JP6170566B2 - 歯科用カメラを校正するための校正デバイス及び方法 - Google Patents

歯科用カメラを校正するための校正デバイス及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6170566B2
JP6170566B2 JP2015540140A JP2015540140A JP6170566B2 JP 6170566 B2 JP6170566 B2 JP 6170566B2 JP 2015540140 A JP2015540140 A JP 2015540140A JP 2015540140 A JP2015540140 A JP 2015540140A JP 6170566 B2 JP6170566 B2 JP 6170566B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
holding device
dental camera
coordinates
projection
deviation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015540140A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016500546A (ja
Inventor
ポピルカ,ビョルン
ティール,フランク
フォースター,フランク
Original Assignee
シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング filed Critical シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Publication of JP2016500546A publication Critical patent/JP2016500546A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6170566B2 publication Critical patent/JP6170566B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20Image signal generators
    • H04N13/204Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/246Calibration of cameras
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1077Measuring of profiles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1079Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof using optical or photographic means
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4542Evaluating the mouth, e.g. the jaw
    • A61B5/4547Evaluating teeth
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042Calibration or calibration artifacts
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/50Depth or shape recovery
    • G06T7/521Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/80Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H04N17/002Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046Data acquisition means or methods
    • A61C9/0053Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10028Range image; Depth image; 3D point clouds
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204Marker
    • G06T2207/30208Marker matrix

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Epidemiology (AREA)

