desde un medio de almacenamiento legible por ordenador o desde otro ordenador a través de una red de ordenadores. Alternativamente, los pasos descritos pueden implementarse mediante circuitería cableada en lugar de software o en combinación con software.
En algunas realizaciones, el producto de programa de ordenador comprende instrucciones para iniciar el escaneo 3D cuando se encuentra que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo.
De acuerdo con una realización, se divulga un escáner 3D. El escáner 3D incluye
una unidad de escaneo óptico configurada para grabar datos geométricos de un objeto dispuesto en un volumen de escaneo del escáner 3D, comprendiendo la unidad de escaneo óptico una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda dentro del volumen de escaneo y al menos dos unidades de adquisición de imágenes dispuestas para grabar imágenes 2D de la luz recibida de objetos colocados en el volumen de escaneo; y
una unidad de control que comprende un procesador de datos y un medio no transitorio legible por ordenador codificado con un producto de programa de ordenador que comprende un código de programa legible ejecutable por el procesador para hacer que el procesador:
adquiera un dato de monitorización al menos para un objeto extraño, presente en el volumen de escaneo, en diferentes momentos,
detecte el movimiento al menos del objeto extraño presente en el volumen de escaneo analizando los datos de monitorización adquiridos para el objeto extraño en diferentes momentos, y
impida el inicio del escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo.
El objeto extraño es diferente del objeto que se va a escanear y el objeto extraño suele estar presente temporalmente en el volumen de escaneo, típicamente antes del inicio del escaneo 3D, como durante el posicionamiento del objeto en el volumen de escaneo. En el contexto de la divulgación, el objeto extraño puede incluir la mano de un operario mientras el objeto está siendo colocado en el volumen de escaneo. Alternativamente, el objeto extraño puede incluir un brazo robótico que esté configurado para posicionar el objeto en el volumen de escaneo para escaneo. Típicamente, la determinación del movimiento del objeto extraño se realiza antes de determinar si el objeto está en reposo.
En una realización, el código de programa legible es ejecutable por el procesador y está configurado para hacer que el procesador:
detecte movimiento del objeto en el volumen de escaneo analizando un dato de monitorización adquiridos para el objeto en diferentes momentos;
inicie un escaneo 3D cuando se determine que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo; y genere una representación digital 3D del objeto a partir de los datos geométricos grabados.
Porque se debe evitar el inicio del escaneo para generar una representación digital 3D del objeto a partir de los datos geométricos grabados cuando el objeto extraño todavía está presente en el volumen de escaneo. Por lo tanto, de acuerdo con una realización, impedir el inicio del escaneo 3D del objeto comprende que el código de programa legible que es ejecutable por el procesador está configurado para hacer que el procesador impida el inicio del escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto estar en reposo en el volumen de escaneo y se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo. En otras palabras, el escaneo 3D del objeto puede iniciarse cuando el objeto extraño está ausente, es decir, no está presente en el volumen de escaneo, incluso si la determinación concluye que el objeto está en reposo.
En el contexto de la divulgación, el volumen de escaneo puede definirse mediante un cono que representa el campo de visión de la unidad de adquisición de imágenes. En escenarios en los que la unidad de adquisición de imágenes incluye más de un sensor de imagen, entonces el volumen de escaneo incluye todo o al menos una parte de un campo de visión que es común a través de más de un sensor de imagen, es decir, un campo de visión superpuesto.
La monitorización del volumen de escaneo incluye la grabación de imágenes 2D de monitorización del objeto y/u objeto extraño usando un sensor de imagen 2D del escáner 3D y el análisis de las imágenes 2D grabadas. En una realización, los datos de monitorización comprenden imágenes 2D de monitorización del objeto y el objeto extraño grabadas en diferentes momentos cuando el objeto extraño está presente en el volumen de escaneo. En otra realización, los datos de monitorización comprenden imágenes 2D de monitorización del objeto grabado en diferentes momentos cuando el objeto extraño está ausente del volumen de escaneo.
El análisis de los datos de monitorización puede incluir comparar las imágenes 2D de monitorización grabadas en diferentes momentos, por ejemplo, comparando valores de píxel de los píxeles en las imágenes 2D de monitorización. En una realización, se determina que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo cuando una diferencia entre los valores de píxel comparados está por debajo de un primer valor umbral predefinido. En otra realización, se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo cuando una diferencia entre los valores de píxel comparados está por encima de un segundo valor umbral predefinido. En implementaciones diferentes, el primer valor umbral predefinido y el segundo valor umbral predefinido pueden ser iguales o diferentes. Por lo tanto, una forma ilustrativa no limitante es calcular un indicador de diferencia restando los valores de intensidad de los píxeles correspondientes en las imágenes 2D de monitorización y determinando si la diferencia está por debajo de un valor de intensidad umbral predeterminado. Otra forma ilustrativa no limitante puede incluir comparar el histograma de intensidad de la imagen de las imágenes 2D de monitorización y determinar si la diferencia está por debajo de un umbral predeterminado.
La monitorización de imágenes 2D puede incluir dos o más imágenes 2D separadas que se graban en diferentes momentos. Durante el análisis, estas imágenes 2D grabadas se comparan para determinar si el objeto está en reposo o el objeto extraño está en movimiento. Adicional o alternativamente, las imágenes 2D de monitorización pueden incluir una o más imágenes 2D compuestas que incluyen una representación promedio de un número predefinido de imágenes sucesivas que se graban en diferentes momentos durante la etapa de monitorización, es decir, antes del inicio del escaneo. La imagen compuesta se puede generar alineando el número predefinido de imágenes y calculando un valor de píxel para un píxel específico utilizando el valor de píxel de una de las imágenes seleccionadas del número predefinido de imágenes sucesivas o promediando, a partir del número predefinido de imágenes sucesivas, valores de píxel para el píxel específico. Durante el análisis, estas imágenes 2D compuestas se comparan para determinar si el objeto está en reposo o el objeto extraño está en movimiento.
En otra realización, se puede hacer una comparación entre una imagen compuesta y una imagen 2D no compuesta, que es simplemente una imagen 2D grabada en un momento específico durante la etapa de monitorización. La utilización de tales imágenes compuestas puede ser útil, por ejemplo, para reducir el ruido de las imágenes 2D de monitorización grabadas y hacer que el inicio del escaneo automático sea más confiable. El código de programa legible ejecutable por el procesador puede configurarse para hacer que el procesador genere tales imágenes compuestas. El código de programa legible puede configurarse además para comparar i) dos imágenes 2D de monitorización compuestas, y/o ii) una imagen 2D de monitorización compuesta con una imagen 2D de monitorización no compuesta, y/o iii) dos imágenes 2D de monitorización no compuestas.
