[发明专利]使用口内三维扫描仪生成数字三维模型的方法

说明书

一种扫描口腔的方法包括使用设置在口内扫描仪的远端的探头中的一个或更多个光投射器将离散的未连接的光点的图案投射到患者的口内表面上，其中，离散的未连接的光点的图案是非编码的。该方法还包括：使用设置在探头中的两个或更多个摄像头捕获投射的离散的未连接的光点的图案的多个图像；解码投射的离散的未连接的光点的图案的所述多个图像以便确定口内表面的三维表面信息；并且使用三维表面信息生成口内表面的数字三维模型。

技术领域

本发明大体涉及三维成像，更具体地说，涉及使用结构光照射的口内三维成像。

背景技术

受试者的口内三维表面(例如牙齿和牙龈)的牙印模用于规划牙处置。使用填充有受试者咬合的印模材料(例如PVS或藻朊酸盐(alginate))的牙印模托盘来制作传统牙印模。然后，印模材料固化成牙齿和牙龈的负印记，由此可以形成牙齿和牙龈的三维模型。

数字牙印模利用口内扫描来生成受试者的口内三维表面的三维数字模型。数字口内扫描仪通常使用结构光三维成像。受试者牙齿的表面可以是高反射性的并且有些半透明，这可以降低从牙齿反射的结构光图案中的对比度。因此，为了改善口内扫描的捕获，当使用利用结构光三维成像的数字口内扫描仪时，在扫描之前，受试者的牙齿经常涂有不透明的粉末，以便于结构光图案的对比度达到可用级别，例如，为了将表面转变成散射表面。虽然利用结构光三维成像的口内扫描仪已经取得了一些进展，但是可以具有额外的优点。

发明内容

结构光三维成像的使用可能导致“对应问题”，其中，需要确定结构光图案中的光点与观察图案的摄像头所看到的光点之间的对应关系。解决该问题的一种技术是基于投射“编码的”光图案并从一个或更多个视点成像照射场景。对发射的光图案进行编码使得光图案的各个部分在被摄像头系统捕获时是唯一且可区分的。由于图案被编码，因此可以更容易地找到图像点和投射图案的点之间的对应关系。可以对解码的点进行三角测量并恢复三维信息。

本发明的应用包括与三维口内扫描装置有关的系统和方法，该三维口内扫描装置包括一个或更多个摄像头以及一个或更多个图案投射器。例如，本发明的某些应用可以涉及具有多个摄像头和多个图案投射器的口内扫描装置。

本发明的其他应用包括用于解码结构光图案的方法和系统。

本发明的其他应用可以涉及利用非编码结构光图案的三维口内扫描的系统和方法。例如，非编码结构光图案可以包括均匀的光点图案。

例如，在本发明的一些特定应用中，提供了一种用于口内扫描的装置，该装置包括在远端具有探头的细长的手持棒。在扫描期间，探头可以被配置为进入受试者的口腔内。一个或更多个光投射器(例如，微型结构光投射器)以及一个或更多个摄像头(例如，微型摄像头)结合到设置在探头远端内的刚性结构。每个结构光投射器使用光源(例如激光二极管)发射光。每个光投射器可以被配置为当光源被激活时投射由多个投射器光线限定的光图案。每个摄像头可以被配置为捕获多个图像，这些图像描绘了口内表面上投射的光图案的至少一部分。在一些应用中，结构光投射器可具有至少45度的照射场。可选地，照射场可以小于120度。每个结构光投射器还可以包括图案生成光学元件。图案生成光学元件可以利用衍射和/或折射来生成光图案。在一些应用中，光图案可以是离散的未连接的光点的分布。可选地，当光源(例如，激光二极管)被激活以发射通过图案生成光学元件的光时，光图案在距离图案生成光学元件1mm和30mm之间的所有平面处保持离散的未连接的光点的分布。在一些应用中，每个结构光投射器的图案生成光学元件可以具有至少80％(例如，至少90％)的光通量效率，即落在图案生成器上进入图案的光的比例。每个摄像头包括摄像头传感器和包括一个或更多个透镜的物镜光学器件。