專利名稱：基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀及形貌重建系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀及形貌重建系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在臨床口腔診療和修復(fù)過(guò)程中，口腔印模是一種重要的信息存儲(chǔ)源，幾乎每個(gè)患者都需要印取一副甚至多副印模。醫(yī)生通過(guò)治療前、中、后等多副模型的對(duì)比，即可了解治療的效果，提高檢查、診斷和治療的準(zhǔn)確性，而口腔技師也需要根據(jù)印模來(lái)確定義齒修復(fù)體的形態(tài)。目前，易操作、高精度、存儲(chǔ)方便的數(shù)字印模技術(shù)越來(lái)越受到口腔醫(yī)學(xué)界的重視，越來(lái)越多的學(xué)者和公司投入了大量的精力和財(cái)力對(duì)此進(jìn)行研究。數(shù)字印模獲取的方式根據(jù)掃描的位置分為兩大類，即口外掃描和口內(nèi)掃描，其中口內(nèi)掃描是近兩年國(guó)外出現(xiàn)的一種新的掃描方式?？趦?nèi)掃描將探測(cè)器伸入病人的口內(nèi)直接對(duì)牙體進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)獲取數(shù)字印模。與口外掃描相比，它有著更多的優(yōu)越性。首先，提高了病人的滿意度。其次，對(duì)醫(yī)生來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步改進(jìn)了印模的品質(zhì)，減少了椅邊操作的步驟，節(jié)約了寶貴的時(shí)間，大大降低了材料和人工的消耗，并為醫(yī)生的操作提供了有效的導(dǎo)引。最后也是最為重要的，它還為病人和醫(yī)生之間建立起一個(gè)交流的平臺(tái)，醫(yī)生和病人可以根據(jù)獲取的數(shù)字印模進(jìn)行討論，既可以使病人了解到自己的病情和醫(yī)生的修復(fù)意圖，也可以讓醫(yī)生更好的根據(jù)病人的需求來(lái)制定或者修正治療方案，使醫(yī)患關(guān)系更加融洽。由于口內(nèi)實(shí)時(shí)掃描的特殊性，除了要求探測(cè)器小巧(可以伸入口腔內(nèi)部)之外，還要求掃描盡可能的快速。因此現(xiàn)在需要一種可直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描并實(shí)時(shí)獲取掃描結(jié)果的口內(nèi)掃描技術(shù)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀，旨在實(shí)現(xiàn)可直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織等口腔內(nèi)表面的三維形貌數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀沿光路方向依次包括LED光源模組；起偏用的偏振片；反O光透e光或反e光透o光的偏振膜；產(chǎn)生投影所需的編碼光柵圖像的光柵面板；將經(jīng)過(guò)所述光柵面板產(chǎn)生的編碼光柵圖像投影至口腔內(nèi)表面的投影透鏡組；改變所述投影透鏡組的投影光路、使包含編碼光柵圖像信息的投影光線射出至口腔內(nèi)表面的第一平面反射鏡；保證成像光線能夠在一個(gè)受限的空間內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳遞的平行放置且反射面相對(duì)的第二平面反射鏡和第三平面反射鏡；將投影在口腔內(nèi)表面的編碼光柵圖像進(jìn)行采集的攝像頭。 進(jìn)一步地，在所述LED光源模組和所述偏振片之間，還包括一將所述LED光源模組產(chǎn)生的光束分布變均勻的菲涅爾透鏡。進(jìn)一步地，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀具有一限制采集范圍大小的窗口，所述第一平面反射鏡反射的投影光線通過(guò)所述窗口射出至口腔內(nèi)表面。進(jìn)一步地，所述第二平面反射鏡和第三平面反射鏡之間的間隔小于16毫米。進(jìn)一步地，在所述攝像頭之前，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀還包括改變經(jīng)過(guò)所述第二平面反射鏡和第三平面反射鏡反射的光的光路、使光線能夠進(jìn)入攝像頭的第四平面反射鏡和/或第五平面反射鏡。進(jìn)一步地，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀還包括與所述LED光源模組連接的LED光源模組驅(qū)動(dòng)單元；與所述光柵面板連接的光柵面板驅(qū)動(dòng)單元。進(jìn)一步地，所述光柵面板為硅基液晶技術(shù)面板、液晶顯示器面板或數(shù)字光處理面板。本實(shí)用新型還提供了一種基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)形貌重建系統(tǒng)，包括如上所述的基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀；還包括根據(jù)所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀采集到的條紋圖像進(jìn)行口腔內(nèi)表面形貌的實(shí)時(shí)重建的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；控制所述LED光源模組的頻閃頻率、所述光柵面板的刷新頻率和所述攝像頭的采集頻率冋步的冋步控制電路系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織三維形貌的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師對(duì)快速，準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求，該技術(shù)利用了光柵面板產(chǎn)生相移精確的正弦條紋和編碼條紋；使用兩個(gè)平行的平面反射鏡，延長(zhǎng)了成像光路，使窗口外的圖像可以在一個(gè)狹窄的空間內(nèi)傳播，有利于基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀整體的小型化；同時(shí)利用同步電路將LED光源頻閃頻率、光柵刷新頻率和攝像頭的快門(mén)頻率同步起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)的架構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例中，根據(jù)口內(nèi)實(shí)時(shí)掃描的速度與精度需要以及口腔內(nèi)表面形狀復(fù)雜、高矮參差不齊的特點(diǎn)，采用主動(dòng)投影結(jié)構(gòu)光場(chǎng)到牙體表面形成編碼光柵圖像，并用成像設(shè)備從與投影光路成一角度的位置記錄下帶有編碼條紋圖像的牙體形貌圖像。