[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于牙頜模型三維測(cè)量的定位系統(tǒng)及其標(biāo)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510441102.1
• 申請(qǐng)日: 2015-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105004283A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦國(guó)斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東莞市叁的打印技術(shù)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/25
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于牙頜模型三維測(cè)量的定位系統(tǒng)及其標(biāo)定方法，尤其涉及一種掃描傳感器相對(duì)于被測(cè)量牙頜模型俯仰運(yùn)動(dòng)的定位系統(tǒng)以及用相機(jī)標(biāo)定板進(jìn)行轉(zhuǎn)軸標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)口腔數(shù)字化發(fā)展迅速，各種涉及固定義齒修復(fù)、正畸方案制定的新型業(yè)務(wù)模式不斷出現(xiàn)。三維測(cè)量與數(shù)字幾何處理是支撐上述業(yè)務(wù)模式的兩大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。其中，三維測(cè)量通常采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)，能夠一次性獲取高密度曲面采樣數(shù)據(jù)。針對(duì)牙科應(yīng)用的三維掃描系統(tǒng)，技術(shù)上，具體可以稱(chēng)為光柵投影系統(tǒng)。相對(duì)于其結(jié)構(gòu)光技術(shù)例如散斑重建具有精度高的優(yōu)勢(shì)，因而更加適合在牙科領(lǐng)域應(yīng)用。光柵投影系統(tǒng)通常可以配合單個(gè)或者多個(gè)黑白相機(jī)進(jìn)行三維重建。

上述技術(shù)能夠以較低的成本獲取高質(zhì)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然而由于遮擋的原因，單次測(cè)量無(wú)法得到牙頜模型的整體數(shù)據(jù)。對(duì)于這一問(wèn)題，2014年的專(zhuān)利申請(qǐng)”基于兩周旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的三維數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)及獲取方法”公開(kāi)了基于兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)的三維掃描系統(tǒng)；該專(zhuān)利與2009年的期刊文獻(xiàn)“Automatic?scanning?of?dental?impressions”具有相同的技術(shù)思路。由于掃描傳感器在全局坐標(biāo)系統(tǒng)中的方位固定不變，因而視域范圍的大小固定不變，使得比較容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題，需要通過(guò)手動(dòng)補(bǔ)掃的方式填充數(shù)據(jù)。本發(fā)明針對(duì)這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)了掃描傳感器相對(duì)于被掃描牙頜模型俯仰運(yùn)動(dòng)的定位系統(tǒng)技術(shù)方案，擴(kuò)大了掃描傳感器在多次測(cè)量中的整體視域范圍，使得獲取整體三維數(shù)據(jù)的過(guò)程更穩(wěn)定。此外本發(fā)明提供了該定位系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)穩(wěn)定獲取牙頜模型完整三維數(shù)據(jù)這一問(wèn)題，提出了技術(shù)方案如下：

一種掃描傳感器相對(duì)于被測(cè)量牙頜模型俯仰運(yùn)動(dòng)的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括掃描傳感器定位擺臂、載物自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、標(biāo)定方法；

進(jìn)一步地，掃描傳感器定位擺臂末端連接投影光機(jī)與黑白相機(jī)，共同繞擺動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，擴(kuò)大了掃描傳感器的視域范圍；

進(jìn)一步地，載物自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)搭載牙頜模型或者相機(jī)標(biāo)定板繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在掃描傳感器固定姿態(tài)的情況下，調(diào)整牙頜模型或者相機(jī)標(biāo)定板相對(duì)于掃描傳感器的可見(jiàn)區(qū)域；

進(jìn)一步地，利用本發(fā)明所提供的標(biāo)定方法計(jì)算得掃描傳感器定位擺臂擺動(dòng)軸、自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的標(biāo)定信息，根據(jù)該標(biāo)定信息實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量的單片三維數(shù)據(jù)在全局坐標(biāo)系中進(jìn)行拼合；

本發(fā)明還包括對(duì)上述定位系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其包括步驟如下：

將帶有標(biāo)志點(diǎn)的相機(jī)標(biāo)定板固定在自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上，固定自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸，繞掃描傳感器擺臂擺動(dòng)軸間歇性旋轉(zhuǎn)8次，同時(shí)拍攝8副相機(jī)標(biāo)定板圖像；

進(jìn)一步地，接著固定掃描傳感器擺臂擺動(dòng)軸，繞自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸間歇性旋轉(zhuǎn)5次，同時(shí)拍攝5副標(biāo)定板圖像；

進(jìn)一步地，利用前8副圖像擬合掃描傳感器擺臂擺動(dòng)軸，利用后5副圖像擬合自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸。

進(jìn)一步地，求出掃描傳感器擺臂擺動(dòng)軸、自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸到全局坐標(biāo)系的剛體變換矩陣。

進(jìn)一步地，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)牙頜模型進(jìn)行多角度測(cè)量，利用上一步中的缸體變換矩陣獲得，單片數(shù)據(jù)在全局坐標(biāo)系中的朝向。

進(jìn)一步地，利用迭代最近點(diǎn)算法對(duì)多片三維數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接優(yōu)化，調(diào)整上述單片數(shù)據(jù)的朝向。

進(jìn)一步地，以掃描傳感器擺臂擺動(dòng)軸、自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸在全局坐標(biāo)系中的矢量表示作為參數(shù)，優(yōu)化該參數(shù)，使得利用定位系統(tǒng)獲得的單片數(shù)據(jù)朝向盡可能接近迭代最近點(diǎn)優(yōu)化獲得的單片數(shù)據(jù)朝向。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明提供的三維測(cè)量定向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

1—三維掃描傳感器???2—定位擺臂???3—自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)

4—計(jì)算機(jī)系統(tǒng)???101—投影光機(jī)???102—黑白相機(jī)。

具體實(shí)施方式

???以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中提及的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明，以進(jìn)一步闡釋其目的與優(yōu)點(diǎn)：

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種掃描傳感器相對(duì)于被測(cè)量牙頜模型俯仰運(yùn)動(dòng)的定位系統(tǒng)，包括三維掃描傳感器1、定位擺臂2、自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)3以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4。其中三維掃描傳感器1由投影光機(jī)101、黑白相機(jī)102組成，通過(guò)投影光機(jī)101向被掃描牙頜投射結(jié)果圖案，并由黑白相機(jī)102獲取上述圖案，計(jì)算被測(cè)量牙頜的三維數(shù)據(jù)。在牙頜的掃描過(guò)程中，定位擺臂2帶動(dòng)三維掃描傳感器1擺動(dòng)，切換掃描視域范圍；自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)3帶動(dòng)牙頜模型轉(zhuǎn)動(dòng)，切換牙頜模型相對(duì)于固定姿態(tài)的三維掃描傳感器1的可見(jiàn)區(qū)域。通過(guò)定位擺臂與自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)共12種的姿態(tài)組合，完成整體牙頜數(shù)據(jù)的測(cè)量。