DE10304111B4

DE10304111B4 - Aufnahmeverfahren für ein Bild eines Aufnahmeobjekts

Info

Publication number: DE10304111B4
Application number: DE10304111A
Authority: DE
Inventors: Axel Schwotzer
Original assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: DE10304111A1; US7522764B2; US20040151369A1

Abstract

Verfahren zur Erstellung eines Bildes eines Aufnahmeobjekts (20), umfasst die Verfahrensschritte: a) Projizieren eines Streifenmusters auf das Aufnahmeobjekt (20), b) Aufnehmen des projizierten Streifenmusters (22) als Rohbild (R) mit einem Bildempfänger (14; 17) unter einem anderen Winkel als die Projektion, wobei die Schritte a) und b) bei mehreren verschiedenen Positionen der Phasenlage des Streifenmusters durchgeführt werden und c) Berechnen eines Bildes des Aufnahmeobjekts aus den mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern (R, ..., R). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Unterdrückung periodischer Störungen in Schritt c) c) aus den Kamerarohbildern (R, ..., R) zumindest zwei Rohbildergruppen (R, R, ..., R; R, R, ..., R) gebildet werden, c) aus jeder Rohbildgruppe (R, R, ..., R; R, R, ..., R) ein Phasenbild (P) des Aufnahmeobjekts (20) berechnet wird, c) die berechneten Phasenbilder (P, P) so gemittelt werden, dass ein Phasenbild (P) mit reduzierten Störungsanteilen entsteht und dass c) aus dem Phasenbild (P) mit reduzierten Störungsanteilen ein Bild des Aufnahmeobjekts berechnet wird. Als Bilder kommen insbesondere ein Höhenbild oder ein Kontrastbild in Frage.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Bildes eines Aufnahmeobjekts, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit den Verfahrensschritten: a) Projizieren eines Streifenmusters auf das Aufnahmeobjekt, b) Aufnehmen des projizierten Streifenmusters als Rohbild mit einer Kamera, wobei die Schritte a) und b) bei mehreren verschiedenen Positionen der Phasenlage des Streifenmusters durchgeführt werden, und c) Berechnen eines Bildes des Aufnahmeobjekts aus den mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern. Als Bilder kommen insbesondere Höhenbilder oder Kontrastbilder in Frage.
Stand der Technik
Durch eine direkte optische dreidimensionale Vermessung eines oder mehrerer Zähne im Mund eines Patienten können digitale Konstruktionsdaten für die rechnergesteuerte Anfertigung von Zahnersatz ohne Abdruck gewonnen werden. Eine solche, in Analogie zur physischen Abformung ”optischer Abdruck” genannte, dreidimensionale Darstellung kann mit einer oder mehreren Kameraaufnahmen berührungsfrei aufgenommen werden. Die Kamera kann dabei wie ein Winkelstück freihändig geführt oder einhändig oder beidhändig auf der Zahnreihe abgestützt werden.
Die Messmethode benützt das Prinzip der aktiven Triangulation, bei der von einer Projektionseinrichtung ein einzelner Lichtstrich oder ein Streifenmuster aus parallelen Lichtstrichen auf das aufzunehmende Objekt aufprojiziert und das projizierte Bild unter einem Parallaxe-Winkel mit einer Flächenkamera wieder aufgenommen wird.
Aufgrund der Oberflächenstruktur der Zähne erscheint der Streifenverlauf nicht mehr gerade, sondern gegenüber dem geraden Verlauf gekrümmt und verschoben. Aus der Lage der Lichtstrichlinien kann auf die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjekts zurückgeschlossen werden. Nach dem Messvorgang liegt im Speicher des Rechners ein digitales dreidimensionales Datenmodell des Aufnahmeobjekts vor, welches etwa auf einem Monitor als Videostandbild dargestellt werden oder als Grundlage für eine rechnergesteuerte Herstellung von Zahnersatz dienen kann.
