一種頭狀物的3d測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，該裝置包括一用于承載被測物的載物床一可樞軸旋轉(zhuǎn)的掃描成像機構(gòu)、一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架，掃描成像機構(gòu)包括一L形掃描臂和一固定于L形掃描臂上的成像掃描頭，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動掃描成像機構(gòu)的L形掃描臂圍繞被測物旋轉(zhuǎn)，從而帶動成像掃描頭旋轉(zhuǎn)并連續(xù)捕獲被測物的成像數(shù)據(jù)，當(dāng)掃描臂完成旋轉(zhuǎn)后，就可以得出被測物的三維數(shù)據(jù)。本實用新型的頭狀物的3D測量裝置，通過一環(huán)狀掃描機構(gòu)實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的一次性掃描完成，且無需后續(xù)的數(shù)據(jù)融合。
【專利說明】一種頭狀物的3D測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及物體外形的測量領(lǐng)域，具體而言涉及一種頭狀物的3D測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在臨床醫(yī)學(xué)上，有多種情況下需要病患的頭部的三維（也稱3D)數(shù)據(jù)信息。例如， 當(dāng)需要對頭部進行手術(shù)，如頭蓋骨的修復(fù)，使用人造頭蓋骨治療時，醫(yī)生需要病人的頭部進 行三維測量和建模，以確定治療方案和需要的器官形狀。再如對嬰幼兒的頭部畸形進行測 量和畸形矯形時，需要嬰幼兒的頭部三維數(shù)據(jù)。還有在一些特定應(yīng)用環(huán)境下，例如動物臨床 研究中，需要觀察動物的頭部大小和形狀變化，這時也需要動物頭部的三維信息。
[0003] 現(xiàn)有的三維測量設(shè)備主要包括以下幾類：三坐標(biāo)測量系統(tǒng)、固定式激光掃描系統(tǒng)、 機械臂抄數(shù)機和手持式掃描儀。這些設(shè)備都可以實現(xiàn)對頭部的三維測量，但都有很大局限。 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和固定式激光掃描系統(tǒng)精度高，而且功能強大，但需要特定的安裝環(huán)境，操 作復(fù)雜，價格昂貴，不適于醫(yī)學(xué)應(yīng)用。機械臂的抄數(shù)機靈活機動，但用于頭部測量，速度慢， 操作繁雜。手持式掃描儀相對而言比其他設(shè)備都更適于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，可以手持掃描頭，對頭部 進行掃描，獲得三維數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)通常是多組（片）組成的，需要人工操作軟件進行數(shù) 據(jù)配備，才能形成完整的3D數(shù)據(jù)，所以同樣存在效率和使用復(fù)雜的問題。
[0004] 為了解決嬰幼兒的三維測量問題，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了一種專門的嬰 幼兒頭部掃描儀（StarScanner)，用以實現(xiàn)對嬰幼兒頭部的快速三維掃描。該系統(tǒng)的核心由 兩個激光掃描頭，一個運動系統(tǒng)，和一個床體組成。兩個掃描頭為激光線掃描，分別位于床 體的兩邊，運動機構(gòu)位于床體的下面，可以帶動兩個掃描頭水平移動。使用時，小孩的頭部 床上，頭部位于兩個掃描頭的中間。掃描時，運動機構(gòu)帶動掃描頭移動，兩個激光掃描頭可 以分別獲得頭部兩側(cè)的三維數(shù)據(jù)。因為兩個掃描頭的位置是確定的，在計算機系統(tǒng)中將兩 組數(shù)據(jù)融合，就可以獲得頭部的三維數(shù)據(jù)。然而，這種裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，必需兩個掃描頭，不 便于小孩的放置，并且，通過兩個激光掃描頭分別掃描頭部兩側(cè)的三維數(shù)據(jù)，再進行融合的 過程，是一個非常復(fù)雜的圖像處理過程，涉及繁瑣的建模、融合等圖像處理。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型目的在于提供一種頭狀物的3D測量裝置，通過一環(huán)狀掃描機構(gòu)實現(xiàn) 三維數(shù)據(jù)的一次性掃描完成，且無需后續(xù)的數(shù)據(jù)融合。
