本發(fā)明涉及一種借助顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)對(duì)檢測(cè)對(duì)象表面進(jìn)行深度確定的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)區(qū)別用于深度確定的主動(dòng)式和被動(dòng)式三角測(cè)量術(shù)。與被動(dòng)式三角測(cè)量術(shù)相反，主動(dòng)式三角測(cè)量術(shù)有使具有結(jié)構(gòu)化的對(duì)象照明，其中對(duì)象照明的幾何特性是已知的。被動(dòng)法使用典型地漫射的日光或大燈的光作為對(duì)象照明，其中至少兩個(gè)相機(jī)系統(tǒng)從不同視向分別采集檢測(cè)對(duì)象的一個(gè)圖像。在這里決定性的是，在至少兩個(gè)采集的圖像中對(duì)應(yīng)的圖像點(diǎn)是已知的。如果兩個(gè)圖像點(diǎn)表示檢測(cè)對(duì)象表面上的同一個(gè)點(diǎn)，則這兩個(gè)圖像點(diǎn)彼此對(duì)應(yīng)。識(shí)別對(duì)應(yīng)的圖像點(diǎn)稱作對(duì)應(yīng)性問(wèn)題。

在主動(dòng)式三角測(cè)量術(shù)中，對(duì)應(yīng)性問(wèn)題減輕。在主動(dòng)式三角測(cè)量術(shù)中，將圖案從規(guī)定和預(yù)知的空間方向投射在檢測(cè)對(duì)象表面上，并從一個(gè)與之不同的空間方向進(jìn)行采集。由于檢測(cè)對(duì)象表面彎曲，采集到的圖案扭曲或變形。通過(guò)相應(yīng)的算法可以根據(jù)扭曲或變形的圖案重建檢測(cè)對(duì)象的三維結(jié)構(gòu)(深度確定)。

為了確定深度，要求在采集到的變形或扭曲的圖案中唯一性地識(shí)別出所投射的圖案中的獨(dú)特特征。若沒(méi)有或僅不充分存在所述的唯一性，則會(huì)在檢測(cè)對(duì)象的重建的三維結(jié)構(gòu)中形成缺陷。

為了改進(jìn)，現(xiàn)有技術(shù)提出了一些編碼的或顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)。優(yōu)選的顏色編碼三角測(cè)量術(shù)的缺點(diǎn)是，通過(guò)吸收，在投射與采集的圖案之間存在色差，這又會(huì)造成缺陷并因此導(dǎo)致對(duì)應(yīng)性問(wèn)題。在評(píng)估采集的圖案時(shí)采用的相應(yīng)地適配過(guò)的算法試圖借助平滑算法對(duì)所提及的缺陷進(jìn)行插值和/或修復(fù)。但按現(xiàn)有技術(shù)這不是很成功。

尤其在對(duì)顏色的吸收很不同的表面中，例如有機(jī)組織，典型地只有少量的被采集圖案的圖像點(diǎn)可用，所以在外科術(shù)中使用顏色編碼三角測(cè)量術(shù)加劇了對(duì)應(yīng)性問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的在于，改進(jìn)顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)。

此目的通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的方法以及通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求15的特征的設(shè)備達(dá)到。在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明本發(fā)明有利的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步發(fā)展。

按本發(fā)明建議一種對(duì)檢測(cè)對(duì)象表面進(jìn)行深度確定的方法，其中，將由彩色條帶序列構(gòu)成的彩色條帶圖案投射在檢測(cè)對(duì)象表面上，其中，采集并借助評(píng)估設(shè)備評(píng)估從檢測(cè)對(duì)象表面反射的條帶圖案，其中，將彩色條帶圖案和評(píng)估設(shè)備設(shè)計(jì)為，能借助所反射的條帶圖案的彩色條帶序列以及借助所反射的條帶圖案的條帶寬度序列，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。

按本發(fā)明，檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定是借助所反射的條帶圖案的彩色條帶序列以及借助所反射的條帶圖案的條帶寬度序列實(shí)現(xiàn)的。換句話說(shuō)，彩色條帶序列構(gòu)成顏色編碼，以及所反射的條帶圖案條的帶寬度序列構(gòu)成寬度編碼。在這里，評(píng)估設(shè)備設(shè)計(jì)用于評(píng)估顏色編碼和寬度編碼。

存在的寬度編碼可有利地改善對(duì)應(yīng)性問(wèn)題。對(duì)應(yīng)性問(wèn)題所描述的問(wèn)題是，為了建立作為三角測(cè)量術(shù)基礎(chǔ)的三角關(guān)系，必須能將投射的彩色條帶圖案的一個(gè)圖像點(diǎn)與采集的反射條帶圖案的一個(gè)圖像點(diǎn)識(shí)別為同一個(gè)圖像點(diǎn)。

