專利名稱：一種計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測(cè)量、測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的義齒掃描技術(shù)，具體的說(shuō)是一種計(jì)算機(jī)雙
目視覺(jué)的義齒掃描裝置。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展為非接觸式三維測(cè)量技術(shù)在逆向工程、工業(yè)檢測(cè)和質(zhì)量控 制等方面的應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐，同時(shí)，在這些領(lǐng)域日益廣泛的應(yīng)用也促進(jìn)了視覺(jué) 三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。如結(jié)構(gòu)光測(cè)量?jī)x，采用線激光或光譜式激光的三角測(cè)量法。計(jì)算機(jī)視 覺(jué)測(cè)量技術(shù)以其方便、快捷和測(cè)量精確等特點(diǎn)在義齒掃描設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前， 采用非接觸式計(jì)算機(jī)視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)的義齒掃描設(shè)備主要采用兩種方法，一種是在測(cè)量 義齒時(shí)，向義齒的表面投射面光柵，由一個(gè)CCD相機(jī)拍攝圖像，提取義齒表面的三維點(diǎn)采樣 數(shù)據(jù)，在測(cè)量過(guò)程中義齒及相機(jī)都沒(méi)有移動(dòng)，這種方法需要復(fù)雜的光柵投射裝置。另一種方 法是，向義齒表面投射線結(jié)構(gòu)光，然后由一個(gè)CCD相機(jī)拍攝圖像，提取光條在義齒表面的三 維采樣點(diǎn)，隨著放置義齒的底座的不斷旋轉(zhuǎn)，就獲得了義齒整個(gè)表面的三維點(diǎn)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)， 每旋轉(zhuǎn)一定的角度CCD相機(jī)拍攝一張圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)精確控制的旋轉(zhuǎn)角度將所有數(shù)據(jù)融 合在一起，這種方法要求有精確控制的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，維護(hù)費(fèi)用也高。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)當(dāng)前義齒掃描設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn) 題是提供一種采用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法便可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué) 義齒掃描裝置及其三維重建方法。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是 本實(shí)用新型計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置包括線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分、旋轉(zhuǎn)測(cè) 量臺(tái)及其控制部分以及箱體，其中 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分包括2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)， 一個(gè)線結(jié)構(gòu)光線激光 器，2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)位于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分中心側(cè)上方，以線結(jié)構(gòu)光線 激光器為中心對(duì)稱分布； 旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分包括旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第1、2附件，第1、2附 件設(shè)于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)上，第1附件為一用于放置并夾持義齒牙模的平臺(tái)，第2附件通過(guò)緊固件 安裝于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)上，第2附件上設(shè)置有標(biāo)志點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；上述結(jié)構(gòu) 安裝于箱體中；上述CCD攝像機(jī)及鏡頭的數(shù)據(jù)輸出端、線激光器的控制端以及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái) 及其控制部分的控制端與外部控制計(jì)算機(jī)相連。 本實(shí)用新型還具有照明部分，安裝于箱體內(nèi)頂部，其控制端與外部控制計(jì)算機(jī)相 連；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為交流變頻調(diào)速電機(jī)；所述箱體內(nèi)分為2層，上層容納線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集 部分，下層容納旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分，第1、2附件及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)與其控制部分通過(guò)隔 板隔離，箱體正面設(shè)有門；門上對(duì)應(yīng)第1、2附件及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)空間的位置為封閉玻璃。