WO2020011465A1 - Optisches messverfahren sowie optische messvorrichtung - Google Patents

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WO2020011465A1
WO2020011465A1 PCT/EP2019/065242 EP2019065242W WO2020011465A1 WO 2020011465 A1 WO2020011465 A1 WO 2020011465A1 EP 2019065242 W EP2019065242 W EP 2019065242W WO 2020011465 A1 WO2020011465 A1 WO 2020011465A1
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recording unit
optical
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image
height image
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PCT/EP2019/065242
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Konrad Klein
Peter Fritz
Anders ADAMSON
Original Assignee
Sirona Dental Systems Gmbh
Dentsply Sirona Inc.
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Publication date
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    • H04N13/221—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using the relative movement between cameras and objects

Definitions

  • the invention relates to an optical measurement method for the three-dimensional detection of the surface of an object with an optical pick-up unit, the optical pick-up unit being moved relative to the object during a first measurement time interval, illuminating the object by the pick-up unit with an illuminating beam with a light intensity is and the recording unit sequentially records height images with a recording frequency, wherein the captured height images are added to a total height image during the measurement time interval and the total height image is displayed.
  • One way to reduce the heat development or to avoid unnecessary heat development is to avoid generating unnecessary image data sets, that is, image data sets that are not required for the overall image.
  • the object of the present application is to improve the known measuring devices and measuring methods, and in particular the energy consumption and to reduce computing effort in a reliable manner that is as independent of the user as possible.
  • An object of the invention is an optical measuring method for three-dimensional detection of the surface of an object with an optical recording unit and an optical measuring system designed for carrying out the optical measuring method with an optical recording unit, a computer-readable storage unit, a computing unit and a display unit.
  • the optical recording unit is moved relative to the object, the object being illuminated by the recording unit with an illuminating beam with a light intensity and height images being recorded in succession by the recording unit with a recording frequency. At least some of the recorded height images are added to a total height image and displayed during the measurement time interval.
  • the light intensity is controlled by control signals during the measurement time interval.
  • the control signals are generated at time intervals during the measurement time interval, with each control signal being generated on the basis of at least one sensor signal of at least one sensor and / or at least one parameter of the recording unit and / or at least one height image already recorded.
  • a height matrix is a pixel matrix or image matrix, each pixel or pixel containing three-dimensional information, namely the three-dimensional position of the object surface or the height of the object surface for the respective pixel in the recording area.
  • the three-dimensional information has been extracted, for example, from an image sequence, for example by means of phase shift triangulation.
  • the total height image is composed of the many height images recorded during the measurement time interval, so that objects can also be measured whose size exceeds the size of the recording area of the recording unit.
  • the first measurement time interval is a period of time between switching on the optical recording unit and switching off the optical recording unit.
  • the light intensity can basically take on any values. Accordingly, the lighting can be switched off temporarily, e.g. during the measurement time interval, i.e. the light intensity can be reduced to zero. There may also be regular dead times during the measurement time interval, during which the light intensity is zero.
  • the light intensity is regulated, for example, via the current or via the duty cycle or the duty cycle, that is to say the ratio of the pulse duration to the period.
  • the light intensity of the lighting is kept as low as possible.
  • a certain lighting intensity is necessary to capture a recording area and to ensure sufficient image quality.
  • the state of the measuring method is determined during the measuring time interval by means of one or more additional sensors or on the basis of parameters of the recording unit or on the basis of previously acquired data or on the basis of a combination of the aforementioned alternatives.
  • the condition can be any size relevant to the measurement method or the overall picture, e.g. a scanning density, a speed of the recording unit or a size of an overlap of successive images or a temperature of the optical recording unit.
  • the recording frequency and / or lighting intensity is then adapted to the determined state.
  • a computing unit is available, for example, which communicates with the optical recording unit via a cable or wirelessly.
  • a computing unit can be integrated in the optical recording unit.
  • the control signals are generated at fixed time intervals, that is to say at a fixed frequency.
  • the control signals are generated at irregular time intervals, for example on the basis of a trigger signal.
  • an at least temporally associated control signal is generated for each recorded height image, so that the time interval between the generation of control signals depends on the recording frequency of the height images.
  • the light intensity By regulating the light intensity, it is adapted to the current state of the recording during the measurement time interval. As a result, the light intensity can be reduced whenever possible, ensuring an adequate quality of the data.
  • the elevation image recorded last or several elevation images already acquired or the total elevation image generated so far are analyzed with regard to the surface condition of the object area contained therein. If the part of the object currently in the recording area has, for example, steep edges, the light intensity is increased, while with a smoother topology the light intensity is reduced.