Description

本発明は、複数の縞からなる投影パターンを生成する投影格子と、生成された投影パターンを測定すべき対象上に投影する光学系とを備える、対象歯を三次元で光学測定する縞投影方法に基づいた、歯科用カメラを校正するための方法及び校正デバイスに関する。
従来技術により、三次元で光学測定するための多数の縞投影方法が知られている。これらの方法では、投影パターンが測定すべき対象上に投影される。続いて、三角測量法を使用して、歪んだ投影パターンに基づいて対象の測定点の3D座標を算出する。測定点のクラウドから、次に対象の3Dモデルを算出する。
この方法の不利な点は、投影格子の製造誤差、又は光学系の光学誤差により、生成された3Dモデルに対象の実際の寸法と比べて測定誤差が生じる可能性がある点である。投影格子の製造誤差は、例えば、誤った縞幅、又は不正確な縞間距離に結び付く場合がある。光学系の光学誤差は、例えば、投影パターンを歪ませる歪みであり得る。
したがって、本発明の目的は、製造誤差又は光学結像誤差によって引き起こされる測定誤差を補償するための、歯科用カメラを校正する方法を提供することである。
本発明は、対照歯を三次元で光学測定する縞投影方法に基づいた、歯科用カメラを校正する方法に関する。歯科用カメラは、複数の縞からなる投影パターンを生成する投影格子と、生成された投影パターンを測定すべき対象上に投影する光学系とを備える。方法の第1のステップでは、既知の寸法を有する基準面が、縞投影方法を使用して歯科用カメラによって測定される。複数の測定点の実際の座標は基準面上で決定される。次に、決定された実際の座標が、既知の寸法を有する基準面上における測定点の既知の目標座標(所望の座標)と比較される。次の方法ステップで、実際の座標と目標座標との間の偏差に由来して、投影パターンの個々の縞に対して複数の補償値を算出する。次に、これらの算出した補償値を、実際の座標と目標座標との間の偏差を補償するために、デジタル対象を測定する際に考慮に入れる。
基準面は複数のマーキングを備えた校正プレートであり、マーキングは、歯科用カメラに対する校正プレートの精密な位置及びアラインメントを決定するのに使用される。次に、校正プレートに垂直な方向に沿って、実際の座標と校正プレートとの間の偏差を決定する。
校正の結果は補償値からなるマトリックスであり、それらの値が補償の方法ステップで使用される一方で、平行な縞からなる投影パターン上で対象を測定して投影パターンが補正され、次に、縞投影方法を使用することによって、補正された投影パターンに基づいて対象の三次元画像を算出する。
縞投影方法では、複数の平行な縞からなるパターンが測定すべき対象上に投影され、三角測量法を使用して、縞の歪みに基づいた対象の三次元画像が生成される。
例えば、識別できるように縞を色分けすることが可能である。このために、複数の色付きの縞からなるパターンを対象上に投影する。次に、測定された点に対する深度座標を決定し、対象の3Dモデルが生成される。色付きの縞はそれらの色によって明確に識別することができる。例えば、4つの色付きの縞及び/又は3つの有色の移行部を、色付きの縞の色分けに使用することができる。色付きの縞は、例えば、スライドを使用して生成することができる。
かかる縞投影方法の縞幅は、例えば、測定すべき対象の測定された体積内で150μmとすることができる。
光学測定の場合、強度、色、偏光、干渉性、位相、コントラスト、場所、又は伝播時間など、異なる光学的性質を使用して縞をコード化する、異なる縞投影方法も使用することができる。
投影パターンを生成する投影格子は、例えば、光が通過するスライドとすることができ、それを用いて平行な縞が生成される。基準面は、例えば、平面、又は半球体などの任意の三次元表面とすることができる。投影格子の製造誤差又は光学系の結像誤差によって、基準面上の測定点の実際の座標と目標座標との間に偏差が生じる。補償のため、個々の縞に対して補償値を算出する。これらの補償値は、メモリに保存し、補正された投影パターンを使用して三次元画像を算出する前に、校正後の測定中に投影パターンに対して後で使用することができる。これは、実際の座標と目標座標との間の偏差を補償する。
マーキングは、例えば、互いに対して固定の距離で配置される矩形のマーキングとすることができる。これにより、カメラに対する基準面の距離並びにアラインメントを、マーキング間の距離を使用して、コンピュータによって算出することが可能になる。マーキングを使用して位置が既に決定されているので、測定点の実際の座標を使用することによる当てはめは不要である。したがって、実際の座標と校正プレートとの間の偏差を、コンピュータを使用して直接算出することができる。
基準面の位置を決定するため、文献(「A Versatile Camera Calibration Technique for High−Accuracy 3D Vision Metrology Using Off−the−Shelf Cameras and Lenses」、1987年)に登場するTsaiの既知の校正方法、又はやはり文献に登場するZhangの既知の方法(「A flexible new technique for camera calibration」、2000年)を使用することができる。