La unidad de control puede configurarse para establecer un intervalo de tiempo entre diferentes momentos en los que se graban los datos de monitorización. Preferiblemente, el intervalo de tiempo es suficientemente corto para evitar introducir tiempos de espera largos e innecesarios, por ejemplo, para el inicio del escaneo 3D, y puede ser aún lo suficientemente largo para evitar que el escaneo 3D se inicie mientras el operario todavía está en el proceso de colocar el objeto en el volumen de escaneo. Por ejemplo, a menudo se puede obtener una única imagen 2D del objeto en mucho menos de 100 ms y el siguiente análisis también se puede realizar rápidamente mediante un sistema de procesamiento de datos. Por lo tanto, la monitorización del volumen de escaneo y el inicio automático del procedimiento de escaneo pueden ser mucho más rápidos de lo que un operario humano puede interactuar con una interfaz de usuario del escáner 3D.
En una realización, detectar si el objeto se mueve o no en el volumen de escaneo puede implicar determinar si la posición y/u orientación del objeto en el volumen de escaneo cambia con el tiempo. Se pueden definir rangos predeterminados para la variación máxima permitida en posición y/u orientación mientras se sigue considerando que el objeto está en reposo, así como el intervalo de tiempo requerido durante el cual el objeto debe estar dentro de dichos rangos predeterminados.
La monitorización del volumen de escaneo durante el procedimiento de colocación de un objeto en el escáner 3D proporciona que el escaneo 3D pueda iniciarse automáticamente una vez que el operario haya colocado el objeto en reposo en el volumen de escaneo sin que el operario necesite interactuar con el sistema de control del escáner 3D para informar de que el objeto está listo para ser escaneado. Dado que no es necesario que el operario recurra, por ejemplo, a la pantalla del ordenador para introducir un comando para iniciar el escaneo, el procedimiento de escaneo se puede iniciar rápidamente. El procedimiento de escaneo se hace más automático y el operario solo necesita colocar el objeto en el volumen de escaneo y retirarlo después del escaneo. En una secuencia de escaneo en la que se escanean varios objetos secuencialmente, el operario solo necesita reemplazar un objeto escaneado con el siguiente objeto, lo que reduce significativamente el tiempo total del procedimiento de escaneo.
El producto de programa de ordenador puede comprender instrucciones para detectar que un objeto escaneado ha sido retirado del volumen de escaneo y que un nuevo objeto ha sido colocado en el escáner 3D y está en reposo en el volumen de escaneo, y para escanear en 3D el nuevo objeto. Monitorizar el volumen de escaneo para detectar que el objeto escaneado se retira puede basarse en rastrear el movimiento del objeto escaneado fuera del volumen de escaneo o registrar que el volumen de escaneo en algún momento después de un escaneo está vacío antes de que un objeto se encuentre en el volumen de escaneo.
En principio, el nuevo objeto puede ser idéntico al objeto ya escaneado, por ejemplo, si el operario no estaba satisfecho con la calidad de un primer escaneo del objeto.
Los datos de monitorización pueden expresar preferiblemente la posición y/u orientación del objeto en el volumen de escaneo. El escáner 3D es entonces capaz de detectar el movimiento del objeto en el volumen de escaneo mediante el análisis de los datos de monitorización. El análisis también puede estar dirigido a determinar si hay o no un objeto en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, la unidad de escaneo óptico comprende una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda dentro del volumen de escaneo. Es decir, cuando se escanea el objeto, la luz de sonda se proyecta sobre el objeto. El haz de luz de sonda puede comprender un patrón, tal como un patrón de líneas que consta de varias líneas paralelas.
En algunas realizaciones, la unidad de escaneo óptico comprende una unidad de adquisición de imágenes dispuesta para grabar imágenes 2D de luz recibida de objetos dispuestos en el volumen de escaneo y/o del objeto extraño presente en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, los datos de monitorización comprenden imágenes 2D de monitorización grabadas en diferentes momentos. Luego, monitorizar el volumen de escaneo puede comprender grabar una o más imágenes 2D de monitorización para diferentes momentos y analizar, lo que incluye comparar y/o analizar las imágenes 2D de monitorización grabadas.
Entonces, el producto de programa de ordenador comprende preferiblemente instrucciones para analizar una o más imágenes 2D de monitorización para derivar los datos de monitorización y para analizar los datos de monitorización para detectar si el objeto y/u objeto extraño se está moviendo.
En el contexto de la divulgación, la expresión "imagen 2D" puede usarse tanto en relación con casos en los que una región coherente de la superficie del objeto representada en la imagen 2D está iluminada por luz de sonda o luz ambiental como en relación con casos en los que el objeto y/o un objeto extraño está iluminada mediante un haz de luz de sonda estructurado. Cuando se aplica un haz de luz de sonda estructurado, la imagen 2D solo puede contener datos geométricos para la porción o porciones de la superficie del objeto donde la luz de sonda realmente incide sobre la superficie del objeto. Es decir, la imagen 2D puede tener secciones oscuras con pocos o ningún dato de la superficie. Por ejemplo, para un patrón de luz de sonda que consta de varias líneas paralelas, la imagen 2D proporcionará datos de la superficie del objeto iluminada únicamente por las líneas y no habrá datos presentes en la imagen 2D de las secciones de la superficie del objeto entre las líneas del patrón de luz de sonda.
El escáner 3D tiene, de acuerdo con la invención, dos o más cámaras 2D dispuestas para formar una imagen del objeto y/u objeto extraño desde diferentes ángulos, de modo que se pueda detectar movimiento en diferentes direcciones en el volumen de escaneo. Se pueden obtener dos o más imágenes 2D de monitorización sustancialmente simultáneamente usando la misma cámara 2D. La última situación puede, por ejemplo, usarse en un escáner de enfoque donde el plano focal se barre a lo largo del eje óptico que cubre el volumen de escaneo de manera efectiva instantáneamente o cuando un escáner 3D de triangulación graba una representación digital 3D de baja resolución del objeto dentro de un tiempo que es sustancialmente más corto que el tiempo entre dos puntos sucesivos en una secuencia de tiempos. La grabación de varias imágenes 2D de monitorización para cada momento debería realizarse preferiblemente en una fracción del tiempo entre dos puntos sucesivos en la secuencia de tiempos. Por ejemplo, la grabación de imágenes 2D de monitorización para cada momento se puede realizar dentro de una décima parte del tiempo que separa dos momentos sucesivos. En algunas realizaciones, analizar los datos de monitorización comprende comparar las imágenes 2D de monitorización grabadas en diferentes momentos. Cuando no hay cambio entre dos o más imágenes 2D de monitorización sucesivas, o cuando el cambio está por debajo de un valor máximo predefinido, se concluye que el objeto está en reposo.