Zur Erhöhung der Genauigkeit kann die aus der EP 0250993 B1 bekannte so genannte Phasen-Shift-Triangulations-Methode (phase-shifting triangulation) eingesetzt werden. Dabei werden nacheinander mehrere Rohbilder mit verschiedenen Positionen der Phasenlage des Gitters erzeugt und aus diesen ein Phasenbild berechnet. Aus dem Phasenbild kann dann mit Hilfe von Kalibrier-Daten ein Höhenbild des Aufnahmeobjektes berechnet werden. Dabei sind verschiedene Algorithmen zur Berechnung des Phasenbildes aus den einzelnen Rohbildern bekannt. Beispielsweise können drei, vier oder fünf Rohbilder mit einer relativen Phasenverschiebung von 120° oder 90° aufgenommen werden. Aus den Rohbildern kann auch ein Kontrastbild berechnet werden. Beispielsweise berechnet sich ein Kontrastbild aus vier Rohbildern mit den Intensivitätswerten I₁ ... I₄ nach der Formel: K = √((I₁ – I₃)2 + (I₂ – I₄)²).
Bei der Phasen-Shift-Methode verbleiben aufgrund von Toleranzen oder systematischen Fehlerquellen typische periodische Störungen. Diese periodischen Störungen treten mit Vielfachen der Gitterfrequenz im Phasenbild und auch im Kontrastbild oder Höhenbild auf.
Beispielsweise führt eine Abweichung von der linearen Bewegung des Lichtgitters zu einer Störung mit der 2-fachen Gitterfrequenz, eine Änderung der Intensität der Gitterbeleuchtung zu einer Störung mit der 1-fachen Gitterfrequenz, und Abweichungen von der Linearität zwischen Lichtsignal und elektrischem Signal zu einer Störung mit der 4-fachen Gitterfrequenz.
Generell sind die Berechnungsalgorithmen umso störungsresistenter, je mehr Rohbilder aufgenommen werden. Dennoch treten die beschriebenen periodischen Fehler trotz des deutlich erhöhten Aufwands in unterschiedlicher Ausprägung auf.
Zur Steigerung der Qualität des Phasenbildes kann etwa eine Filterung durchgeführt werden. Dabei muss jedoch ein Auflösungsverlust in Kauf genommen werden. Die Qualitätsverbesserung durch Mittelung mehrerer Phasenbilder hat dagegen den Nachteil einer deutlich verlängerten Aufnahmezeit.
Es ist weiter möglich, die Steuerung für die Aufnahme der Rohbilder sehr genau durchzuführen, so dass die periodischen Fehler in geringerem Maße auftreten. Allerdings ist eine solche genaue Steuerung sehr aufwendig. Auch haben äußere Bedingungen, wie Temperatur, Feuchte oder die Schwerkraft, sowie Langzeiteffekte Einfluss auf die Bildaufnahme und die erreichbare Bildqualität.
Auch aus „Color-encoded fringe projection and Phase shifting for 3-D surface contouring” von P. S. Huang et al., SPIE, Band. 3407, S. 477–482, erschienen 1998 ist ein Verfahren zur Erstellung eines Bildes eines Aufnahmeobjekts mittels Phasenschiebeverfahrens bekannt.
Aus „Phase-measuring interferometry: new methods and error analysis” von C. Joenathan, Applied Optics, Band. 33, Nr. 19, S. 4147–4155, erschienen 1994 ist ein Phasenschiebeverfahren bekannt, welches vorsieht, aus aufgenommenen Rohbildern zwei Gruppen zu bilden, aus jeder Rohbildgruppe ein Phasenbild des Aufnahmeobjekts zu berechnen und diese Phasenbilder so zu mitteln, dass ein Phasenbild mit reduzierten Störungsanteilen entsteht.