この[sic]方法の利点は、製造誤差又は光学系による結像誤差によって発生する偏差が補償され、それによって画質が改善される点である。
かかるマトリックスの補償値は、例えば、それぞれの縞に対する実際の座標と目標座標との間の偏差を補償するために、それぞれの平行な縞の必要な変位を表す変位ベクトルであり得る。三次元画像を算出するときに、補償値からなるマトリックスが最初に投影パターンに対して使用され、その後で初めて、対象上の測定点の3D座標が、補正された投影パターンを使用して算出される。
有利には、基準面は平面とすることができ、実際の座標と目標座標との間の偏差は、最小自乗法を用いて、実際の座標を使用して基準面を当てはめることによって決定することができ、次に、実際の座標と基準面との間の偏差を、基準面に垂直な方向に沿って決定することができる。
したがって、歯科用カメラに対する基準面の精密な位置は、当てはめによって決定される。したがって、完全な投影格子及び完全な光学系を用いれば、実際の座標が目標座標に対応するようにして、全ての目標座標が基準面の面内にあるであろう。
有利には、実際の座標と目標座標との間の偏差は、歯科用カメラに対する基準面の異なる距離及びアラインメントに関する多数の画像から決定することができる。
光学誤差によって生じる歪みは深度依存性であり得るので、実際の座標と目標座標との間の偏差は、歯科用カメラに対する基準面の距離に応じて変化し得る。異なる距離に対する補償値を決定することによって、深度依存性の光学画像誤差も補償することができる。
有利には、歯科用カメラのための第1の保持デバイスと、第1の保持デバイスに対して複数のステップで特定のやり方で調節することができる、基準面のための第2の保持デバイスとを有する校正デバイスを使用して、画像を撮ることができる。
かかる校正デバイスによって、基準面に対して段階的にカメラの距離及びアラインメントを変更することが可能になる。したがって、基準面と歯科用カメラとの間の異なる距離及び角度に対して画像を撮ることができ、次に、画像それぞれに関して個々の縞の補償値を決定することができる。第1の保持デバイス及び第2の保持デバイスは、例えば、ねじ込み継手を用いて接続することができる。
有利には、縞の各縁部に対して、この縁部の偏差を補償する、投影格子の面内におけるこの縁部の必要な変位を示す目的で、1つのみの補償値を算出してもよい。
縞投影方法では、各縞の2つの縁部が評価されて、これらの縁部に沿った測定点の3D座標を算出する。縁部の補償値は、例えば、それぞれの縁部の全ての測定点に関して実際の座標と目標座標との間の偏差を決定し、次にこれらの偏差の平均を形成(算出)することによって、算出することができる。次に、偏差のこの平均値を使用して、対応する補償値を算出する。
有利には、縞の各縁部は複数のセクタに分割することができ、それによって、投影格子の面内におけるこのセクタの必要な変位を示す補償値を各セクタに対して算出して、このセクタの偏差を補償する。
このように、補償[機能]を改善するため、各縁部は複数のセクタに分割される。縁部が波形である場合、縁部全体を変位するのでは不十分である。その代わりに、それぞれのセクタに関して誤差を補償するために、セクタそれぞれに対して独立した補償値を算出する。
有利には、実際の座標と目標座標との間の偏差は、基準面の複数の三次元画像を歯科用カメラに対して同じ位置及びアラインメントで撮ることによって決定することができ、雑音信号によって発生する非系統的誤差を低減するために、個々の画像からの偏差が平均化される。
雑音信号によって生じる誤差はそれによって平均化されるので、例えば、投影格子の製造誤差によって、又は光学系の結像誤差によって引き起こされる、系統的誤差のみが残る。
本発明の追加の目的は、対象歯を三次元で光学測定する縞投影方法に基づいた、歯科用カメラを校正するための校正デバイスであり、歯科用カメラは、複数の縞からなる投影パターンを生成する投影格子と、生成された投影パターンを測定すべき対象上に投影する光学系とを備える。校正デバイスは、歯科用カメラのための第1の保持デバイスと、基準面のための第2の保持デバイスとを有し、歯科用カメラと基準面との間で多数の定義する距離及び/又はアラインメントをもたらすことができるように、第1の保持デバイスを第2の保持デバイスに対して調節することができる。
記載した校正デバイスを使用して、歯科用カメラの校正を行うのに上述の方法を用いることができる。この校正デバイスを用いて、歯科用カメラと基準面との間の異なる距離及び/又はアラインメントに関して多数の画像を撮ることができる。次に、投影パターンを補正するのに使用される、補償値からなるマトリックスを各画像に対して算出することができる。欠陥のある光学系によって引き起こされる距離依存性の結像誤差を、このように補償することができる。
有利には、第1の保持デバイスは内ねじを有することができ、第2の保持デバイスは、第1の保持デバイスの内ねじに係合する外ねじを有することができる。第1の保持デバイスを第2の保持デバイスに対して回転させることによって、したがって、基準面に対する歯科用カメラの距離及びアラインメントを定義するステップで変更することができる。
かかるねじ接続を用いて、カメラに対する基準面の距離及びアラインメントを、回転によって段階的に簡単に変更することができる。