En algunas realizaciones, la unidad de adquisición de imágenes graba tanto las imágenes 2D de monitorización del objeto y/u objeto extraño grabadas durante la monitorización del volumen de escaneo como las imágenes 2D de escaneo del objeto grabado durante el escaneo 3D. Esto proporciona la ventaja de que el escáner 3D se puede fabricar usando menos componentes que cuando se usan unidades de adquisición de imágenes separadas para grabar los datos geométricos y los datos de monitorización.
El escáner 3D está configurado preferiblemente para determinar la topografía del objeto escaneado a partir de los datos geométricos grabados, por ejemplo, generando una representación digital 3D del objeto que expresa la topografía del objeto. Es decir, se puede decir que generar una representación digital 3D del objeto determina la topografía del objeto y se puede decir que el producto de programa de ordenador comprende instrucciones para derivar la topografía del objeto a partir de los datos geométricos grabados.
Esto se puede materializar en una unidad de control separada que recibe imágenes 2D y/o datos geométricos del escáner 3D o incluyendo instrucciones apropiadas en el producto de programa de ordenador del sistema de control del escáner 3d .
Los datos geométricos grabados durante el escaneo 3D se pueden derivar de las imágenes 2D de escaneo grabadas ejecutando algoritmos implementados por ordenador configurados para realizar tal análisis.
Se puede usar luz ambiental para iluminar el volumen de escaneo y cualquier objeto colocado en él durante la monitorización, es decir, en algunas realizaciones, se usa luz ambiental para iluminar el objeto cuando se graban los datos de monitorización tales como imágenes 2D de monitorización. En ese caso, las imágenes 2D de monitorización grabadas capturan la luz ambiental reflejada por el objeto colocado en el volumen de escaneo y/o por el objeto extraño presente en el volumen de escaneo.
El escáner 3D se puede configurar para permitir que el objeto y/u objeto extraño sea iluminado por la luz ambiental al grabar las imágenes 2D de monitorización al tener un diseño abierto que permite que la luz ambiental alcance el volumen de escaneo. En algunas realizaciones, la unidad de iluminación está inactiva o la intensidad del haz de sonda se reduce durante la grabación de las imágenes 2D de monitorización.
En algunas realizaciones, analizar los datos de monitorización comprende derivar información relacionada con la posición y/u orientación del objeto en el volumen de escaneo a partir de los datos de monitorización grabados y comparar la información derivada de los datos de monitorización grabados en diferentes momentos. Si la información derivada de las sucesivas imágenes 2D de monitorización difieren, esto indica que el objeto no está en reposo. La información derivada puede comprender la orientación y/o posición de un borde o estructura del objeto, o de todo el objeto.
Cuando hay solo una imagen 2D de monitorización para cada momento, la orientación y/o posición del objeto en el volumen de escaneo se puede derivar directamente para cada imagen 2D de monitorización.
En algunas realizaciones, la comparación comprende analizar las imágenes 2D de monitorización, tal como analizar las imágenes usando un algoritmo de análisis de imágenes tal como un algoritmo de reconocimiento de características o un algoritmo de detección de bordes.
Se pueden aplicar algoritmos de análisis de imágenes del producto de programa de ordenador para identificar al menos los límites del objeto colocado en el volumen de escaneo.
El objeto puede colocarse en un soporte de muestra que tenga un color que normalmente no se encuentra en el objeto escaneado, como el negro para aplicaciones dentales. Cuando se graba una imagen 2D de monitorización que contiene información de color, el límite del objeto se puede identificar usando esta información de color. En algunas realizaciones, analizar los datos de monitorización comprende generar representaciones 3D digitales de monitorización del objeto y/u objeto extraño a partir de los datos de monitorización adquiridos para diferentes momentos y comparar la disposición relativa de las representaciones 3D digitales de monitorización generadas. El producto de programa de ordenador puede comprender instrucciones ejecutables del procesador para:
- generar una representación digital 3D de monitorización del objeto y/u objeto extraño a partir de los datos de monitorización, tal como a partir de una serie de imágenes 2D de monitorización del objeto y/u objeto extraño grabadas en el mismo momento, y
- detectar cualquier movimiento relativo de dos o más representaciones digitales 3D de monitorización generadas a partir de datos de monitorización grabados en diferentes momentos, por ejemplo, comparando la disposición de las diferentes representaciones digitales 3D de monitorización en un sistema de coordenadas común, tal como en el sistema de coordenadas del escáner 3D.
Si las representaciones digitales 3D se expresan en el mismo sistema de coordenadas, como en el sistema de coordenadas del escáner 3D, cualquier movimiento puede detectarse como el desplazamiento requerido para alinear dos representaciones digitales 3D de monitorización. Si las representaciones digitales 3D se alinean inmediatamente sin necesidad de desplazamiento, el objeto está en reposo. El desplazamiento se puede determinar usando, por ejemplo, un algoritmo de punto más cercano iterativo (ICP) para alinear las representaciones digitales 3D.
El algoritmo ICP se emplea para minimizar la diferencia entre dos nubes de puntos. ICP se puede usar para reconstruir una representación digital 3D de un objeto a partir de representaciones digitales 3D parciales del objeto o para determinar la transformación que alinea dos representaciones digitales 3D de la misma superficie. El algoritmo es conceptualmente simple y se usa comúnmente en tiempo real. Revisa iterativamente la transformación, es decir, la traslación y la rotación, necesarias para minimizar la distancia entre los puntos de las dos nubes de puntos. Las entradas son puntos de dos nubes de puntos sin procesar (por ejemplo, las representaciones digitales 3D parciales), una estimación inicial de la transformación y los criterios para detener la iteración. El resultado es una transformación refinada. Esencialmente los pasos del algoritmo son:
1. Asociar puntos según el criterio del vecino más cercano.
2. Estimar los parámetros de transformación usando una función de costo cuadrático medio.
3. Transformar los puntos usando los parámetros estimados.
4. Iterar, es decir, volver a asociar los puntos, etc.
La divulgación no se limita al escaneo de un objeto a la vez. Se pueden disponer varios objetos en el volumen de escaneo si el tamaño de los objetos y el volumen de escaneo lo permiten.
