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    用于確定表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)的顏色的裝置和方法制造方法及圖紙

    技術(shù)編號(hào):24522077 閱讀:36 留言:0更新日期:2020-06-17 08:17
    利用共焦測(cè)量和光學(xué)布置產(chǎn)生3D彩色圖像的設(shè)備和方法及系統(tǒng)。顏色測(cè)量光路和3D測(cè)量光路可以至少在設(shè)備的物體側(cè)重合,并且從監(jiān)視射束提取最小量的光用于顏色測(cè)量而不影響3D測(cè)量。

    Devices and methods for determining surface topology and associated colors

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
    【國外來華專利技術(shù)】用于確定表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)的顏色的裝置和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本專利申請(qǐng)要求于2018年10月10日提交的美國非臨時(shí)申請(qǐng)No.16/154,805的權(quán)益和優(yōu)先權(quán),該申請(qǐng)出于所有目的通過引用并入本文。
    本申請(qǐng)一般而言涉及用于測(cè)量三維(3D)和彩色圖像的設(shè)備并且,更具體而言,涉及適用于使用3D相機(jī)的光路的一部分進(jìn)行顏色測(cè)量而不干擾3D測(cè)量的彩色相機(jī)。
    技術(shù)介紹
    在三維測(cè)量中,可以針對(duì)包括口腔內(nèi)的測(cè)量的多種應(yīng)用獲得物體的表面點(diǎn)的位置。用于牙齒的直接光學(xué)測(cè)量和諸如牙冠和假牙之類的產(chǎn)品的制造的方法是已知的。在本文中,可以獲得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并將其用于牙齒替換的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM),而不必對(duì)牙齒進(jìn)行任何物理印象。這些方法包括例如共聚焦測(cè)量技術(shù),諸如在US6697164B1中描述的。在本文中,可以提供本質(zhì)上是單色的數(shù)字三維表面模型而沒有任何顏色信息。在一些系統(tǒng)中,用于3D和顏色測(cè)量的3D相機(jī)系統(tǒng)可以使用與用于3D測(cè)量的光學(xué)器件相同的用于顏色測(cè)量的光學(xué)器件。在這樣的系統(tǒng)中,用于3D測(cè)量和顏色測(cè)量的光路可以被配置為將光分布到不同的傳感器上。但是,可能發(fā)生由于同時(shí)使用至少一些光學(xué)器件用于不同目的(照明、檢測(cè)等)而引起的光散射和反射,從而實(shí)際上降低了彩色圖像的圖像質(zhì)量。美國專利申請(qǐng)No.16003592和美國專利申請(qǐng)No.16003628公開了用于在相機(jī)中生成用于3D測(cè)量的動(dòng)態(tài)投射圖案的設(shè)備、方法和系統(tǒng)。出于背景公開的目的,它們通過引用整體并入本文。美國專利No.3681519A公開了一種用于執(zhí)行光學(xué)3D測(cè)量的手持式牙科相機(jī),其包括光源、消色差物鏡和顏色傳感器,其中光源可以被配置為發(fā)射可以借助于消色差物鏡聚焦到物體表面上的射束。然后,射束可以被表面反射,并且反射的射束可以被顏色傳感器檢測(cè)以進(jìn)行測(cè)量。美國專利No.7,787,132B2描述了一種用于使用多色點(diǎn)光源的陣列、平面檢測(cè)器矩陣、用于側(cè)向光譜分離的分束器以及用于照明和記錄物體的物鏡進(jìn)行物體的快速三維測(cè)量的彩色共焦方法和裝置。可以生成光譜定義的參考光束,通過參考射束路徑注入檢測(cè)射束路徑并且,在光譜分裂之后,聚焦在檢測(cè)器矩陣上作為參考圖像點(diǎn),其中可以在檢測(cè)器矩陣上數(shù)字地定義側(cè)向移位的子矩陣,用于對(duì)物體光的光譜分析,其中子矩陣可以被實(shí)現(xiàn)為用于物體形狀的三維測(cè)量的光譜單元格(cell)。美國專利申請(qǐng)No.14,268,201說明了一種執(zhí)行物體的三維掃描的方法,包括將光學(xué)對(duì)比粉末施加到物體上并用光照亮物體。生成與物體對(duì)應(yīng)的第一和第二二維(2D)彩色圖像數(shù)據(jù),并且可以使用第一和第二2D彩色圖像數(shù)據(jù)生成與該物體對(duì)應(yīng)的第一和第二2D單色圖像數(shù)據(jù)。然后可以使用第一和第二單色2D圖像數(shù)據(jù)生成與物體對(duì)應(yīng)的3D數(shù)據(jù),并且可以通過將顏色信息添加到3D數(shù)據(jù)來生成與該物體對(duì)應(yīng)的彩色3D圖像數(shù)據(jù)。美國專利申請(qǐng)No.10,007,715示出了用于獲取表面拓?fù)涞姆椒ê脱b置,其中被獲取的表面可以由具有光圖案的照明源從一個(gè)光學(xué)角度照亮,并且從表面反射的光可以由圖像傳感器從可以與照明的角度不同的光學(xué)角度捕獲。獲得的圖像可以是具有疊加在表面上的一個(gè)或多個(gè)圖案的表面??梢杂锰幚砥骰跇?gòu)圖的圖像數(shù)據(jù)、照明源和成像傳感器之間的已知間隔以及關(guān)于如何從照明源投射光圖案的知識(shí)來計(jì)算表面拓?fù)洹?br>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    通過利用共焦測(cè)量和光學(xué)布置產(chǎn)生物體的至少一部分的彩色圖像的設(shè)備和方法,可以克服與前述相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有限制以及其它限制,所述光學(xué)布置包括部署在用于為顏色測(cè)量提取“少”量光的顏色測(cè)量光路中的提取/偏轉(zhuǎn)鏡,所述少量光是從3D測(cè)量光路中提取的,使得3D測(cè)量不會(huì)受顏色測(cè)量的影響或基本上不受影響,并且使得內(nèi)部反射對(duì)彩色圖像的影響可以最小化?!