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zur Aufnahme eines Bildes eines Aufnahmeobjekts anzugeben, das gegenüber bekannten Techniken bei vergleichsweise geringem Aufwand eine deutlich erhöhte Messgenauigkeit liefert.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, dass zur Unterdrückung periodischer Störungen im Verfahrenschritt c) der Berechnung eines Bildes des Aufnahmeobjekts aus den mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern:

c₁) aus den Kamerarohbildern zumindest zwei Rohbildergruppen gebildet werden,
c₂) aus jeder Rohbildgruppe ein Phasenbild des Aufnahmeobjekts berechnet wird,
c₃) die berechneten Phasenbilder so gemittelt werden, dass ein Phasenbild mit reduzierten Störungsanteilen entsteht, und
c₄) aus dem Phasenbild mit reduzierten Störungsanteilen ein Bild des Aufnahmeobjekts berechnet wird.

Es werden hierfür (n + 2) Rohbilder R₁, R₂, ..., R_n+2 aufgenommen werden, wobei aufeinander folgende Rohbilder eine vorgegebene Phasenverschiebung aufweisen. Es werden drei Rohbildgruppen R₁, R₂, ..., R_n; R₂, R₃, ..., R_n+1; R₃, R₄, ..., R_n+2 gebildet gebildet und ein erstes Phasenbild P₁ wird aus der ersten Rohbildgruppe R₁, R₂, ..., R_n, ein zweites Phasenbild P₂ wird aus der zweiten Rohbildgruppe R₂, R₃, ..., R_n+1 und ein drittes Phasenbild P₃ wird aus der dritten Rohbildgruppe R₃, R₄, ..., R_n+2 berechnet. Das erste und dritte Phasenbild, P₁ bzw. P₃, werden mit gleicher Wichtung gemittelt, um ein Zwischenbild P_z zu erhalten das zweite Phasenbild P₂ und das Zwischenbild P_z werden gemittelt, um ein Phasenbild P mit reduzierten Störungsanteilen zu erhalten. Dabei stellt n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 dar.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Störungen in einem Höhenbild oder in einem Kontrastbild unterdrückt werden.
Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, die Rohbilder so in zwei oder mehr Gruppen aufzuteilen, dass die Störungen der aus den jeweiligen Rohbildgruppen berechneten Phasenbilder eine gewisse Phasenverschiebung zueinander haben. Diese Phasenbilder werden geeignet gemittelt um dadurch Störungen mit bestimmten Vielfachen der Gitterfrequenz zu unterdrücken oder zu eliminieren. Dadurch kann bei einer nur geringen Verlängerung der gesamten Aufnahmedauer durch zusätzliche Rohbildaufnahmen eine deutliche Erhöhung der Messgenauigkeit erreicht werden.
Vorteilhafterweise werden die berechneten Phasenbilder mit Wichtungsfaktoren versehen gemittelt.
Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Rohbilder jeweils mit einer konstanten Verschiebung der Phasenlage des Gitters aufgenommen.
Es wäre auch möglich, ein Verfahren vorzusehen, bei dem (n + 1) Rohbilder R₁, R₂, ..., R_n+1 aufgenommen werden, wobei aufeinander folgende Rohbilder eine vorgegebene Phasenverschiebung aufweisen. Es werden zwei Rohbildgruppen R₁, R₂, ..., R_n; R₂, R₃, ..., R_n+1 gebildet und es wird ein erstes Phasenbild P₁ aus der ersten Rohbildgruppe R₁, R₂, ..., R_n und ein zweites Phasenbild P₂ aus der zweiten Rohbildgruppe R₂, R₃, ..., R_n+1 berechnet. Das erste und zweite Phasenbild, Pi bzw. P₂, werden mit gleicher Wichtung gemittelt, um ein Phasenbild P mit reduzierten Störungsanteilen zu erhalten. Dabei stellt n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 dar, um mit den bekannten Methoden ein Phasenbild zu erzeugen.