[0009] 本實(shí)用新型計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置采用的三維重建方法包括以下步驟[0010] 將義齒通過(guò)第2附件夾持放置在旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)上的CCD攝像機(jī)的有效拍攝范圍內(nèi)；[0011] 線結(jié)構(gòu)光線激光器向義齒投射激光，在義齒表面形成一條曲線光條；[0012] 啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)連續(xù)旋轉(zhuǎn)； 兩個(gè)CCD攝像機(jī)攝取圖像，通過(guò)圖像接口卡將圖像數(shù)據(jù)傳輸至外部控制計(jì)算機(jī)進(jìn)
行處理，得到整個(gè)義齒表面的三維點(diǎn)數(shù)據(jù)。 外部控制計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理包括以下步驟 對(duì)已接收到的旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周的所有圖像提取標(biāo)志點(diǎn)中心和光條中心線；[0016] 利用雙目立體視覺(jué)方法計(jì)算每幀圖像標(biāo)志點(diǎn)的中心點(diǎn)和光條的中心線三維坐標(biāo)，獲得該光條在義齒表面的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集； 利用標(biāo)志點(diǎn)中心點(diǎn)三維坐標(biāo)的特征矢量獲得標(biāo)志點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算各幀圖像形成的坐標(biāo)系之間的變換矩陣，通過(guò)變換矩陣將各個(gè)坐標(biāo)系下的光條在義齒表面的三維數(shù)據(jù)融合在一個(gè)坐標(biāo)系下，得到義齒完整表面的三維采樣數(shù)據(jù)。[0018] 所述光條中心線提取包括 對(duì)攝取的所有圖像采用中值濾波器消除圖像中的孤立噪聲點(diǎn)； 利用大津閾值法求出整幅圖像二值化的閾值，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理； 對(duì)二值化的圖像進(jìn)行細(xì)化處理，利用改進(jìn)的0PTA細(xì)化算法，構(gòu)建5 8個(gè)消除模
板和4 6個(gè)保留模板，對(duì)光條進(jìn)行細(xì)化； 細(xì)化得到的光條的骨架進(jìn)行剪枝處理，得到粗略的線結(jié)構(gòu)光條骨架； 以細(xì)化得到的光條骨架為中心線，沿骨架上每個(gè)點(diǎn)的法線方向在光條上取n個(gè)
點(diǎn)，組成一個(gè)像素點(diǎn)集； 利用該像素點(diǎn)集的坐標(biāo)和灰度值擬合二次曲線方程；依次遍歷骨架上的其他點(diǎn)，求出整個(gè)光條的亞像素中心點(diǎn)。 所述計(jì)算每幀圖像標(biāo)志點(diǎn)中心和光條中心線的三維坐標(biāo)(XW，YW，ZW)通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn) <j (3)(V—i -m^Xy +0!^^ — wJ3)Zr = —4 —巧"4
,-《)A +—2 - )；+—3 ,4 -， 其中(Ul， Vl)和(U2， V2)分別為Pl和p2點(diǎn)在各自圖像中的坐標(biāo)；Hlijk(k = 1，2 ;
i《3， j《4)分別為相機(jī)的3X4的投影矩陣Mk的第i行第j列元素；Mk可由攝像機(jī)的標(biāo)定得出。 所述利用標(biāo)志點(diǎn)中心三維坐標(biāo)的特征矢量獲得標(biāo)志點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括[0030] 利用標(biāo)志點(diǎn)中心的三維坐標(biāo)計(jì)算在每個(gè)坐標(biāo)系下每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中心與其他標(biāo)志點(diǎn)中心的矢量，并計(jì)算每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的矢量積形成的特征矢量； 比較各個(gè)坐標(biāo)系下每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的特征矢量，得到各個(gè)坐標(biāo)系之間的標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 本實(shí)用新型的有益效果是[0033] 1.本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)僅由一臺(tái)小功率的變頻調(diào)速 電機(jī)直接帶動(dòng)，僅僅需要對(duì)電機(jī)實(shí)行啟動(dòng)和停止的控制，不需要變速控制，并且對(duì)電機(jī)的主 軸轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有精度要求。 2.本實(shí)用新型使用簡(jiǎn)單、便于操作，只需將被測(cè)義齒放入掃描儀中，點(diǎn)擊啟動(dòng)測(cè) 量，在小于1分鐘的時(shí)間內(nèi)即可完成一顆義齒的測(cè)量。 3.本實(shí)用新型對(duì)義齒的掃描精度高，三維點(diǎn)的位置精度可達(dá)到0. 02mm。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為本實(shí)用新型中第1、2附件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型控制原理示意圖； 圖5為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)的電氣控制原理圖； 圖6為本實(shí)用新型采用的控制方法流程圖； 圖7A、7B為本實(shí)用新型采用的方法中不同坐標(biāo)系之間的數(shù)據(jù)融合示意圖(一 )、 (二)； 圖8為本實(shí)用新型采用的方法中光條中心提取示意圖； 圖9為本實(shí)用新型采用的方法中雙目立體視覺(jué)原理示意圖。