  • the light intensity can also be adapted to the state of the recording unit. For example, the recording frequency and / or the light intensity are reduced as soon as one or more parameters of the recording unit indicate an undesired heating of the recording unit.
  • the recording frequency can also be reduced, for example, if a data volume formed by the height images and / or the total height image exceeds a predeterminable or predetermined limit value or an arithmetic unit generating the total height image is overloaded. Since the light source or light intensity can have a large proportion of the energy consumption or the heat development in the recording unit, an advantage of the method and the device according to the invention is a significantly reduced energy consumption, which in particular also significantly reduces heating of the recording unit. At the same time, it is ensured that the quality of the images or the overall elevation is not reduced.
  • the total intensity and / or the maximum intensity and / or the contrast and / or the number of extracted data points and / or a quality of extracted data points and / or the signal / noise are advantageously used to generate each control signal for the most recently recorded height image Ratio and / or the contrast of an additionally generated color image is determined and used to generate the control signal.
  • Extracted data points are all pixels or image points recorded by the recording unit that are used for a height image.
  • the recording frequency is additionally regulated by the control signals, whereby computing effort and thus additional energy can be saved.
  • the transfer of recording data from the recording unit to a computing unit can also be temporarily suspended to save energy.
  • the regulation of the recording frequency as a function of a current state of the recording makes it possible, on the one hand, to avoid the recording of superfluous data and, on the other hand, to ensure that sufficient data is still recorded in order to generate an overall height image.
  • the optical recording unit is located, for example, over areas that have not yet been detected or only so far areas recorded incompletely, the recording frequency is increased. On the other hand, the recording frequency is reduced when the optical recording unit is located over areas that have already been completely or almost completely captured.
  • the extent of the detection is determined, for example, on the basis of the overlap of the last recorded height image with previously recorded height images and / or from movement and / or position data of the recording unit. Movement and / or position data are determined, for example, from one or more recorded height images or one or more sensor signals from one or more corresponding sensors.
  • a color image camera can also be used as a sensor.
  • a measure of an overlap of the last recorded height image with an immediately previously recorded height image and / or a number of an overlap of the last recorded height image with the overall height image is determined and a control signal corresponding to the dimension number generated.
  • an overlap of the last recorded height image with the immediately previously recorded height image or the total height image Right is also suitable as a measure of the amount of data already available for an object area and for determining a speed and / or direction of movement of the optical recording unit relative to the object.
  • the sensor signal of the at least one sensor is additionally taken into account when determining the overlap. It is particularly advantageous to combine an evaluation of the overlap, that is to say the progress of the detection, with a temperature control, that is to say a sensor that detects the temperature of the optical recording unit or the computing unit.
  • a surface increase in an overall surface area contained in the overall elevation image is determined by a surface contained in the most recently acquired elevation image and a control signal corresponding to the surface increase is generated.
  • the surface increase is also suitable as a measure of the amount of data already available for an object area and for determining a speed and / or a direction of movement of the optical recording unit.
  • the recorded height images or the total height image combined from the height images can be displayed in different ways. For example, it is advantageous to identify or display an object surface within the volume data set as a triangular network.
  • the surface can, for example, according to the "Marching Cubes: ⁇ High Resolution 3D Surface Construction Algorithm", W. E, Lorensen and HE Cline, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 21, No. 4, pp. 163-169, August Methods described in 1987.
  • Such a representation of the object surface enables a particularly simple and therefore also particularly energy-efficient determination of the surface growth.
  • the measurement number of the overlap or the increase in surface area becomes a scanning density or Camera speed of the optical recording unit determined and used to generate the control signal.
  • the sensor advantageously detects a speed of the optical recording unit and / or an acceleration of the optical recording unit and / or a spatial position of the optical recording unit and / or a movement of the optical recording unit.
  • a registration method for the addition is advantageously selected as a function of the recording frequency.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of an exposure method according to the invention.
  • a first embodiment of a recording method according to the invention is schematically illustrated.
  • a lower jaw 1 with teeth 2 is measured as an object by means of an optical recording unit 3.
  • the optical recording unit 3 is designed as an intraoral camera and comprises a light source 4 and a light detector 6 and is connected to a computing unit 7 with a display means 8.
  • the measurement is carried out during a time interval Tl, the intraoral camera 3 being moved over the teeth 2 of the lower jaw 1 and / or defects in the lower jaw 1.
  • the light source 4 provides an illumination beam 5 and the light detector 6 detects reflected light.
  • the recording frequency f A can be changed so that the time intervals dt between successively recorded height images b ⁇ are not necessarily the same.
