Top Banner
Master in Bioingineria protezarii Cursul: TEHNICI CAD/CAM Facultatea de Bioinginerie medicala, UMF Iasi Anul universitar 2013 - 2014
55

Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Feb 19, 2018

Download

Documents

dinhminh
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Master in Bioingineria protezarii

• Cursul: TEHNICI CAD/CAM

• Facultatea de Bioinginerie medicala,

UMF Iasi

Anul universitar 2013 - 2014

Page 2: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Cursul 4 Alte metode de scanare 3D

• Scanarea 3D cu laser;

• Scanarea 3D cu lumina structurată;

• Scanarea fotogrammetrica;

Page 3: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele
Page 4: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Metode practice de scanare

• În prezent, scanarea suprafeţelor anatomice se poate realiza utilizând următoarele mijloace:

• Computerul tomograf (CT);

• Rezonanța magnetică (MRI);

• Scanarea 3D cu laser;

• Scanarea 3D cu lumina structurată;

• Scanarea cu camere video si foto;

Page 5: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Principalele aplicatii ale tehnologiilor CAD/CAM

• Industrie, transporturi, constructii, arhitectura, medicina etc

• Medicina:

stomatologie, ortopedie, (protezare, ortezare), fabricarea dispozitivelor medicale si a dispozitivelor assistive etc.

Page 6: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

1. Scanarea 3D cu lasere

Page 7: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii NextEngine (www.nextengine.com)

Page 8: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii ShapeGrabber (www.shapegrabber.com)

Page 9: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii Fast SCAN http://polhemus.com

Laser scanner $21,500

Page 10: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Prelucrarea imaginilor • Se utilizeaza programe speciale de asamblare a imaginilor 2D

OPTIONS Ordered with FastSCAN Systems

TX4 4" Transmitter (not compatible with Short Ranger)...................................................$750

RBF (Radial Basis Function) Software (automatically fills in holes, producing watertight

files, and greatly enhances functionality of the system)...............................................$1,995

Scan Through Glass (Refraction Correction)..................................................................$400

Sweep Registration.........................................................................................................$200

DeltaTM Image Comparative Analysis Software............................................... ...........$7,600

Stylus - Mechanical (requires license as priced below)...................................................$800

Stylus - Optical (requires license as priced below)..........................................................$800

Stylus License (Mechanical or Optical)............................................................................$200

AAOP - O&P File Format (requires RBF Software as priced above)...............................$400

Cast Inversion License....................................................................................................$750

FastSCAN:

CobraTM System........................................................................$21,500

Single Camera Wand (including tracker receiver)

ScorpionTM System...................................................................$27,500

Page 11: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii Biosculptor (www.biosculptor.com)

Scanner cu 2 camere video (37.000) it changes the laser line into a laser

point to place landmarks as you scan.

Page 12: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii Creaform (Canada) KIT SCANER Scanner 3D HANDYSCAN™ SYSTEMS 22.900,00 € Maintenance UNIscan - Standard Plan - 1.930,00 €/year TOTAL GENERAL (fara TVA) : 24.830,00 €

Page 13: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnica de masurare/scanare cu lasere 3D;

Metoda de masurare/scanare

• Masurarea se bazeaza pe detectarea distantei pana la obiect prin tehnica triangularii

tan α = sin α / cos α ; sin(α + β) = sin α cos β + cos α sin β

Calcularea distantei CX (d) intre C si AB

Page 14: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Dispozitive de masurare/scanare cu lasere 3D

Alta metodă de măsurare: prin determinarea timpului de raspuns

Page 15: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Solutii de masurare (scanare)

Masurare prin metoda triangularii

Dispozitiv cu o camera Dispozitiv cu doua camere

Solutii practice de lucru

Page 16: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

2. Scanarea cu lumina structurata

Tipuri de scannere: www. artec3d.com

Page 17: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii Genex (www.genextech.com)

3D Face CAM and Rainbow 3D Genex Technologies

Scanning: Vertical light lines

Page 18: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii Artec (www.artec3d.com)

• .

11.500-15.000 Euro

Page 19: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

• Scanarea video permite reconstruirea unui model 3D pornind de la imaginile 2D luate .

din unghiuri diferite (stereo-fotografie).

• Scanarea produce un nor de puncte cu diferite coordonate care permite reconstructia 3D;

• Obiectul filmat trebuie sa contina puncte de reper vizibile

Dispozitive de scanare/masurare cu

camere video

IV.6 Caracteristici

Page 20: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Scanarea fotogrammetrica. Scanarea cu camere video

sau foto

Scanarea cu camere video poate fi : • Stereoscopica (se utilizeaza 2 camere video); prin

analiza diferentelor intre imagini este posibil sa se detecteze distanta la fiecare punct din imagini;

• Fotometrica (se utilizeaza o singura camera); se iau imagini multiple in conditii de lumina variabila;

• De conturare sau de obtinere a siluetei; utilizeaza contururi obtinute din secvente de fotografii efectuate in jurul unui obiect, cu un fundal contrastant.

Page 21: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Tehnologii ATOS (www.gom.com) fotogrammetrie

Page 22: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Aplicarea punctelor de reper

• Aplicare de repere reflectorizante pe obiect;

• Aplicarea unui sablon de repere langa obiect;

• Aplicarea cu un proiector a unui anumit sablon de repere luminoase;

• Aplicarea unei umbre liniare;

• Aplicarea unei raze laser liniare pe obiect.