Vorteilhafterweise wird n gleich 4 gewählt, weil hier die Messgenauigkeit und die erforderliche Messzeit in einem besonders günstigen Verhältnis zueinander stehen.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Rohbilder im Halbbildverfahren aufgenommen werden, so dass dann, wenn das Streifenmuster kontinuierlich bewegt wird, die beiden Halbbilder zueinander eine Phasenverschiebung aufweisen, die die Hälfte der Phasenverschiebung aufeinander folgender Rohbilder beträgt.
Im Halbbildverfahren wird das aufzunehmende Bild in zwei Halbbilder unterteilt. Das erste Halbbild entspricht in der Regel den geradzahligen Zeilen, das zweite Halbbild den ungeradzahligen Zeilen. Die beiden Halbbilder werden nacheinander und folglich zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen.
Mit Vorteil wird in diesem Zusammenhang aus jedem der Halbbilder eines Rohbilds ein Phasenbild berechnet und die beiden Phasenbilder werden vor der Weiterverarbeitung gemittelt, um ein Phasenbild mit reduzierten hochfrequenten Störungsanteilen zu erhalten. Werden etwa die Rohbilder bei einer kontinuierlichen Bewegung des das Streifenmuster hervorrufenden Gitters mit einer Phasenverschiebung von 90° aufgenommen, so ergibt sich eine Phasenverschiebung der beiden Halbbilder von 45°. Entscheidend ist hierbei die zeitliche Mitte der Integrationsphase bei der Erzeugung der Halbbilder, wobei die der zeitlichen Dauer der Integrationsphase selbst, also der Belichtung des Empfängers, eine untergeordnete Rolle spielt. Somit können durch Mittelung der beiden Phasen- bzw. Kontrast-Halbbilder Störungen mit der 4-fachen Gitterfrequenz unterdrückt werden. Dabei muss zwar ein Verlust an Auflösung in Kauf genommen werden, doch überwiegt bei starken Störungen der positive Effekt der Störungsunterdrückung. Die Mittelung erfolgt vorzugsweise mit gleitendem Mittelwert.
Zweckmäßig ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass vor dem Schritt a) ein Bild eines vorbestimmten Testobjekts aufgenommen wird, und auf Grundlage einer Analyse des Bilds des Testobjekts ein geeignetes Schema für die Berechnung des störungsreduzierten Phasenbildes für das Aufnahmeobjekt ausgewählt wird. Da periodische Störungen abhängig von äußeren Einflüssen sowohl sporadisch auftreten können, als auch systembedingt stets vorhanden sein können, kann durch diese Maßnahme erreicht werden, dass ein die Aufnahmezeit verlängernden Algorithmus nur dann eingesetzt wird, wenn die entsprechende Störung bei der Aufnahme vorliegt.
Die Aufnahme des Testobjekts kann dabei während einer ohnehin notwendigen Kalibrierung des Systems zur Berechnung von Kontrast- oder Höhenbildern aus den Phasenbildern ohne wesentlichen zusätzlichen Zeitaufwand erfolgen. Sie kann jedoch auch separat durchgeführt werden, so dass vor jeder Messung eines Aufnahmeobjekts das jeweils günstigste Berechnungsschema ausgewählt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert insbesondere bei solchen Systemen große Vorteile, bei denen das Aufnahmeobjekt und die Kamera zum Aufnehmen des projizierten Streifenmusters frei zueinander positionierbar sind und Freihandaufnahmen durchgeführt werden.
