[發(fā)明專利]用于校準(zhǔn)牙科攝像機(jī)的校準(zhǔn)設(shè)備和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380057064.9
• 申請(qǐng)日: 2013-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN104780865A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B.波皮爾卡;F.蒂爾;F.福斯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西諾德牙科設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): A61C19/04
• 分類號(hào): A61C19/04;G01B11/25;A61B5/107;G06T7/00;G01B21/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙辛;宣力偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)牙科攝像機(jī)的方法和校準(zhǔn)設(shè)備，所述牙科攝像機(jī)是基于用于在三個(gè)維度中光學(xué)地測(cè)量牙科對(duì)象的條紋投影法的，所述牙科攝像機(jī)包括用于產(chǎn)生由多個(gè)條紋構(gòu)成的投影圖案的投影格網(wǎng)以及將所產(chǎn)生的投影圖案投影到有待測(cè)量的對(duì)象上的光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

從用于在三個(gè)維度中光學(xué)地測(cè)量的現(xiàn)有技術(shù)中已知多個(gè)條紋投影法。在這些方法中，投影圖案被投影到有待測(cè)量的對(duì)象上。隨后，使用三角測(cè)量法，基于變形的投影圖案來計(jì)算對(duì)象上的測(cè)量點(diǎn)的3D坐標(biāo)。隨后根據(jù)一大群測(cè)量點(diǎn)來計(jì)算對(duì)象的3D模型。

此方法的缺點(diǎn)在于投影格網(wǎng)的顯影誤差或光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)誤差可能導(dǎo)致所產(chǎn)生的3D模型與對(duì)象的實(shí)際尺寸相比具有測(cè)量誤差。投影格網(wǎng)的顯影誤差可能例如導(dǎo)致錯(cuò)誤的條紋寬度，或者導(dǎo)致條紋之間不正確的距離。光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)誤差可能例如是使得投影圖案變形的變形。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于校準(zhǔn)牙科攝像機(jī)以補(bǔ)償顯影誤差或光學(xué)成像誤差所導(dǎo)致的測(cè)量誤差的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)牙科攝像機(jī)的方法，所述牙科攝像機(jī)是基于用于在三個(gè)維度中光學(xué)地測(cè)量牙科對(duì)象的條紋投影法的。牙科攝像機(jī)包括用于產(chǎn)生由多個(gè)條紋構(gòu)成的投影圖案的投影格網(wǎng)以及將所產(chǎn)生的投影圖案投影到有待測(cè)量的對(duì)象上的光學(xué)系統(tǒng)。在該方法的第一步驟中，通過牙科攝像機(jī)使用條紋投影法來測(cè)量具有已知尺寸的參考表面。在參考表面上確定多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)。隨后，將所確定的實(shí)際坐標(biāo)與具有已知尺寸的參考表面上的測(cè)量點(diǎn)的已知目標(biāo)坐標(biāo)（所期望的坐標(biāo)）相比較。在隨后的方法步驟中，從實(shí)際坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)之間的偏差出發(fā)，針對(duì)投影圖案的個(gè)體條紋計(jì)算多個(gè)補(bǔ)償值。隨后，在測(cè)量牙科對(duì)象時(shí)將這些計(jì)算出的補(bǔ)償值考慮在內(nèi)以補(bǔ)償實(shí)際坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)之間的偏差。

參考表面是具備多個(gè)標(biāo)記的校準(zhǔn)板，并且標(biāo)記用來確定校準(zhǔn)板相對(duì)于牙科攝像機(jī)的精確位置和對(duì)準(zhǔn)。隨后，沿垂直于校準(zhǔn)板的方向確定實(shí)際坐標(biāo)與校準(zhǔn)板之間的偏差。

校準(zhǔn)的結(jié)果是由補(bǔ)償值構(gòu)成的矩陣，所述補(bǔ)償值在測(cè)量由平行條紋構(gòu)成的投影圖案上的對(duì)象時(shí)用在補(bǔ)償方法步驟中以校正投影圖案，并且隨后通過使用條紋投影法，基于校正后的投影圖案來計(jì)算對(duì)象的三維圖像。

在條紋投影法中，由多個(gè)平行條紋構(gòu)成的圖案被投影到有待測(cè)量的對(duì)象上，并且使用三角測(cè)量法產(chǎn)生對(duì)象的三維圖像，該三維圖像是基于條紋的變形的。

例如，可以將條紋進(jìn)行顏色編碼以實(shí)現(xiàn)識(shí)別。鑒于此，將由多個(gè)有色條紋構(gòu)成的圖案投影到對(duì)象上。隨后，確定受測(cè)點(diǎn)的深度坐標(biāo)，并且產(chǎn)生對(duì)象的3D模型。有色條紋可以通過其顏色來清楚地識(shí)別。例如，可以使用四個(gè)有色條紋和/或三個(gè)顏色過渡來將有色條紋進(jìn)行顏色編碼。有色條紋可以例如使用幻燈片來產(chǎn)生。

此類條紋投影法的條紋寬度在有待測(cè)量的對(duì)象的測(cè)得體積中可以例如是150?μm。

對(duì)于光學(xué)測(cè)量，也可以使用不同的條紋投影法，其中使用不同的光學(xué)性質(zhì)（諸如強(qiáng)度、顏色、偏振、相干性、相位、對(duì)比度、位置或傳播時(shí)間）來將條紋編碼。

用于產(chǎn)生投影圖案的投影格網(wǎng)可以例如是幻燈片，光穿過該幻燈片并且平行條紋借助于該幻燈片來產(chǎn)生。參考表面可以例如是平坦的或任何三維表面，諸如半球。投影格網(wǎng)的顯影誤差或光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差導(dǎo)致參考表面上的測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)之間的偏差。為了進(jìn)行補(bǔ)償，針對(duì)個(gè)體條紋計(jì)算補(bǔ)償值。這些補(bǔ)償值可以被保存在存儲(chǔ)器中或者稍后在校準(zhǔn)之后在使用校正后的投影圖案來計(jì)算三維圖像之前的測(cè)量期間用于投影圖案上。這會(huì)補(bǔ)償實(shí)際坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)之間的偏差。

標(biāo)記可以例如是被布置在相對(duì)于彼此的固定距離處的矩形標(biāo)記。這允許由計(jì)算機(jī)使用標(biāo)記之間的距離來計(jì)算參考表面相對(duì)于攝像機(jī)的距離以及對(duì)準(zhǔn)。不需要通過使用測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)來擬合，因?yàn)橐呀?jīng)使用標(biāo)記來確定了位置。因此，可以使用計(jì)算機(jī)直接計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)與校準(zhǔn)板之間的偏差。

為了確定參考表面的位置，可以使用在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的已知的Tsai校準(zhǔn)方法（“用于使用現(xiàn)成攝像機(jī)和鏡頭的高精確度3D視覺測(cè)量的通用攝像機(jī)校準(zhǔn)技術(shù)（A?Versatile?Camera?Calibration?Technique?for?High-Accuracy?3D?Vision?Metrology?Using?Off-the-Shelf?Cameras?and?Lenses）”，1987）或者也在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的已知的Zhang方法（“用于攝像機(jī)校準(zhǔn)的靈活的新技術(shù)（A?flexible?new?technique?for?camera?calibration）”，2000）。