  • the generated height images bi are gradually combined into a total height image b total during the measurement time interval TI, the total height image b total being displayed by means of the display means 8 as it is being created.
  • the recording frequency is f A in the illustrated embodiment on the basis of overlap determined Gere gel.
  • the recording frequency f a of the light detector 6 is then regulated by means of a control unit 10, which in the exemplary embodiment shown is part of the optical recording unit 3, by means of the control signal S, that is to say it is changed.
  • a second measure for a quality of the height image b ⁇ is determined on the basis of the height image bi recorded last.
  • a second control signal for controlling the light intensity of the illuminating beam 5 is generated and the light intensity is regulated accordingly or by means of the second control signal.
  • a sensor signal from a sensor 9 (shown in dashed lines) is used to calculate the control signal S.
  • the movement of the intraoral camera 3 is tracked by means of an integrated inertial measuring system, it being possible to infer the orientation of the individual height images bi to one another from the movement of the camera 4.

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Abstract

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

Description

Beschreibung
Optisches Messverfahren sowie optische Messvorrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein optisches Messverfahren zur drei- dimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts mit ei ner optische Äufnahmeeinheit , wobei während eines ersten Messzeitintervalls die optische Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt bewegt wird, das Objekt von der Aufnahmeeinheit mit einem Beleuchtungsstrahl mit einer Lichtintensität be- leuchtet wird und von der Aufnahmeeinheit mit einer Aufnah mefrequenz nacheinander Höhenbilder erfasst werden, wobei er fasste Höhenbilder noch während des Messzeitintervalls zu ei nem Gesamthöhenbild hinzugefügt werden und das Gesamthöhen bild angezeigt wird.
Stand der Technik
Aus der EP 2 172 799 Al ist eine optische Messvorrichtung be kannt, die eine dreidimensionale optische Erfassung eines Ob jekts mittels eines konfokalen Abbildungssystems ermöglicht. Ebenfalls konfokal und zusätzlich mit einem auf das Objekt projizierten, bewegten Muster arbeitet die aus der WO
2015/036467 bekannte optische Messvorrichtung.
Zur Vermessung von Objekten, deren Größe die Größe des Auf nahmebereichs der Messvorrichtung überschreitet, werden meh rere Einzelaufnahmen erzeugt und zu einem Gesamtbild zusam- mengefügt. Die Einzelaufnahmen werden zeitlich nacheinander erzeugt, während Messvorrichtung und Objekt relativ zueinan der bewegt werden. Für das Zusammenfügen der Einzelaufnahmen müssen die relativen Orientierungen der Einzelaufnahmen zuei nander bestimmt werden. Dieser Schritt wird als Registrierung bezeichnet. Algorithmen zum Registrieren der Bilddaten sind beispielsweise aus „A Method for Registration of 3-D Shapes" von Besl et al . , IEEE Iransactions on pattern analy- sis and machine Intelligence, Vol . 14, No. 2, 1992 oder aus „Multiview Registration of Large Data Sets" von Pulli, Pro- ceedings, Second International Conference on 3D Digital Ima- ging and Modeling, Ottawa 1999, pp. 160-168 bekannt.
Sowohl das Erzeugen von Projektionsmustern oder von Licht zur Beleuchtung des Objekts im Allgemeinen als auch das Regist rieren und Übertragen der einzelnen Datensätze benötigt Ener gie, wobei die durch den Energieverbrauch entstehende Abwärme insbesondere für intraoral zu verwendende Messvorrichtungen, z.B. Intraoral-Kameras, unerwünscht ist.
Eine Möglichkeit, die Wärmeentwicklung zu reduzieren bzw. eine unnötige Wärmeentwicklung zu vermeiden, besteht darin, das Erzeugen von unnötigen Bilddatensätzen, also von für das Gesamtbild nicht benötigten Bilddatensätzen, zu vermeiden.
Zur Vermeidung unnötiger Aufnahmen ist es beispielsweise be kannt, den Anwender während des Aufnahmezeitintervalls durch Feedback zu leiten. Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 207 667 Al bekannt, dem Anwender während der Aufnahme bereits er- fasste Bereiche des Objekts in einem Standardmodell anzuzei gen. Der Anwender kann entsprechend reagieren und muss die bereits ausreichend vermessenen Bereiche nicht nochmals ver-
GPQS S QGΊ .
