Устройство для сканирования трехмерных объектов

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ(71) Заявитель Государственное ведущее высшее учебное учреждение Белорусский государственный медицинский университет(72) Авторы Токаревич Игорь Владиславович Корхова Наталья Валерьевна Ламбин Леонид Николаевич Левин Генрих Моисеевич Полонейчик Николай Михайлович(73) Патентообладатель Государственное ведущее высшее учебное учреждение Белорусский государственный медицинский университет(57) Устройство для сканирования трехмерных объектов, состоящее из планшетного сканера, содержащего плоскопараллельную стеклянную пластину, систему зеркал, объектив считывания, линейчатый осветитель, фотоприемную линейку, состоящую из светочувствительных элементов, и аналоговый преобразователь, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит группу наклонных плоских зеркал, установленных вокруг сканируемого трехмерного объекта на плоскопараллельной стеклянной пластине под углом 45 к ее плоскости.(56) 1. Российский рынок сканеров Выпуск 2 / Под ред. С.В. Малинского. - М. Бизнес-Информ, 2001. - С.91-105. 2. Шарыгин М.Е. Сканеры и цифровые камеры / Под ред. О.И. Колесниченко. - С.Петербург, 2000. - С. 63-89. Настоящая полезная модель относится к области автоматики и может быть использована как средство для получения изображений трехмерных объектов посредством сканирования. В частности, она может быть применена при анализе диагностических моделей челюстей в стоматологии при диагностике аномалий зубных рядов, при планировании ортодонтического лечения и при проектировании зубных протезов. Для получения координат точек поверхностей трехмерных объектов и ввода этих чисел в ЭВМ разработано много конструкций ручных планшетных (2) и объемных (3) щупов, а также полуавтоматических (следящих) считывающих устройств. В настоящее время возможности компьютерной обработки позволяют исследовать значительно более сложные объекты, для которых такие средства малопригодны. В современных графических комплексах они оказываются эффективными лишь для ввода относительно небольшого количества координат. Использование человека в рутинных работах такого типа,требующих постоянного напряжения, имеет негативные социально-психологические аспекты. Для ввода изображений в память ПЭВМ в настоящее время широкое применение получили растровые устройства. Наиболее распространены две конструкции - сканеры барабанного и планшетного типов. Сканеры барабанного типа предназначены для считывания плоских изображений. Они осуществляют пространственно-временную развертку изображения и его растровое представление в памяти ПЭВМ. Считываемый объект в виде пленочного или бумажного носителя фиксируют на цилиндрической поверхности барабана, и сканирование осуществляют благодаря вращению барабана и синхронизированному с ним линейному перемещению фотоприемной головки вдоль образующей цилиндра. Достоинство таких сканеров - высокое разрешение считываемых двухмерных объектов (в том числе и полутоновых) за счет использования, например, лазерных считывающих элементов. Областью применения барабанных сканеров являются профессиональные системы подготовки издательских оригиналов в полиграфии и картографии 1. Более широкое применение получили сканеры планшетного типа, которые обеспечивают возможность работы с различными носителями изображений, в том числе и с материалами в сброшюрованном виде. Базовым элементом в планшетном сканере служит плоскопараллельная стеклянная пластина, с одной стороны которой укладывается считываемый объект. С другой стороны стеклянной пластины размещена каретка, перемещение которой осуществляется шаговым двигателем. На каретке размещены линейчатый осветитель, система зеркал, объектив считывания и фотоприемная линейка, состоящая из светочувствительных элементов, которые определяют интенсивность направленного на них света. Свет, отраженный от сканируемого документа, этой оптической системой фокусируется на фотоприемной линейке. Снятый с каждого ее элемента электрический сигнал оцифровывается с помощью аналогового преобразователя и передается в компьютер 2. Планшетный сканер использован в качестве прототипа предлагаемого устройства. В его состав входят плоскопараллельная стеклянная пластина, с одной стороны которой находится сканируемый объект. С другой стороны стеклянной пластины размещены система зеркал,объектив считывания, линейчатый осветитель, фотоприемная линейка, состоящая из светочувствительных элементов, и аналоговый преобразователь. 1288 Недостаток конструкции в том, что она предназначена для сканирования плоских изображений и в ней не предусматриваются возможности для фиксации в памяти ПЭВМ информации о форме трехмерных объектов. Можно получить изображение только одного вида трехмерного объекта, а этого недостаточно для получения для него даже приближенной объемной цифровой модели. Задача настоящего предложения устранить вышеуказанный недостаток и обеспечить возможность получения в автоматическом режиме данных о размерах наружных поверхностей объемного объекта по третьей координате и создание его трехмерной цифровой компьютерной модели. Для реализации задачи в состав устройства для сканирования дополнительно введена группа наклонных плоских зеркал для получения боковых видов объекта. Эти зеркала должны быть установлены вокруг трехмерного объекта на плоскопараллельной стеклянной пластине под углом 45 к ее плоскости. Таким образом, предлагаемое устройство состоит из плоскопараллельной стеклянной пластины 1, с одной стороны которой располагается сканируемый трехмерный объект 2,плоских зеркал 3, размещенных под углом 45 к плоскости плоскопараллельной стеклянной пластины 1. С другой стороны стеклянной пластины размещены - система зеркал 4, 5,объектив считывания 6, линейчатый осветитель 7, фотоприемная линейка 8 и аналоговый преобразователь 9. Новизна настоящего предложения состоит в том, что одновременно со сканированием основного вида (плана) объекта сканируются одно или несколько зеркальных отражений его боковых видов. Работа предлагаемого устройства в части организации двухмерной развертки идентична работе устройства-прототипа. Трехмерный объект устанавливается на стеклянной пластине, и вокруг него размещаются плоские зеркала под углом 45 к плоскости стеклянной пластины. На фиг. 1 представлена схема строения предлагаемого устройства и прохождение световых лучей в нем. Объект 2 освещается от линейчатого осветителя 7 через плоскопараллельную стеклянную пластину 1 узкой полосой света, перемещаемой благодаря движению каретки. Поверхность объекта, примыкающая к стеклянной пластине 1, освещается непосредственно,а боковые поверхности - светом, отраженным от наклонных зеркал 3. Свет от освещенных частей объекта через плоскопараллельную стеклянную пластину попадает в оптическую систему 4, 5, 6, 7 и затем на светочувствительные элементы фотоприемной линейки 8,также различными путями от нижней поверхности объекта он сразу проходит через стеклянную пластину 1, а от боковых поверхностей - после отражения от тех же наклонных зеркал 3, посредством которых эти поверхности освещены. Некоторые элементы наклонных поверхностей объекта могут при этом оказаться изображенными на двух или даже трех видах. Это может оказаться полезным для воссоздания пространственной формы объекта. Полученное таким образом комплексное изображение, состоящее из нескольких проекционно-связанных видов, может служить исходной информацией для автоматизированного построения трехмерной компьютерной модели объекта. Для этого должны быть разработаны специальные программные средства. На фиг. 2, 3 приведены примеры комплексного изображения, полученного с помощью макета предлагаемого устройства. Объектом сканирования являются диагностические гипсовые модели верхнего (фиг. 2) и нижнего (фиг. 3) зубных рядов. Глубина резкости примененного планшетного сканера вполне достаточна для получения изображений удовлетворительного качества, пригодных для использования в компьютерной системе диагностики зубочелюстных аномалий. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4