[发明专利]3D口内表面表征

说明书

用于将成像检测器配准到表面的方法投影并记录序列，所述序列具有线的第一稀疏图案，接着是线的第二稀疏图案。第一位置子集接收对应于第一标签的来自第一和第二稀疏图案两者的线。第二位置子集仅接收对应于第二标签的来自第一稀疏图案的线。第三位置子集仅接收对应于第三标签的来自第二稀疏图案的线。对第一、第二和第三标签进行解码，并且根据所解码的标签将第一、第二和第三位置子集的每个成员元素配准到成像检测器。投影并记录与所解码的标签的所配准的成员元素在位置上相关的线的一个或多个密集图案。根据所记录的图案形成表面轮廓的图像。

技术领域

本发明总体上涉及表面形状表征的领域，并且更具体地涉及使用图案化照明的口内表面成像和测量。

背景技术

确定小物体的3D结构的能力具有在许多种应用中的价值，这些应用包括口内或牙科成像。口内成像针对检测3D结构提出了许多挑战，诸如与如下内容有关的那些挑战：访问和定位中的困难、牙齿和口腔内的其他特征的光学特性、以及对于不规则表面的精确测量的需要。

已经开发了许多技术以用于从医疗、工业和其他应用中的各种类型的物体获得表面轮廓信息。光学三维（3D）测量方法使用从被引导至表面上的光的图案获得的图像来提供形状和深度信息。各种类型的成像方法生成一系列光图案，并且使用聚焦或三角测量来检测照明区域上的表面形状中的改变。

表面轮廓成像使用图案化的光或结构光以及三角测量来获得各种类型结构的表面轮廓信息。在轮廓成像中，线或其他特征的图案从给定角度朝向物体的表面投影。然后，从另一角度观察来自该表面的投影图案作为轮廓图像，从而利用三角测量以便基于轮廓线的外观来分析表面信息。其中投影图案递增地在空间上移位以用于获得偏移位置处的附加测量结果的相位移位典型地作为表面轮廓成像的一部分而被应用，用于以便完成表面的轮廓映射并增加轮廓图像中的整体分辨率。

使用结构光的表面轮廓成像已经有效地用于固体、高度不透明的物体，并且已经用于表征人体的某些部分的表面形状并且用于获得关于皮肤结构的详细数据。然而，许多技术障碍已经妨碍了对牙齿的轮廓投影成像的有效使用。牙科表面成像的一个特别的挑战涉及牙齿半透明性。已知一般的半透明或半透明状的材料对于图案化的光成像而言特别麻烦。半透明结构中的次表面散射可能会降低整体信噪比（S/N）并且使光强度改变，从而导致不准确的高度数据。另一个问题涉及各种牙齿表面的高水平的反射。高反射材料、特别是中空反射结构可能会有效地减小该类型成像的动态范围。

从光学的视角，牙齿本身的结构针对结构光投影成像提出了许多附加的挑战。牙齿在不同时间处以及沿着不同表面和表面的部分可能是湿润的或干燥的。牙齿形状通常是不规则的，其具有锋利的边缘。如早先所指出的，牙齿以复杂的方式与光相互作用。穿透牙齿表面下方的光往往在半透明牙齿材料内经历显著的散射。此外，还可能发生来自牙齿表面下方的不透明特征的反射，从而添加了降低感测信号的噪声，并且因此进一步使牙齿表面分析的任务复杂化。并非所有的光波长都可以以相等的精度被检测到。因此，在某些情况下，多光谱或多色方法可能不太令人满意。

已经尝试的一种校正措施是应用改变牙齿表面本身的反射特性的涂层。为了补偿由牙齿的相对半透明性引起的问题，许多传统的牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像之前将涂料或反射粉末应用到牙齿表面。该添加的步骤增强了牙齿的不透明度，并且消除或减少了早先提到的散射光效应。然而，该类型的方法存在缺陷。应用涂层粉末或液体的步骤增加了牙齿轮廓成像过程的成本和时间。因为涂层的厚度在整个牙齿表面上通常是不均匀的，所以容易导致测量误差。更重要的是，虽然所应用的涂层便于轮廓成像，但是它可能往往会掩盖牙齿的其他问题，并且从而可能减少可获得的有用信息的总量。

然而，即使在使用了涂层或对牙齿的其他类型的表面调节的情况下，由于牙齿表面的明显轮廓和诸如角度和空间限制之类的固有困难，结果可能是令人失望的。可能难以向所有牙齿表面上提供足够量的光，并且难以感测从所有牙齿表面反射回的光。例如，相同牙齿的不同表面可以相对于彼此以90度定向，从而使得难以引导足够的光以用于对牙齿的所有部分进行准确成像。