El volumen de escaneo se puede monitorizar continuamente en el período de tiempo entre el escaneo 3D de dos objetos.
Cuando un operario coloca el objeto en el volumen de escaneo con su mano, el escaneo 3D no se inicia antes de que el objeto esté en reposo y la mano vuelva a salir del volumen de escaneo. Cuando la mano del operario está en el volumen de escaneo, las imágenes 2D de monitorización también pueden contener datos relacionados con la mano, es decir, su posición y/u orientación en el volumen de escaneo. Las instrucciones del producto de programa de ordenador proporcionan entonces que cualquier movimiento de la mano del operario en el volumen de escaneo se detecte mediante el análisis de imágenes 2D de monitorización grabadas en diferentes momentos. Por ejemplo, una comparación entre imágenes 2D de monitorización sucesivas no solo mostrará si el objeto está en reposo sino también si la mano del operario está presente y en movimiento en el volumen de escaneo.
De acuerdo con una realización, se divulga un producto de programa de ordenador. El producto de programa de ordenador está incorporado en un medio no transitorio legible por ordenador, donde el producto de programa de ordenador incluye un código de programa legible por ordenador que es ejecutable por un procesador de datos de hardware para hacer que el procesador de datos de hardware
detecte el movimiento de un objeto colocado en un volumen de escaneo de un escáner 3D analizando los datos de monitorización adquiridos para el objeto en diferentes momentos;
determine si el objeto está en reposo en el volumen de escaneo;
inicie el escaneo 3D cuando se determine que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo;
genere una representación digital 3D del objeto a partir de datos geométricos grabados durante el escaneo 3D; y visualice, tal como mediante la exhibición en una pantalla, la representación digital 3D generada.
De acuerdo con una realización, se divulga un producto de programa de ordenador. El producto de programa de ordenador está incorporado en un medio no transitorio legible por ordenador, donde el producto de programa de ordenador incluye un código de programa legible por ordenador que es ejecutable por un procesador de datos de hardware para hacer que el procesador de datos de hardware
adquiera datos de monitorización al menos para un objeto extraño, presente en un volumen de escaneo de un escáner 3D, en diferentes momentos;
detecte el movimiento de al menos el objeto extraño presente en el volumen de escaneo analizando los datos de monitorización adquiridos al menos para el objeto extraño en diferentes momentos; y
impida el inicio del escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo.
El código de programa legible por ordenador que es ejecutable por el procesador de datos de hardware también puede hacer que el procesador de datos de hardware grabe datos de monitorización capturando la luz ambiental reflejada por el objeto colocado en el volumen de escaneo y/o el objeto extraño presente en el volumen de escaneo.
El producto de programa de ordenador puede incluir instrucciones adicionales que se relacionan con cualquiera o todos los pasos requeridos para realizar el método divulgado.
En lugar de operar mediante la técnica de triangulación, el escáner 3D puede configurarse para utilizar escaneo de enfoque, donde se reconstruye una representación digital 3D del objeto escaneado a partir de imágenes 2D enfocadas grabadas a diferentes profundidades de enfoque. La técnica de escaneo de enfoque se puede realizar generando una luz de sonda y transmitiendo esta luz de sonda hacia el objeto escaneado de manera que al menos una parte del objeto quede iluminada. El escáner tiene ópticas de enfoque dispuestas para definir un plano focal relativamente estrecho. La luz que regresa del objeto se transmite hacia una cámara y se refleja en un sensor de imagen de la cámara por medio de un sistema óptico, donde el sensor de imagen/cámara comprende una serie de elementos de sensor. La posición del plano de enfoque sobre/en relación con el objeto varía mediante la óptica de enfoque, mientras que las imágenes 2D enfocadas se obtienen desde/mediante dicha serie de elementos de sensor.
Basándose en las imágenes 2D enfocadas, la posición o posiciones enfocadas de cada uno de una pluralidad de elementos de sensor o cada uno de una pluralidad de grupos de elementos de sensor se pueden determinar para una secuencia de posiciones del plano de enfoque. La posición enfocada se puede entonces calcular, por ejemplo, determinando la amplitud de oscilación de la luz para cada uno de una pluralidad de elementos de sensor o cada uno de una pluralidad de grupos de elementos de sensor para una variedad de planos de enfoque. A partir de las posiciones enfocadas se puede derivar la representación digital 3D del objeto.
La divulgación se refiere a diferentes aspectos que incluyen el método y el escáner 3D descritos anteriormente y a continuación, y los métodos y escáneres 3D correspondientes, cada uno de los cuales produce uno o más de los beneficios y ventajas descritos en relación con el primer aspecto mencionado, y cada uno tiene una o más realizaciones correspondientes a las realizaciones descritas en relación con el primer aspecto mencionado y/o divulgadas en las reivindicaciones adjuntas.
En particular, en el presente documento se divulga un escáner 3D para escanear objetos colocados en un volumen de escaneo del escáner 3D, en el que el escáner 3D comprende:
- una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda dentro del volumen de escaneo;
- una unidad de adquisición de imágenes que comprende al menos dos sensores de imágenes 2D dispuestos para grabar una serie de imágenes 2D de un objeto dispuesto en el volumen de escaneo;
- una unidad de control que comprende una unidad de procesamiento de datos y un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador codificado con un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones ejecutables por procesador para operar el escáner 3D en un modo de monitorización y para activar un modo de escaneo del escáner 3D cuando la monitorización ha determinado que un objeto está en reposo en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, el modo de monitorización está configurado para proporcionar que los sensores de imagen 2D graben al menos una imagen 2D de monitorización del volumen de escaneo para cada momento en una serie de momentos. Las imágenes 2D de monitorización grabadas se pueden analizar para determinar si un objeto está presente y en reposo en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, el modo de escaneo está configurado para proporcionar que los sensores de imagen en 2D graben imágenes 2D de escaneo mientras el objeto dispuesto en el volumen de escaneo es iluminado por la luz de sonda. Luego se puede generar una representación digital 3D del objeto escaneado a partir de las imágenes 2D escaneadas grabadas.