[0006] 本實用新型的上述目的通過獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選 或有利的方式發(fā)展獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0007] 為達成上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種頭狀物的3D測量裝置，該裝置包括一用于承載被測物的載物床、一可樞軸旋 轉(zhuǎn)的掃描成像機構(gòu)、一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架用于支撐旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其 中：
[0009] 所述載物床包括一床底部、一用于承載被測物身體的身體床板、一位于身體床板 下方并支撐身體床板的床板支撐件及固定于床底部并用于支撐床板支撐件的多個床體支 撐件，所述床板支撐件上安裝有床板滑動導(dǎo)軌，所述身體床板在床板滑動導(dǎo)軌內(nèi)的多個位 置滑動，所述身體床板上靠近掃描成像機構(gòu)的一端連接有一透明的頭部墊板；
[0010] 所述掃描成像機構(gòu)包括一 L形掃描臂和一固定于L形掃描臂上的成像掃描頭，成 像掃描頭由一線發(fā)光器和相機間隔地安裝組成，所述線發(fā)光器的發(fā)射端與相機的鏡頭均朝 向所述頭部墊板，所述線發(fā)光器的光束方向與所述相機的中心線均向所述間隔的中間傾斜 以形成二角關(guān)系；
[0011] 所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置以及一旋轉(zhuǎn)輸出機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)輸出機構(gòu)連接所 述L形掃描臂以驅(qū)動該L形掃描臂圍繞被測物旋轉(zhuǎn)，從而帶動所述成像掃描頭圍繞所述被 測物旋轉(zhuǎn)。
[0012] 進一步的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架的底部安裝于所述載物床的一端。
[0013] 進一步的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括一驅(qū)動馬達，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置還設(shè)置 有一可被位置編碼器讀取的位置反饋標(biāo)識。
[0014] 進一步的實施例中，所述身體床板的移動位置至少有兩個位置：一個為裝卸位，即 被測物出入時的位置；以及一個測量位，即被測物的待測部位進入旋轉(zhuǎn)測量區(qū)域的位置。
[0015] 進一步的實施例中，所述身體床板的透明頭部墊板采用不影響掃描成像工作的材 料和結(jié)構(gòu)。
[0016] 進一步的實施例中，所述身體床板上還固定有一床面移動把手和與之配合鎖緊的 鎖緊機構(gòu)。
[0017] 進一步的實施例中，所述相機以有線通信鏈路或無線通信鏈路中的一種傳輸其所 捕獲的被測物成像數(shù)據(jù)。
[0018] 進一步的實施例中，所述成像掃描頭在一個確定的旋轉(zhuǎn)位置獲得被測物待測部位 的一個斷面或局部面的3D數(shù)據(jù)。
[0019] 進一步的實施例中，該頭狀物的3D測量裝置還包括一防護罩，該防護罩固定在所 述載物床上，所述掃描成像機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在該防護罩內(nèi)旋轉(zhuǎn)，防護罩面向掃描成像的部 分為透明內(nèi)環(huán)面。
[0020] 由以上本實用新型的技術(shù)方案可知，本實用新型所提出的頭狀物的3D測量裝置， 與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：
[0021] 1)通過環(huán)狀掃描機構(gòu)實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的一次性掃描完成，且無需后續(xù)的數(shù)據(jù)融合；
[0022] 2)測量時無需接觸物體表面，對物體無創(chuàng)，使用安全；
[0023] 3)設(shè)備自動化運行，操作簡單，且對環(huán)境無特殊要求，具有更好的臨床適用性；
[0024] 4)對床的兩側(cè)沒有結(jié)構(gòu)上的約束，使床體簡單、易用且具有較高的測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型一實施方式頭狀物的3D測量裝置的主視圖。
[0026] 圖2為圖1實施例頭狀物的3D測量裝置的俯視圖。
