一種腔內(nèi)物體表面大視場3d成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結(jié)構(gòu)信息。為了適應口腔應用，該成像系統(tǒng)前端需要配備反射鏡，為了設計更大的視場，本發(fā)明采用凸面反射鏡或者擴束、縮束光學鏡組。本系統(tǒng)適應于牙科領域的光學數(shù)字印模應用，也可應用在其他領域的腔內(nèi)光學3D數(shù)字印模獲取或者腔內(nèi)成像系統(tǒng)。
【專利說明】
一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明專利描述了一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)，可適應于牙科領域成像。
【背景技術(shù)】
[0002]在牙科領域，口腔內(nèi)圖像牙齒的3D模型的獲取是牙齒修復手術(shù)一個關(guān)鍵的步驟?，F(xiàn)在一些通用方法有牙齒印模技術(shù)或者牙齒光學印模技術(shù)。牙齒印模技術(shù)有很多缺點，例如使用不便，給患者造成不適感，精度很難保證等。牙齒光學印模采用光學測量技術(shù)進行牙齒印模獲取，不需要直接接觸物體，精度高，這種技術(shù)逐漸成為主流技術(shù)。牙齒光學印模技術(shù)一般采用主動三角測量原理，該技術(shù)通過計算兩束光線的交點來計算對應點的三維位置。
[0003]在牙科光學印模領域，處于領先地位的是西諾德公司，其設備主要原理是主動三角測量，其使用線偏振光束來對所測量物體進行照射進而進行測量，但是由于其線偏振光束使用電磁壓力機械結(jié)構(gòu)或者LCD來驅(qū)動來獲得參考圖像模式，由于機械結(jié)構(gòu)精度存在精度有限的問題，并且其使用的LCD對比度低、線性度差，所以存在測量精度低、測量結(jié)果不穩(wěn)定的問題。后來，西諾德公司為了改善LCD照明的線性度差的問題，提出來使用多次測量，平均測量結(jié)果，來降低測量時的周期性干擾，但是該方法會要求多次照明取像，并且存在計算誤差大的問題，所以測量時間長，還有測量器和用戶的相對運動等因素，出錯率高，導致測量失敗，這對于實際操作將帶來很多不便。這些方法還存在一個問題，那就是為了兼顧系統(tǒng)的視場、光學設計和計算復雜度，一般會將系統(tǒng)的視場設計為> 12mm*16mm，這就使得系統(tǒng)體積較大，導致了系統(tǒng)在使用時，患者會有不適感。
[0004]本發(fā)明專利描述了一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結(jié)構(gòu)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為減小牙科光學印模系統(tǒng)的體積，增大系統(tǒng)的視場，本發(fā)明專利描述了一種腔內(nèi)大視場的物體表面3D成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)利用投影儀產(chǎn)生多幀結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光經(jīng)過投影光路照射目標物體；物體的反射光經(jīng)過成像光路，進入相機，相機獲取物體的圖像；利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結(jié)構(gòu)信息。為了適應口腔應用，該成像系統(tǒng)前端需要配備反射鏡，為了設計更大的視場，本專利采用凸面反射鏡或者擴束、縮束光學鏡組。
[0006]本發(fā)明專利的有益效果是，該成像系統(tǒng)該結(jié)構(gòu)簡單，能滿足腔內(nèi)大視場的物體表面3D成像應用。
【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實施對本發(fā)明進一步說明。
[0008]圖1描述了一種根據(jù)三角測量原理的3D成像系統(tǒng)；圖1中，I表示測量物體；2表示投影光；3反射光。
[0009]圖2描述了腔內(nèi)3D光學成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2中，I表示被測量物體；2表示相機；3反射鏡；4表示投影儀。
[0010]圖3表TK了腔內(nèi)物體表面大視場3D光學成像系統(tǒng)的兩種光學結(jié)構(gòu)圖；圖3.a中I表不平面反射鏡，2表TK擴束、縮束光學鏡組；圖3.b中I表TK凸面反射鏡。
[0011]圖4表示可以使用的兩種反射鏡；圖4.a表示單方向凸面反射鏡；圖4.b表示凸面反射鏡。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明專利描述了一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)利用投影儀產(chǎn)生多幀結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光經(jīng)過投影光路照射目標物體；物體的反射光經(jīng)過成像光路，進入相機，相機獲取物體的圖像；利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結(jié)構(gòu)信息。為了適應口腔應用，該成像系統(tǒng)前端需要配備反射鏡，為了設計更大的視場，本專利采用凸面反射鏡或者擴束、縮束光學鏡組。
[0013]在圖1中，描述了一種根據(jù)三角測量原理的3D成像系統(tǒng)。圖1中2表示投影光，投影光由投影儀產(chǎn)生，投影光經(jīng)過投影光路照射到圖1中物體I。圖1中3表示物體的反射光，反射光經(jīng)過成像光路進入相機中，相機成像。經(jīng)過投影序列結(jié)構(gòu)光和相機多次成像，根據(jù)三角測量原理可以計算物體的三維結(jié)構(gòu)，進而進行三維成像。