Ein besonders bevorzugtes Anwendungsbeispiel stellt die Aufnahme eines Höhenbilds eines oder mehrerer Zähne im Mundraum eines Patienten dar, die durch eine Handvermessung in kurzer Messzeit vorgenommen wird. Dabei ist die erfindungsgemäß erzielte Steigerung der Messgenauigkeit ohne wesentliche Verlängerung der Aufnahmezeit von besonderem Vorteil.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Streifenmusters auf das Aufnahmeobjekt, eine Kamera zum Aufnehmen des projizierten Streifenmusters als Rohbild, und Mittel zum Berechnen eines Bildes des Aufnahmeobjekts aus mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern, welche zu mindestens zwei Rohbildgruppen zusammengefasst sind, enthalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung nach dem Prinzip der Phasen-Shift-Triangulation;
2 einen Graphen, der die Phase φ von sechs Rohbilder R_i mit i = 1..6 relativ zu einer Bezugsphase darstellt;
3 einen Graphen, der die Amplitude A einer Störung mit 2-facher Gitterfrequenz als Funktion der Phase φ darstellt;
4 einen Graphen, der die Amplitude A einer Störung mit 1-facher Gitterfrequenz als Funktion der Phase φ darstellt; und
5 eine Schemazeichnung einer Intraoralkamera; und
6 eine Schemazeichnung eines Teils des Projektionsstrahlenganges der Intraoralkamera aus 5.
Ausführungsbeispiele
1 zeigt in schematischer Darstellung eine allgemein mit 10 bezeichnete Aufnahmevorrichtung, die nach dem Prinzip der Phasen-Shift-Triangulation arbeitet. Die Projektionseinrichtung 12 erzeugt dabei ein Lichtgitter mit parallelen Gitterlinien, das auf ein Aufnahmeobjekt, im Ausführungsbeispiel ein Zahn 20, projiziert wird. Aufgrund der dreidimensionalen Oberflächenstruktur des Zahns 20 erscheinen die Lichtgitterlinien auf dem Zahn gekrümmt und unter ungleichmäßigen Abständen. Das über den Projektionsstrahlengang 13 projizierte Bild 22 wird unter einem Parallaxe-Winkel mit einer im Beobachtungsstrahlengang 15 angeordneten Flächenkamera 14 aufgenommen und zur Auswertung einer Auswerteeinheit 16 zugeführt. Die Projektionseinrichtung 12 und die Kamera 14 können auch in einer baulichen Einheit 11 zusammengefasst sein, wie dies später für eine Intraoralkamera in 5 gezeigt ist.
Nach der Aufnahme eines ersten Rohbildes R₁ werden weitere Rohbilder mit definierter Phasenverschiebung aufgenommen, wie in 2 illustriert. Dort ist für sechs Rohbilder R_i mit i = 1, ..., 6 die jeweilige Phase φ relativ zur Bezugsphase 0° gezeigt. Zwei aufeinander folgende Rohbilder weisen jeweils eine Phasenverschiebung Δφ von 90° auf. Durch die konstante Phasenverschiebung ergibt sich ein linearer Verlauf 30 der Phase.
Die Steuerung der Projektionseinrichtung 12 zur Erzeugung der phasenverschobenen Lichtgitter erfolgt ebenfalls durch die Recheneinheit 16.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird von einem Algorithmus ausgegangen, der auf der Verwendung von vier Rohbildern mit 90° Phasenverschiebung zwischen aufeinander folgenden Rohbildern beruht. Dabei berechnet die Recheneinheit 16 in an sich bekannter Weise die Phase eines Bildpunktes aus den Intensitäten der vier Rohbilder. Erfindungsgemäß werden gegenüber dem Standardalgorithmus fünf statt vier, jeweils um 90° gegeneinander phasenverschobene Rohbilder R₁, ..., R₅ aufgenommen. Die Aufnahmezeit verlängert sich dadurch um 25%.
Anschließend wird aus den Rohbildern R₁ bis R₄ nach dem Standardalgorithmus ein erstes Phasenbild P₁ berechnet und aus den Rohbildern R₂ bis R₅ ein zweites Phasenbild P₂. Da die einzelnen Rohbilder R₁, R₂ bis R₄, R₅ zueinander jeweils eine Phasenverschiebung von 90° haben, weisen auch die beiden Phasenbilder P₁ und P₂ zueinander eine Phasenverschiebung von 90° auf. Nun werden die beiden Phasenbilder P₁ und P₂ gemittelt. Störungen mit der 2-fachen Gitterfrequenz werden dadurch stark unterdrückt oder eliminiert.