Se divulga un escáner 3D para escanear un objeto colocado en un volumen de escaneo del escáner 3D para grabar una representación digital 3D del objeto, en donde el escáner 3D está configurado para monitorizar el volumen de escaneo y para iniciar el escaneo 3D del objeto cuando la monitorización detecta que un objeto está colocado en reposo en el volumen de escaneo, comprendiendo el escáner 3D:
- al menos una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda sobre el objeto;
- una unidad de adquisición de imágenes dispuesta para capturar la luz recibida de objetos dispuestos en el volumen de escaneo;
- una unidad de control que comprende una unidad de procesamiento de datos y un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador codificado con un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones ejecutables por procesador para:
i. recibir datos de monitorización que expresan la orientación y posición del objeto en el volumen de escaneo; ii. determinar si el objeto está o no en reposo analizando los datos de monitorización recibidos en diferentes momentos; y
iii. iniciar el escaneo 3D del objeto cuando se encuentra que está en reposo.
El producto de programa de ordenador preferiblemente también comprende instrucciones para ejecutar el escaneo 3D del objeto y para generar una representación 3D digital del objeto a partir de datos geométricos derivados de una o más imágenes 2D grabadas usando la unidad de adquisición de imágenes durante el escaneo 3D.
La unidad de control se puede materializar, por ejemplo, por un ordenador que comprende el procesador y un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador.
Se divulga un escáner 3D para escanear objetos colocados en un volumen de escaneo del escáner 3D, en donde el escáner 3D comprende:
- una unidad de monitorización configurada para monitorizar el volumen de escaneo para determinar si un objeto está en reposo o no en el volumen de escaneo;
- una unidad de escaneo óptico configurada para escanear objetos 3D dispuestos en el volumen de escaneo; y - una unidad de control configurada para ejecutar un procedimiento de escaneo para escanear en 3D el objeto usando la unidad de escaneo óptico cuando la unidad de monitorización ha detectado un objeto en reposo en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, la unidad de monitorización opera grabando una serie de imágenes 2D de monitorización del objeto en el volumen de muestra. Las imágenes 2D de monitorización grabadas pueden luego compararse para detectar si la orientación y/o posición del objeto en el volumen de escaneo cambia de una imagen 2D de monitorización a otra. La comparación puede comprender analizar las imágenes 2D de monitorización usando algoritmos de análisis de imágenes, tales como analizar las imágenes 2D de monitorización usando un algoritmo de reconocimiento de características o un algoritmo de detección de bordes. Tales algoritmos pueden ser parte de un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones ejecutables por procesador para realizar los pasos del algoritmo, donde las instrucciones están codificadas en un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador y ejecutadas por un procesador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden ser partes de la unidad de control.
En algunas realizaciones, la unidad de monitorización y la unidad de escaneo comparten al menos un sensor de imagen 2D dispuesto para grabar imágenes 2D de monitorización para el objeto y/o el objeto extraño para la monitorización del volumen de escaneo e imágenes 2D para el escaneo 3D del objeto para la generación de la representación 3D del objeto.
En algunas realizaciones, la unidad de monitorización comprende al menos un fotodetector, tal como un fotodiodo, y la monitorización opera detectando un cambio en la intensidad de la luz recibida por el fotodetector cuando se coloca un objeto en el escáner 3D.
El fotodetector puede disponerse de manera que la intensidad de la luz ambiental recibida por el fotodetector se reduzca cuando la estructura de soporte del objeto esté dispuesta en el escáner 3D. Es decir, monitorizar el volumen de escaneo comprende grabar valores de un fotodetector dispuesto de manera que el objeto o la estructura de soporte del objeto del escáner 3D obstruya al menos parcialmente el cono de aceptación del fotodetector cuando la estructura de soporte del objeto se coloca en el escáner 3D. Esto puede, por ejemplo, materializarse colocando el fotodetector detrás de la estructura de soporte del objeto cuando la estructura de soporte del objeto está montada en el escáner 3D. Esto permite determinar si un objeto está colocado sobre la estructura de soporte del objeto, indicando así que el volumen de escaneo no está vacío.
En algunas realizaciones, la unidad de monitorización comprende al menos una fuente de luz de monitorización dispuesta para emitir un haz de monitorización hacia el fotodetector y de manera que la trayectoria del haz de monitorización hacia el fotodetector se bloquea cuando el objeto se coloca en el volumen de escaneo.
En algunas realizaciones, la unidad de monitorización comprende un sensor de peso dispuesto para grabar cuando un objeto se coloca sobre una superficie de soporte de objeto en el escáner 3<d>.
En una realización, se divulga un método para detectar la presencia de un objeto y/o un objeto extraño en el volumen de escaneo. El método incluye adquirir datos de monitorización que comprenden al menos una imagen 2D de monitorización del volumen de escaneo; y detectar la presencia del objeto y/u objeto extraño en el volumen de escaneo basándose en el análisis de al menos una imagen 2D adquirida con respecto a una información sobre un volumen de escaneo vacío.
En otra realización, la unidad de control incluye un procesador de datos y un medio no transitorio legible por ordenador codificado con el producto de programa de ordenador que comprende un código de programa legible ejecutable por el procesador que puede causar además que el procesador adquiera datos de monitorización que comprenden al menos una imagen 2D de monitorización del volumen de escaneo; y detectar la presencia del objeto y/u objeto extraño en el volumen de escaneo basándose en el análisis de al menos una imagen 2D adquirida con respecto a la información sobre un volumen de escaneo vacío.
El análisis se puede realizar usando una de las realizaciones divulgadas anteriormente, por ejemplo comparando el valor píxel por píxel de al menos una imagen 2D de monitorización adquirida con la información; e indicar la presencia del objeto y/u objeto extraño cuando una diferencia en los valores de píxel supera un valor umbral predefinido. La información puede representarse mediante una imagen 2D de un volumen de escaneo vacío y almacenarse en una memoria a la que puede acceder la unidad de control.
La realización anterior se puede usar como paso previo para determinar si el objeto extraño está en movimiento.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la divulgación, junto con sus ventajas, se pueden entender mejor a partir de la siguiente descripción detallada ilustrativa y no limitante tomada junto con las figuras que se acompañan en las que: La figura 1 ilustra un método para generar una representación 3D del objeto de acuerdo con una realización; la figura 2 ilustra un método para generar una representación 3D del objeto de acuerdo con una realización; la figura 3 ilustra un método para generar una representación 3D del objeto de acuerdo con una realización; la figura 4 ilustra un escáner 3D de acuerdo con una realización; y
la figura 5 ilustra un volumen de escaneo de acuerdo con una realización.
Descripción detallada
En la siguiente descripción, se hace referencia a las figuras adjuntas, que muestran a modo de ilustración cómo se puede poner en práctica la invención.
