用多个微型摄像头和微型图案投射器的口内3D扫描仪制造技术

用于口内扫描的装置包括具有探针的细长手持杆。一个或更多个光投射器和两个或更多个摄像头设置在探头内。每个光投射器具有使用衍射或折射来形成光图案的图案生成光学元件。每个摄像头可以被配置为聚焦在距离与摄像头传感器相距最远的透镜1mm到30mm之间处。还描述了其他应用。了其他应用。了其他应用。

【技术实现步骤摘要】
用多个微型摄像头和微型图案投射器的口内3D扫描仪
[0001]本申请是以下专利技术专利申请的分案申请：申请日为2019年06月24日，申请号为201910550559.4，专利技术名称为用多个微型摄像头和微型图案投射器的口内3D扫描仪。


[0002]本专利技术大体涉及三维成像，更具体地说，涉及使用结构光照射的口内三维成像。

技术介绍

[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]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。
[0006]本专利技术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，本专利技术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。
[0007]本专利技术的其他应用包括用于解码结构光图案的方法和系统。
[0008]本专利技术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。
[0009]例如，在本专利技术的一些特定应用中，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。
[0010]在一些应用中，激光二极管光源和衍射和/或折射图案生成光学元件可以提供某些优点。例如，激光二极管和衍射和/或折射图案生成光学元件的使用可以帮助维持能量有效的结构光投射器，以防止探头在使用期间升温。此外，这些部件可以通过不需要在探头内进行主动冷却来帮助降低成本。例如，现今的激光二极管可以使用小于0.6瓦特的功率，同时以高亮度连续发射(例如与现今的发光二极管(LED)相比)。当根据本专利技术的一些应用进行脉冲时，这些现今的激光二极管可能使用甚至更少的功率，例如，当以10％的占空比进行脉冲时，激光二极管可以使用小于0.06瓦特(但是对于一些应用，激光二极管可以使用至少0.2瓦特同时以高亮度连续发射，并且当进行脉冲时，可以使用甚至更少的功率，例如，当以10％的占空比进行脉冲时，激光二极管可以使用至少0.02瓦特)。此外，衍射和/或折射图案生成光学元件可以被配置为利用大部分(如果不是全部的话)发射光(例如与阻止一些光线达到对象的掩模相比)。
[0011]特别地，基于衍射和/或折射的图案生成光学元件通过光的衍射、折射或干涉或上述的任何组合生成图案，而不是通过透明或透射掩模进行的光调制。在一些应用中，这可能是有利的，因为光通量(throughput)效率(进入图案的光与落在图案生成器上的光的比例)接近100％(例如，至少80％，例如，至少90％)，而与“基于面积的占空比”模式无关。相反，透明掩模或透射掩模图案生成光学元件的光通量效率与“基于面积的占空比”直接相关。例如，对于所需的100:1的“基于面积的占空比”，基于掩模的图案生成器的通过效率将是1％，而基于衍射和/或折射的图案生成光学元件的效率保持接近100％。此外，由于激光器固有地具有较小的发射面积和发散角，导致每单位面积更亮的输出照射，所以激光器的光收集效率比具有相同总光输出的LED高至少10倍。激光器和衍射和/或折射图案生成器的高效率可以帮助实现热效率配置，其限制探头在使用期间显著升温，从而通过潜在地消除或限制探头内的主动冷却的需要来降低成本。虽然在一些应用中激光二极管和DOE可能是特别优选的，但它们单独或组合使用不是必要的。包括LED的其他光源和包括透明和透射掩模的图案生成元件可以在其他应用中使用。
[0012]在一些应用中，在不使用诸如用不透明粉末涂覆牙齿等对比度增强方式的情况下，为了改善结构光照射下的口内场景的图像捕获，专利技术人已经意识到离散的未连接的光点的分布(例如而不是线条)可以在提高图案对比度同时保持有用的信息量之间提供改进的平衡。在一些应用中，未连接的光点具有均匀(例如，不变)的图案。一般而言，更密集的结构光图案可以提供更多的表面采样，更高的分辨率，并且能够更好地拼接从多个图像帧获得的相应表面。然而，结构光图案太密集可能导致更复杂的对应问题，因为存在更多数量的光点要解决对应问题。另外，更密集的结构光图案可能由于系统中更多的光而具有较低的
图案对比度，这可能是由(a)杂散光和(b)渗透(percolation)的组合引起的，该杂散光从牙齿的有些光滑的表面反射出来并且可能被摄像头捕捉到，渗透即为一些光进入牙齿，在牙齿内沿多个路径反射，然后在许多不同的方向上离开牙齿。如下文进一步描述的，提供了方法和系统用于解决由离散的未连接的光点的分布所呈现的对应问题。在一些应用中，来自每个投射器的离散的未连接的光点可以是非编码的。
[0013]在一些应用中，每个摄像头的视场可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；一个或更多个光投射器，其中，每个光投射器被配置为投射光图案；两个或更多个摄像头，其中，所述两个或更多个摄像头中的每一个摄像头被配置为捕获描绘在口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像；以及一个或更多个处理器，被配置为：从所述两个或更多个摄像头接收描绘在所述口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像；确定所述光图案中的点与所述描绘在所述口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像中的点之间的对应关系；基于所述两个或更多个摄像头同意在光图案的三维位置处所述光图案中的点与所述多个图像中的点之间存在对应关系来识别投射的光图案的三维位置；以及使用识别的三维位置来生成口内表面的数字三维模型。2.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；一个或更多个光投射器，每个光投射器包括：至少一个光源，被配置为被激活时产生光；以及图案生成光学元件，其中，图案生成光学元件被配置为当光透过所述图案生成光学元件时生成光图案，所述光图案包括离散的未连接的点的分布；以及两个或更多个摄像头，所述两个或更多个摄像头中的每一个摄像头包括摄像头传感器和一个或更多个透镜，其中，所述两个或多个摄像头中的每一个被配置为捕获描绘在口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像。3.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；一个或更多个光投射器，设置在所述探头内，每个光投射器包括：光源，被配置为被激活时产生光；以及微透镜阵列，用于在光透过所述微透镜阵列时生成光图案；以及两个或更多个摄像头，设置在所述探头内，其中，所述两个或更多个摄像头中的每一个摄像头被配置为捕获描绘在口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像。4.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；一个或更多个光投射器，设置在所述探头内，每个光投射器包括：光源，被配置为被激活时产生光；以及图案生成光学元件，包括复合二维2D周期结构，以在光透过所述图案生成光学元件时生成光图案；以及两个或更多个摄像头，设置在所述探头内，其中，所述两个或更多个摄像头中的每一个摄像头被配置为捕获描绘在口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像。5.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；
一个或更多个光投射器，设置在所述探头内，每个光投射器包括：光源，被配置为被激活时产生光；以及光学元件，具有非球面的第一侧和与所述非球面的第一侧相对的平面的第二侧，所述光学元件在光透过所述光学元件时生成光图案；以及两个或更多个摄像头，设置在所述探头内，其中，所述两个或更多个摄像头中的每一个摄像头被配置为捕获描绘在口内表面上投射的光图案的至少一部分的多个图像。6.一种用于口内扫描的装置，所述装置包括：细长棒，包括位于细长棒的远端的探头；一个或更多个光投射器，设置在所述探头内，每个光投射器包括：光源，被配置为被激活时产生光；图案生成光学元件，用于在光透过所述图案生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥弗，
申请(专利权)人：阿莱恩技术有限公司，
类型：发明
国别省市：