然后通過(guò)編碼信息提取出物體表面的位置和高度信息，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)牙體和周?chē)浗M織三維形貌的實(shí)
時(shí)重建。圖I示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)形貌重建系統(tǒng)的架構(gòu)原理，為了便于描述，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。參照?qǐng)D1，口腔內(nèi)表面形貌圖像實(shí)時(shí)重建系統(tǒng)包括基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩部分，其中基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀沿光路方向至少需包括LED光源模組I、起偏用的偏振片(圖中未不出)、反O光透e光或反e光透o光的偏振膜2、光柵面板3、攝像頭5、驅(qū)動(dòng)電路6，如偏振片起偏后的光是O光，則偏振模2需反O光透e光,而如果偏振片起偏后的光是e光,則偏振模2需反e光透o光,驅(qū)動(dòng)電路6包括與LED光源模組I連接的LED光源模組驅(qū)動(dòng)單元和與光柵面板3連接的光柵面板驅(qū)動(dòng)單元。而LED光源模組I用于產(chǎn)生投影光線，例如可以采用紅、綠、藍(lán)或者白光LED光源實(shí)現(xiàn)，攝像頭5可米用(XD攝像頭實(shí)現(xiàn)。為使投影光線分布更為均勻，可在LED光源模組I和偏振片之間，設(shè)置一可使光束分布變均勻的菲涅爾透鏡7。經(jīng)過(guò)菲涅爾透鏡7均勻化后的投影光線，再通過(guò)偏振片和偏振膜2起偏和反射后照射到光柵面板3上，經(jīng)過(guò)光柵面板3反射后的光線攜帶有編碼條紋信息，該光線再次通過(guò)偏振膜2后僅透過(guò)e光，然后由投影透鏡組4將經(jīng)過(guò)所述光柵面板4產(chǎn)生的編碼光柵圖像投影至口腔內(nèi)表面T，最終由攝像頭5采集投影在口腔內(nèi)表面T的編碼光柵圖像。采集完成以后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10首先對(duì)相移條紋圖像進(jìn)行處理提取其相位信息。其方案如下首先對(duì)記錄下來(lái)的條紋圖像按照相移測(cè)量輪廓術(shù)的公式計(jì)算其截?cái)嘞辔环植?；然后再根?jù)編碼信息確定該條紋的級(jí)次，對(duì)截?cái)嘞辔贿M(jìn)行展開(kāi)；最后根據(jù)得到的展開(kāi)相位圖像進(jìn)行重建得到其三維形貌數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型實(shí)施例中，具體又通過(guò)第一平面反射鏡81將圖像投影在口腔內(nèi)表面T，為限制攝像頭5的采集范圍大小，數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀還具有一窗口 9，第一平面反射鏡81反射的投影光線通過(guò)窗口 9投影至口腔內(nèi)表面T，形成了三維測(cè)量所需要的編碼條紋圖像。出于對(duì)數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀小型化的要求，同時(shí)又不縮短光路，具體可以在第一平面反射鏡81和攝像頭5之間設(shè)置第二平面反射鏡82和第三平面反射鏡83，第二平面反射鏡82和第三平面反射鏡83平行放置且反射面相對(duì)，保證成像光線能夠在一個(gè)受限的空間內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳遞，進(jìn)一步地，本實(shí)施例中第二平面反射鏡82和第三平面反射鏡83之間的間隔小于16毫米，通過(guò)多次反射延長(zhǎng)光路，確保在伸入口腔內(nèi)部的探測(cè)器前端部分的外觀尺寸小于20x20毫米，可做成一探測(cè)頭的形狀，與其它技術(shù)方案相比，本實(shí)用新型在保證投影和采集圖像高分辨率的情況下將數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀(探測(cè)頭)做得更加小巧，從而適合實(shí)現(xiàn)口內(nèi)操作。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，當(dāng)?shù)诙矫娣瓷溏R82和第三平面反射鏡83反射的光不能直接被攝像頭5采集時(shí)，具體還可以多設(shè)置一個(gè)或多個(gè)反射鏡調(diào)整光路。如圖I所示，本實(shí)用新型采用攝像頭5和第二平面反射鏡82、第三平面反射鏡83、第四平面反射鏡84、第五平面反射鏡85對(duì)口腔內(nèi)表面的參考平面或者是被測(cè)物體表面的條紋分布進(jìn)行成像和記錄。其中由于第二平面反射鏡82與第三平面反射鏡83這兩個(gè)平面反射鏡的反射表面相對(duì)平行放置，通過(guò)多次反射確保在一個(gè)較小的空間內(nèi)能夠?qū)⒋翱?9外的被測(cè)物體的像進(jìn)行傳輸，然后再通過(guò)另外兩個(gè)平面反射鏡將圖像傳送到攝像頭5。