按本發(fā)明，為了解決或改善對(duì)應(yīng)性問(wèn)題，投射的彩色條帶圖案包括至少兩種編碼，亦即一種顏色編碼和一種寬度編碼。由此改善對(duì)應(yīng)圖像點(diǎn)的可識(shí)別性。有利地，通過(guò)由此達(dá)到的對(duì)對(duì)應(yīng)性問(wèn)題的改善，減少了在被采集和評(píng)估的反射條帶圖案中的缺陷數(shù)量，從而改進(jìn)檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。

按本發(fā)明用于檢測(cè)對(duì)象表面深度確定的設(shè)備，包括：投射設(shè)備，它設(shè)計(jì)用于將彩色條帶圖案投射在檢測(cè)對(duì)象表面上；采集設(shè)備，它設(shè)計(jì)用于采集從檢測(cè)對(duì)象表面反射的條帶圖案；以及評(píng)估設(shè)備，它設(shè)計(jì)用于借助所反射的條帶圖案的彩色條帶序列以及借助所反射的條帶圖案的條帶寬度序列，進(jìn)行檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。

按本發(fā)明，評(píng)估設(shè)備設(shè)計(jì)用于評(píng)估顏色編碼(亦即所反射的條帶圖案的彩色條帶序列)以及寬度編碼(亦即所反射的條帶圖案的條帶寬度序列)。其給出了與已提及的按本發(fā)明的方法同種和等效的優(yōu)點(diǎn)。

按本發(fā)明一種有利的設(shè)計(jì)，使用一種彩色條帶圖案，它由原色紅色、綠色和藍(lán)色和/或它們的混合色和/或黑色構(gòu)成。

由此有利地為顏色編碼三角測(cè)量術(shù)提供八種顏色，亦即紅色、綠色、藍(lán)色、黃色、品紅色、青藍(lán)色、黑色和白色。通過(guò)有利地使用這八種顏色，進(jìn)一步化解對(duì)應(yīng)性問(wèn)題，并由此改進(jìn)深度確定。在這里黃色通過(guò)混合紅色和綠色產(chǎn)生，品紅色通過(guò)混合藍(lán)色和紅色產(chǎn)生，青藍(lán)色通過(guò)混合藍(lán)色和綠色產(chǎn)生，以及白色通過(guò)混合紅色、綠色和藍(lán)色產(chǎn)生。沒(méi)有顏色存在則成為黑色。顏色的混合下面理解為原色紅色、綠色和藍(lán)色的相加性混色。

通過(guò)有利地使用至少八種顏色，提供一種顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)，它有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并能在檢測(cè)對(duì)象即使運(yùn)動(dòng)時(shí)也實(shí)施深度確定。尤其在微創(chuàng)外科術(shù)中使用時(shí)，這種以提及的八種顏色為基礎(chǔ)的顏色編碼三角測(cè)量術(shù)是有利的。

按本發(fā)明一種有利的設(shè)計(jì)，以下述方式構(gòu)成彩色條帶圖案，亦即在去掉至少一種原色時(shí)得到所反射的條帶圖案的條帶寬度序列。

在這里，去掉至少一種原色，指的是從彩色條帶圖案消除該原色。例如原色的消除可能源自由于在檢測(cè)對(duì)象表面反射而形成的顏色缺陷。若彩色條帶圖案的一個(gè)條帶由消除的原色組成，則這一條帶由于原色被消除而轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?。若條帶的顏色是一種混合色，則在消除一種原色的情況下，該條帶的顏色轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N原色或一種由未消除的原色構(gòu)成的混合色。例如從品紅色通過(guò)消除原色藍(lán)色成為紅色，或從黃色通過(guò)消除原色綠色成為紅色，而從青藍(lán)色通過(guò)消除原色藍(lán)色和綠色便成為黑色。

通過(guò)從投射的彩色圖案和/或采集的反射圖案的顏色編碼中去掉至少一種原色，有利地構(gòu)成一種寬度編碼。若從三種原色中消除兩種，則得到一種單色的寬度編碼，它例如只包括不同寬度的紅色和黑色條帶。

按本發(fā)明借助規(guī)定用于評(píng)估寬度編碼的評(píng)估設(shè)備，將從反射條帶圖案的條帶序列通過(guò)去掉至少一種原色得到的寬度編碼使用于深度確定。