La figura 1 ilustra un método (flujo de trabajo) para generar una representación 3D del objeto, como por ejemplo un modelo de dientes, de acuerdo con una realización. El escáner 3D está configurado para monitorizar el volumen de escaneo (figura 5, 508). El flujo 100 de trabajo incluye una parte 102 de monitorización y una parte 110 de escaneo 3D. La parte 102 de monitorización incluye un flujo de trabajo relacionado con el inicio del proceso de escaneo 3D, y la parte 110 de escaneo 3D incluye un flujo de trabajo relacionado con la generación de una representación 3D del objeto.
En 104, se adquieren en diferentes momentos datos de monitorización que comprenden una o más imágenes 2D de monitorización del objeto, que está presente en el volumen de escaneo. En 106, las imágenes 2D de monitorización se analizan para detectar el movimiento del objeto en el volumen de escaneo. En 108, se determina si el objeto en el volumen de escaneo está en reposo o en movimiento. El análisis y la determinación pueden ser realizados por una unidad de control del escáner 3D que ejecuta instrucciones para el análisis y la comparación. Si se determina que el objeto está en movimiento, se graban una o más imágenes 2D de monitorización adicionales del objeto de manera iterativa hasta que se determina que el objeto está en reposo en 108. Si se determina que el objeto está en reposo, entonces el flujo de trabajo continúa hacia la parte 110 de escaneo, es decir, se inicia el escaneo 3D del objeto. En 112, se graba una pluralidad de imágenes 2D de escaneo del objeto colocado en el volumen de escaneo y, basándose en la pluralidad de imágenes 2D de escaneo del objeto, se genera una representación digital 3D del objeto.
La misma unidad de adquisición de imágenes del escáner 3D está configurada para grabar tanto las imágenes 2D de monitorización durante la etapa de monitorización como las imágenes 2D de escaneo durante la etapa de escaneo.
La figura 2 ilustra un método para generar una representación 3D del objeto de acuerdo con una realización. Típicamente, un objeto extraño, como la mano de un operario, se encuentra en el volumen de escaneo cuando el objeto se coloca en el volumen de escaneo. Es útil evitar el inicio del escaneo 3D mientras el objeto extraño todavía se encuentra en el volumen de escaneo. Por lo tanto, se puede usar un flujo 202 de trabajo. El flujo de trabajo incluye en 204, que se adquieran datos de monitorización que comprenden una o más imágenes 2D de monitorización de al menos el objeto extraño, presente en el volumen de escaneo. Esta adquisición de los datos de monitorización se realiza en diferentes momentos. En 206, las imágenes 2D de monitorización se analizan para detectar si se detecta un movimiento del objeto extraño en el volumen de escaneo. En 208, se determina si el objeto extraño está en movimiento. Si es así, entonces en 210, se impide el inicio del escaneo 3D del objeto y además se graban una o más imágenes 2D de monitorización en 204 de manera iterativa hasta que se realiza una determinación negativa de que el objeto extraño está en movimiento. El análisis y la determinación pueden ser realizados por una unidad de control del escáner 3D que ejecuta instrucciones para el análisis y la comparación.
De acuerdo con una realización, el método divulgado en el párrafo anterior puede incluir además un flujo de trabajo adicional donde a la determinación negativa le sigue determinar, en 102, si el objeto está en reposo y en 110, generar una representación 3D del objeto. Los elementos 102 y 110 de flujo de trabajo incluyen pasos que se explican anteriormente en relación con la figura 1. Una combinación de estos elementos de flujo de trabajo adicionales permite evitar el inicio del escaneo 3D del objeto cuando se determina que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo y se determina que el objeto extraño está en movimiento en el volumen de escaneo. La figura 3 ilustra un método para generar una representación 3D del objeto de acuerdo con una realización. El flujo 300 de trabajo incluye una etapa 302 de monitorización y una etapa 312 de escaneo 3D.
Cuando el objeto está en el volumen de escaneo de un escáner 3D, como el escáner 3D ilustrado en la figura 2, la unidad de adquisición de imágenes del escáner es capaz de grabar imágenes 2D del objeto. Durante la monitorización, se graban una o más imágenes 2D de monitorización para diferentes momentos, que pueden estar definidos por una secuencia de momentos (... ti-i, ti, ti+i ...). En el escáner de la figura 2, la misma unidad de adquisición de imágenes graba tanto las imágenes 2D de monitorización como las imágenes 2D de escaneo. El volumen de escaneo se monitoriza mientras el operario mueve el objeto a su lugar en el volumen de escaneo. En 304, se graban dos o más imágenes 2D de monitorización desde el volumen de escaneo en diferentes momentos ti y tti+1. Estas imágenes 2D de monitorización se analizan luego en 306 para determinar la posición y orientación del objeto. Por ejemplo, el perímetro del objeto puede detectarse en cada una de las imágenes 2D de monitorización.
Luego se puede determinar si los objetos están en reposo o no comparando la posición y/u orientación del objeto en 308. Si no hay ningún cambio o cambio dentro de un umbral predefinido, se puede concluir que el objeto está en reposo. El análisis y la comparación son manejados por una unidad de control del escáner 3D que ejecuta instrucciones para el análisis y la comparación.
Una forma de comparar dos imágenes 2D es formar su diferencia, ya sea para un solo canal de color como en las imágenes en escala de grises, o para varios como en las imágenes en color, resultando este último caso en un conjunto de imágenes diferentes, una para cada canal de color.
Una forma de evaluar conjuntos de imágenes diferentes para varios canales de color es transformar los colores en otro espacio de color, por ejemplo, tono-saturación-luminosidad, y luego restar solo uno o dos de los componentes de color en ese espacio de color. Si solo se usa uno de estos componentes, el procedimiento es equivalente al de las imágenes en escala de grises.
Una forma de calcular un indicador de diferencia a partir de imágenes 2D es restar los valores de intensidad de los píxeles correspondientes y formar un valor medio para todos los píxeles.
Una forma de detectar un cambio, como la entrada de un objeto al escáner, es comparar el indicador de diferencia con un valor umbral. El valor umbral se puede encontrar en la calibración y puede ser configurado por el usuario.
Una forma de aumentar la solidez de la detección de cambios en imágenes 2D es considerar m imágenes, donde m > 2, evaluar las imágenes de diferencia m-1 de imágenes consecutivas, a partir del indicador de diferencia para cada una, y aplicar un filtro de suavizado, como un filtro de promedio de ejecución. De esta manera, una imagen espuria tiene menos probabilidades de provocar una detección de cambio falso.