[0027] 圖3a、3b為圖1實施例中成像掃描頭的位置關(guān)系示意圖。
[0028] 圖4所示為圖1實施例中相機視角的位置示意圖。
[0029] 圖5所示為本實用新型另一實施方式頭狀物的3D測量裝置的主視圖。
[0030] 圖6為圖5實施例中頭狀物的3D測量裝置的俯視圖。

【具體實施方式】
[0031] 為了更了解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0032] 如圖1和圖2所示，根據(jù)本實用新型的較優(yōu)實施例，一種頭狀物的3D測量裝置包 括一用于承載被測物的載物床1、一可樞軸旋轉(zhuǎn)的掃描成像機構(gòu)2、一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3以及一旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)支架4,旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架4用于支撐旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3。
[0033] 參考圖1和圖2,載物床1包括一床底部11、一用于承載被測物身體的身體床板 12、一位于身體床板12下方并支撐身體床板的床板支撐件13及多個固定于床底部11并用 于支撐床板支撐件13的床體支撐件14,所述床板支撐件13上安裝有床板滑動導(dǎo)軌15,所 述身體床板12在床板滑動導(dǎo)軌內(nèi)15的多個位置滑動，所述身體床板12上靠近掃描成像機 構(gòu)2的一端連接有一透明的頭部墊板16,該頭部墊板16供承載被測物的頭部或其他待測部 位。
[0034] 圖1中，示例性地，被測物為一嬰兒，其頭部18位于頭部墊板16上，以對其進行三 維測量。圖1和圖2中，標(biāo)號19表不載物床的床邊。
[0035] 所述身體床板12的透明頭部墊板16采用不影響掃描成像工作的材料和結(jié)構(gòu)。
[0036] 本實施例中，優(yōu)選地，床板滑動導(dǎo)軌15對稱地安裝在床板支撐件13的兩個邊緣， 提供身體床板的滑動支撐作用和導(dǎo)向作用。當(dāng)然，在另外的實施例中，床板滑動導(dǎo)軌15也 可以對稱地安裝在床板支撐件13的其他位置，亦可實現(xiàn)對身體床板的滑動支撐和導(dǎo)向。 [0037] 所述身體床板12的移動位置至少有兩個位置：一個為裝卸位，即被測物出入時的 位置；以及一個測量位，即被測物的待測部位進入旋轉(zhuǎn)測量區(qū)域的位置。如前所述，結(jié)合圖、 圖2所示，顯然，旋轉(zhuǎn)測量區(qū)域是指旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3驅(qū)動掃描成像機構(gòu)2旋轉(zhuǎn)從而進行待測部位 測量的位置區(qū)域。
[0038] 優(yōu)選地，如圖2所示，身體床板12上還固定有至少一個床面移動把手17和與之配 合鎖緊的鎖緊機構(gòu)，供操作（例如推動或拉動）以移動所述身體床板12并固定其所在位 置。
[0039] 優(yōu)選地，如圖1所示，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架4的底部與所述床底部11連接，其安裝于載物 床1的一端，從而使整個測量裝置更加穩(wěn)固，且方便整體移動。
[0040] 如圖1和圖2所不，掃描成像機構(gòu)2包括一 L形掃描臂21和一固定于L形掃描臂 上的成像掃描頭22,如圖3所示，成像掃描頭22由一線發(fā)光器22a和相機22b間隔地安裝 組成，該相機22b用于進行圖像捕獲，所述線發(fā)光器22a的發(fā)射端與相機22b的鏡頭均朝向 所述頭部墊板16,所述線發(fā)光器22a的光束方向與所述相機22b的中心線均向所述間隔的 中間傾斜以形成三角關(guān)系。
[0041] 值得一提的是，線發(fā)光器采用醫(yī)療儀器一類的器件，從而保障對人眼睛的安全性。 發(fā)光線的長度在測量范圍內(nèi)覆蓋被測物的3/4。
[0042] 線發(fā)光器可選擇采用一紅光激光器，當(dāng)然并不以此為限制。
[0043] 在線發(fā)光器的選取上，激光線不要求過細，只要易于相機成像識別即可。
[0044] 參考圖3a和3b所示，本實施例中，利用三角測距原理，當(dāng)被測物的待測部位位于 頭部墊板16時，由線發(fā)光器22a發(fā)射出激光光束并通過相機22b捕獲被測物的成像數(shù)據(jù)。
[0045] 如圖4所不的相機視角不意，其中，標(biāo)號30表不線發(fā)光器發(fā)射的激光線，標(biāo)號40 表示相機的可視范圍。相機22b的視角為長方形，其可視范圍的長向與激光線平行，相機 22b的可視范圍的長向覆蓋被測物的3/4。