Dies ist in dem Graphen der 3 illustriert, der die Amplitude A einer Störung mit 2-facher Gitterfrequenz als Funktion der Phase φ darstellt. Die Kurve 32 (offene Quadrate) zeigt den Verlauf der Störung in dem Phasenbild P₁, die Kurve 34 (gefüllte Kreise) den dazu um 90° verschobenen Verlauf der Störung im Phasenbild P₂. Durch Mittelung der Phasenbilder ergibt sich die Kurve 36 (Kreuze), in der die Störung mit 2-facher Gitterfrequenz eliminiert ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wieder von dem auf vier Rohbildern mit 90° Phasenverschiebung beruhenden Algorithmus ausgegangen. In diesem Ausführungsbeispiel werden sechs um jeweils 90° gegeneinander phasenverschobene Rohbilder R₁, ... R₆ aufgenommen. Die Aufnahmezeit verlängert sich um 50% gegenüber dem Standardalgorithmus. Anschließend werden nach dem Standardalgorithmus drei Phasenbilder berechnet, ein erstes Phasenbild P₁ aus den Rohbildern R₁ bis R₄, ein zweites Phasenbild P₂ aus den Rohbildern R₂ bis R₅, und ein drittes Phasenbild P₃ aus den Rohbildern R₃ bis R₆.
Da die einzelnen Rohbilder des ersten und dritten Phasenbildes R₁, R₃ bis R₄, R₆ zueinander jeweils eine Phasenverschiebung von 180° haben, weisen auch die beiden Phasenbilder P₁ und P₃ zueinander eine Phaseverschiebung von 180° auf. Durch eine Mittelung der Phasenbilder P₁ und P₃ werden somit Störungen mit der 1-fachen Gitterfrequenz stark unterdrückt oder eliminiert. Dies ist in dem Graphen der 4 illustriert, der die Amplitude A einer Störung mit 1-facher Gitterfrequenz als Funktion der Phase φ darstellt.
Die Kurve 42 (offene Quadrate) zeigt den Verlauf der Störung in dem Phasenbild P₁, die Kurve 44 (gefüllte Kreise) den dazu um 180° verschobenen Verlauf der Störung im Phasenbild P3. Durch Mittelung der Phasenbilder ergibt sich die Kurve 46 (Kreuze), in der die Störung mit 1-facher Gitterfrequenz eliminiert ist. Anschließend kann das aus den Phasenbildern P₁ und P₃ durch Mittelung erhaltene Zwischenphasenbild P_z wie oben beschrieben mit dem Phasenbild P₂ gemittelt werden, um Störungen mit der 2-fachen Gitterfrequenz zu eliminieren.
Die mit Bezug auf die Phasenbilder gemachten Ausführungen gelten in gleicher Weise für die Kontrastbilder.
Analog zu den beschriebenen Vorgehensweisen ist es auch möglich, Störungen mit der 4-fachen Gitterfrequenz durch eine Mittelung zweier Phasen- bzw. Kontrastbilder, die aus um 45° phasenverschobenen Rohbildern berechnet wurden, zu eliminieren. Dabei kann eine spezielle Eigenschaft von Halbbildsensoren ausgenutzt werden. Bei einer Phasenverschiebung der Rohbilder um 90° ergibt sich für beiden Halbbilder eine Phasenverschiebung um 45°. Dies kann durch Mittelung der beiden Phasen- bzw. Kontrast-Halbbilder zur Eliminierung von Störungen mit 4-facher Gitterfrequenz ausgenutzt werden. Der Verlust an Auflösung wird bei starken Störungen durch den Gewinn an Messgenauigkeit mehr als kompensiert.