攝像頭8記錄得到的條紋圖像傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10還通過(guò)一同步電路控制系統(tǒng)(圖中未示出)控制LED光源模組I的頻閃頻率、光柵面板3的刷新頻率和攝像頭5的采集頻率，保證三者同步進(jìn)行。上述光柵面板3可采用LCOS (Liquid Crystal on Silicon,娃基液晶技術(shù))面板、LCD (Liquid Crystal Display,液晶顯不器)面板或DLP (Digital Light Procession,數(shù)字光處理)面板 實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，圖I中的第一平面反射鏡81、第二平面反射鏡82、第三平面反射鏡83、第四平面反射鏡84和第五平面反射鏡85可根據(jù)實(shí)際情況選用，只要保證經(jīng)過(guò)第四平面反射鏡84和/或第五平面反射鏡85改變光路后，帶有條紋調(diào)制信息的被測(cè)物體的像能夠最終被攝像頭5捕獲即可，具體可只選用其中的一個(gè)或多個(gè)。當(dāng)然，若攝像頭5相對(duì)于窗口 9的位置合適，也可省略部分平面反射鏡甚至不需要使用平面反射鏡。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織三維形貌的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師快速、準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀沿光路方向依次包括 LED光源模組； 起偏用的偏振片； 反O光透e光或反e光透O光的偏振膜； 產(chǎn)生投影所需的編碼條紋圖像的光柵面板； 將經(jīng)過(guò)所述光柵面板產(chǎn)生的編碼光柵圖像投影至口腔內(nèi)表面的投影透鏡組； 改變所述投影透鏡組的投影光路、使包含編碼光柵圖像信息的投影光線射出至口腔內(nèi)表面的第一平面反射鏡； 保證成像光線能夠在一個(gè)受限的空間內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳遞的平行放置且反射面相對(duì)的第二平面反射鏡和第三平面反射鏡； 將投影在口腔內(nèi)表面的編碼光柵圖像進(jìn)行采集的攝像頭。
2.如權(quán)利要求I所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，在所述LED光源模組和所述偏振片之間，還包括一將所述LED光源模組產(chǎn)生的光束分布變均勻的菲涅爾透鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀具有一限制采集范圍大小的窗口，所述第一平面反射鏡反射的投影光線通過(guò)所述窗口射出至口腔內(nèi)表面。
4.如權(quán)利要求I所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述第二平面反射鏡和第三平面反射鏡之間的間隔小于16毫米。
5.如權(quán)利要求4所述的基于光柵投影的數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀，其特征在于，在所述攝像頭之前，所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀還包括 改變經(jīng)過(guò)所述第二平面反射鏡和第三平面反射鏡反射的光的光路、使光線能夠進(jìn)入攝像頭的第四平面反射鏡和/或第五平面反射鏡。
6.如權(quán)利要求I所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀還包括 與所述LED光源模組連接的LED光源模組驅(qū)動(dòng)單元； 與所述光柵面板連接的光柵面板驅(qū)動(dòng)單元。
7.如權(quán)利要求I所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，其特征在于，所述光柵面板為硅基液晶技術(shù)面板、液晶顯示器面板或數(shù)字光處理面板。
8.一種基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)形貌重建系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至7任一項(xiàng)所述的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀；還包括 根據(jù)所述數(shù)字印模口內(nèi)掃描儀采集到的條紋圖像進(jìn)行口腔內(nèi)表面形貌的實(shí)時(shí)重建的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 控制所述LED光源模組的頻閃頻率、所述光柵面板的刷新頻率和所述攝像頭的采集頻率同步的同步控制電路系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型適用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，提供了一種基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀，沿光路方向依次包括LED光源模組、偏振片、偏振膜、光柵面板、投影透鏡組、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、第三平面反射鏡、攝像頭。本實(shí)用新型提供的基于光柵投影的數(shù)字印?？趦?nèi)掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)直接在人體口腔內(nèi)部進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取牙體和軟組織三維形貌的新型數(shù)字印模，可以滿足口腔科醫(yī)生和口腔技師快速、準(zhǔn)確獲取口腔印模的要求。
文檔編號(hào)A61B1/04GK202355396SQ201120434990
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者吳慶陽(yáng), 曾祥軍, 霍金城 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)