Aus der WO 2017/062044 Al ist bekannt, einen Unterschied bzw. einen Überlapp zwischen direkt nacheinander erzeugten Bildern zu ermitteln und eine Aufnahmefrequenz mit der weitere Bilder erzeugt werden, in Abhängigkeit von dem ermittelten Unter schied bzw. Überlapp zu regeln.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, die bekannten Messvorrichtungen und Messver fahren zu verbessern und insbesondere den Energieverbrauch und Rechenaufwand in zuverlässiger und möglichst von dem An wender unabhängiger Weise zu reduzieren.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein optisches Messverfahren gemäß An spruch 1 und ein optisches Messsystem gemäß Anspruch 10 ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen An sprüchen angegeben.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts mit einer optischen Aufnahmeeinheit sowie ein zur Ausführung des optischen Messverfahrens ausgelegtes optisches Messsystem mit einer optischen Aufnahmeeinheit, einer computerlesbaren Speichereinheit, einer Recheneinheit und einer Anzeigeein heit .
Während eines ersten Messzeitintervalls wird die optische Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt bewegt, wobei das Ob jekt von der Aufnahmeeinheit mit einem Beleuchtungsstrahl mit einer Lichtintensität beleuchtet wird und von der Aufnahme einheit mit einer Aufnahmefrequenz nacheinander Höhenbilder erfasst werden. Zumindest ein Teil der erfassten Höhenbilder wird während des Messzeitintervalls zu einem Gesamthöhenbild hinzugefügt und angezeigt.
Die Lichtintensität wird während des Messzeitintervalls durch Steuersignale geregelt. Die Steuersignale werden während des Messzeitintervalls in zeitlichen Abständen erzeugt, wobei je des Steuersignal auf Basis mindestens eines Sensorsignals mindestens eines Sensors und/oder mindestens eines Parameters der Aufnahmeeinheit und/oder mindestens eines bereits erfass ten Höhenbilds erzeugt wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Mess system, aufweisend eine optische Aufnahmeeinheit, eine computerlesbare Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Anzeigeeinheit, wobei das optische Messsystem dazu ausgelegt ist, das hier beschriebene optische Messverfahren auszufüh ren . Als Höhenbild wird eine Pixelmatrix oder Bildmatrix bezeich net, wobei jeder Pixel bzw. Bildpunkt eine dreidimensionale Information enthält, nämlich die dreidimensionale Position der Objektoberfläche bzw. die Höhe der Objektoberfläche für den jeweiligen Bildpunkt im Aufnahmebereich. Die dreidimensi- onalen Informationen sind beispielsweise aus einer Bildse quenz, z.B. mittels Phase-Shift-Triangulation, extrahiert worden. Das Gesamthöhenbild wird aus den vielen, während des Messzeitintervalls aufgenommenen Höhenbildern zusammenge setzt, so dass auch Objekte vermessen werden können, deren Größe die Größe des Aufnahmebereichs der Aufnahmeeinheit übersteigt .
Als erstes Messzeitintervall wird eine Zeitspanne zwischen einem Einschalten der optischen Aufnahmeeinheit und einem Ausschalten der optischen Aufnahmeeinheit bezeichnet.
Es versteht sich, dass die Lichtintensität grundsätzlich be liebige Werte annehmen kann. Entsprechend kann die Beleuch tung beispielsweise während des Messzeitintervalls zeitweise ausgeschaltet werden, d.h. die Lichtintensität auf Null redu ziert werden. Ebenso kann es während des Messzeitintervalls regelmäßige Totzeiten geben, während derer die LichtIntensi tät Null beträgt.
Die Lichtintensität wird beispielsweise über den Strom oder über den duty cycle bzw. den Tastgrad, also das Verhältnis von Impulsdauer zu Periodendauer, geregelt. Um Energie einzusparen, ist es vorteilhaft, die Lichtintensi tät der Beleuchtung möglichst gering zu halten. Andererseits ist eine gewisse Beleuchtungsintensität notwendig, um einen Aufnahmebereich zu erfassen und eine ausreichende Bildquali tät zu gewährleisten.
Durch Erfassen eines Zustands des Messverfahrens während der Messung ist es möglich, die Aufnahmefrequenz und/oder die Lichtintensität zeitnah an den aktuellen Zustand anzupassen und hierdurch einerseits eine ausreichende Qualität und ande rerseits einen möglichst geringen Energieverbrauch und/oder Rechenaufwand sicherzustellen.
Der Zustand des Messverfahrens wird während des Messzeitin tervalls mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Sensoren o- der anhand von Parametern der Aufnahmeeinheit oder anhand von bisher erfassten Daten oder anhand einer Kombination der vor genannten Alternativen ermittelt. Der Zustand kann jede für das Messverfahren bzw. das Gesamtbild relevante Größe sein, z.B. eine Abtastdichte, eine Geschwindigkeit der Aufnahmeein heit oder eine Größe eines Überlapps von aufeinanderfolgenden Bildern oder eine Temperatur der optischen Aufnahmeeinheit. Die Aufnahmefrequenz und/oder Beleuchtungsintensität wird dann an den ermittelten Zustand angepasst.
