Erfassung von Gesichtsoberflächen durch ein lichtcodiertes Triangulationsverfahren

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein neues Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung und Vermessung der Gesichtsoberfläche (TRICOLITE), das mit strukturiertem Licht arbeitet, auf Reliabilität und klinische Anwendbarkeit untersucht und mit den etablierten Verfahren verglichen. Es arbeitet berührungslos, ohne den Einsatz von Röntgenstrahlung und ist auch bei geöffneten Augen vollkommen unschädlich. Die Validität des neuen Verfahrens ist bei einem durchschnittlichen systematischen Fehler von 0,2 mm auch im Vergleich mit anderen Methoden sehr gut. Die Reliabilität der Methode hängt von der Reproduzierbarkeit und damit vom zufälligen Fehler der Meßergebnisse ab, dessen Größe vor allem durch Bewegungsartefakte während der Messung bestimmt wird. Um solche Störfaktoren zu minimieren sollte die Meßzeit daher möglichst gering sein. Im Vergleich mit anderen dreidimensionalen Meßverfahren, die mit einer Meßzeit zwischen 10 Sekunden (Laser) und 5 Minuten (Digigraph) arbeiten, ist das TRICOLITE-Verfahren bei einer Meßzeit unter einer Sekunde, in der 250000 Oberflächenpunkte erfaßt werden, sehr schnell. Die Reliabilität ist bei einem durchschnittlichen zufälligen Fehler von 0,4 mm zwar gut, in Zukunft jedoch durch weitere Beschleunigung der Tiefendatenakquisition durchaus noch verbesserbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Hilfe des TRICOLITE-Verfahrens Gesichtsmasken aus Gips vermessen und auf ihre Wiedergabegenauigkeit untersucht. Der Maskenfehler, der definiert ist als skalare Abweichung der Gipsmaske vom korrespondierenden Probandengesicht an den einzelnen Meßpunkten, betrug dabei im Durchschnitt 2,3 mm, unterlag in den einzelnen Gesichtsregionen jedoch charakteristischen Schwankungen. Vor allem Nasenspitze, Kinn- und Halsbereich lagen mit einem Fehler von 3-4 mm deutlich über dem Durchschnitt, während die Stirn sogar unter 1 mm lag.

In this thesis a new method of three-dimensional acquisition and measurement of facial surface (TRICOLITE), which works with structured light, was tested for reliability and clinical applicability in comparison with established procedures. The new method works contactlessly, without application of x-rays and is perfectly innocuous also with opened eyes. Compared with other methods the validity of the new procedure is very good in case of an average methodic error of 0.2 mm. Reliability of the new method depends on the reproductibility and thus on the coincidental error of the results of measurement, whose size is determined particularly by movement artifacts during the measurement. In order to minimize these interference factors the acqisition time should be as small as possible therefore. In comparison to other three-dimensional acquisition procedures, which work with an acquisition time between 10 seconds (lasers) and 5 minutes (Digigraph), the TRICOLITE procedure is very fast with an acquisition time under one second, in which 250.000 points of surface are seized. By a mean coincidental error of 0.4 mm the reliability is well, however in future it can be improved by further acceleration of depth data acquisition. In clinical appliance the TRICOLITE procedure showed a high descriptiveness of the three-dimensional results and is suitable for further usage with patients in future. In context of this thesis facial plaster masks were measured by the TRICOLITE procedure and the quality of reproduction was examined. The mask error, which was defined as the scalar deviation between plaster mask and the corresponding proband face at individual measuring points, was 2.3 mm on average, however this error showed characteristic fluctuations in the individual facial regions. In particular the deviation of nose point, chin and neck region showed an error of 3-4 mm and ranged clearly above the average, while the deviation of the forehead was even below 1 mm.