[0046] 作為優(yōu)選的實施方式，相機22b為一個基于C⑶的成像相機。當(dāng)然，在另選的實施 方式中，也可以采用其他方式的成像相機，例如CMOS成像相機。
[0047] 相機22b以有線通信鏈路或無線通信鏈路中的一種傳輸其所捕獲的被測物成像 數(shù)據(jù)。
[0048] 如圖1和圖2所示，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置（未示出）以及一旋轉(zhuǎn)輸出 機構(gòu)（未示出），該旋轉(zhuǎn)輸出機構(gòu)連接前述L形掃描臂21以驅(qū)動該L形掃描臂21圍繞被測 物旋轉(zhuǎn)，從而帶動所述成像掃描頭22圍繞所述被測物旋轉(zhuǎn)。
[0049] 成像掃描頭22在一個確定的旋轉(zhuǎn)位置獲得被測物待測部位的一個斷面或局部面 的3D數(shù)據(jù)。
[0050] 如此，成像掃描頭22圍繞被測物旋轉(zhuǎn)的過程中，相機22b連續(xù)捕獲被測物的成像 數(shù)據(jù)，從而在每個角度記錄下被測物的待測部位的成像數(shù)據(jù)。被測物的三維數(shù)據(jù)正是基于 激光光束打到被測物后在相機22b中的影像位置變化（即成像數(shù)據(jù)的變化）而得出的。
[0051] 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置例如一驅(qū)動馬達，尤其是電致動馬達，其旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)過旋轉(zhuǎn)輸出機 構(gòu)傳遞至L形掃描臂21，驅(qū)動L形掃描臂21。該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置上還設(shè)置有一位置反饋裝置， 如旋轉(zhuǎn)編碼器。該位置反饋裝置提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的位置信息。
[0052] 在工作時，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3是勻速驅(qū)動所述掃描臂旋轉(zhuǎn)的，從而保證成像掃描頭22勻 速旋轉(zhuǎn)和采集被測物的成像數(shù)據(jù)。
[0053] 當(dāng)然，如前所述，相機22b所捕獲的成像數(shù)據(jù)可通過有線（例如數(shù)據(jù)線）或無線方 式（例如RF、紅外、藍牙、WiFi等）進行傳輸，例如輸入一計算機，或者一手持式信息處理設(shè) 備，例如手持式智能通話設(shè)備、平板電腦、移動智能終端等，其內(nèi)置處理程序，對輸入的數(shù)據(jù) 進行處理得到被測物的三維數(shù)據(jù)。
[0054] 前述計算機可設(shè)置在本實施例所提出的頭狀物的3D測量裝置中，如圖1所示，標(biāo) 號9所示為一計算機，接收相機22b所捕獲的成像數(shù)據(jù)后，進行相關(guān)的處理得出被測物的三 維成像。
[0055] 在另外的一些實施例中，計算機也可以是獨立于本實施例提出的頭狀物的3D測 量裝置，位于其外部，通過適當(dāng)?shù)姆绞浇邮粘上駭?shù)據(jù)進行處理。
[0056] 本實施例中所涉及的圖像處理程序為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的圖像處理程序，通過連續(xù) 采集的成像數(shù)據(jù)處理得到被測物的三維數(shù)據(jù)。本實施例提出的頭狀物的3D測量裝置不涉 及對圖像處理或圖像處理程序的改進。
[0057] 如圖5、圖6所示，作為本實用新型的另一實施例，頭狀物的3D測量裝置包括上述 圖1、2實施例所述的各部件、組件或其他組合（本實施例中，與圖1實施例功能、形狀、位置 均相同的部分采用同一標(biāo)號），作為優(yōu)選地，頭狀物的3D測量裝置還設(shè)置了一防護罩5,該 防護罩5固定在載物床1上，掃描成像機構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3在該防護罩5內(nèi)旋轉(zhuǎn)，防護罩5 面向掃描成像的部分為透明內(nèi)環(huán)面，因此不影響掃描成像裝置工作，該防護罩起到防護作 用，避免外部物體或人手進入到旋轉(zhuǎn)測量區(qū)域。