Page 23: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Asamblarea imaginilor 2D

Se utilizeaza programe de reconstructie 3D specifice fiecarui

tip de scanner

Page 24: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

3. Scanarea cu aparate foto

• Scanarea cu aparate foto se bazeaza pe principiile fotogrammetriei

• Fotogrammetria este știința tehnică având

ca obiect înregistrarea, măsurarea și

reprezentarea obiectelor și mediului lor

înconjurător pe baza imaginilor acestora

Page 25: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Fotogrammetria

• Fotogrammetria topografică - aeriană sau terestră ,este partea fotogrammetriei care se utilizează la întocmirea hărților și a planurilor topografice.

• Fotogrammetria industrială - se referă la aplicațiile fotogrammetriei în construcțiile de clădiri, lucrări inginerești, industria minieră, construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele lor fundamentale incluzând fazele de cercetare, proiectare, producție, testare, control și reparații.

• Fotogrammetria arhitecturală - este o aplicație a fotogrammetriei cu privire la întocmirea documentațiilor, păstrarea (stocarea) de informații referitoare la mărimea, forma și detaliile arhitectonice ale clădirilor și monumentelor.

Page 26: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Metodologia scanarii cu

aparate foto digitale

• Principalele aspecte ale scanării cu camere foto şi cu programe de reconstructie 3D sunt reflectate în următoarele figuri:

• Poziţiile camerei foto si a fotografului în timpul fotografierii ;

• Poziţia unei suprafete anatomice la scanarea experimentală şi traiectoria camerei foto (figura 3);

• Fotografii realizate în timpul scanării.

Page 27: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Pozitia camerei foto

Fig. 1 Pozitia camerei foto

Page 28: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Pozitia fotografului

Page 29: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Pozitia unui segment anatomic la scanare

Page 30: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Fotografii realizate in timpul scanarii

Page 31: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Conditii de fotografiere Tipuri de aparate foto

Page 32: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Conditii de fotografiere

Page 33: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Conditii de fotografiere

Se evita miscarea si obiectele rasturnate

Page 34: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Conditii de fotografiere

Page 35: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Reconstructia 3D cu ajutorul fotografiilor

• Procedee de reconstrucţie 3D cu ajutorul fotografiilor:

1. Cu camere foto şi cu programe comerciale:

• Cu camere foto şi cu programul PhotoModeler Scanner;

• Cu camere foto şi cu programul 3DSOM;

• Alte programe: D-Sculptor, iModeller

2. Cu camere foto şi cu programul liber Insight 3D (program liber);

Page 36: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Alte procedee

3. Prelucrare gratuita (free 3D modeling from photos):

• www.hypr3d.com,

• www.123dapp.com,

• www.my3dscanner.com, etc.

• Se transfera fotografiile pe paginile de prelucrare

Page 37: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Principiul de reconstructie 3D

• Aceste programe creeaza propriile modele 3D din fotografii simple, bazându-se pe conceptul „cloud-computing”. Programele găsesc şi potrivesc automat caracteristicile şi trăsăturile comune fotografiilor care s-au încărcat iniţial în programul de calculator.

• Este necesar un număr mare de fotografii realizate la unghiuri de aproximativ 10-15° în jurul obiectului.

Page 38: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Principiul de reconstrutie 3D

• Principiul de lucru al acestor programe este analiza si asamblarea fotografiilor cu găsirea punctelor comune, transformându-le într-un model 3D, continand geometria şi textura obiectului scanat

Page 39: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Page 40: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Page 41: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Page 42: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Insight

Page 43: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Exemplu de model 3D vazut interactiv

Ionela Ungureanu, Andreea Neculăeş, Îndrumător științific: Prof. Dr. Ing. - - Octavian Ciobanu, SCANAREA PICIORULUI PENTRU ORTEZARE SAU PROTEZARE, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012

Page 44: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Exemplu de model 3D

Alexandra Maria Chiţescu, Luiza Georgiana Radu, Indrumator Prof. Octavian Ciobanu, Reconstrucţia 3D a capului cu ajutorul fotografiilor, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012

Page 45: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programul de reconstructie 3DSOM

Grila de calibrare

Page 46: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Grila de calibrare a programului 3DSOM

Page 47: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Amplasarea grilei de calibrare

Page 48: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programul de reconstructie PhotoModeler

Page 49: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Programul de reconstructie PhotoModeler

Page 50: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Exemple de aplicare a grilei de

calibrare

Page 51: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Exemple de aplicare a grilei de

calibrare

Page 52: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Prelucrarea imaginilor introduse in programul de reconstructie

Faza de lucru: scanarea suprafetei anatomice

Faza de lucru: eliminarea detaliilor din fundal

Page 53: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Modele 3D obtinute cu programul 3DSOM

Modelul 3D mesh, modelul cu umbre si modelul cu textura

Page 54: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele

Bibliografie

O. Ciobanu STATE OF ART OF CAD/CAM IN PROSTHETICS, BUL. IPI, TOM LIII (LVII), FASC.2 ,PP 273-280, 2007 Ionela Ungureanu, Andreea Neculăeş, Îndrumător științific: Prof. Dr. Ing. - - Octavian Ciobanu, SCANAREA PICIORULUI PENTRU ORTEZARE SAU PROTEZARE, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012 Alexandra Maria Chiţescu, Luiza Georgiana Radu, Indrumator Prof. Octavian Ciobanu, Reconstrucţia 3D a capului cu ajutorul fotografiilor, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012 O. Ciobanu CAD/CAM AND RAPID PROTOTYPING TECHNOLOGIES IN MEDICAL ENGINEERING , BUL. IPI, TOM LIV, FASC.2 ,PP 123-131, 2011

Page 55: Master in Bioingineria protezarii - umfiasi.ro de curs/Facultatea de... · Prelucrarea imaginilor ... construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele