一种数字口腔扫描仪及成像系统技术方案

数字化口腔扫描仪相对于传统腔外扫描仪的具有以下要求：（1）口腔狭窄，需要小巧的扫描头，深入口腔内；（2）扫描效率要高，口腔开合会造成人体不舒服，需要快速取得数字模型；（3）操作方便，精度高，获取的数字模型可直接用于义齿制造。本发明专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种数字口腔扫描仪及成像系统，操作简单，可实时获取口腔内牙齿和软组织的三维表面形貌，较好地满足应用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种数字口腔扫描仪及成像系统
本专利技术属于医疗器械领域，尤其涉及一种数字口腔扫描仪及三维成像系统。
技术介绍
数字化口腔扫描也称为数字印模技术，是数字化口腔修复设计、制造进行的基础。其直接采用微型化测量系统直接深入患者口内获得牙齿表面三维数据。这种方式颠覆了临床制取印模、翻制石膏模型的传统操作流程，无需石膏模型和技工室辅助，省却了大量繁琐的传统步骤，如等待印模材料凝固和印模消毒、灌注模型，同时降低了材料和人工的消耗，可由临床医生直接获取数字牙模，简化了临床操作流程。数字化口腔扫描仪的使用场景决定了其相对于传统腔外扫描仪的特点：（1）口腔狭窄，需要小巧的扫描头，深入口腔内；（2）扫描效率要高，口腔开合会造成人体不舒服，需要快速取得数字模型；（3）操作方便，精度高，获取的数字模型可直接用于义齿制造。本专利技术针对以上问题，开发了采用主动双目视觉方法，具有结构简单，精度高、体积小、成本低等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出一种数字口腔扫描仪及成像系统，操作简单，可实时获取口腔内牙齿和软组织的三维表面形貌。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：采用微型的双目视觉结构，该结构包括一组成像单元和一组投影单元组成，以及外围照明系统，具体布置如下：成像单元由两个摄像头和镜头组成，特别的该镜头具有大景深，短焦距，大视野范围的特点，用于采集口腔内牙齿等组织的图像，并记录相关信息。投影单元由一组图案投影器组成，依次为投影灯，聚光透镜，图案掩模、投影镜头，用于投射设计的特定图案到待测物体表面。照明单元由若干白光/蓝光LED分布均匀组成，其功能用于同步相机采图频率，本专利技术还提供了一种三维成像系统，包括上述的数字口腔扫描仪，还包括控制电路和计算系统。控制电路包括相机的采集、LED灯的同步控制，投影模块的投影同步等；计算系统用以对成像单元采集到的两幅图像进行计算，获取三维形貌，并实时显示。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：采用了双目视觉和主动直接投射图案的方式，极大的简化了光路，减轻了重量，便于小型化；双目测量直接至于口腔内部，缩短了计算路径，精度更高；采用白光/蓝光LED。附图说明图1是本专利技术的整体示意图。图2是成像单元中的一组光路结构图。图3是投影单元中的一组光路结构图。图4是整体的成像区域示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。本专利技术采用主动双目视觉方法，将设定的投影图案投射到口腔内组织表面，再利用两个摄像头在不同位置采集部分重合图像，对两幅图像进行图像匹配，根据三角运算法则，测算出待测组织的位置信息，并逐帧进行拼接，最终形成整个牙体的三维形貌。其中白蓝光交替，即可获得较高的测量精度，也可以获得真实的口腔组织颜色、纹理等信息。如图1所示，本专利技术的数字口腔扫描仪包括三个部分，前端是深入口腔内的三维成像部分，中部是腔体，后端是外部引出数据线。具体为数字口腔扫描仪包括口内扫描头1，腔体2，腔体尾端3，以及计算系统4。其中口内扫描头1包含了成像单元11、投影单元12、照明单元13，固定这些器件单元；腔体2和口内扫描头1直接连接，里面包含控制电路，并包含控制电路和口内扫描头1中各器件单元的信号线、电源线等；腔体尾端3和腔体2相连，将腔体2中控制电路获得的图像信息通过信号线传输至计算系统4上，传输线可选一般的USB或者HDMI线等。其中一般的可将腔体2中的控制电路成为下位机，计算系统4成为下位机，计算系统一般为普通计算机或其它计算终端。口内扫描头1包含了成像单元11、投影单元12、照明单元13，这三个单元对称安装在同一电路板上，其中成像单元11包含两组成像光路对称布置，如图2所示，每一组由感光器件111，镜头座112和镜头113组成；投影单元12包含两组投影光路，如图3所示，每一组由照明LED121，匀光透镜122，掩模图案123，镜头座124、投影镜头125组成。成像单元两组成像光路的平面光心的连线和两组投影光路的平面光心的连线成垂直正交，呈十字形。照明单元13，分布在十字形的上下左右，共计4颗，其中两颗为蓝光LED，其它两颗为白光LED，对称布置。其中感光器件4摄像头可以是CCD传感器或者CMOS传感器。其中掩模图案123是根据双目视觉算法制定的特定图案，最终投射到待测物体表面，可以是黑白格图案、或者是条纹图案、或者是其它纹理图案。图4是成像单元11、投影单元12投射在组织表面的投影图，为了便于说明，这里组织表面采用正投影说明，在实际中，由于镜头有景深，实际组织也是曲面，可直接投射在上面。成像单元11左右两个光路系统的成像区域为1110，1112，重叠部分为1111，投影单元12上下两个光路系统的成像区域为1210，1212，重叠部分为1211，二者叠加后的公共区域为1000，此区域为有效的三维图像成像区域。此系统必须要求成像单元11、投影单元12有重叠区域。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术的较佳举例说明，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字口腔扫描仪及成像系统，采用双目成像原理，包括成像单元和投影单元，以及外围照明系统，投影单元投射设计的特定图案到待测口腔组织表面，成像单元采集口腔内牙齿等组织的图像，并记录相关信息；利用两个摄像头在不同位置采集部分重合图像，对两幅图像进行图像匹配，根据三角运算法则，测算出待测组织的位置信息，并逐帧进行拼接，最终形成整个牙体的三维形貌。/n

【技术特征摘要】
1.一种数字口腔扫描仪及成像系统，采用双目成像原理，包括成像单元和投影单元，以及外围照明系统，投影单元投射设计的特定图案到待测口腔组织表面，成像单元采集口腔内牙齿等组织的图像，并记录相关信息；利用两个摄像头在不同位置采集部分重合图像，对两幅图像进行图像匹配，根据三角运算法则，测算出待测组织的位置信息，并逐帧进行拼接，最终形成整个牙体的三维形貌。


2.根据权利要求1所述的一种数字口腔扫描仪及成像系统，其特征在于，成像单元由两组对称光路组成，每一组包含感光器件，镜头座和镜头。


3.根据权利要求1所述的一种数字口腔扫描仪及成像系统，其特征在于，投影单元包含两组投影光路，每一组包含照明LED，匀光透镜，掩模图案，镜头座、投影镜头。


4.根据权利要求1所述的一种数字口腔扫描仪及成像系统，其特征在于，成像单元两组成像光路的平面光心的连线和两组投影光路的平面光心的连线成垂直正交，呈十字形。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：布宁斌，刘尊旭，应江枫，肖程元，苏振东，
申请(专利权)人：博联众科武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42