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型是一種集光、機(jī)、電技術(shù)一體化的測(cè)量裝置，如圖1 4所示，該裝置包 括 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分1、旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分2以及箱體3，其中線結(jié)構(gòu)光 視覺(jué)采集部分1包括兩臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)ll，一個(gè)線結(jié)構(gòu)光激光器12，兩臺(tái)高分 辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11位于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分2中心側(cè)上方，以線結(jié)構(gòu)光激光器12 為中心對(duì)稱分布； 旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分2包括旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第1、2附件22、 23，第1、2附件22、23設(shè)于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21上，第1附件22為一用于放置并夾持義齒牙模的 平臺(tái)，第2附件23通過(guò)緊固件安裝于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21上，第2附件23上設(shè)置有標(biāo)志點(diǎn)，旋轉(zhuǎn) 測(cè)量臺(tái)21通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；上述結(jié)構(gòu)安裝于箱體3中；上述高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11 的數(shù)據(jù)輸出端、線激光器12的控制端以及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分2的控制端與外部控制 計(jì)算機(jī)相連。 本實(shí)用新型還具有照明部分，安裝于箱體內(nèi)頂部，其控制端與外部控制計(jì)算機(jī)相 連。 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為交流變頻調(diào)速電機(jī)。 所述箱體3為一封閉空間，通過(guò)兩側(cè)板、頂板、背板及底板封閉，屏蔽外界雜光的 干擾；內(nèi)分為2層，上層容納線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分l，下層容納旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分 2，第1、2附件22、23及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分2通過(guò)隔板隔離，箱體3正面設(shè)有門，該門 上對(duì)應(yīng)第1、2附件22、23及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21空間的位置為封閉茶色玻璃，用于觀察及測(cè)量作
5業(yè)。 為了使高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11能清晰攝取標(biāo)志點(diǎn)的圖像保持箱體3內(nèi)的光 源穩(wěn)定以及便于觀察，在箱體3的頂部安裝了一臺(tái)5W的節(jié)能燈。 所述高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)ll采用加拿大Prosilica EC1350，配置低畸變 CCD相機(jī)鏡頭(日本kowa LM12JCM);線結(jié)構(gòu)光激光器12采用低功率聚焦功能良好的美國(guó) SNF701。兩臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11呈一定的角度(60° -90° )擺放，并與線結(jié)構(gòu) 光激光器12對(duì)稱設(shè)置，并保證可以采集同一區(qū)域的圖像。高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11內(nèi) 部CCD的尺寸越大圖象就越清晰，圖像質(zhì)量就越好，但其價(jià)格也越高，因此綜合考慮本實(shí)施 例選用了 CCD尺寸為1/2"、圖像分辨率為1360 X 1024 ;鏡頭選用2/3"， f = 12mm的標(biāo)準(zhǔn)鏡 頭；線結(jié)構(gòu)光激光器12選用SNF激光器，設(shè)計(jì)物距250mm時(shí)，其激光條線寬僅為0. 07mm，功 率為10mw。高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11鏡頭光軸與線結(jié)構(gòu)光激光器12中心軸夾角為30 度，高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11距旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21中心處240mm，線結(jié)構(gòu)光激光器12距旋轉(zhuǎn) 測(cè)量臺(tái)21中心處240mm處，高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)11鏡頭與線結(jié)構(gòu)光激光器12鏡頭距 離為125mm。 旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21 —個(gè)圓盤式測(cè)量臺(tái)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為交流變頻調(diào)速電機(jī)及其控制部 分；旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21用于測(cè)量時(shí)直接放置被測(cè)的義齒，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21底端的旋轉(zhuǎn)軸與交流 變頻調(diào)速電機(jī)輸出軸固連，在交流變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)下繞旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；交流 變頻調(diào)速電機(jī)的速度設(shè)定為義齒外形360度掃描的速度，其角速度為0. 2 0. 5rad/s。交 流變頻調(diào)速電機(jī)的啟動(dòng)和停止由外部控制計(jì)算機(jī)的控制程序控制，與高分辨率數(shù)字CCD攝 像機(jī)11拍攝的啟動(dòng)和停止相匹配。通過(guò)串口 RS232連接外部控制計(jì)算機(jī)的控制程序和交 流變頻調(diào)速電機(jī)控制器開(kāi)關(guān)量信號(hào)，在控制程序中添加串口控制程序，指定串口某一通道 (如采用DB9-7)在控制程序啟動(dòng)按鈕按下時(shí)產(chǎn)生高電平，在停止按鈕按下時(shí)產(chǎn)生低電平。 由于RS232串口所產(chǎn)生的電平不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，因此需要借助專用驅(qū)動(dòng)芯片或電路進(jìn) 行信號(hào)轉(zhuǎn)換，本實(shí)施例采用如圖5所示的轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)DB9-7為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電 器線圈SSR得電，接通交流變頻調(diào)速電機(jī)的控制回路。 本實(shí)用新型計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置采用的三維重建方法包括以下步驟 (1)將義齒通過(guò)第2附件23夾持放置在旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21上的CCD攝像機(jī)11的有效 拍攝范圍內(nèi)； 第2附件23上設(shè)置有3個(gè)以上標(biāo)志點(diǎn)(本實(shí)施例采用4個(gè))，標(biāo)志點(diǎn)之間的距離 不能相等，標(biāo)志點(diǎn)采用直徑為10mm的白色圓點(diǎn)； (2)線結(jié)構(gòu)光線激光器12)向義齒投射激光，在義齒表面形成一條曲線光條； (3)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21連續(xù)旋轉(zhuǎn)； (4)兩個(gè)CCD攝像機(jī)11攝取圖像，通過(guò)圖像接口卡將圖像數(shù)據(jù)傳輸至外部控制計(jì) 算機(jī)進(jìn)行處理。
如圖6所示，外部控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理過(guò)程如下 (41)對(duì)已接收到的旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21旋轉(zhuǎn)一周的所有圖像提取標(biāo)志點(diǎn)中心和光條中 心線； 如圖8所示，光條中心線提取首先采用中值濾波器消除孤立的噪聲點(diǎn)；然后利用 大津閾值法求出整幅圖像二值化的閾值，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理；再對(duì)二值化的圖像進(jìn)行細(xì)化處理，利用改進(jìn)的0PTA細(xì)化算法，構(gòu)建5 8個(gè)(本實(shí)施例選8個(gè))消除模板和4 6個(gè)(本實(shí)施例選6個(gè))保留模板，對(duì)光條進(jìn)行細(xì)化；細(xì)化得到的光條的骨架進(jìn)行剪枝處理，得到粗略的線結(jié)構(gòu)光條骨架；最后以細(xì)化得到的光條骨架為中心線，沿骨架上每個(gè)點(diǎn)的法線方向在光條上取n個(gè)點(diǎn)，組成一個(gè)像素點(diǎn)集；利用該像素點(diǎn)集的坐標(biāo)和灰度值擬合二次曲線方程；依次遍歷骨架上的其他點(diǎn)，求出整個(gè)光條的亞像素中心點(diǎn)。 (42)利用雙目立體視覺(jué)方法計(jì)算每幀圖像標(biāo)志點(diǎn)的中心點(diǎn)和光條的中心線三維坐標(biāo)，獲得該光條在義齒表面的三維數(shù)據(jù)； 兩個(gè)CCD攝像機(jī)11都是經(jīng)過(guò)標(biāo)定的，也就是說(shuō)兩個(gè)CCD攝像機(jī)11的內(nèi)參數(shù)都是已知的?；陔pCCD的三維計(jì)算屬于立體視覺(jué)下的三維重建，它不需要對(duì)線結(jié)構(gòu)光激光器12進(jìn)行標(biāo)定，但需知道空間任一點(diǎn)P在兩個(gè)CCD攝像機(jī)11上的圖像點(diǎn)Pl和p2，如圖9所示，必須預(yù)先檢測(cè)出兩個(gè)圖像點(diǎn)Pi和P2是空間同一點(diǎn)P的兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即需要對(duì)光點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后根據(jù)如下公式設(shè)標(biāo)定攝像機(jī)的投影矩陣分別為M工和M2 :
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(1)
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(2)
得到關(guān)于三維點(diǎn)(XW，YW，ZW)的四個(gè)線性方程