[0014]圖2表示了腔內(nèi)3D光學成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。投影儀4根據(jù)輸入圖像生成結(jié)構(gòu)光，經(jīng)過投影光路，經(jīng)過反射鏡3照射到被測量物體I上。物體的反射光線經(jīng)過反射鏡3，經(jīng)過成像光路，在相機2上成像。經(jīng)過多次投影結(jié)構(gòu)光序列和多次成像，獲得對應的結(jié)構(gòu)光照射物體的結(jié)構(gòu)光圖像，利用三角測量原理，就可以獲得當前物體的3D結(jié)構(gòu)信息。
[0015]由于測量的口腔最大的容忍精度大概是100微米，由于測量過程中其他步驟可能帶來不確定因素，所以牙科用3D成像系統(tǒng)的精度若能達到25微米，那么是滿足口腔應用的。由于測量的物體存在各種彎曲和不平坦表面，為了兼顧精度和光線遮擋，投影光路中心光路和成像光路中心光路的夾角一般要求小于十度，該測量夾角如圖2中的a。測量夾角直接和測量精度有關(guān)，一個可以接受的測量夾角范圍是2度到10度。
[0016]圖3表TK了腔內(nèi)物體表面大視場3D光學成像系統(tǒng)的兩種光學結(jié)構(gòu)圖。圖中實線表示投影儀光路，虛線表示成像光路。圖3.a表示系統(tǒng)前端使用平面反射鏡，圖3.a中I表示平面反射鏡，圖3.a中2表示擴束、縮束光學鏡組，由于擴束、縮束鏡組的作用，該成像系統(tǒng)也可以增大視場。圖3.b表示系統(tǒng)前端使用凸面反射鏡。根據(jù)凸面反射鏡的特性和光學反射原理，我們很容易得到經(jīng)過凸面反射鏡后，投影儀的投影照射面積和相機的成像面積都將增大。
[0017]圖4表示可以使用的兩種反射鏡。圖4.a表示單方向凸面反射鏡；圖4.b表示凸面反射鏡。
[0018]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:
(I)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)要求，根據(jù)圖3.a或者圖3.b設計光學系統(tǒng)；其中圖3.a表示采用擴束、縮束光學鏡組來實現(xiàn)大視場測量；圖3.b采用凸面鏡來實現(xiàn)大視場測量；也可以同時使用擴束、縮束光學鏡組和凸面鏡來實現(xiàn)大視場測量；
(2)利用投影儀投影特定的結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光經(jīng)過投影光學系統(tǒng)照射到物體上；
(3)利用相機拍攝物體圖像；
(4)利用標定的相機和投影儀數(shù)據(jù)，使用三角測量原理獲得物體的光學3D印模；
(5)如果一次光學印模不能覆蓋要求的物體表面，可以調(diào)整取像角度，重復(2)-(4)，獲得另一個角度的光學3D印模；
(6)通過配準融合技術(shù)，將多次獲得的3D光學印模生成一個完整的物體光學3D印模。
[0019]本發(fā)明專利的有益效果是，系統(tǒng)利用凸面反射鏡或者擴束、縮束鏡組實現(xiàn)了腔內(nèi)物體大視場3D成像系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單。
【主權(quán)項】
1.一種腔內(nèi)物體表面大視場3D成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)利用投影儀產(chǎn)生多幀結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光經(jīng)過投影光路照射目標物體；物體的反射光經(jīng)過成像光路，進入相機，相機獲取物體的圖像；利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結(jié)構(gòu)信息；為了適應口腔應用，該成像系統(tǒng)前端需要配備反射鏡，為了設計更大的視場，本專利采用凸面鏡或者擴束、縮束光學鏡組。2.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含投影光路和成像光路，也就是說包含兩套光學系統(tǒng):投影光學系統(tǒng)和成像光學系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)為了達到測量口腔內(nèi)物體表面結(jié)構(gòu)的目的，在成像系統(tǒng)前端使用反射鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，投影光路中心光路與成像光路中心光路所成的測量夾角范圍是2度到10度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)采用了凸面反射鏡來擴大系統(tǒng)的視場。6.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)也采用了擴束、縮束光學鏡組來擴大系統(tǒng)的視場。7.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)也采用了凸面反射鏡和擴束、縮束光學鏡組的組合來擴大系統(tǒng)的視場。8.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)可以應用在牙科光學印模獲取，但也可應用于其他腔內(nèi)光學印模獲取的應用中。
【文檔編號】A61C9/00GK105982752SQ201510052823
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】王輝
【申請人】王輝