Es versteht sich, dass für jedes Steuersignal jeweils mög lichst aktuelle Werte des Sensors und/oder der Aufnahmeein heit und/oder das zuletzt aufgenommene Höhenbild herangezogen werden, um möglichst den aktuellen Zustand der Aufnahmeein heit und/oder der aufgenommenen Daten zu berücksichtigen.
Zur Erzeugung der Steuersignale steht beispielsweise eine Re cheneinheit zur Verfügung, welche mit der optischen Aufnahme einheit über ein Kabel oder kabellos kommuniziert. Alternativ kann eine Recheneinheit in der optischen Aufnahmeeinheit in tegriert sein. Die Steuersignale werden in festen zeitlichen Abständen, also mit einer festen Frequenz, erzeugt. Alternativ werden die Steuersignale in unregelmäßigen zeitlichen Abständen erzeugt, beispielsweise aufgrund eines Triggersignals. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform wird zu jedem erfassten Höhenbild ein zumindest zeitlich zugehöriges Steuersignal er zeugt, so dass sich der zeitliche Abstand der Steuersignaler zeugung nach der Aufnahmefrequenz der Höhenbilder richtet.
Durch die Regelung der Lichtintensität wird diese während des Messzeitintervalls an den aktuellen Zustand der Aufnahme an gepasst. Hierdurch kann die Lichtintensität , wann immer mög lich, reduziert werden, wobei eine ausreichende Qualität der Daten sichergestellt wird.
Beispielsweise werden das zuletzt erfasste Höhenbild oder mehrere bereits erfasste Höhenbilder oder das bisher erzeugte Gesamthöhenbild hinsichtlich einer Oberflächenbeschaffenheit des darin enthaltenen Objektbereichs analysiert. Weist der aktuell im Aufnahmebereich befindliche Teil des Objekts bei spielsweise steile Kanten auf, so wird die Lichtintensität erhöht, während bei einer glatteren Topologie die Lichtinten sität reduziert wird.
Ebenso kann eine Anpassung der Lichtintensität an den Zustand der Aufnahmeeinheit erfolgen. Beispielsweise werden die Auf nahmefrequenz und/oder die Lichtintensität reduziert, sobald ein oder mehrere Parameter der Aufnahmeeinheit ein uner wünschtes Aufheizen der Aufnahmeeinheit anzeigen. Die Aufnah mefrequenz kann beispielsweise auch reduziert werden, wenn ein durch die Höhenbilder und/oder das Gesamthöhenbild gebil detes Datenvolumen einen vorgebbaren oder vorgegebenen Grenz wert überschreitet oder eine das Gesamthöhenbild erzeugende Recheneinheit überlastet ist. Da die Lichtquelle bzw, Lichtintensität einen großen Anteil am Energieverbrauch bzw. der Wärmeentwicklung in der Aufnah meeinheit haben kann, ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein deut lich reduzierter Energieverbrauch, wodurch insbesondere auch ein Erwärmen der Aufnahmeeinheit deutlich reduziert wird. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die Qualität der Auf nahmen bzw. des Gesamthöhenbilds sich nicht reduziert.
Vorteilhafterweise werden zur Erzeugung jedes Steuersignals für das jeweils zuletzt erfasste Höhenbild die GesamtIntensi tät und/oder die maximale Intensität und/oder der Kontrast und/oder die Anzahl von extrahierten Datenpunkten und/oder eine Qualität von extrahierten Datenpunkten und/oder das Sig nal/Rausch-Verhältnis und/oder der Kontrast eines zusätzlich erzeugten Farbbilds bestimmt und zur Erzeugung des Steuersig nals verwendet. Als extrahierte Datenpunkte werden alle von der Aufnahmeeinheit erfassten Pixel bzw. Bildpunkte bezeich net, die für ein Höhenbild verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird zusätzlich die Aufnahmefrequenz durch die Steuersignale geregelt, wodurch Rechenaufwand und damit zusätzlich Energie eingespart werden kann. Auch die Übertra gung von Aufnahmedaten von der Aufnahmeeinheit zu einer Re cheneinheit kann zur Einsparung von Energie zeitweise ausge setzt werden.
Die Regelung der Aufnahmefrequenz in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand der Aufnahme ermöglicht es, einerseits das Aufnehmen von überflüssigen Daten zu vermeiden und anderer seits sicherzustellen, dass noch ausreichend Daten erfasst werden, um ein Gesamthöhenbild zu erzeugen.