Periodische Störungen können sporadisch als Antwort auf äußere Einflüsse auftreten oder systembedingt stets vorhanden sein. Daher wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Auftreten von Störungen 1-facher, 2-facher oder 4-facher Gitterfrequenz durch Fourier-Analyse eines Höhenbildes eines Testobjekts, beispielsweise einer Ebene, festgestellt.
Ohne zusätzlichen Zeitaufwand kann dies während einer ohnehin erforderlichen Kalibrierung des Systems erfolgen. Dann kann je nachdem, welche Vielfache der Gitterfrequenz festgestellt werden, ein geeignetes Berechnungsschema gewählt werden, das lediglich Störungen mit den festgestellten Frequenzen unterdrückt und somit in kürzestmöglicher Zeit ausgeführt werden kann. Die Nachteile der beschriebenen Korrekturen, eine längere Aufnahmedauer und/oder ein Auflösungsverlust werden somit nicht unnötig in Kauf genommen. Eine längere Aufnahmedauer ist oft besonders dann nachteilig, wenn das Messsystem und das Aufnahmeobjekt frei zueinander positionierbar sind.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist in 5 in Form einer Intraoralkamera 1 gezeigt.
Die Intraoralkamera kann mit einem Ende 2 in eine Mundhöhle 3 eines Patienten 4 eingeführt werden und die aufgenommenen Bilddaten eines Aufnahmeobjekts 20 können über ein Kabel 6 ausgelesen werden. Über die Auswerteeinheit 16 wird ein Höhenbildes des Aufnahmeobjekts 20 aus mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern, welche zu mindestens zwei Rohbildgruppen zusammengefasst sind, berechnet. Die Auswerteeinheit 16 kann Komponenten eines handelsüblichen PC aufweisen. Die Kamera 1 umfasst einen Projektionsstrahlengang 13 zur Erzeugung eines Streifenmusters auf dem Aufnahmeobjekt 20. Über einen Beobachtungsstrahlengang 15 wird das auf das Aufnahmeobjekt 20 projizierte Streifenmuster als Rohbild von einem Empfänger 17 aufgenommen.
Die Intraoralkamera aus 5 enthält hierzu eine in 6 dargestellte Projektionseinrichtung 12 zum Projizieren eines durch ein im Projektionsstrahlengang 13 angeordnetes Gitter 19 erzeugtes Streifenmuster auf das Aufnahmeobjekt. Das Gitter 19 wird über einen Biegeschwinger 23 in einer Richtung 24, die im wesentlichen senkrecht zur Projektionsrichtung ist, bewegt. Dies erfolgt in der Regel kontinuierlich, wobei allerdings die Eigenschaften des Biegeschwingers zu berücksichtigen sind. Da es sich hier um kleine Bewegungen handelt, haben herstellungsbedingte Streuungen im Verhalten des Biegeschwingers einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf diese Bewegung. Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle einer kontinuierlichen Bewegung eine sprungweise Bewegung auszuführen, sodass das Streifenmuster während der Integrationszeit, also während der Belichtung des Bildempfängers, still steht.