[0058] 雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型。本實 用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1. 一種頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，該裝置包括一用于承載被測物的載物床 (1)、一可樞軸旋轉(zhuǎn)的掃描成像機構(gòu)（2)、一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（3)以及一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架（4)，旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)支架（4)用于支撐旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（3)，其中： 所述載物床包括一床底部（11)、一用于承載被測物身體的身體床板（12)、一位于身體 床板下方并支撐身體床板的床板支撐件（13)及固定于床底部并用于支撐床板支撐件的多 個床體支撐件（14)，所述床板支撐件（13)上安裝有床板滑動導(dǎo)軌（15)，所述身體床板（12) 在床板滑動導(dǎo)軌（15)內(nèi)的多個位置滑動，所述身體床板（12)上靠近掃描成像機構(gòu)（2)的 一端連接有一透明的頭部墊板（16); 所述掃描成像機構(gòu)（2)包括一 L形掃描臂（21)和一固定于L形掃描臂上的成像掃描 頭（22)，成像掃描頭（22)由一線發(fā)光器（22a)和相機（22b)間隔地安裝組成，所述線發(fā)光 器（22a)的發(fā)射端與相機（22b)的鏡頭均朝向所述頭部墊板（16)，所述線發(fā)光器（22a)的 光束方向與所述相機（22b)的中心線均向所述間隔的中間傾斜以形成三角關(guān)系； 所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（3)包括一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置以及一旋轉(zhuǎn)輸出機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)輸出機構(gòu)連接所 述L形掃描臂（21)以驅(qū)動該L形掃描臂圍繞被測物旋轉(zhuǎn)，從而帶動所述成像掃描頭（22) 圍繞所述被測物旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)支架（3) 的底部安裝于所述載物床（1)的一端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括 一驅(qū)動馬達，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置還設(shè)置有一位置反饋裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述身體床板（12)的移 動位置至少有兩個位置：一個為裝卸位，即被測物出入時的位置；以及一個測量位，即被測 物的待測部位進入旋轉(zhuǎn)測量區(qū)域的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述身體床板（12)的透 明頭部墊板采用不影響掃描成像工作的材料和結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述身體床板（12)上還 固定有一床面移動把手（17)和與之配合鎖緊的鎖緊機構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述相機（22b)以有線 通信鏈路或無線通信鏈路中的一種傳輸其所捕獲的被測物成像數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，所述成像掃描頭（22)在 一個確定的旋轉(zhuǎn)位置獲得被測物待測部位的一個斷面或局部面的3D數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的頭狀物的3D測量裝置，其特征在于，該頭狀物 的3D測量裝置還包括一防護罩（5)，該防護罩（5)固定在所述載物床（1)上，所述掃描成像 機構(gòu)（2)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（3)在該防護罩（5)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，防護罩面向掃描成像的部分為透明內(nèi)環(huán) 面。
【文檔編號】A61B5/103GK203873758SQ201420254723
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】王維平 申請人:南京星頓醫(yī)療科技有限公司