有利には、平坦な基準面を、第2の保持デバイス内で、外ねじの中央軸に対して50°〜70°の角度で配置することができる。
角度は特に65°とすることができる。
回転を用いて、外ねじの中央軸(z軸)、又は[(即ち)]カメラの光学軸の方向で、高さを調節する。360°回転した後、基準面はカメラに対して同じ角度に戻るが、異なる高さ位置(異なるz位置)にある。それに加えて、90°、180°、及び270°の中間位置で画像を生成することが有利である。基準面の角度を成す位置、及び光学軸を中心にした回転を所与として、目標は、カメラのx軸及びy軸を中心にした[(即ち、その上の)]正及び負の角度位置を交互に取る。
これにより、広い角度範囲内での回転中、カメラに対する基準面の角度を変更することが可能になり、それによって複数の中間位置を測定することができる。
有利には、平坦な基準面は、互いに対して既知の距離で配置された複数の正方形のマーキングを有することができる。
マーキングを使用して、したがって、カメラに対する基準面の精密な位置を決定することができる。このために既知の校正方法を使用することができる。
図面を参照して本発明について説明する。図中、
縞投影方法に基づいた歯科用カメラの略図である。 図1による歪んだ投影格子の略図である。 歪んだ投影パターンの略図である。 図1による歯科用カメラのカメラモデルの略図である。 補償の方法ステップを例証する略図である。 補償の方法ステップの別の実施形態を例証する略図である。 校正デバイスの略図である。 マーキングを有する校正プレートを示す図である。
図1は、三次元光学測定のための縞投影方法を伴う歯科用カメラ1の略図を示す。歯科用カメラ1は、複数の平行な縞からなる投影パターン3を生成する投影格子2と、生成された投影パターン3を測定すべき対象(図示なし)上に投影する光学系4とを備える。投影格子は、例えば、複数の平行な縞5を有するスライドであり得る。照明ビーム6は、LEDなどの光源7によって生成され、投影格子2を通過し、偏向プリズム8によって偏向され、次に光学系4及び偏向ミラー9を用いて、測定すべき対象10上に投影される。対象10は、例えば歯の表面であり得る。照明ビーム6は、十字として示される測定点11によって、観察ビーム12として反射される。次に、観察ビーム12は、偏向ミラー9によって、光学系4によって、また第2の偏向プリズム13によって、画像検出器14へと偏向される。画像検出器14は、例えば、CCD検出器又はCMOS検出器であり得る。縞投影方法を使用することによって、照明ビーム6と観察ビーム12との間の三角測量角度15を使用して、また光源7及び画像検出器14の既知の位置を使用して、歯科用カメラ1に対する測定点11の3D座標を決定する。このようにして、測定すべき対象10が、投影された投影パターン3の測定範囲16内で完全に測定される。投影パターン3の個々の縞5を識別するため、強度、色、偏光、干渉性、位相、コントラスト、場所、又は伝播時間など、異なる光学的性質を使用して、個々の縞を符号化することができる。
色分けを用いて、隣接する縞を参照して所与の縞を一意に識別することができ、その際、例えば、4つの隣接する色付きの縞又は3つの有色の移行部の配列を一意にコード化することができる。
位相を使用したコード化によって、個々の縞は、縞5の進路に対して長手方向の正弦パターンを有してもよく、その際、個々の縞5に対する正弦パターンの位相はわずかにシフトされる。それぞれの縞は、位相シフトを使用して一意に識別することができる。
かかる縞投影方法の縞幅は、例えば、測定すべき対象10の測定範囲16内で150μmであることができる。
投影格子2の製造誤差及び光学系4の結像誤差によって、投影パターン3が歪んだ形で撮像される場合がある。このことは、測定される対象10の表面上における測定点の3D座標を決定する際の測定誤差に結び付く。これらの測定誤差を補償するため、本発明の方法が実行される。
図2は、明るさにばらつきがある平行な縞5を有する、図1による投影格子2の略図を示す。暗い縞は平行線のシェーディングで描かれている。縞5は製造誤差によって歪んでいるので、個々の縞5の実際の縞幅20は目標の縞幅(所望の縞幅)21と異なる。例えば、目標の縞縁部22は、左から三本目の縞に破線で描かれている。実際の縞幅20と目標の縞幅21との間のこの偏差は、生成される三次元画像における測定誤差に結び付く。
図3は、図1による対象10上に縞5が投影されている投影パターン3を示し、製造誤差によって歪んだ図2による縞が、図1による光学系4の結像誤差によって更に歪んでいる。いわゆる光学歪みは任意の形態であり得る。本例では、歪みは、投影パターン3の角が引き離された枕状である。歪みはまた、投影パターンの角が中央に向かって歪んだ、回転対称の樽状の歪みである場合がある。したがって、これらの光学歪みも、対象10の三次元画像の測定誤差に結び付く。