Una forma de aumentar la detectabilidad es procesar varias regiones de las imágenes 2D por separado. Por ejemplo, cuando se coloca un objeto pequeño dentro del escáner, especialmente en un área pequeña que aparece cerca del límite de las imágenes 2D, la media general de todos los píxeles de un par de imágenes diferentes puede ser bastante pequeña y permanecer por debajo del valor umbral. Para el mismo ejemplo, cuando se procesan varias regiones de la misma manera que las imágenes completas, pero individualmente, es probable que al menos una región muestre un indicador de diferencia mayor que el umbral, y esto puede tomarse como una indicación de cambio.
Si se descubre que el objeto se ha movido o girado entre ti y ti+1, se repiten los pasos 102, 103 y 104 de monitorización. Esto continúa hasta que se concluye en 310 que el objeto está en reposo y se puede iniciar la parte 312 de escaneo 3D del flujo de trabajo.
En el escaneo 3D 312, se graban varias imágenes 2D de escaneo en 314. Cuando el escáner opera, por ejemplo, mediante triangulación se graban una serie de imágenes escaneadas en 2D donde la posición del haz de luz de sonda sobre la superficie del objeto varía de una imagen a otra.
En el paso 316, se genera una representación digital 3D del objeto a partir de la serie grabada de imágenes 2D escaneadas. Esto se puede hacer usando algoritmos implementados por ordenador, por ejemplo, crear representaciones digitales 3D parciales del objeto a partir de las imágenes 2D escaneadas y unir representaciones digitales 3D parciales de la superficie obtenidas a partir de diferentes vistas. La unión se puede realizar usando un algoritmo de punto más cercano iterativo (ICP) empleado para minimizar la diferencia entre las dos representaciones digitales 3D parciales.
La figura 4 ilustra un sistema 400 de escáner 3D de acuerdo con una realización.
El escáner 3D contiene una unidad 426 de escaneo 3D que tiene una unidad 402 de iluminación configurada para proporcionar un haz de luz 406 de sonda que se proyecta sobre el objeto escaneado 404 dispuesto en el volumen de escaneo del escáner 3D. La unidad de iluminación tiene una fuente de luz, tal como un LED o una serie de LED, dispuesta para proporcionar la luz de sonda. La luz de sonda puede estar estructurada espacialmente, tal como tener un patrón de tablero de ajedrez o un patrón de líneas, y puede ser monocromática o coloreada. En este ejemplo, el objeto escaneado es un modelo 404 de dientes parciales. La unidad de adquisición de imágenes, de acuerdo con la invención, incluye dos cámaras 2D 410 dispuestas para recibir la luz 408 reflejada desde el modelo 404 de dientes de manera que se graben imágenes 2D de la luz reflejada.
El escáner 3D puede tener un sistema óptico configurado para guiar la luz de sonda desde la unidad de iluminación hacia el modelo de dientes dispuesto en el volumen de escaneo y para recibir la luz reflejada desde el modelo de dientes escaneado y guiarla hacia la unidad de adquisición de imágenes.
La unidad 422 de control incluye una unidad 414 de procesamiento de datos y un medio no transitorio legible por ordenador 416 codificado con un producto de programa de ordenador con instrucciones para analizar imágenes 2D de monitorización para determinar cuándo el modelo de dientes está en reposo en el volumen de escaneo y generar una representación 3D digital a partir de las imágenes 2D de escaneo grabadas durante el escaneo 3D. El medio no transitorio legible por ordenador 416 también puede codificarse con un producto de programa de ordenador con instrucciones para analizar imágenes 2D de monitorización para determinar cuándo el objeto extraño en el volumen de escaneo está en movimiento.
Durante la monitorización del volumen de escaneo, la unidad 422 de control está configurada para ordenar a la unidad 211 de escaneo 3D que grabe una o más imágenes 2D de monitorización del objeto y/u objeto extraño usando las cámaras 410 de la unidad de adquisición de imágenes. Las imágenes 2D de monitorización se pueden grabar usando luz ambiental de manera que la unidad 406 de iluminación esté inactiva mientras se graban las imágenes 2D de monitorización. La carcasa de la unidad de escaneo ilustrada está abierta de manera que la luz ambiental pueda iluminar el modelo 404 de dientes cuando se graba la imagen 2D de monitorización. Las imágenes 2D de monitorización grabadas del objeto se transfieren a la unidad 422 de control donde la unidad 414 de procesamiento de datos, por ejemplo, un microprocesador, está configurado para ejecutar instrucciones para analizar las imágenes 2D de monitorización para determinar si el modelo de dientes está en reposo, por ejemplo, si el modelo de dientes está dispuesto en la misma posición y orientación durante al menos dos momentos. Cuando se determina que el modelo de dientes está en reposo, se inicia el escaneo 3D. Además, las imágenes 2D de monitorización grabadas del objeto extraño se transfieren a la unidad 422 de control donde la unidad 414 de procesamiento de datos, por ejemplo, un microprocesador, está configurado para ejecutar instrucciones para analizar las imágenes 2D de monitorización para determinar si el objeto extraño está en movimiento.
Durante el escaneo 3D, la unidad 414 de control está configurada para ordenar a la unidad 426 de escaneo 3D que grabe una serie de imágenes de escaneo 2D del modelo de dientes. Las imágenes 2D de escaneo grabadas se transfieren a la unidad 422 de control donde se genera la representación digital 3D del modelo de dientes.
Cuando se usa un haz de luz de sonda estructurado, el patrón de luz se detecta en las imágenes 2D de escaneo adquiridas y se usa una geometría de proyección bien establecida, como triangulación o estéreo, para derivar las coordenadas 3D de la superficie del modelo de dientes iluminada por las partes brillantes del patrón. Esto se hace para una secuencia de diferentes posiciones relativas del modelo 404 de dientes y la unidad 426 de escaneo 3D.
La unidad de control puede incluir cualquier dispositivo o combinación de dispositivos que permita realizar el procesamiento de datos. La unidad de control puede ser un ordenador de uso general capaz de ejecutar una amplia variedad de aplicaciones de software diferentes o un dispositivo especializado limitado a funciones particulares. La unidad de control puede incluir cualquier tipo, número, forma o configuración de procesadores, memoria del sistema, medios legibles por ordenador, dispositivos periféricos y sistemas operativos. En una realización, el ordenador incluye un ordenador personal (PC), que puede estar en forma de PC de escritorio, portátil, de bolsillo, asistente digital personal (PDA), PC de tableta u otras formas conocidas de ordenadores personales. Al menos un dispositivo de acceso y/o interfaz que permite al operario utilizar la funcionalidad de la unidad de control. El dispositivo de acceso y/o interfaz puede incluir, entre otros, un teclado 229, un ratón 230, una interfaz gráfica de usuario (GUI) exhibida en una pantalla 231 de exhibición, y otros dispositivos e interfaces de entrada o salida conocidos.