按本發(fā)明一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，由預(yù)知的所反射的條帶圖案的條帶寬度序列以下述方式推導(dǎo)出彩色條帶圖案的彩色條帶序列，亦即在從彩色條帶圖案去掉至少一種原色時(shí)得到該預(yù)知的條帶寬度序列。

換句話說(shuō)，首先確定寬度編碼。在這里寬度編碼可以隨機(jī)生成。接著根據(jù)預(yù)知和確定的寬度編碼決定顏色編碼，其中，通過(guò)去掉顏色編碼的至少一種原色得到預(yù)知的寬度編碼。借助校準(zhǔn)裝置可以使評(píng)估設(shè)備與寬度和/或顏色編碼互相調(diào)諧。

按本發(fā)明一種特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)，在所反射的條帶圖案中去掉至少一種原色是通過(guò)吸收該原色實(shí)現(xiàn)的。

換句話說(shuō)，所述至少一種原色，尤其至少兩種原色由檢測(cè)對(duì)象吸收。例如血液吸收原色綠色和藍(lán)色。由于吸收原色綠色和藍(lán)色，在所反射的條帶圖案中它們轉(zhuǎn)變成黑色。因此通過(guò)吸收原色藍(lán)色和綠色，所有不含紅色地構(gòu)成的顏色(原色和混合色)均轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，而所有含有原色紅色的顏色均轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。由此得到一種具有不同寬度的紅色和黑色的條帶序列，它們構(gòu)成用于深度確定的編碼。

按本發(fā)明一種有利的設(shè)計(jì)，由被采集的反射條帶圖案的第一和第二分區(qū)實(shí)現(xiàn)深度確定，其中，在第一分區(qū)中借助彩色條帶序列實(shí)現(xiàn)深度確定，而在第二分區(qū)中借助反射條帶圖案的條帶寬度序列實(shí)現(xiàn)深度確定。

換句話說(shuō)，在第一分區(qū)借助顏色編碼以及在第二分區(qū)借助寬度編碼實(shí)現(xiàn)深度確定。這樣做有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槔缭跇?gòu)成檢測(cè)對(duì)象第二分區(qū)的那個(gè)被重度吸收的分區(qū)中，可以借助寬度編碼實(shí)現(xiàn)重度吸收分區(qū)(第二分區(qū))的深度確定。在這里，重度吸收的分區(qū)可認(rèn)為是檢測(cè)對(duì)象表面的一個(gè)吸收到如此程度的分區(qū)，亦即在分區(qū)內(nèi)存在的條帶顏色不能或難以實(shí)現(xiàn)或確定。

通常借助顏色編碼實(shí)施深度確定是有利的，因?yàn)榕c借助寬度編碼進(jìn)行深度確定相比，顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)能達(dá)到更高的分辨率。然而若例如由于吸收顏色編碼的原色，使得在第二分區(qū)內(nèi)僅不足夠地存在提及的顏色編碼，則可以有利地在第二分區(qū)內(nèi)通過(guò)寬度編碼實(shí)現(xiàn)即使存在較低分辨率的深度確定。換句話說(shuō)，在檢測(cè)對(duì)象的第二分區(qū)內(nèi)所使用的編碼從顏色編碼轉(zhuǎn)換為寬度編碼，其中，寬度編碼隱藏在投射的彩色條帶圖案顏色編碼中。

可以通過(guò)閥值確定在第二分區(qū)中寬度編碼的使用。

例如根據(jù)噪聲閾值確定寬度編碼的使用。若識(shí)別反射條帶圖案的各種顏色時(shí)噪聲并因而誤差超過(guò)提及的噪聲閾值，則在第二分區(qū)內(nèi)借助寬度編碼進(jìn)行深度確定。在檢測(cè)對(duì)象表面其余分區(qū)(第一分區(qū))內(nèi)借助顏色編碼實(shí)施深度確定，因?yàn)樵诹信e的第一分區(qū)內(nèi)噪聲低于噪聲閾值。在這里，評(píng)估設(shè)備采集和得知噪聲閾值，并在寬度編碼與顏色編碼之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換。因此可以通過(guò)使用隱藏在顏色編碼中的寬度編碼，避免在第二分區(qū)內(nèi)由于噪聲而存在缺陷。由此改善檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。

按本發(fā)明一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，將白光投射在檢測(cè)對(duì)象表面并采集白光從檢測(cè)對(duì)象反射的圖像，其中，通過(guò)比較白光的反射圖像與反射條帶圖案確定閾值。

