[發明專利]尤其在透明的散射表面情況下用于3D測量的顏色編碼

有效

• 申請號: 201380039536.8
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN104583714B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: A·希克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06K19/06;G01N21/95
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 杜荔南,劉春元

技術領域

本發明的領域是用于借助光學的顏色三角測量法確定物體的三維表面坐標的設備和相應的方法。

背景技術

表面的三維測量在醫療技術的許多領域中越來越重要。例如在最小介入式外科學中必須經由通過測量方法的直接觀察來取代大小和距離估計的不足。此外，例如在腹腔內部在手術期間獲得的表面數據可以用通過其他診斷方法——例如磁共振、計算機斷層攝影或者超聲方法——記錄的數據來均衡，以便更好地識別或者定位器官或者患病的組織。同樣應該考慮由于病人在手術期間的“新的”位置或者由于例如通過呼吸引起的周期位置改變所引起的改變。常規地有很多3D測量方法，例如相位編碼的主動的三角測量法或者激光掃描，它們原理上適用于所述的應用。然而這些方法是針對不透明表面的測量定制的，正如它們經常在工業的測量技術中出現的那樣。然而器官組織與光具有明顯較復雜的相互作用，是部分依賴于波長地透明的并且在體積中具有散射光能力，該散射光能力顯著改變所投射的圖案的結構并且在主動的三角測量方法的情況下使在照相機圖像中對3D數據重建的重新識別變得困難。由此在3D表面中產生空缺或者測量不可靠性可能強烈上升。

在牙科診療的領域中，常規地對于相位三角測量法使用單色光并且為避免光侵入牙齒琺瑯質中而噴涂白色顏色。這對于病人是一種不舒服的附加處理步驟，它影響了該方法的接受性。

WO 01/48438公開了一種更好地適用于醫療技術的3D應用的方法。該公開建議，通過構造由有色圖案元素組成的二維的顏色圖案提供了用于編碼的特別緊湊的并且從而抗干擾的顏色圖案。目的是確定在投射到物體上的二維顏色圖案的圖像記錄中的圖案元素的移動位置。通過接著在照相機中的投影儀的已知位置處的三角測量法能夠計算物體點的三維數據。

最初，顏色編碼的三角測量法(Colour coded Triangulation；CCT)同樣為醫療技術應用開發并且在測量半透明地漫散射的介質的情況下具有顯著的優點。應用可以是用于化妝品工業中的生物統計應用的人臉三維測量、耳廓的三維掃描，以便借助這些數據生產最優地匹配的助聽器，或者是利用專門開發的CCT掃描器對耳道表面的直接掃描。該測量方法的優點是，它具有借助主動三角測量法的3D測量的許多優點，并且此外非?？於冶容^穩健?！翱臁币馕吨摐y量方法能夠實時測量，因為為重建三維數據組僅需圖像記錄?！胺€健”意味著，通過使用所投射圖案的顏色編碼在生物表面的情況下也能夠實現比較良好的數據重建，因為在解碼時尋找顏色過渡或顏色邊緣并且放棄純基于強度的數據重建。

在顏色三角測量法CCT的情況下，迄今針對所有顏色選擇具有相同條紋寬度的顏色條紋圖案。這在如下物體的情況下是有意義的方案，所述問題不具有或者具有非常小的向物體介質中的侵入深度并且調制傳遞函數的值對于所有顏色(光波長度)幾乎相同。在生物物體的情況下，尤其是在高的空間頻率的情況下，調制傳遞函數(MTF)以體積散射的程度中斷。按照發展趨勢地，體積散射隨波長提高。事實上該效應還依賴于例如人皮膚的層結構。對于設計常規的顏色圖案來說，不考慮相應的散射。

在牙科領域中，為匹配精確合適的牙冠等掃描牙齒的表面。在這里也表明，體積散射使有效的測量點的記錄變得困難。

發明內容

本發明的任務是提供一種設備和一種方法，它們用于與常規解決方案相比以有效減小的對比度降低和有效增大的測量精度來三維測量或3D測量透明的(尤其是部分透明的)和散射的(尤其是漫散射的)表面。尤其是對此應該例如在生物組織的情況下考慮依賴于波長的向構成表面的材料中的侵入能力和由此結果得到的體積散射。

該任務通過根據主權利要求的設備和根據并列權利要求的方法來解決。

根據第一方面，要求保護一種借助光學的顏色三角測量法來確定物體的三維表面坐標的設備，所述設備具有：投射裝置，用于利用設定的顏色條紋圖案照明物體，其中所述顏色條紋圖案沿軸線延伸并且由與所述軸線垂直的線組成，所述線具有分別與相鄰的線不同的、對所投射的光的譜分量的選擇；在與投射裝置已知的相對位置中布置的檢測裝置，用于記錄物體的圖像，顏色條紋圖案被一次性地投射到該物體上；計算裝置，用于借助于識別相應線的譜分量的選擇和檢測兩條彼此靠近的線的相應過渡來計算三維的表面坐標，其中對于所有的線，借助投射裝置相應于為這些線所選擇的譜分量的體積散射效應如此設定所投射的相應線的寬度，使得在這些線的所記錄的圖像中這些線的所有譜分量的所有對比度最大值都等于對比度最小值。