[發(fā)明專利]一種手持式口腔三維掃描裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610252136.0
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN107303204B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 孫玉春;崔海華;王勇;戴寧;原福松;張馨月
• 申請（專利權）人: 北京大學口腔醫(yī)學院;南京智周信息科技有限公司
• 主分類號: A61C19/04
• 分類號: A61C19/04
• 代理公司: 11358 北京神州華茂知識產(chǎn)權有限公司
• 代理人: 吳照幸

1.一種手持式口腔三維掃描裝置，其特征在于包括：

特征圖案投射器，用于向被測對象表面投射特征圖案；

兩套不同焦深的相機鏡頭，分別與特征圖案投射器投射方向呈不同的夾角，用于接收從不同深徑比被掃描口腔對象表面漫反射出來的條紋圖案，能通過電子切換，完成同一被掃描對象不同深度區(qū)域的反射光拾??；

計算機，通過軟件實現(xiàn)空間坐標解算與多視場掃描數(shù)據(jù)拼接；

所述計算機分別與特征圖案投射器、相機鏡頭電連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種手持式口腔三維掃描裝置，其特征在于：所述相機鏡頭包括主相機鏡頭、輔相機鏡頭，所述主相機鏡頭掃描面積大于輔相機鏡頭，但主相機鏡頭焦深小于輔相機鏡頭，主相機鏡頭適合于掃描口腔內(nèi)部、模型印模的大部分區(qū)域；輔相機鏡頭適于掃描深徑比較大的口腔內(nèi)部，模型上的樁核預備體、種植區(qū)域以及口腔印模的前牙區(qū)或倒凹較大的區(qū)域。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種手持式口腔三維掃描裝置，其特征在于：所述特征圖案投射器包括控制系統(tǒng)、鏡頭驅動系統(tǒng)和投射鏡頭，所述控制系統(tǒng)與鏡頭驅動系統(tǒng)連接，鏡頭驅動系統(tǒng)與投射鏡頭連接，將所述特征圖案投射器與計算機相連，對特征圖案投射器進行控制，將計算機內(nèi)預設的結構光圖案投射出來，通過計算機能控制投射過程中的圖案的形狀、頻率、速度的參數(shù)，投射出的圖案進行結構光編碼用于三維測量。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種手持式口腔三維掃描裝置，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包括可編程控制器、SD卡、JTAG接口、FLASH和同步動態(tài)隨機存儲器，所述可編程控制器分別與SD卡、JTAG接口、FLASH和同步動態(tài)隨機存儲器連接；所述鏡頭驅動系統(tǒng)包括DLPC300數(shù)字控制器、MDDR內(nèi)存、Trigger觸發(fā)器、FLASH、LED裝置，所述DLPC300數(shù)字控制器分別與MDDR內(nèi)存、Trigger觸發(fā)器、FLASH、LED裝置連接。

5.一種手持式口腔三維掃描裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

1)計算機控制特征圖案投射器向被測對象表面投射特征圖案；

所述相機鏡頭包括主相機鏡頭、輔相機鏡頭，所述主相機鏡頭掃描面積大于輔相機鏡頭，但主相機鏡頭焦深小于輔相機鏡頭，主相機鏡頭適合于掃描口腔內(nèi)部、模型印模的大部分區(qū)域；輔相機鏡頭適于掃描深徑比較大的口腔內(nèi)部，模型上的樁核預備體、種植區(qū)域以及口腔印模的前牙區(qū)或倒凹較大的區(qū)域；

2)先用主相機鏡頭掃描被掃描對象的絕大部分區(qū)域；

3)將當前工作相機鏡頭切換到輔相機鏡頭，根據(jù)計算機屏幕上顯示的樁核預備體、種植區(qū)域以及口腔印模的前牙區(qū)或倒凹較大的盲區(qū)進行補充掃描；

兩套不同焦深的相機鏡頭，分別與特征圖案投射器投射方向呈不同的夾角，用于接收從不同深徑比被掃描口腔對象表面漫反射出來的條紋圖案，能通過電子切換，完成同一被掃描對象不同深度區(qū)域的反射光拾??；

4)掃描后所述計算機的軟件自動將分次掃描數(shù)據(jù)進行自動配準、拼接和融合。

6.按照權利要求5所述的一種手持式口腔三維掃描裝置的控制方法，其特征在于所述特征圖案投射器工作步驟包括：先將視覺測量需要投射的圖案圖片通過計算機按照規(guī)定的格式存到SD卡中，在系統(tǒng)上電初始化后，可編程控制器首先去讀取SD卡中存放的圖像數(shù)據(jù)，并將其緩存到同步動態(tài)隨機存儲器中，然后通過I2C接口向DLPC300數(shù)字控制器發(fā)送圖像需要投放的方式和格式的命令，DLPC300數(shù)字控制器根據(jù)可編程控制器的控制命令開始控制DLP3000數(shù)字控制器和投射鏡頭中三色光源進行圖像數(shù)據(jù)的投放，并在投放圖像的同時輸出一個電平觸發(fā)信號用來同步相機鏡頭的采集觸發(fā)。

7.按照權利要求6所述的一種手持式口腔三維掃描裝置的控制方法，其特征在于所述軟件包括軟件算法的方法步驟：由主相機鏡頭(C1)、輔相機鏡頭(C2)和特征圖案投射器(P)組成了一個手持式口腔三維掃描系統(tǒng)，其中，由主相機鏡頭(C1)和特征圖案投射器(P)組成的一個焦深單目測量系統(tǒng)(S1)，由輔相機鏡頭(C2)和特征圖案投射器(P)組成的另外一個焦深單目測量系統(tǒng)(S2)；系統(tǒng)掃描前首先對每個單目測量系統(tǒng)進行標定，求解出兩個單目測量系統(tǒng)的旋轉矩陣(R)和平移向量(T)，當進行測量的時候，兩個單目測量系統(tǒng)分別對測量對象的同一位置的不同焦深區(qū)域掃描，根據(jù)標定好的旋轉矩陣和平移向量(RT)就可以將每個單目測量系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進行坐標轉換，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)轉入全局坐標系下；

每個單目測量系統(tǒng)基本原理是三角法測量原理，一個面特征圖案投射器和一個相機鏡頭，圖案是根據(jù)一定的編碼方法繪制的圖案，投影圖案到物體表面，受到物體表面高度的調(diào)制，投影圖案會發(fā)生變形，三維掃描測量的目的是根據(jù)三角法實現(xiàn)投影像面像素與相機像素的對應，設采集的編碼結構光作為測量系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，三維測量重建的點云數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，在輸入和輸出之間存在一個整體映射函數(shù)如式所示：

該函數(shù)表示三維測量輸入和輸出之間一種映射模型，其中，(x_w,y_w,z_w)是需要重建的三維數(shù)據(jù)，(U_i,V_i,φ_i)是圖像坐標及編碼，(S_abc,Q_abc,R_abc)是輸入輸出數(shù)據(jù)的映射函數(shù)，n是映射階數(shù)。