[发明专利]用于校准牙科摄像机的校准设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于校准牙科摄像机的方法和校准设备，所述牙科摄像机是基于用于在三个维度中光学地测量牙科对象的条纹投影法的，所述牙科摄像机包括用于产生由多个条纹构成的投影图案的投影格网以及将所产生的投影图案投影到有待测量的对象上的光学系统。

背景技术

从用于在三个维度中光学地测量的现有技术中已知多个条纹投影法。在这些方法中，投影图案被投影到有待测量的对象上。随后，使用三角测量法，基于变形的投影图案来计算对象上的测量点的3D坐标。随后根据一大群测量点来计算对象的3D模型。

此方法的缺点在于投影格网的显影误差或光学系统的光学误差可能导致所产生的3D模型与对象的实际尺寸相比具有测量误差。投影格网的显影误差可能例如导致错误的条纹宽度，或者导致条纹之间不正确的距离。光学系统中的光学误差可能例如是使得投影图案变形的变形。

因此，本发明的目的在于提供一种用于校准牙科摄像机以补偿显影误差或光学成像误差所导致的测量误差的方法。

发明内容

本发明涉及一种用于校准牙科摄像机的方法，所述牙科摄像机是基于用于在三个维度中光学地测量牙科对象的条纹投影法的。牙科摄像机包括用于产生由多个条纹构成的投影图案的投影格网以及将所产生的投影图案投影到有待测量的对象上的光学系统。在该方法的第一步骤中，通过牙科摄像机使用条纹投影法来测量具有已知尺寸的参考表面。在参考表面上确定多个测量点的实际坐标。随后，将所确定的实际坐标与具有已知尺寸的参考表面上的测量点的已知目标坐标（所期望的坐标）相比较。在随后的方法步骤中，从实际坐标与目标坐标之间的偏差出发，针对投影图案的个体条纹计算多个补偿值。随后，在测量牙科对象时将这些计算出的补偿值考虑在内以补偿实际坐标与目标坐标之间的偏差。

参考表面是具备多个标记的校准板，并且标记用来确定校准板相对于牙科摄像机的精确位置和对准。随后，沿垂直于校准板的方向确定实际坐标与校准板之间的偏差。

校准的结果是由补偿值构成的矩阵，所述补偿值在测量由平行条纹构成的投影图案上的对象时用在补偿方法步骤中以校正投影图案，并且随后通过使用条纹投影法，基于校正后的投影图案来计算对象的三维图像。

在条纹投影法中，由多个平行条纹构成的图案被投影到有待测量的对象上，并且使用三角测量法产生对象的三维图像，该三维图像是基于条纹的变形的。

例如，可以将条纹进行颜色编码以实现识别。鉴于此，将由多个有色条纹构成的图案投影到对象上。随后，确定受测点的深度坐标，并且产生对象的3D模型。有色条纹可以通过其颜色来清楚地识别。例如，可以使用四个有色条纹和/或三个颜色过渡来将有色条纹进行颜色编码。有色条纹可以例如使用幻灯片来产生。

此类条纹投影法的条纹宽度在有待测量的对象的测得体积中可以例如是150 μm。

对于光学测量，也可以使用不同的条纹投影法，其中使用不同的光学性质（诸如强度、颜色、偏振、相干性、相位、对比度、位置或传播时间）来将条纹编码。

用于产生投影图案的投影格网可以例如是幻灯片，光穿过该幻灯片并且平行条纹借助于该幻灯片来产生。参考表面可以例如是平坦的或任何三维表面，诸如半球。投影格网的显影误差或光学系统的成像误差导致参考表面上的测量点的实际坐标与目标坐标之间的偏差。为了进行补偿，针对个体条纹计算补偿值。这些补偿值可以被保存在存储器中或者稍后在校准之后在使用校正后的投影图案来计算三维图像之前的测量期间用于投影图案上。这会补偿实际坐标与目标坐标之间的偏差。

标记可以例如是被布置在相对于彼此的固定距离处的矩形标记。这允许由计算机使用标记之间的距离来计算参考表面相对于摄像机的距离以及对准。不需要通过使用测量点的实际坐标来拟合，因为已经使用标记来确定了位置。因此，可以使用计算机直接计算实际坐标与校准板之间的偏差。

为了确定参考表面的位置，可以使用在文献中出现的已知的Tsai校准方法（“用于使用现成摄像机和镜头的高精确度3D视觉测量的通用摄像机校准技术（A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Vision Metrology Using Off-the-Shelf Cameras and Lenses）”，1987）或者也在文献中出现的已知的Zhang方法（“用于摄像机校准的灵活的新技术（A flexible new technique for camera calibration）”，2000）。