Befindet sich die optische Aufnahmeeinheit beispielsweise über noch nicht erfassten Bereichen oder über bisher nur lückenhaft erfassten Bereichen, wird die Aufnahmefrequenz er höht. Andererseits wird die Aufnahmefrequenz verringert, wenn sich die optische Aufnahmeeinheit über bereits vollständig o- der fast vollständig erfassten Bereichen befindet. Das Maß der Erfassung wird beispielsweise anhand des Überlapps des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds mit vorher aufgenommenen Hö henbildern und/oder aus Bewegungs- und/oder Positionsdaten der Aufnahmeeinheit ermittelt. Bewegungs- und/oder Positions daten werden z.B. aus einem oder mehreren erfassten Höhenbil dern oder einem oder mehreren Sensorsignalen eines bzw. meh rerer entsprechender Sensoren ermittelt. Alternativ zusätz lich zu Bewegungssensoren und/oder Temperatursensoren kann erfindungsgemäß auch eine Farbbildkamera als Sensor einge setzt werden.
Vorzugsweise wird zur Erzeugung jedes Steuersignals zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild eine Maßzahl eines Über lapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit einem unmittelbar vorausgehend erfassten Höhenbild und/oder eine Maßzahl eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem Gesamthö henbild bestimmt und ein der Maßzahl entsprechendes Steuer signal erzeugt.
Typischerweise wird für das Registrieren des jeweils neuen Höhenbilds mit den bereits erfassten Höhenbildern, also dem Ermitteln der Ausrichtung bzw. Orientierung des neuen Höhen bilds relativ zu den bereits erfassten Höhenbildern, ein Überlapp des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem unmittelbar vorhergehend erfassten Höhenbild oder dem Gesamthöhenbild be stimmt. Der Überlapp eignet sich auch als Maß für die Menge der für einen Objektbereich bereits vorhandenen Daten sowie zur Bestimmung einer Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrich tung der optischen Aufnahmeeinheit relativ zu dem Objekt. Gemäß einer Weiterbildung wird bei dem Bestimmen des Über lappe zusätzlich das Sensorsignal des mindestens einen Sen sors berücksichtigt. Es ist insbesondere vorteilhaft, eine Auswertung des Überlapps, also des Fortgangs der Erfassung mit einer Temperaturkontrolle, also einem die Temperatur der optischen Aufnahmeeinheit oder der Recheneinheit erfassenden Sensor, zu kombinieren.
Alternativ oder ergänzend wird zur Erzeugung jedes Steuersig nals zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild ein Oberflä chenzuwachs einer im Gesamthöhenbild enthaltenen Gesamtober fläche durch eine im zuletzt erfassten Höhenbild enthaltene Oberfläche bestimmt und ein dem Oberflächenzuwachs entspre chendes Steuersignal erzeugt. Der Oberflächenzuwachs eignet sich ebenfalls als Maß für die Menge der für einen Objektbe reich bereits vorhandenen Daten sowie zur Bestimmung einer Geschwindigkeit und/oder einer Bewegungsrichtung der opti schen Aufnahmeeinheit.
Die erfassten Höhenbilder bzw. das aus den Höhenbildern zu sammengefügte Gesamthöhenbild sind auf unterschiedliche Wei sen darstellbar. Vorteilhaft ist es beispielsweise, eine Ob jektoberfläche innerhalb des Volumendatensatzes als Dreiecks netz zu identifizieren bzw. darzustellen. Die Oberfläche kann beispielsweise gemäß dem in „Marching Cubes: Ä High Resolu tion 3D Surface Construction Algorithm" , W . E, Lorensen und H. E. Cline, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 21, Nr. 4, pp. 163-169, August 1987 beschriebenen Verfahren dargestellt werden. Eine solche Darstellung der Objektoberfläche ermög licht eine besonders einfache und damit auch besonders ener gie-effiziente Bestimmung des Oberflächenzuwachses.
Vorteilhafterweise wird aus der Maßzahl des Überlapps oder aus dem Oberflächenzuwachs eine Abtastdichte oder eine Kamerageschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals verwendet.
Vorteilhafterweise detektiert der Sensor eine Geschwindigkeit der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine Beschleunigung der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine räumliche Posi tion der optischen Aufnahmeeinheit und/oder eine Bewegung der optischen Aufnahmeeinheit .
Vorteilhafterweise wird vor dem Hinzufügen eines Höhenbilds zu dem Gesamthöhenbild ein Registrierverfahren für das Hinzu- fügen in Abhängigkeit von der Aufnahmefrequenz ausgewählt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt. Es zeigt die
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmeverfah rens .
Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Aufnahmeverfahrens schematisch veranschaulicht.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein Unterkiefer 1 mit Zäh nen 2 als Objekt mittels einer optische Aufnahmeeinheit 3 vermessen. Die optische Aufnahmeeinheit 3 ist als intraorale Kamera ausgebildet und umfasst eine Lichtquelle 4 und einen Lichtdetektor 6 und ist mit einer Recheneinheit 7 mit einem Anzeigemittel 8 verbunden.
Die Vermessung wird während eines Zeitintervalls Tl durchge führt, wobei die intraorale Kamera 3 über die Zähne 2 des Un terkiefers 1 und/oder Fehlstellen im Unterkiefer 1 bewegt wird. Die Lichtquelle 4 stellt einen Beleuchtungsstrahl 5 be reit und der Lichtdetektor 6 detektiert reflektiertes Licht. Die Erfassung des reflektierten Lichts erfolgt mit einer Auf nahmefrequenz fA, wobei mit einem zeitlichen Abstand dt=l/fA jeweils ein Datensatz von dem Lichtdetektor 6 erfasst wird und an die Recheneinheit übermittelt wird. Die Recheneinheit berechnet zu jedem Datensatz jeweils ein Höhenbild bi, i=l ... N und speichert dieses in einem Speichermedium der Re cheneinheit 8 ab. Die Aufnahmefrequenz fA ist veränderbar, so dass die zeitlichen Abstände dt zwischen aufeinanderfolgend aufgenommenen Höhenbildern b± nicht unbedingt gleich sind.
Die erzeugten Höhenbilder bi werden bereits während des Mess zeitintervalls TI nach und nach zu einem Gesamthöhenbild bges zusammengefügt , wobei das Gesamthöhenbild bges bereits während des Entstehens mittels des Anzeigemittels 8 angezeigt wird.
Es versteht sich, dass gegebenenfalls nicht alle erzeugten Höhenbilder für das Gesamthöhenbild verwendet werden, sondern dass einzelne Höhenbilder beispielsweise aufgrund mangelnder Qualität aussortiert werden. Hierzu wird ein erstes Höhenbild bi als Gesamthöhenbild bges abgespeichert und angezeigt. An schließend werden kontinuierlich weitere aufgenommene Höhen bilder bi, i=2... N zu dem Gesamthöhenbild bges hinzugefügt und das neue Gesamthöhenbild bges angezeigt, wobei eine relative Ausrichtung des Höhenbilds bi zu dem Gesamthöhenbild bges an hand eines Überlapps (schraffiert dargestellt) des Höhenbilds bi mit dem Gesamthöhenbild bges, also den bisher aufgenommenen Höhenbildern bi, insbesondere dem unmittelbar vorangegangen aufgenommenen Höhenbild bi-i, ermittelt wird.
Darüber hinaus wird die Aufnahmefrequenz fA im dargestellten Ausführungsbeispiel anhand des ermittelten Überlapps gere gelt. Zu dem Überlapp des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds bi mit dem Gesamthöhenbild bges wird jeweils eine erste Maßzahl Mi, z.B. die flächenmäßige Größe des Überlapps, bestimmt und anhand der ersten Maßzahl Mi ein erstes Steuersignal S = Si (Mi) zur Steuerung der Aufnahmefrequenz fa erzeugt. Die Auf nahmefrequenz fa des Lichtdetektors 6 wird anschließend mit tels einer Steuereinheit 10, die im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel Teil der optischen Aufnahmeeinheit 3 ist, mit- tels des Steuersignals S geregelt, also gegebenenfalls verän dert. Das nächste Höhenbild b±+i wird entsprechend mit einem zeitlichen Abstand dti+i=l/fA erfasst, wobei fa die geregelte Aufnahmefrequenz bezeichnet.
Ferner wird anhand des zuletzt aufgenommenen Höhenbilds bi eine zweite Maßzahl für eine Qualität des Höhenbildes b±, z.B. eine Gesamtintensität oder ein Kontrast, bestimmt. An hand der zweiten Maßzahl wird ein zweites Steuersignal zur Steuerung der Lichtintensität des Beleuchtungsstrahls 5 er zeugt und die Lichtintensität entsprechend bzw. mittels des zweiten Steuersignals geregelt.