邦伾珳y(cè)量”在下文中可以被用于指拍攝物體的彩色圖像和/或彩色實(shí)時(shí)取景。顏色測(cè)量光路和3D測(cè)量光路可以至少在設(shè)備的物體側(cè)重合,并且為了在基本上不影響3D測(cè)量的情況下提取少量光,可以將設(shè)備構(gòu)造成具有大的景深以用于顏色測(cè)量,并且提取鏡可以被配置為具有小于用于3D測(cè)量的射束直徑(例如,小于20%)的尺寸,如下文所解釋的。通過將提取鏡定位在顏色測(cè)量光路上,而不是例如使用具有分束器的全區(qū)域提取,僅在3D測(cè)量期間對(duì)物體10的深度/3D信息貢獻(xiàn)最低的反射的射束可以被干擾(從3D光路中移除并用于顏色測(cè)量)。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面,可以提供一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的設(shè)備,包括:3D測(cè)量光路;顏色測(cè)量光路,被配置為具有與相機(jī)的3D測(cè)量范圍一樣大(即,等于或小于,例如大約75%,3D測(cè)量范圍,)的景深;提取鏡,部署在顏色測(cè)量光路內(nèi)并被配置為提取監(jiān)視射束的第一部分;光源,用于提供照亮物體的照明射束;可變成像光學(xué)器件,布置在設(shè)備內(nèi),以將照明射束聚焦到物體上并適于改變?cè)O(shè)備的焦平面的位置,使得照明射束的特征在焦平面處以最大對(duì)比度投射到物體上,照明射束作為監(jiān)視射束從物體反射;其中顏色測(cè)量光路具有部署在其中的彩色圖像傳感器,該彩色圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第一部分以形成彩色圖像,其中3D測(cè)量光路具有部署在其中的3D圖像傳感器,3D圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第二部分以形成3D圖像。根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面,可以提供包括以下當(dāng)中的一種或多種組合的設(shè)備:(i)其中光源在第一偏振方向上偏振,(ii)還包括部署在所述顏色測(cè)量光路內(nèi)的偏振濾光器,其在垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上偏振顏色測(cè)量光路中的光,以阻擋內(nèi)部反射到達(dá)所述彩色圖像傳感器,(iii)其中顏色測(cè)量光路和3D測(cè)量光路至少在設(shè)備的物體側(cè)重合,(iv)還包括位于提取鏡的共軛平面中的中繼光學(xué)器件中的彩色孔徑光闌,(v)其中彩色孔徑光闌具有被配置為使得獲得顏色測(cè)量光路的大景深(大約與相機(jī)的3D測(cè)量范圍一樣大)的數(shù)值孔徑,(vi)還包括用于將彩色圖像映射到3D模型的信號(hào)處理單元,(vii)還包括用于顯示物體的3D彩色表示的顯示器,(viii)其中光源被配置為投射白光用于顏色測(cè)量,(ix)其中光源被配置為投射藍(lán)光用于3D測(cè)量。在本文的另一方面,可以提供一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的裝置,包括:掃描單元,適于提供物體的深度數(shù)據(jù)用于3D測(cè)量;成像單元,適于提供與所述深度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的所述物體的彩色圖像數(shù)據(jù)用于顏色測(cè)量;其中成像單元適于具有提取鏡,提取鏡用于提取從物體反射的監(jiān)視射束的一部分,其中成像單元具有被配置為與相機(jī)的3D測(cè)量范圍大約一樣大的景深,使得監(jiān)視射束的所述部分包括對(duì)物體的3D信息貢獻(xiàn)最小的射線,使得3D測(cè)量不受干擾或基本上不受干擾。在本專利技術(shù)的又一方面,可以提供一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的方法,包括:提供3D測(cè)量光路和顏色測(cè)量光路,使得顏色測(cè)量光路的景深被配置為與相機(jī)的3D測(cè)量范圍大約一樣大;控制設(shè)備的光源以生成用于照亮物體以進(jìn)行顏色測(cè)量和3D測(cè)量的照明射束,控制設(shè)備的可變成像光學(xué)器件將照明射束聚焦到物體上并改變?cè)O(shè)備的焦平面的位置,使得照明射束的特征在焦平面上以最大對(duì)比度投射到物體上,從來自物體的照明射束的反射中獲得監(jiān)視射束,提取監(jiān)視射束的第一部分用于所述物體的顏色測(cè)量本文檔來自技高網(wǎng)
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    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
    1.一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的設(shè)備,包括:/n3D測(cè)量光路;/n顏色測(cè)量光路,該顏色測(cè)量光路的景深大于3D測(cè)量光路的焦深;/n提取鏡,部署在顏色測(cè)量光路內(nèi)并被配置為提取監(jiān)視射束的被提取部分;/n光源,用于提供照亮物體的照明射束;/n可變成像光學(xué)器件,布置在設(shè)備內(nèi),以將照明射束聚焦到物體上并適于改變?cè)O(shè)備的焦平面的位置;/n其中顏色測(cè)量光路具有部署在其中的彩色圖像傳感器,該彩色圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第一部分以形成彩色圖像,/n其中3D測(cè)量光路具有部署在其中的3D圖像傳感器,該3D圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第二部分以形成3D圖像。/n