図4は、本方法を例証する略図を示し、図1による歯科用カメラのカメラモデルが示される。光源7は照明ビーム6を放射する。投影格子2は、短い長点によって示される複数の平行な縞5を有する。投影パターンは測定対象10の表面上に投影される。照明ビーム6は測定点11で反射され、また観察ビーム12として反射されて画像検出器14に戻ることが、概略的に示される。次に、歯科用カメラ1に対する測定点11の3D座標を、三角測量角度15と、光源7及び画像検出器14の位置とを使用して算出する。図2及び3によって生じる投影パターン3の歪みにより、所望の目標の縞縁部30は、実際の誤った縞縁部31に対してシフトされる。そのプロセスにおいて、照明ビーム6も、変更された照明ビーム32(破線)へとシフトされる。シフトされた誤った照明ビーム32は、測定点11の実際の座標33で観察ビーム12と交差する。この実際の座標33は、測定点11の目標座標34から大幅に偏差している。校正を行うため、記録すべき対象10は平坦な基準対象である。校正のため、測定点11の実際の座標33と目標座標34との間の偏差35が決定される。偏差35は、例えば、基準面10に対して垂直に決定することができる。このように、実際の座標36と、基準面10上における他の測定点からの偏差37とが決定される。歯科用カメラ1に対する基準面10の精密な位置を決定するため、基準面は、互いから既知の距離のマーキングを有することができる。マーキングを使用して、歯科用カメラ1に対して、その後偏差35、37に対して、基準面10の精密な位置を決定することができる。
あるいは、基準面は、決定された実際の座標33、36によって当てはめることができ、次に、実際の座標33、36と基準面との間の偏差を決定することができる。偏差35、37に基づいて、次に、これらの偏差を補償する補償値が個々の縞5に対して決定される。
図5は、方法の補償ステップを例証する略図を示す。偏差35、37から始まって、実際の縞縁部41の偏差35、37を補償するために、所望の目標の縞縁部22に対する実際の縞縁部41の必要なシフトを示す、補償値40を算出する。このように、図3による他の縞5全てに対して補償が行われる。
図6は、方法の補償ステップの第2の実施形態の略図を示す。図5と比べると、実際の縞縁部41について、1つの補償値のみではなく複数の補償値50、51、52、及び53を、4つのセクタ54、55、56、及び57に対して決定する。実際の縞縁部の個々のセクタ54、55、56、及び57に対する平均値58、59、60、及び61を決定し、次に、目標の縞22からの偏差50、51、52、及び53を決定する。このように、補償値を、異なるセクタ54、55、56、及び57に対して、並びに、第2の実際の縞縁部62を参照して例証されるような他の縞5に対して決定する。したがって、補償の方法ステップで投影パターン3に対して使用される補償値のマトリックスを算出する一方で、対象10を測定して投影パターン3を補正する。次に、補正された投影パターンを使用して、対象10の三次元画像を算出する。
図7は、図1による歯科用カメラ1のための第1の保持デバイス71と、基準面74を有する校正プレート73のための第2の保持デバイス72とを有する、校正デバイス70の略図を示す。第1の保持デバイス71は内ねじ75を有し、第2の保持デバイス72は外ねじ76を有し、これら2つのねじ山は相互係合する。矢印78によって示されるように、回転軸77を中心にして、第1の保持デバイス71に対して第2の保持デバイス72を回転させることにより、歯科用カメラ1と基準面74との間の位置及び向きがそれによって、矢印79で示されるような定義する形で変更される。内ねじ75及び外ねじ76は、定義するステップで回転78を提供するため、キャッチ手段を備えた係合デバイスを有することができる。これによって、基準面74の複数の画像を特定の間隔で、また歯科用カメラ1と基準面74との間の定義する角度で繰り返し撮ることが可能になる。したがって、図6による補償値50、51、52、及び53からなるマトリックスが決定されるように、異なる距離及び角度に対して校正方法を行うことができる。光学歪みによって生じる深度依存性の測定誤差を、このように補償することができる。
図8は、図7による基準面74を備えた校正プレート73を示し、ここで、基準面74は、互いに対して特定の距離81、82にあるマーキング80を備えている。マーキングはまた、異なる明るさのものであり得る。明るいマーキングからなる特性パターン83を用いて、基準面74上におけるそれぞれの画像の精密な位置を決定することができる。したがって、歯科用カメラ1に対する基準面の調節された位置及びアラインメントを確認することができる。
1 歯科用カメラ
2 投影格子
3 投影パターン
4 光学系
5 平行な縞
6 照明ビーム
7 光源
8 偏向プリズム
9 偏向ミラー
10 測定される対象
11 測定点
12 観察ビーム
13 偏向プリズム
14 画像検出器
15 三角測量角度
16 測定範囲
20 実際の縞幅
21 目標の縞幅(所望の縞幅)
30 目標の縞縁部(所望の縞縁部)
31 実際の縞縁部
32 照明ビーム
33 実際の座標
34 目標座標(所望の座標)
35 偏差
36 実際の座標
37 偏差
40 補償値
41 実際の縞縁部
50 補償値
51 補償値
52 補償値
53 補償値
54 第1のセクタ
55 第2のセクタ
56 第3のセクタ
57 第4のセクタ
58 第1の平均値
59 第2の平均値
60 第3の平均値
61 第4の平均値
70 校正デバイス
71 第1の保持デバイス
72 第2の保持デバイス
73 校正プレート
74 基準面
75 内ねじ
76 外ねじ
77 回転軸
78 回転運動
79 調節
80 マーキング
81 第1の距離
82 第2の距離
83 明るいマーキングのパターン