<formula>formula see original document page 7</formula>(3)
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(4) 其中(Ul，Vl)和(u2，v2)分別為p^Pp2點(diǎn)在各自圖像中的坐標(biāo)；mijk(k二 1，2)分別為Mk的第i行第j列元素；式(3)和式(4)各代表直線0lPl和直線02p2，而空間點(diǎn)P是這兩條直線的交點(diǎn)。求解4個(gè)方程可用最小二乘法求出三維點(diǎn)(XW，YW，ZW);[0071] (43)利用標(biāo)志點(diǎn)中心點(diǎn)三維坐標(biāo)的特征矢量獲得標(biāo)志點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算各幀圖像形成的坐標(biāo)系之間的變換矩陣，通過(guò)變換矩陣將各個(gè)坐標(biāo)系下的光條在義齒表面的三維數(shù)據(jù)融合在一個(gè)坐標(biāo)系下，得到義齒完整表面的三維采樣數(shù)據(jù)。[0072] CCD攝像機(jī)11每拍攝一次得到一幅圖像，計(jì)算得到義齒表面的一條由光點(diǎn)組成的采樣曲線，要得到義齒完整表面的采樣點(diǎn)，必須使旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21旋轉(zhuǎn)360° ，進(jìn)行連續(xù)掃描，但每幀圖像計(jì)算得到的激光條在義齒表面的三維點(diǎn)坐標(biāo)的坐標(biāo)系都不相同，因此必須利用在每幅圖像中設(shè)置的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。[0073] 首先精確定位每幀圖像上標(biāo)志點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，然后計(jì)算每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中心的三維 坐標(biāo)并計(jì)算每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的特征矢量，完成每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置同第一幅圖像標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)匹配； 計(jì)算變換矩陣，把每個(gè)位置計(jì)算的光條三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到第一幅圖像計(jì)算的坐標(biāo)系下，就完 成了所有位置拍攝圖像的數(shù)據(jù)融合。 所述利用標(biāo)志點(diǎn)中心三維坐標(biāo)的特征矢量獲得標(biāo)志點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系就是利用 標(biāo)志點(diǎn)中心的三維坐標(biāo)計(jì)算在每個(gè)坐標(biāo)系下每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中心與其他標(biāo)志點(diǎn)中心的矢量，并 計(jì)算每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的矢量積形成的特征矢量；比較各個(gè)坐標(biāo)系下每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的特征矢量，得
到各個(gè)坐標(biāo)系之間的標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 如圖7A、7B所示，位置1的4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)^、、、^與V4，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)21旋轉(zhuǎn)之后所有 標(biāo)志點(diǎn)變?yōu)槲恢?的標(biāo)志點(diǎn)P"^、P3和P4 ;每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)與其它三個(gè)點(diǎn)可形成三個(gè)矢量，例如 K點(diǎn)有三個(gè)矢量為VJ2、 和VJ4， P丄點(diǎn)有三個(gè)矢量為P^、 PA和PA，分別計(jì)算K點(diǎn)的 三個(gè)矢量積和Pi點(diǎn)的三個(gè)矢量積，如果這兩個(gè)矢量積是相等的，則K和P工是對(duì)應(yīng)點(diǎn)。同樣 可知V2和P2、 V3和P3、 V4和P4也是對(duì)應(yīng)點(diǎn)，通過(guò)這些對(duì)應(yīng)點(diǎn)就可以計(jì)算出從位置1到位置 2的變換矩陣，這個(gè)變換矩陣同樣適用于提取的光條三維點(diǎn)，這樣所有旋轉(zhuǎn)位置的光條三維 點(diǎn)就融合為一個(gè)義齒完整表面三維點(diǎn)集數(shù)據(jù)。 綜上所述，本實(shí)用新型利用結(jié)構(gòu)光雙目視覺(jué)原理，采用線結(jié)構(gòu)光激光器12與2個(gè) CCD攝像機(jī)11結(jié)合構(gòu)成的傳感器，形成結(jié)構(gòu)光成像幾何模型，通過(guò)傳感器在旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)旋 轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)義齒連續(xù)掃描成像，運(yùn)用視覺(jué)圖像處理技術(shù)，計(jì)算出每幅圖像中光條中心線的 三維點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用標(biāo)志點(diǎn)將所有圖像的三維點(diǎn)坐標(biāo)融合在一個(gè)坐標(biāo)系下，就獲得了整 