In einer alternativen Ausführungsform oder ergänzend wird ein Sensorsignal eines Sensors 9 (gestrichelt dargestellt) heran- gezogen, um das Steuersignal S zu berechnen. Beispielsweise wird die Bewegung der intraoralen Kamera 3 mittels eines in- tegrierten InertialmessSystems nachvollzogen, wobei aus der Bewegung der Kamera 4 auf die Ausrichtung der einzelnen Hö henbilder bi zueinander geschlossen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Objekt
2 Zahn
3 Aufnahmeeinheit
4 Lichtquelle
5 Beleuchtungsstrahl
6 Lichtdetektor
7 Recheneinheit
8 Anzeigeeinheit
9 Sensor
10 Steuereinheit
foges Gesamthöhenbild
bi Höhenbilder
fa Aufnähmefrequenz
dt zeitlicher Abstand
M± Maßzahl
S Steuersignal
TI Aufnahmezeitintervall

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts (1) mit einer optischen Auf nahmeeinheit (3), wobei
- während eines ersten Messzeitintervalls (TI) die opti sche Aufnahmeeinheit (3) relativ zu dem Objekt (1) bewegt wird,
- während des ersten Messzeitintervalls (TI) das Objekt (1) von der Aufnahmeeinheit (3) mit einem Beleuchtungs strahl (5') mit einer Lichtintensität (I) beleuchtet wird,
- während des ersten Messzeitintervalls (Tl) von der Auf nahmeeinheit (3) mit einer Aufnahmefrequenz (fA) nachei nander Höhenbilder (bi) erfasst werden,
- zumindest ein Teil der erfassten Höhenbilder (bi) wäh rend des Mess zeitintervalls (Tl) jeweils zu einem Gesamt höhenbild (bqes) hinzugefügt und das Gesamthöhenbild (bges ) angezeigt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Lichtintensität ( I ) während des Messzeitintervalls (Tl) durch Steuersignale ( S ) geregelt wird, wobei
- die Steuersignale (S) während des Messzeitintervalls (Tl) in zeitlichen Abständen erzeugt werden und
- jedes Steuersignal (S) auf Basis mindestens eines Sen sorsignals (10) von mindestens einem Sensor (9) und/oder mindestens eines Parameters der Aufnahmeeinheit (3) und/oder mindestens eines bereits erfassten Höhenbilds (bi) erzeugt wird.
2. Optisches Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuersignals (S) für das jeweils zuletzt erfasste Höhenbild (bi) die Gesamtin tensität und/oder die maximale Intensität und/oder der Kontrast und/oder die Anzahl von extrahierten Datenpunk ten und/oder eine Qualität von extrahierten Datenpunkten und/oder das Signal/Rausch-Verhältnis und/oder der Kon trast eines zusätzlich erzeugten Farbbilds bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals verwendet wird.
3. Optisches Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Aufnahmefrequenz ( fA) während des Messzeitintervalls (TI) durch die Steuersig nale (S) geregelt wird.
4. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuer signals (S) zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild (bi)
- eine Maßzahl (Mi) eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit einem unmittelbar vorausgehend erfassten
Höhenbild (bi-i) und/oder
- eine Maßzahl (Mi) eines Überlapps des zuletzt erfassten Höhenbilds mit dem Gesamthöhenbild (bges ) bestimmt und an schließend ein der Maßzahl (Mi) entsprechendes Steuersig- nal (S) erzeugt wird.
5. Optisches Messverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass bei dem Bestimmen der Maßzahl (Mi) des Überlapps das Sensorsignal (10) des mindestens einen Sen sors (9) berücksichtigt wird.
6. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes Steuer signals (S) zu dem jeweils zuletzt erfassten Höhenbild (bi) ein Oberflächenzuwachs einer im Gesamthöhenbild (bges) enthaltenen Gesamtoberfläche durch eine in dem zu letzt erfassten Höhenbild enthaltene Oberfläche bestimmt und ein dem Oberflächenzuwachs entsprechendes Steuersig nal (S) erzeugt wird.
7, Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Maßzahl (Mi) des Überlapps oder aus dem Oberflächenzuwachs eine Abtast dichte oder eine Geschwindigkeit der optischen Aufnahme einheit (3) bestimmt und zur Erzeugung des Steuersignals (S) verwendet wird.
8. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gegenzeichnet, dass der Sensor (9) eine Geschwin digkeit der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder eine Beschleunigung der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder einen räumliche Position der optischen Aufnahmeeinheit (3) und/oder eine Bewegung der optischen Aufnahmeeinheit (3) detektiert.
9. Optisches Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hinzufügen eines Hö henbilds (bi) zu dem Gesamthöhenbild (bges) ein Regist rierverfahren für das Hinzufügen in Abhängigkeit von der Aufnahmefrequenz ( f*) ausgewählt wird,
10. Optisches Messsystem, aufweisend eine optische Aufnahme einheit, eine computerlesbare Speichereinheit, eine Re cheneinheit und eine Anzeigeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem dazu ausgelegt ist das optische Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen .
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