Claims (9)

  1. 複数の縞(5)からなる投影パターン(3)を生成する投影格子(2)と、前記生成された投影パターン(3)を測定すべき対象(10)上に投影する光学系(4)とを備える、対象歯(10)を三次元で光学測定する縞投影方法に基づいた、歯科用カメラ(1)を校正する方法であって、前記歯科用カメラ(1)を用いて、前記縞投影方法を使用して既知の寸法を有する基準面(74)が測定され、複数の測定点(11)の実際の座標(33、36)が前記基準面(74)上で決定され、前記決定された実際の座標(33、36)が既知の寸法を有する前記基準面(74)上の測定点(11)の既知の目標座標(34)と比較され、前記実際の座標(33、36)と前記目標座標(34)との間の偏差(35、37)に由来して、前記投影パターン(3)の個々の縞(5)に対して複数の補償値(40、50、51、52、53)が計算され、前記対象歯(10)の測定中、前記実際の座標(33、36)と前記目標座標(34)との間の偏差(35、37)を補償するために、前記計算された補償値(40、50、51、52、53)が考慮に入れられ、前記校正が、前記歯科用カメラ(1)のための第1の保持デバイス(71)と、前記基準面(74)のための第2の保持デバイス(72)とを有する校正デバイスによって行われ、歯科用カメラ(1)と前記基準面(74)との間の多数の定義する距離及び/又はアラインメントを調節できるように、前記第1の保持デバイス(71)が前記第2の保持デバイス(72)に対して変位可能であり、ねじ山(76)を用いて前記第1の保持デバイス(71)を前記第2の保持デバイス(72)に対して回転させることによって、前記基準面(74)に対する前記歯科用カメラ(1)の距離及びアラインメントを定義するステップに変更することができ、前記平坦な基準面(74)が、前記ねじ山(76)の中央軸(77)に対して50°と70°との間の角度で、前記第2の保持デバイス(72)上に配置されることを特徴とする、方法。
  2. 前記基準面(74)が平面であり、前記実際の座標(33、36)と前記目標座標(34)との間の偏差(35、37)が、最小自乗法を用いて、前記実際の座標(33、36)を使用して基準面を当てはめることによって決定され、次に、前記実際の座標(33、36)と前記基準面との間の偏差(35、37)が、前記基準面に垂直な方向に沿って決定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記実際の座標(33、36)と前記目標座標(34)との間の偏差(35、37)が、前記歯科用カメラ(1)に対する前記基準面(74)の異なる距離及びアラインメントに関する複数の画像から決定されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記画像が、前記歯科用カメラ(1)のための第1の保持デバイス(71)と、前記第1の保持デバイス(71)に対して多数のステップで特定のやり方で調節することができる、前記基準面(74)のための第2の保持デバイス(72)とを有する校正デバイス(70)を使用して撮られることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. 縞(5)の各縁部に対して1つのみの補償値(40)が計算され、前記縁部(41)の偏差(35、37)を補償する、前記投影格子(2)の面内における前記縁部(41)の必要な変位を示すことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 縞(5)の各縁部が複数のセクタ(54、55、56、57)に分割され、各セクタ(54、55、56、57)に対して、前記セクタ(54、55、56、57)の偏差(35、37)を補償する、前記投影格子(2)の面内における前記セクタ(54、55、56、57)の必要な変位をその値が示す補償値(50、51、52、53)が計算されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記実際の座標(33、36)と前記目標座標(34)との間の偏差(35、37)、前記基準面(74)の複数の三次元画像を前記歯科用カメラ(1)に対して同じ位置及びアラインメントで撮ることによって決定することができ、雑音信号によって発生する非系統的誤差を低減するために、前記個々の画像からの偏差(35、37)が平均化されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 対象歯(10)を三次元で光学測定する縞投影方法に基づいた、複数の縞(5)からなる投影パターン(3)を生成する投影格子(2)と、前記生成された投影パターン(3)を測定すべき前記対象(10)上に投影する光学系(4)とを備える歯科用カメラ(1)を校正するための校正デバイスであって、前記校正デバイスが、前記歯科用カメラ(1)のための第1の保持デバイス(71)と、前記基準面(74)のための第2の保持デバイス(72)とを有し、前記歯科用カメラ(1)と前記基準面(74)との間で多数の定義する距離及び/又はアライメントを調節することができるように、前記第1の保持デバイス(71)を前記第2の保持デバイス(72)に対して調節することができ、前記第1の保持デバイス(71)が内ねじ(75)を有し、前記第2の保持デバイス(72)が、前記第1の保持デバイス(71)の内ねじ(75)に係合する外ねじ(76)を有し、前記第1の保持デバイス(71)を前記第2の保持デバイス(72)に対して回転させることによって、前記基準面(74)に対する前記歯科用カメラ(1)の距離及びアラインメントを定義するステップで変更することができ、前記平坦な基準面(74)が、前記外ねじ(76)の中央軸(77)に対して50°と70°との間の角度で、前記第2の保持デバイス(72)上に配置されることを特徴とする、校正デバイス。
  9. 前記平坦な基準面(74)が、互いに対して既知の距離で配置された複数の正方形のマーキング(80)を有することを特徴とする、請求項に記載の校正デバイス。
JP2015540140A 2012-11-02 2013-11-04 歯科用カメラを校正するための校正デバイス及び方法 Active JP6170566B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012220048.7A DE102012220048B4 (de) 2012-11-02 2012-11-02 Kalibrierungsvorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung einer dentalen Kamera
DE102012220048.7 2012-11-02
PCT/EP2013/072884 WO2014068097A1 (de) 2012-11-02 2013-11-04 Kalibrierungsvorrichtung und verfahren zur kalibrierung einer dentalen kamera