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Bildes eines Aufnahmeobjekts (20), mit den Verfahrensschritten: a) Projizieren eines Streifenmusters auf das Aufnahmeobjekt (20), b) Aufnehmen des projizierten Streifenmusters (22) als Rohbild (R_i) mit einem Bildempfänger (14; 17) unter einem anderen Winkel als die Projektion, wobei die Schritte a) und b) bei mehreren verschiedenen Positionen der Phasenlage des Streifenmusters durchgeführt werden, und c) Berechnen eines Bildes des Aufnahmeobjekts aus den mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern (R₁, ..., R_n), wobei zur Unterdrückung periodischer Störungen in Schritt c) c₁) aus den Kamerarohbildern (R₁, ..., R_m) zumindest zwei Rohbildergruppen (R₁, R₂, ..., R_n; R₂, R₃ ..., R_n+1) gebildet werden, c₂) aus jeder Rohbildgruppe (R₁, R₂, ..., R_n; R₂, R₃, ..., R_n+1) ein Phasenbild (P_j) des Aufnahmeobjekts (20) berechnet wird, c₃) die berechneten Phasenbilder (P₁, P₂) so gemittelt werden, dass ein Phasenbild (P) mit reduzierten Störungsanteilen entsteht und dass c₄) aus dem Phasenbild (P) mit reduzierten Störungsanteilen ein Bild des Aufnahmeobjekts berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – (n + 2) Rohbilder (R₁, R₂, ..., R_n+2) aufgenommen werden, wobei aufeinander folgende Rohbilder eine Phasenverschiebung aufweisen, – drei Rohbildgruppen (R₁, R₂, ..., R₁; R₂, R₃, ..., R_n+1; R₃, R₄, ..., R_n+2) gebildet werden, – ein erstes Phasenbild (P₁) aus der ersten Rohbildgruppe (R₁, R₂, ..., R_n), ein zweites Phasenbild (P2) aus der zweiten Rohbildgruppe (R₂, R₃, ..., R_n+1) und ein drittes Phasenbild (P₃) aus der dritten Rohbildgruppe (R₃, R₄, ..., R_n+2) berechnet wird, und – das erste (P₁) und dritte (P₃) Phasenbild gemittelt werden, um ein Zwischenbild (P_z) zu erhalten, das zweite Phasenbild (P₂) und das Zwischenbild (P_z) gemittelt werden, um ein Phasenbild (P) mit reduzierten Störungsanteilen zu erhalten, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Phasenbilder (P₁, P₂) mit Wichtungsfaktoren versehen gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohbilder (R₁, ..., R_m) jeweils mit einer konstanten Verschiebung der Phasenlage des Gitters (19) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass n gleich 4 gewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohbilder (R₁, ..., R_m) im Halbbildverfahren aufgenommen werden, so dass die beiden Halbbilder zueinander eine Phasenverschiebung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbbilder zueinander eine Phasenverschiebung aufweisen, die die Hälfte der Phasenverschiebung aufeinander folgender Rohbilder (R₁, ..., R_m) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus jedem der Halbbilder eines Rohbilds (R₁, ..., R_m) ein Phasenbild (P₁, P₂) berechnet wird und die beiden Phasenbilder (P₁, P₂) vor der Weiterverarbeitung derart gemittelt werden, dass ein Phasenbild (P) mit reduzierten hochfrequenten Störungsanteilen entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) ein Bild eines vorbestimmten Testobjekts aufgenommen wird und auf Grundlage einer Analyse des Bilds des Testobjekts ein geeignetes Schema für die Berechnung des störungsreduzierten Phasenbildes für das Aufnahmeobjekt ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeobjekt (20) und die Kamera (1) zum Aufnehmen des projizierten Streifenmusters (22) frei zueinander positionierbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bild eines oder mehrere Zähne (20) im Mundraum (3) eines Patienten (4) durch eine Handvermessung in kurzer Messzeit aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erstellende Bild des Aufnahmeobjekts ein Höhenbild oder ein Kontrastbild ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit – einer Projektionseinrichtung (12) zum Projizieren eines Streifenmusters auf das Aufnahmeobjekt (20), – einer Kamera (14) zum Aufnehmen des projizierten Streifenmusters (22) als Rohbild (R₁, ... R_m) und – Mitteln (16) zum Berechnen eines Bildes des Aufnahmeobjekts (20) aus mehreren gegeneinander phasenverschobenen Kamerarohbildern (R₁, ... R_m) unter Ausbildung von mindestens zwei Rohbildgruppen (R₁, R₂, ..., R_n; R₂, R₃, ..., R_n+1).