個(gè)義齒的采樣點(diǎn)集數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求一種計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置，其特征在于包括線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分(1)、旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分(2)以及箱體(3)，其中線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分(1)包括2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)(11)，一個(gè)線結(jié)構(gòu)光線激光器(12)，2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)(11)位于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分(2)中心側(cè)上方，以線結(jié)構(gòu)光線激光器(12)為中心對(duì)稱分布；旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分(2)包括旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)(21)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第1、2附件(22、23)，第1、2附件(22、23)設(shè)于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)(21)上，第1附件(22)為一放置并夾持義齒牙模的平臺(tái)，第2附件(23)上設(shè)置有標(biāo)志點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)(21)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；上述結(jié)構(gòu)安裝于箱體(3)中；上述CCD攝像機(jī)及鏡頭(11)的數(shù)據(jù)輸出端、線激光器(12)的控制端以及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分(2)的控制端與外部控制計(jì)算機(jī)相連。
2. 按權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置，其特征在于還具有照明部分， 安裝于箱體內(nèi)頂部，其控制端與外部控制計(jì)算機(jī)相連。
3. 按權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為交流變頻調(diào)速電機(jī)。
4. 按權(quán)利要求l所述的計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置，其特征在于所述箱體(3)內(nèi)分為2層，上層容納線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分(l)，下層容納旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分(2)，第 1、2附件(22、23)及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)(21)與其控制部分(2)通過(guò)隔板隔離，箱體(3)正面設(shè)有 門。
5. 按權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)義齒掃描裝置，其特征在于所述門上對(duì)應(yīng)第 1、2附件(22、23)及旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)(21)空間的位置為封閉玻璃。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種計(jì)算機(jī)雙目視覺(jué)的義齒掃描裝置，線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分、旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分以及箱體，其中線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)采集部分包括2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)，一個(gè)線結(jié)構(gòu)光線激光器，2臺(tái)高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)位于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分中心側(cè)上方，以線結(jié)構(gòu)光線激光器為中心對(duì)稱分布；旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其控制部分包括旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第1、2附件，第1、2附件設(shè)于旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)上，第1附件為一放置并夾持義齒牙模的平臺(tái)，第2附件上設(shè)置有標(biāo)志點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；上述結(jié)構(gòu)安裝于箱體中。本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法不需要變速控制，并且對(duì)電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有精度要求，便于操作，掃描精度高。
文檔編號(hào)G01B11/24GK201522266SQ20092024799
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者于彥鳳, 劉偉軍, 夏仁波, 趙吉賓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所