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016500546A JP2016500546A (ja) 2016-01-14
JP6170566B2 true JP6170566B2 (ja) 2017-07-26

Family

ID=49679482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015540140A Active JP6170566B2 (ja) 2012-11-02 2013-11-04 歯科用カメラを校正するための校正デバイス及び方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10531072B2 (ja)
EP (1) EP2914205B1 (ja)
JP (1) JP6170566B2 (ja)
KR (1) KR102236297B1 (ja)
CN (1) CN104780865B (ja)
DE (1) DE102012220048B4 (ja)
DK (1) DK2914205T3 (ja)
WO (1) WO2014068097A1 (ja)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11961260B1 (en) * 2013-03-15 2024-04-16 True-See Systems, Llc System for producing three-dimensional medical images using a calibration slate
DE102014117498B4 (de) * 2014-11-28 2018-06-07 Carl Zeiss Ag Optische Vermessungsvorrichtung und Verfahren zur optischen Vermessung
US20160191901A1 (en) 2014-12-24 2016-06-30 3M Innovative Properties Company 3d image capture apparatus with cover window fiducials for calibration
WO2017070928A1 (en) 2015-10-30 2017-05-04 Carestream Health, Inc. Target with features for 3-d scanner calibration
KR102482062B1 (ko) * 2016-02-05 2022-12-28 주식회사바텍 컬러 패턴을 이용한 치과용 3차원 스캐너
JP6480902B2 (ja) * 2016-10-06 2019-03-13 ファナック株式会社 投影パターン作成装置および3次元計測装置
DE102017204463A1 (de) * 2017-03-17 2018-09-20 Sirona Dental Systems Gmbh Farbreferenz zur Kalibrierung einer dentalen Farbkamera
FI127555B (en) 2017-04-05 2018-08-31 Oy Mapvision Ltd Computer vision systems that include coordinate correction
KR101941001B1 (ko) 2017-05-17 2019-01-22 주식회사 바텍 구강 스캐너용 캘리브레이션 크래들 및 이를 포함하는 구강 스캐너 시스템
CN108261171B (zh) * 2017-10-30 2019-09-20 先临三维科技股份有限公司 口内三维扫描装置和方法
DE102017220720B4 (de) * 2017-11-20 2024-05-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Oberflächenkonturen
DE102018108956A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 Jungheinrich Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoreinheit eines Flurförderzeugs sowie eine optische Sensoreinheit
FR3086383B1 (fr) * 2018-09-21 2020-08-28 Diotasoft Procede, module et systeme de projection sur une piece d’une image calculee a partir d’une maquette numerique
WO2021078300A1 (zh) * 2019-10-24 2021-04-29 先临三维科技股份有限公司 三维扫描仪和三维扫描方法
JP7310541B2 (ja) * 2019-10-28 2023-07-19 オムロン株式会社 位置測定方法
CN112164018B (zh) * 2020-09-27 2024-02-27 北华航天工业学院 一种机器视觉校准系统及其校准方法
KR102423274B1 (ko) * 2020-10-05 2022-07-22 오스템임플란트 주식회사 구강 스캐너용 캘리브레이션 장치
KR102423273B1 (ko) * 2020-10-06 2022-07-22 오스템임플란트 주식회사 구강 스캐너용 캘리브레이션 장치
DE102020133627A1 (de) 2020-12-15 2022-06-15 Infinisense Technologies GmbH Verfahren und Intraoralscanner zum Erfassen der Topographie der Oberfläche eines transluzenten, insbesondere dentalen, Objektes
KR102531179B1 (ko) * 2020-12-29 2023-05-11 오스템임플란트 주식회사 구강 스캐너용 캘리브레이션 장치
KR102576495B1 (ko) * 2021-02-16 2023-09-08 주식회사 메디트 3차원 스캐너용 캘리브레이션 크래들 및 그 제어 방법
KR102576494B1 (ko) * 2021-02-16 2023-09-08 주식회사 메디트 3차원 스캐너용 캘리브레이션 크래들
CN113379834A (zh) * 2021-06-29 2021-09-10 深圳中科飞测科技股份有限公司 检测设备的校准方法、装置、设备及计算机可读存储介质
CN114347917B (zh) * 2021-12-28 2023-11-10 华人运通(江苏)技术有限公司 一种车辆、车载摄像系统的校准方法和装置
CN115150525A (zh) * 2022-09-05 2022-10-04 武汉精立电子技术有限公司 一种高精度运动误差补偿方法、装置、设备及存储介质
DE102022132162A1 (de) 2022-12-05 2024-06-06 Witrins S.R.O. Verfahren zur Fehleranalyse und Inspektionssystem

