Driedimensioneel optisch scannen van lichaamsoppervlakken: mogelijkheden en beperkingen

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Driedimensioneel optisch scannen van lichaamsoppervlakken: mogelijkheden en beperkingen"

Annemie de Kooker
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Driedimensioneel optisch scannen van lichaamsoppervlakken: mogelijkheden en beperkingen Vincent Verhaert Division of Biomechanics and Engineering Design

2 Overzicht Inleiding 3D scanners: verschillende werkingsprincipes 3D scanners: specificaties Dataverwerking Beperkingen 3D scanners en eventuele oplossingen Besluit

3 Inleiding: persoonlijke achtergrond Afdeling Biomechanica en Grafisch Ontwerpen Werktuigkunde Katholieke Universiteit Leuven Onderzoeksdomein: Preventiebiomechanica ergonomische aspecten van de slaap 3D scanning van rugoppervlakken Camera Projector

Leuven Onderzoeksdomein: Preventiebiomechanica ergonomische

4 3D scanners: werkingsprincipes Contact scanners Coordinate Measuring Machine (CMM): + - aftasten van te meten voorwerp met een meetkop zeer nauwkeurig mogelijk om inwendige maten op te meten vereist contact (schade/vervorming) traag Non-contact scanners Actieve scanners: zenden zelf iets uit (licht, laser, ) Rasterstereografie Moiré topografie Time-of-Flight Triangulation gestructureerd licht Passieve scanners: detecteren gereflecteerd omgevingslicht stereoscopie silhouette

Non-contact scanners Actieve scanners: zenden zelf iets uit (licht, laser, ) Rasterstereografie Moiré topografie

5 3D scanners: werkingsprincipes Actieve scanners: zenden zelf iets uit (licht, laser, ) 1. Rasterstereografie: projectie van lijnenraster (horizont./vertik.) op oppervlak reconstructie dmv triangulatie Belangrijkste voordeel snelheid! l= d + d d= l tanα tanβ tanα+ tanβ dynamisch meten wordt mogelijk

Rasterstereografie: projectie van lijnenraster (horizont./vertik.

6 3D scanners: werkingsprincipes Actieve scanners: zenden zelf iets uit (licht, laser, ) 2. Moiré topografie: reconstructie hoogtecontouren interferentiepatroon van 2 lijnenroosters Moiré-banden d = f(α,λ) Bandprojectie Schaduw Moiré Projectie Moiré Phase Shift Moiré

7 3D scanners: werkingsprincipes Actieve scanners: zenden zelf iets uit (licht, laser, ) 3. Time-of-Flight: lichtsnelheid d = ct 2 nauwkeurigheid sterk afhankelijk van resolutie tijdsmeting (1 mm 3.3 psec (10-12 sec)) 4. Triangulation: cfr. rasterstereografie maar lijn per lijn

8 3D scanners: werkingsprincipes Passieve scanners: zenden zelf niets uit 1. Stereoscopie: cfr. dieptezicht ogen 2. Silhouette

9 3D scanners: specificaties Hoe keuze maken? koppeling vereisten specificaties aard te scannen oppervlak/object? vereiste nauwkeurigheid?!! totale meettijd? grootte, diepte, vervormbaarheid, functieoppervlak?, dynamisch meten?, bewegingsartefacten, comfort, Vb.: Field of view (FOV) Depth of view (DOV) Nauwkeurigheid (3 assen) Acquisitietijd Werkingsprincipe Calibratiemethode scan time: 0.25 s dynamic (40Hz) FOV: 320 x x 960 [mm²] DOV: 100 mm accuracy: 0.05 mm 360 measurements

10 Dataverwerking Resultaat 3D-scanner 3D-puntenwolk x y z x y z... xi yi zi... x y z n n n

11 Dataverwerking Omzetten puntenwolk Functie-oppervlak: z = f(x,y) Functie-oppervlak STL (Δ) Geparametriseerd CAD-model eenvoudig bewerkbaar eenvoudig integreerbaar in productie-eenheid common language CAM

12 Dataverwerking Verdere mogelijkheden: 1. Berekening krommingen: 1D 1 κ = r κ κ 1 2 (max & min) 2D Mean curvature: 1 H = ( κ1+ κ2 ) 2 Gaussian curvature: K = κ1 κ2 Koenderink's Shape Index : 2 κ + κ s arctan 2 1 = π κ2 κ 1

13 Dataverwerking Verdere mogelijkheden: 2. Detectie van landmarks: onderliggende botstructuren

14 Dataverwerking Verdere mogelijkheden: 3. Kwantitatieve informatie: vormparameters ruggegraat: kyfosehoek lordosehoek hoek van Cob scoliose

15 Dataverwerking Verdere mogelijkheden: 4. Expertadvies: zoeken van beste fit met bestaand gamma: vergelijk gescande voet met bestaand gamma en zoek beste match

16 Beperkingen en oplossingen Ontbrekende informatie: Vb.: correct opmeten huidplooi onder borst kledingindustrie/plastische & reconstructieve chirurgie Probleemstelling: Oplossing: puntenwolk genereren mesh? biomechanisch FE-model met hyperelastische weefselmodellering!

kledingindustrie/plastische & reconstructieve chirurgie

17 Beperkingen en oplossingen Meetcondities condities bij gebruik Vb.: ontwerp van een koker voor een onderbeengeamputeerde 3D-scan onderbeen in onbelaste toestand optimalisatie comfort (drukgevoelige vs drukongevoelige zones) ondersteuning (stabiliteit) opbouw biomechanisch model onderbeen en prothese wijzigingen optimale koker tov 3D-scan + tibia fibula spierweefsel vetweefsel huid liner koker

optimalisatie comfort (drukgevoelige vs drukongevoelige zones) ondersteuning (stabiliteit) opbouw

18 Besluit Verscheidenheid aan kwalitatieve 3D scanners op de markt Verschillende werkingsprincipes specifieke voor- en nadelen Kritisch t.o.v. specificaties!! snelheid vaak ten koste van precisie Dataverwerking automatische landmarkdetectie op basis van krommingsanalyse kwantitatieve output (bv. lichaamsmaten) expertadvies (bestaand gamma) Biomechanische modellen kunnen extra kennis toevoegen aan 3Dmetingen van lichaamsoppervlakken

! snelheid vaak ten koste van precisie Dataverwerking automatische landmarkdetectie op basis van

Vergelijkbare documenten

Data Vision. Your partner in Vision Solutions

Data Vision. Your partner in Vision Solutions Data Vision Your partner in Vision Solutions Wie ben ik? Gaspar van Elmbt Account Manager - Data Vision Zuid Nederland + Belgisch Limburg Historie: - Bachelor Electrical Engineering - Hard & Software engineer