使用光片主动三角测量的自动口内3D扫描仪
阅读：667发布：2020-05-08
专利汇可以提供使用光片主动三角测量的自动口内3D扫描仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种口内扫描设备具有 接口 件和输送设备，所述输送设备限定所述接口件内的至少第一弯曲轨道。图像 传感器 能够沿着所述第一弯曲轨道移动。 扫描仪 能够沿着所述第一弯曲轨道移动，与所述图像传感器同步地扫描并且具有照明源，所述照明源具有激光 光源 和光束整形光学器件，所述光束整形光学器件在激光的路径中以用于形成线性光图案。至少一个 致动器 是可激励的以使所述图像传感器和所述扫描仪沿着所述第一弯曲轨道移动以进行 图像采集 。控制逻辑处理器使所述扫描仪与所述图像传感器同步以进行表面轮廓数据的自动化采集。显示器与所述控制逻辑处理器进行 信号 通信以处理并显示所采集的表面轮廓数据。，下面是使用光片主动三角测量的自动口内3D扫描仪专利的具体信息内容。
1.一种口内扫描设备，所述口内扫描设备包括：
a)接口件；
b)输送设备，所述输送设备限定所述接口件内的至少第一弯曲轨道；
c)图像传感器，所述图像传感器能够沿着所述第一弯曲轨道移动；
d)扫描仪，所述扫描仪能够沿着所述第一弯曲轨道移动，与所述图像传感器同步地扫描并且具有照明源，所述照明源具有：
(i)激光光源；
(ii)光束整形光学器件，所述光束整形光学器件在激光的路径中以用于形成线性光图案；
e)至少一个致动器，所述至少一个致动器是可激励的以使所述图像传感器和所述扫描仪沿着所述第一弯曲轨道移动以进行图像采集；
f)控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器使所述扫描仪与所述图像传感器同步以进行表面轮廓数据的自动化采集；
以及
g)显示器，所述显示器与所述控制逻辑处理器进行信号通信以处理并显示所采集的表面轮廓数据。
2.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述采集的表面轮廓数据包括按顺序投影到口内特征上的所述线性光图案的图像。
3.如权利要求1所述的扫描设备，所述扫描设备还包括操作者界面，所述操作者界面与所述控制逻辑处理器进行信号通信并且被配置为接受控制扫描仪分辨率的操作者指令。
4.如权利要求1所述的扫描设备，所述扫描设备还包括操作者界面，所述操作者界面与所述控制逻辑处理器进行信号通信并且被配置为接受控制用于从所述扫描仪采集表面轮廓数据的开始位置和停止位置的操作者指令。
5.如权利要求1所述的扫描设备，所述扫描设备还包括允许控制所述采集的表面轮廓图像的分辨率的操作者界面。
6.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述扫描仪还包括微机电系统装置。
7.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述至少一个致动器沿着所述轨道随所述输送设备一起移动。
8.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述至少一个致动器在所述接口件内具有固定位置。
9.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述至少一个致动器随所述输送设备一起行进。
10.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述扫描仪和所述图像传感器能够在与所述轨道正交的方向上移动。
11.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述激光光源具有传送来自位于远处的激光器的光的光纤光导。
12.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述激光光源将多色光传送到口内表面。
13.如权利要求1所述的扫描设备，其中所述激光光源将单色光传送到所述口内表面。
14.如权利要求1所述的扫描设备，所述扫描设备还包括预览相机，所述预览相机被配置为采集对应于所述采集的表面轮廓数据的颜色纹理数据。
15.一种用于口内扫描的方法，所述用于口内扫描的方法包括：
a)提供接口件，所述接口件具有带有相机的扫描仪设备，其中所述扫描仪设备能够沿着所述接口件内的第一弯曲轨道移动并且将光线扫描到在相机FOV内的受试者表面上；
b)将所述扫描仪设备沿着所述第一轨道在向前方向上推进到第一位置；
c)在将所述扫描仪设备沿着所述第一轨道从所述第一位置向前推进到第二位置时扫描所述受试者表面；
以及
d)相对于所述第一轨道在向后方向上推进所述扫描仪设备并且至少将所述扫描仪设备推进到所述第一位置。
16.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括以与由所述相机进行的图像捕获同步的第一速率对所述光线进行脉冲。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一速率能够根据键入的指令变化。
18.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括在第三位置与第四位置之间以第二速率对所述光线进行脉冲，所述第三位置和所述第四位置两者都在介于所述第一位置与所述第二位置之间的轨道部分的外部。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述弯曲轨道的从所述第一位置到所述第二位置的区段仅跨越沿着牙弓的牙齿的局部部分。
20.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括根据扫描分辨率改变推进速度。
21.如权利要求15所述的方法，其中所述第一位置和所述第二位置跨越全牙弓。