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4011780C1 (en) 1990-04-11 1991-09-26 Hans Dr. 8032 Graefelfing De Langer Scanning surface by projection of modulation pattern - ascertaining coordinates by observing at angle to projection direction line pattern produced when second modulation pattern is projected
DE19536297C2 (de) 1995-09-29 2003-10-02 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur geometrischen Kalibrierung von optischen 3D-Sensoren zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten und Vorrichtung hierzu
DE19618140A1 (de) * 1996-05-06 1997-11-13 Fraunhofer Ges Forschung 3D-Meßanordnung zur Ganzkörpererfassung und Einmessung einer entsprechenden Meßanordnung
US5760925A (en) 1996-05-30 1998-06-02 Xerox Corporation Platenless book scanning system with a general imaging geometry
US5991437A (en) * 1996-07-12 1999-11-23 Real-Time Geometry Corporation Modular digital audio system having individualized functional modules
EP1067362A1 (en) 1999-07-09 2001-01-10 Hewlett-Packard Company Document imaging system
US7027642B2 (en) 2000-04-28 2006-04-11 Orametrix, Inc. Methods for registration of three-dimensional frames to create three-dimensional virtual models of objects
WO2001084479A1 (en) * 2000-04-28 2001-11-08 Orametirix, Inc. Method and system for scanning a surface and generating a three-dimensional object
JP2002296020A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Nidek Co Ltd 表面形状測定装置
DE10133568A1 (de) 2001-07-13 2003-01-30 Degussa Dental Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung und Digitalisierung eines Körpers
US7341348B2 (en) * 2003-03-25 2008-03-11 Bausch & Lomb Incorporated Moiré aberrometer
JP4480488B2 (ja) * 2003-08-28 2010-06-16 富士通株式会社 計測装置、コンピュータ数値制御装置及びプログラム
IL157877A0 (en) * 2003-09-11 2004-03-28 Imagine It S Happening Ltd Color edge based 3d scanner
AU2004273957B2 (en) 2003-09-17 2009-05-28 D4D Technologies, Llc High speed multiple line three-dimensional digitization
SE527666C2 (sv) 2004-09-30 2006-05-02 Nobel Biocare Ab Anordning vid skanner
EP1650529A1 (de) 2004-10-19 2006-04-26 Diener AG Precision Machining Anordnung und Verfahren zum Abtasten mehrerer Objekte
DE102004052199A1 (de) 2004-10-20 2006-04-27 Universität Stuttgart Streifenprojektions-Triangulationsanordnung zur dreidimensionalen Objekterfassung, insbesondere auch zur dreidimensionalen Erfassung des Gesichts eines Menschen
CA2556533A1 (en) * 2005-08-24 2007-02-24 Degudent Gmbh Method of determining the shape of a dental technology object and apparatus performing the method
EP1757902B1 (de) 2005-08-24 2007-11-28 DeguDent GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Formerfassung eines zahntechnischen Objektes
JP2007271395A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Brother Ind Ltd 3次元色形状計測装置
JP4930834B2 (ja) * 2007-01-10 2012-05-16 株式会社ニコン 形状測定方法
DE102007054906B4 (de) * 2007-11-15 2011-07-28 Sirona Dental Systems GmbH, 64625 Verfahren zur optischen Vermessung der dreidimensionalen Geometrie von Objekten
DK2442720T3 (en) * 2009-06-17 2016-12-19 3Shape As Focus scan devices
EP2442067A1 (de) 2010-10-14 2012-04-18 Baumer Innotec AG Vorrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen Bilderfassung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012220048A1 (de) 2014-05-08
CN104780865A (zh) 2015-07-15
KR20150082438A (ko) 2015-07-15
KR102236297B1 (ko) 2021-04-02
DE102012220048B4 (de) 2018-09-20
DK2914205T3 (en) 2017-04-18
JP2016500546A (ja) 2016-01-14
WO2014068097A1 (de) 2014-05-08
US20150288952A1 (en) 2015-10-08
CN104780865B (zh) 2017-06-27
EP2914205B1 (de) 2017-01-04
EP2914205A1 (de) 2015-09-09
US10531072B2 (en) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6170566B2 (ja) 歯科用カメラを校正するための校正デバイス及び方法
CN101308012B (zh) 双单目白光三维测量系统标定方法
TWI460394B (zh) 三維影像量測裝置
US9217637B2 (en) Device for optically scanning and measuring an environment
JP5689681B2 (ja) 非接触プローブ
JP5515432B2 (ja) 三次元形状計測装置
US9551571B2 (en) Method and device for measuring a decentration and tilt of faces of an optical element
CN101936716B (zh) 轮廓测量方法
JP2008145139A (ja) 形状計測装置
JP5746046B2 (ja) 特に歯科医療を目的とした物体表面の三次元測定方法
JP4962852B2 (ja) 形状測定方法および形状測定装置
JP2012013592A (ja) 3次元形状測定機の校正方法及び3次元形状測定機
JP5786999B2 (ja) 三次元形状計測装置、三次元形状計測装置のキャリブレーション方法
US20160076881A1 (en) Measurement apparatus and adjusting method thereof
US20210207979A1 (en) Motion encoder
JP2008170282A (ja) 形状測定装置
JP4930834B2 (ja) 形状測定方法
CN114666480B (zh) 基于相位信息的组合成像系统入射光线逐像素标定方法及装置
JP4350497B2 (ja) 特殊形状物品の形状計測装置
JP5950760B2 (ja) 干渉形状測定機構の校正方法
JP2010112819A (ja) 斜入射干渉計における測定感度の校正方法
JP2008170280A (ja) 形状測定装置及び形状測定方法
CN114485404A (zh) 一种基于路径的高度映射的校准补偿方法
JP2021092550A (ja) 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法
CN114858053A (zh) 一种确定工业相机的入瞳中心空间坐标的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160913

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170614

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170620

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170630

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6170566

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250