    【技術(shù)特征摘要】
    【國外來華專利技術(shù)】20181009 US 16/154,8051.一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的設(shè)備,包括:
    3D測(cè)量光路;
    顏色測(cè)量光路,該顏色測(cè)量光路的景深大于3D測(cè)量光路的焦深;
    提取鏡,部署在顏色測(cè)量光路內(nèi)并被配置為提取監(jiān)視射束的被提取部分;
    光源,用于提供照亮物體的照明射束;
    可變成像光學(xué)器件,布置在設(shè)備內(nèi),以將照明射束聚焦到物體上并適于改變?cè)O(shè)備的焦平面的位置;
    其中顏色測(cè)量光路具有部署在其中的彩色圖像傳感器,該彩色圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第一部分以形成彩色圖像,
    其中3D測(cè)量光路具有部署在其中的3D圖像傳感器,該3D圖像傳感器適于檢測(cè)監(jiān)視射束的第二部分以形成3D圖像。


    2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中監(jiān)視射束的所述被提取部分包括少于25%的監(jiān)視射束的射線和多于0%的監(jiān)視射束的射線。


    3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中監(jiān)視射束的所述被提取部分包括少于2%的監(jiān)視射束的射線和多于0%的監(jiān)視射束的射線。


    4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中提取鏡部署在顏色測(cè)量光路內(nèi)和3D測(cè)量光路的光軸上。


    5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中照明射束在第一偏振方向上偏振。


    6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備,還包括部署在所述顏色測(cè)量光路內(nèi)的偏振濾光器,該偏振濾光器被配置為在垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上偏振顏色測(cè)量光路中的光,以阻擋設(shè)備中的內(nèi)部反射到達(dá)所述彩色圖像傳感器,并允許監(jiān)視射束的第一部分通過。


    7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中顏色測(cè)量光路和3D測(cè)量光路至少在設(shè)備的物體側(cè)重合。


    8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,還包括位于提取鏡的共軛平面中的中繼光學(xué)器件中的彩色孔徑光闌,所述彩色孔徑光闌被配置為提供顏色測(cè)量光路的所述景深。


    9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,還包括信號(hào)處理單元,用于將彩色圖像映射到由3D圖像形成的3D模型。


    10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,還包括用于顯示物體的3D顏色表示的顯示器。


    11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中光源被配置為投射白光用于顏色測(cè)量。


    12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中光源被配置為投射藍(lán)光用于3D測(cè)量。


    13.一種用于確定物體的表面拓?fù)浜拖嚓P(guān)聯(lián)顏色的方法,包括:
    提供3D測(cè)量光路和顏色測(cè)量光路,顏色測(cè)量光路的景深大于3D測(cè)量光路的焦深;
    提供部署在顏色測(cè)量光路內(nèi)的提取鏡,以提取監(jiān)視射束的被提取部分;
    控制設(shè)備的光源以生成照明射束,用于照亮物體以進(jìn)行顏色測(cè)量和3D測(cè)量,
    控制設(shè)備的可變成像光學(xué)系統(tǒng),以將照明射束聚焦到物體上并改變?cè)O(shè)備的焦平面的位置,
    從來自物體的照明射束的反射中獲得監(jiān)視射束...

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:M·特維斯,M·伯納,
    申請(qǐng)(專利權(quán))人:登士柏希羅納有限公司,
    類型:發(fā)明
    國別省市:美國;US

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