La figura 5 ilustra un volumen de escaneo de acuerdo con una realización. La unidad 426 de escaneo 3D incluye una unidad de adquisición de imágenes, que, de acuerdo con la invención, incluye dos cámaras 2D 410 y una unidad 402 de iluminación. El volumen de escaneo puede definirse mediante una sección superpuesta 508 de conos (502, 504) que representan el campo de vistas de cámaras 2D individuales 410. En algunas realizaciones, el volumen de escaneo es solo una parte de la sección superpuesta 508 y no toda la sección superpuesta.
Aunque algunas realizaciones se han descrito y mostrado en detalle, la divulgación no se limita a ellas, sino que también puede realizarse de otras maneras dentro del alcance del tema definido en las siguientes reivindicaciones. En particular, debe entenderse que se pueden utilizar otras realizaciones y se pueden realizar modificaciones estructurales y funcionales sin apartarse del alcance de la divulgación.
Una reivindicación puede hacer referencia a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y se entiende que "cualquiera" significa "cualquiera o más" de las reivindicaciones anteriores.
Se debe enfatizar que el término "comprende/que comprende" cuando se usa en esta memoria descriptiva se toma para especificar la presencia de características, números enteros, pasos o componentes indicados pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, pasos, componentes o grupos de los mismos.
En las reivindicaciones de escáner 3D que enumeran varios medios, varios de estos medios pueden estar incorporados por un mismo elemento de hardware. El mero hecho de que ciertas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes o se describan en diferentes realizaciones no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse de manera ventajosa.
Debe apreciarse que la referencia a lo largo de esta memoria descriptiva a "una realización" o "una realización" o características incluidas como "puede" significa que una característica, estructura o característica particular descrita en relación con la realización está incluida en al menos una realización de la divulgación. Por lo tanto, se enfatiza y se debe apreciar que dos o más referencias a "una realización" o "una realización" o "una realización alternativa" o características incluidas como "pueden" en varias partes de esta memoria descriptiva no se refieren necesariamente todas a la misma realización. Además, los rasgos, estructuras o características particulares se pueden combinar según sea adecuado en una o más realizaciones de la divulgación.
La descripción anterior se proporciona para permitir que cualquier experto en la técnica practique los diversos aspectos descritos en el presente documento. Diversas modificaciones a estos aspectos resultarán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento se pueden aplicar a otros aspectos. La invención se define únicamente en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. - Un escáner 3D para escanear objetos colocados por un operario en un volumen de escaneo del escáner 3D, donde el escáner 3D comprende:
- una unidad de escaneo óptico configurada para grabar datos geométricos de un objeto colocado en el volumen de escaneo, comprendiendo la unidad de escaneo óptico:
una fuente de luz dispuesta para proyectar un haz de luz de sonda dentro del volumen de escaneo; y
una unidad de adquisición de imágenes, que comprende al menos dos cámaras 2D dispuestas para grabar imágenes 2D de luz recibida del objeto colocado en el volumen de escaneo; estando definido el volumen de escaneo por al menos una parte de una sección superpuesta de conos que representan el campo de visión de las cámaras 2D individuales, y
- una unidad de control que comprende un procesador de datos y un medio no transitorio legible por ordenador codificado con un producto de programa de ordenador que comprende código de programa legible que es ejecutable por el procesador para hacer que el procesador:
monitorice el volumen de escaneo mientras el operario mueve el objeto a su lugar en el volumen de escaneo usando imágenes 2D grabadas por la unidad de adquisición de imágenes,
detecte movimiento del objeto en el volumen de escaneo en el paso de monitorizar el volumen de escaneo analizando datos de monitorización adquiridos para el objeto en diferentes momentos,
inicie un escaneo 3D cuando se determine que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo, y
genere una representación digital 3D del objeto a partir de los datos geométricos grabados después del paso de iniciar el escaneo 3D.
2. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que los datos de monitorización se graban capturando la luz ambiental reflejada por el objeto colocado en el volumen de escaneo.
3. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que los datos de monitorización adquiridos para el objeto representan posición y/u orientación del objeto en el volumen de escaneo.
4. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que los datos de monitorización están en forma de imágenes 2D, por lo que el paso de analizar los datos de monitorización comprende comparar las imágenes 2D de monitorización grabadas en los diferentes momentos.
5. - El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 4, en el que comparar las imágenes 2D de monitorización grabadas en diferentes momentos comprende comparar valores de píxel de los píxeles en las imágenes 2D de monitorización.
6. - El escáner 3D de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se determina que el objeto está en reposo en el volumen de escaneo cuando una diferencia entre los valores de píxel comparados está por debajo de un primer valor umbral predefinido.
7. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que analizar los datos de monitorización adquiridos para el objeto comprende derivar información relacionada con la posición y/u orientación del objeto en el volumen de escaneo a partir de los datos de monitorización adquiridos y comparar la información derivada para los datos de monitorización adquiridos en diferentes momentos.
8. - El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la comparación comprende analizar las imágenes 2D de monitorización usando un algoritmo de análisis de imágenes.
9. - El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el algoritmo de análisis de imágenes comprende al menos uno de un algoritmo de reconocimiento de características o un algoritmo de detección de bordes.
10. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de adquisición de imágenes está configurada para grabar tanto las imágenes 2D de monitorización para el objeto como las imágenes 2D de escaneo que se graban durante el escaneo 3D para la generación de la representación 3D digital del objeto.
11. - El escáner 3D de acuerdo con una o más reivindicaciones anteriores, en el que analizar los datos de monitorización comprende
generar representaciones digitales 3D de monitorización del objeto a partir de los datos de monitorización adquiridos en diferentes momentos; y
comparar la disposición relativa de las representaciones digitales 3D de monitorización generadas.
12.- El escáner 3D de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el objeto es un modelo de dientes.
13.- El escáner 3D de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la luz de sonda comprende un patrón de líneas.
14.- El escáner 3D de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las al menos dos cámaras 2D están configuradas para detectar movimiento para diferentes direcciones en el volumen de escaneo.
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