Bildverarbeitungskamera
Berührungslos und in 3D
Für die Bewertung kosmetischer Produkte und die Beurteilung von Muttermalen oder Heilverfahren bei Narben und Wunden ist eine zuverlässige und objektive Analyse der Hautoberfläche unerlässlich. Während gängige Methoden das Gewebe berühren und damit die Ergebnisse verändern, können Lösungen aus der industriellen Bildverarbeitung zuverlässigere Resultate liefern.
Übliche Messverfahren tasten die Hautoberfläche ab oder vermessen Hautabdrücke. Eine Berührung des Gewebes ist bei beiden Methoden nicht zu vermeiden.
Der mechanische Druck verzerrt dabei aber die Messparameter. Zudem ist besonders bei der Überprüfung von Wunden eine berührungslose Messmethode ohne direkten Hautkontakt von Vorteil. Mangelnde Genauigkeit und lange Messzeiten beschränkten die Möglichkeiten optischer Messmethoden jedoch lange Zeit.
PRIMOS (phaseshift rapid in vivo measurement of skin) ist ein kontaktloses, computergesteuertes In-vivo-Messverfahren, das auf einen tausendstel Millimeter genau winzige Unebenheiten der Haut innerhalb von Millisekunden erfasst. Das Messprinzip basiert auf der Methode der phasenmessenden, digitalen Streifenprojektionstechnik und kommt in dem neu entwickelten 3D-Scanner (3D-Visionsensor) von GFMesstechnik zum Einsatz, der auf einer »intelligenten« Kamera von VRmagic basiert (Bild 1).
Die 3D-Messegeräte von GFM projizieren mit Hilfe der DLP-Technik von Texas Instruments ein Streifenmuster auf das zu untersuchende Hautareal. Ist die Hautoberfläche eben, verläuft das Streifenmuster parallel. Trifft die Projektion auf Hautunebenheiten, wird das Streifenmuster verzerrt. Dadurch ergeben sich exakte Höhenwerte für jeden einzelnen Bildpunkt.
Autonomer Sensor für 3D-Berechnung
Im Inneren der programmierbaren, Linux-basierten Kamera von VRmagic arbeitet ein Dual-Core-Chip der Familie »DaVinci« von Texas Instruments mit einem 300-MHz-ARM9- und einem 600-MHz-DSP-Kern mit 4800 MIPS. Die Embedded-Plattform verfügt über 256 MByte RAM und 512 MByte Flash-Speicher. Die Kommunikation zwischen ARM-Prozessor und DSP erfolgt durch die »TI Codec Engine«. Ausgestattet ist die Kamera mit einem abgesetzten CMOS-Sensor »MT9V022« von Aptina mit Global-Shutter-Technik und einer Auflösung von 0,36 Megapixeln.
Die Bilderfassung und die Berechnung der 3D-Daten finden direkt in der Kamera statt, was das System zu einem autonomen Sensor (3D-Visionsensor) macht. Die berechneten 3D-Daten werden anschließend als Punktwolke per Ethernet an einen Computer übermittelt, der die Auswertung und Interpretation übernimmt. VRmagic hat die »intelligente« Kamera speziell an die Bedürfnisse von GFM angepasst und eine integrierte Bauweise mit Anbindung des DLP-Projektors an Prozessor und Kamera ermöglicht. Dadurch ist die Handhabung des 3D-Scanners einfach und kompakt.
Der Projektor von Texas Instruments und die Kamera laufen vollständig synchronisiert mit einer Frequenz von 60 Hz. Projektion und Aufnahme finden somit exakt zur gleichen Zeit statt, was sehr kurze Messzeiten garantiert. Dadurch sind sogar handgeführte Messungen durchführbar (Bild 2). Die garantierte Messgenauigkeit liegt messfeldabhängig im Submikrometer- bis Millimeterbereich. Die Farbe der Oberfläche hat keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit.
Objektive Bewertung durch Software
Eine besondere Herausforderung bei der Bewertung von Hautveränderungen ist es, dieselbe Hautpartie für die Messung immer wiederzufinden. Nur so ist ein objektiver Vorher/Nachher-Vergleich möglich. Speziell für diese exakte und reproduzierbare Vermessung der Haut (Bild 3) hat GFM die Software »PRIMOS« entwickelt, mit der sich die Wirksamkeit von kosmetischen und medizinischen Behandlungen erfassen lässt.
Mit der Overlay-Funktion unterstützt die Software den Anwender bei der Positionierung der Testperson. Für eine genaue Ausrichtung des Sensors wird das Live-Bild mit einer früheren Aufnahme derselben Hautstelle überlagert. Für die Wahl des richtigen Fokus‘ wird zudem eine Kreuzprojektion eingeblendet. Zusätzlich bietet die Matching-Funktion einen Algorithmus, der die Messdaten exakt ausrichtet und übereinanderlegt. Darüber hinaus verfügt PRIMOS über Funktionen zur Ermittlung der Hautrauheit und zur Messung von Abständen, Radien, Winkeln und Volumina.
Eine Datenbank, in der bis zu 2000 Datensätze automatisch bearbeitet werden können, rundet den Funktionsumfang ab.
Über die Autorin:
Sabrina Pschorn ist bei VRmagic für Public Relations verantwortlich.