換句話說(shuō)，借助白光反射的圖像能實(shí)現(xiàn)色平衡。在這里，對(duì)于檢測(cè)對(duì)象表面的每一個(gè)分區(qū)，通過(guò)對(duì)于反射條帶圖案的顏色求出相對(duì)于投射的彩色條帶圖案的閾值或比例，可以決定在觀察的分區(qū)內(nèi)是否將顏色編碼和/或?qū)挾染幋a使用于深度確定。

優(yōu)選地，借助三芯片照相機(jī)采集反射的條帶圖案。

有利地，借助三芯片照相機(jī)逐個(gè)采集反射條帶圖案的原色紅色、綠色和藍(lán)色。規(guī)定并行、尤其同時(shí)評(píng)估原色。

特別優(yōu)選的是，反射條帶圖案的條帶寬度序列(寬度編碼)由三芯片照相機(jī)中單個(gè)芯片的信號(hào)獲得。

由此有利地可同時(shí)和并行地評(píng)估并采集顏色編碼及寬度編碼。

若寬度編碼借助一種原色例如紅色與黑色構(gòu)成，則寬度編碼由設(shè)計(jì)用于采集紅色的芯片的信號(hào)獲得。在這里缺失紅色便成為黑色，其中，缺失紅色又能通過(guò)閾值確定。

按本發(fā)明一種有利的設(shè)計(jì)，所述彩色條帶圖案借助幻燈片(Dias)造成。

換句話說(shuō)，投射設(shè)備設(shè)計(jì)為幻燈機(jī)?？梢圆捎闷渌渡湓O(shè)備，例如包括衍射光學(xué)元件(縮寫(xiě)DOE)的投影儀(DOE投影儀)。

按本發(fā)明一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，彩色條帶圖案的彩色條帶序列隨機(jī)生成。

彩色條帶圖案的條帶序列的隨機(jī)生成，使顏色編碼簡(jiǎn)單而節(jié)省資源地生成。在這里應(yīng)確保，隨機(jī)生成的顏色編碼在其生成后被檢驗(yàn)多義性。若存在這種多義性，則例如能重新進(jìn)行隨機(jī)生成顏色編碼。這重復(fù)進(jìn)行，直到顏色編碼不存在多義性為止。在這里寬度編碼也隨機(jī)生成，從而也要對(duì)寬度編碼檢驗(yàn)多義性。

按本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)，檢測(cè)對(duì)象被一種復(fù)合的液體，尤其血液包圍。

血液幾乎完全吸收投射的彩色條帶圖案的原色綠色和藍(lán)色。換句話說(shuō)，波長(zhǎng)短于600nm的光幾乎完全被血液吸收。由此本發(fā)明特別優(yōu)先用于被血液包圍的檢測(cè)對(duì)象，例如有機(jī)組織。因此尤其在微創(chuàng)外科術(shù)中本發(fā)明具有優(yōu)越性。

附圖說(shuō)明

由下面說(shuō)明的實(shí)施例并借助附圖可知本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、特征和詳情。附圖中：

圖1表示包括三種顏色的彩色條帶序列和由彩色條帶序列形成的條帶寬度序列；

圖2表示包括八種顏色的彩色條帶序列和由彩色條帶序列形成的條帶寬度序列；

圖3表示檢測(cè)對(duì)象的第一和第二分區(qū)；以及

圖4示意表示對(duì)檢測(cè)對(duì)象表面進(jìn)行深度確定的方法的流程圖。

在附圖中同樣的元件可以采用同一種標(biāo)記。一般而言，在附圖中將顏色表示為陰影線，其中每一種陰影線代表一種顏色。

具體實(shí)施方式

圖1表示彩色條帶8的順序，它構(gòu)成一種顏色編碼4。在這里，顏色編碼4借助三種原色構(gòu)成，亦即紅色11、綠色12和藍(lán)色13。通過(guò)例如通過(guò)吸收去掉40綠色12和藍(lán)色13，顏色編碼4轉(zhuǎn)變?yōu)闂l帶寬度序列，它構(gòu)成一種寬度編碼5。寬度編碼5在這里包括紅色11和黑色32，其中黑色32表明空缺顏色。空缺顏色例如通過(guò)去掉40或吸收這種顏色實(shí)現(xiàn)。圖中沒(méi)有表示的評(píng)估設(shè)備設(shè)計(jì)用于評(píng)估顏色編碼4和寬度編碼5。

在圖2中表示由彩色條帶序列8(顏色編碼4)形成條帶寬度序列(寬度編碼5)。在這里，顏色編碼4的一個(gè)條帶8的顏色由三種原色1、2、3構(gòu)成。使用紅色11、綠色12和藍(lán)色13作為原色1、2、3。由此得到混合色黃色22、品紅色21、青藍(lán)色23和白色31。黑色32表明缺失或不存在顏色。黃色22通過(guò)累加紅色11和綠色12得到的混合色造成，品紅色21通過(guò)累加紅色11和藍(lán)色13得到的混合色造成，而青藍(lán)色23則通過(guò)累加綠色12和藍(lán)色13得到的混合色造成。

通過(guò)從顏色編碼4去掉40或消除40原色綠色12和藍(lán)色13形成寬度編碼5。因此寬度編碼5包括兩種顏色紅色11和黑色32，從而存在單色的寬度編碼5。去掉40原色綠色12和藍(lán)色13，通過(guò)在例如圖中沒(méi)有表示的血液處的吸收40實(shí)現(xiàn)。換句話說(shuō)，顏色編碼4通過(guò)吸收原色綠色12和藍(lán)色13轉(zhuǎn)變?yōu)閷挾染幋a5，它可以由圖中沒(méi)有表示的評(píng)估設(shè)備評(píng)估。

在光學(xué)中，紅色11的特征在于占優(yōu)勢(shì)的光譜區(qū)在600nm以上，綠色12的特征在于占優(yōu)勢(shì)的光譜范圍從520nm至565nm，以及藍(lán)色13的特征在于占優(yōu)勢(shì)的光譜范圍從460nm至480nm?；旌仙S色22、品紅色21、青藍(lán)色23和白色31通過(guò)累加原色紅色11、綠色12和藍(lán)色13得到的混合色造成。

圖3表示檢測(cè)對(duì)象表面的第一和第二分區(qū)16、18，其中，所述表面包括檢測(cè)對(duì)象全部表面的至少一部分。在這里，在檢測(cè)對(duì)象表面投射彩色條帶圖案并采集反射的條帶圖案7。反射條帶圖案7的條帶8分別有八種顏色之一，亦即紅色11、綠色12、藍(lán)色13、品紅色21、黃色22、青藍(lán)色23、白色31或黑色32。

檢測(cè)對(duì)象表面的第二分區(qū)18被血液42覆蓋。由此第二分區(qū)18幾乎完全吸收40原色綠色12和藍(lán)色13。

由圖3可以看出，通過(guò)吸收綠色12、藍(lán)色13和青藍(lán)色23轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?2。品紅色21、黃色22和白色31轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色11。紅的條帶在反射后主要包含紅色11。

通過(guò)吸收引起的去掉40在第二分區(qū)18中的綠色12、藍(lán)色13和青藍(lán)色23構(gòu)成一種寬度編碼5，它被用于檢測(cè)對(duì)象表面在第二分區(qū)18中的深度確定。在重度吸收的第二分區(qū)18外部，亦即在這里僅輕度吸收的第一分區(qū)16中，借助顏色編碼4實(shí)施檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。由此，通過(guò)在第二分區(qū)18中評(píng)估寬度編碼5，推斷出在在顏色編碼4中通過(guò)第二分區(qū)18形成的缺陷，從而能夠幾乎無(wú)縫和單義性地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。

圖4示意表示對(duì)檢測(cè)對(duì)象的表面進(jìn)行深度確定的方法的流程圖。

在第一步S1，由彩色條帶序列構(gòu)成一種彩色條帶圖案。在這里，彩色條帶圖案的彩色條帶序列可以隨機(jī)生成。

在第二步S2，構(gòu)成的彩色條帶圖案借助投射設(shè)備投射在檢測(cè)對(duì)象表面。尤其采用被血液包圍的有機(jī)組織作為檢測(cè)對(duì)象。

在第三步S3，采集從檢測(cè)對(duì)象表面反射的條帶圖案。例如借助照相機(jī)，尤其借助三芯片照相機(jī)進(jìn)行采集。

在第四步S4，借助評(píng)估設(shè)備進(jìn)行深度確定，在這里深度確定通過(guò)評(píng)估顏色編碼S41和通過(guò)評(píng)估寬度編碼S45完成。

由此能夠有利地實(shí)現(xiàn)一種顏色編碼的三角測(cè)量術(shù)，它協(xié)同組合顏色編碼與寬度編碼，由此在吸收性的檢測(cè)對(duì)象的情況下，改進(jìn)了檢測(cè)對(duì)象表面的深度確定。所說(shuō)明的本發(fā)明尤其在微創(chuàng)外科術(shù)中，例如在內(nèi)窺鏡檢查中使用時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

盡管通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)圖示并說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明不受公開(kāi)示例的限制，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可由此導(dǎo)出其他改型，并不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。