[发明专利]用于三维轮廓的非接触检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三维轮廓的非接触检测装置，具有一投影仪和包含 两个摄像镜头的一摄像装置。本发明还另外涉及一种用于三维轮廓的非接触 检测的相应方法，其中至少一个条纹图案被投影到一物体上。

背景技术

由现有技术可知，在可比较的方法的情形中，向物体上投影所谓的格雷 (Grey)码及条纹图案，其能够识别记录在物体上的条纹图案图像中的条纹图 案的独对(individual pairs)线条，从而能够识别与具体的物点相关联的像 点，能够使用三角测量检测物体的三维轮廓。根据现有技术描述的这种方法 的缺点在于，由于将相对全面的信息投影到物体上，从而需要大量的记录。 这尤其会影响到该方法在手持装置中的使用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于三维轮廓的非接触检测装置和相 应的方法，以避免上述缺点，尤其对于牙齿表面、牙齿模型表面或义齿的 口腔内或口腔外的检测，使用至少一个测量头实现人工处理。

本发明的上述目的通过具有权利要求1技术特征的装置及具有权利要 求10技术特征的方法实现。本发明的较佳实施例和展开在从属权利要求的 技术特征中揭示。具体地，提供的一装置或可以包含在该装置中的控制估 算单元能够能采用编程技术安装，用于实现根据一个方法权利要求的方法。

通过所提供的用于三维轮廓的非接触检测装置可以实现手动操作的轮 廓检测，后者包括一投影仪和一摄像装置。所述投影仪具有一图像生成元 件和一投影镜头，该投影仪用于将所述图像生成元件上产生的条纹图案成 像在一物体空间内；所述摄像装置包括两个摄像镜头，用于从两个不同方 向观察所述物体空间。所述投影仪和摄像装置一起被容置于一个能够被用 作手持装置的测量头中。

如果摄像装置具有用于两个摄像镜头的普通摄像芯片，每个摄像镜头 在各自的半个摄像芯片上产生图像，从而实现特别可操作的实施例。由于 例如为每个摄像镜头提供两个倾斜的镜子，从而可以依次通过折叠光束路 径实现。该摄像芯片可以采用例如CCD。相应地，也可以在实施例中使用 具有两个摄像芯片的两个CCD。

通过使用两个摄像镜头，当不能精确地预知条纹图案的各对线条的投 影方向时，还可以实现对物体空间中一点的三角测量。当然，对相同绝对 相位的像点的识别是足够的。一方面，为了使三角测量足够精确，另一方 面，也为了能够测量陡峭的边缘，可以较佳地设置摄像镜头，使他们的光 轴涵盖5°和20°之间的角度。关于尽可能压缩的结构，尽可能研究三角 测量几何学，较佳地是使两个摄像镜头的光轴相对于投影镜头的光轴所在 的平面镜面对称设置。较佳地，所有三个光轴可位于一个平面内。但也可 以使投影镜头的光轴从摄像镜头的光轴展成的平面倾斜5°和8°。

一方面，为了使装置还能方便地进行口腔内测量，另一方面，又能使 其足够地压缩及进行足够精确的三角测量，该摄像镜头和/或投影镜头可以 具有7cm到13cm之间的物体侧截面宽度。从而通过例如一个倾斜的镜子或 两个倾斜的镜子，使物体与摄像镜头或投影仪镜头之间的光束路径折叠。 测量头的至少一个较佳为至少7cm长的壳端部可以被设计为具有少于2.5 cm的高度，以实现口腔内测量。

另外，所述装置可以具有用于投影仪的光源，该光源可以置于测量头 中可者通过光导与测量头相连。所述图像生成元件从而可以被用于对从该 光源通过反射或透射而发出的光进行强度调制。具体地，所述图像生成元 件能够采用一LCoS芯片或一标准的LCD或一不同的图像生成元件，其可以 进行逐像素驱动。该装置可以最终额外包括一控制估算单元，用于驱动所 述图像生成元件并用于估算由所述摄像装置产生的图像数据。从而，该控 制估算单元可以采用编程技术安装，以便在图像生成元件上产生至少一个 条纹图案，估算由摄像装置沿两个摄像镜头的图像平面中相对于其轨迹的 恒定性的彼此对应的片断线条确定的相位值，将该片断线条分割为恒定相 位轨迹的间隔，识别彼此对应的片断线条的彼此对应的间隔，识别彼此对 应的间隔中的相同相位值的彼此对应的像点，以及对基于像点的物点进行 三角测量，其中该像点对应于该物点并且彼此对应。因此，所述控制估算 单元应当较佳地被额外配置，以便产生多个相互的相移条纹图案序列和/ 或额外至少一个条纹图案序列，该条纹图案具有朝向不同方向的条纹。