22.一种用于口内扫描的方法，所述用于口内扫描的方法包括：
a)响应于操作者指令，沿着口内接口件在第一方向上将扫描仪设备指引到沿着弯曲轨道的第一位置；
b)扫描在所述第一位置与沿着所述轨道的第二位置之间的至少第一牙齿；
c)颠倒所述扫描仪设备的方向并通过在与所述第一方向相反的第二方向上指引所述扫描仪设备来扫描所述至少所述第一牙齿；
d)处理扫描结果以生成所述至少所述第一牙齿的表面轮廓；以及
e)显示所述第一牙齿的所述表面轮廓。
23.如权利要求22所述的方法，其中扫描操作在指引期间是连续的。
使用光片主动三角测量的自动口内3D扫描仪
技术领域
[0001] 本公开大体上涉及口内诊断成像并且更具体地涉及用于口内扫描的设备和方法。更具体地说，本公开涉及用于在没有人工干预的情况下表征口内表面的扫描设备和方法。
背景技术
[0002] 表面轮廓成像使用图案化或结构光和三角测量来获得对象的表面轮廓信息。在轮廓成像中，线或其他特征的图案从给定角度朝向对象的表面投影。然后表面上的投影的图案从另一个角度被看作轮廓图像，从而利用三角测量以便分析表面信息并基于投影的线的变形的外观来表征表面轮廓。相移有助于更准确地映射对象的表面，在相移中投影的线图案递增地在空间上移位以用于以较高分辨率获得额外测量结果。
[0003] 使用结构光的表面轮廓成像已被用于口内用途并且公认在包括正畸和修复牙科的一系列应用中是有用的。提出的用于表面轮廓成像的解决方案已取得一些成功，但仍存在一些改进的空间。
[0004] 关于牙齿表面成像的一项具体挑战涉及牙齿半透明度。已知半透明或次半透明材料对于图案化光成像通常尤其棘手。半透明结构中的次表面散射可以降低整体信噪比(S/N)并且使光密度移位，从而导致不准确的高度数据。另一问题涉及来自牙齿表面的镜面反射。镜面反射可能导致传感器响应的局部饱和并且可能损害对结构光的准确检测。
[0005] 从光学角度来看，牙齿本身的结构对结构光投影成像提出一些额外挑战。牙齿在不同时间以及沿着不同表面和表面的不同部分可能是湿的或干的。牙齿形状通常是不规则的，有锐边。如先前所指出，牙齿以复杂的方式与光交互。穿透牙齿表面下方的光往往在半透明牙齿材料内经历显著的散射。此外，来自牙齿表面下方的不透明特征的反射也可能发生，从而增加噪声，所述噪声使感测到的信号降级并且因此进一步使牙齿表面分析的任务变复杂。并非所有光波长都可以相等的准确度检测到。因此，在一些情况下，多光谱或多色方法可能不太令人满意。
[0006] 即使使用牙齿的涂层或其他类型的表面调节，然而，因为牙齿表面的明显轮廓和固有难度(诸如角度和空间限制)，结果可能令人失望。可能难以提供到达所有牙齿表面上的足够的光量和从所有牙齿表面反射回来的感测光。例如，相同牙齿的不同表面可以相对于彼此以90度定向，从而使得难以引导足够的光来准确地对牙齿的所有部分成像。
[0007] 已数次尝试使结构光表面轮廓形成技术适应牙齿结构成像的问题。例如，Massen等人的标题为“Optical Probe and Method for the Three-Dimensional Surveying of Teeth”的美国专利第5,372,502号描述了使用LCD矩阵来形成条纹图案以用于投影到牙齿表面上。O’Keefe等人的标题为“Front End for 3-D Imaging Camera”的美国专利申请公告2007/0086762中描述了类似的方法。Trissel的标题为“Polarizing Multiplexer and Methods for Intra-Oral Scanning”的美国专利第7,312,924号描述了用于使用三角测量和偏振光来对牙齿表面进行轮廓形成，但需要施加荧光涂层来进行操作的方法。类似地，Pfeiffer等人的标题为“3-D Camera for Recording Surface Structures,in Particular for Dental Purposes”的美国专利第6,885,464号公开了使用三角测量但也需要对牙齿表面施加不透明粉末来进行成像的牙齿成像设备。Pfeiffer等人的美国专利6,885,464描述了提供一组光束以用于成像的口内相机。Lim的专利申请WO 2011/145799描述了使用扫描激光的3-D扫描仪。Liu的专利申请WO 2016/041147描述了用于使用线激光进行轮廓成像的激光投影设备。
[0008] 用于形成光线的图案的常规方法包括使用2-D微镜阵列，诸如德克萨斯州达拉斯的Texas Instruments,Inc.的数字光处理器(DLP)提供的微镜。然而，被提出用于使用这些装置的设计是笨重的并且不适合用于诸如口内成像的应用。已提出使用2-D扫描仪的替代解决方案；然而，这些解决方案不允许以口内应用所需的速度成像。
[0009] 关于便携式口内扫描装置的固有问题涉及成像光学器件和扫描硬件的小视野(FOV)。由于一次只能对扫描的牙弓的小部分成像，因此获得全牙弓或牙弓的任何实质区段的扫描需要向彼此登记连续扫描图像，使得来自图像序列的扫描数据可以准确地拼接在一起以对连续扫描表面成像。
[0010] 从扫描仪处理的数据用以生成点云数据，所述点云数据可以用来提供对扫描表面轮廓建模的3D网格。点云生成通常与扫描同步地执行。获得高分辨率以进行点云生成需要仔细地、协调地移动口内扫描装置，包括从扫描的牙齿和相关特征获得图像内容的装置定位和定向。
[0011] 因此，使用结构光成像来执行全口内扫描的任务需要技能并且利用常规的口内扫描装置通常花费大约5至10分钟的时间。可以了解，使具有内置登记和高分辨率扫描采集的能力的扫描过程自动化将对光学扫描设备具有显著益处。发明内容
[0012] 本公开的目标是解决对牙齿和其他口内结构的表面轮廓的准确表征的需求。某些示例性方法和/或设备实施方案采用了可以使扫描和随后的图像捕获自动化从而使得可以在无需大量的从业人员时间并且在没有高度复杂的固定成像系统的情况下获得全口成像的技术。
[0014] 根据本申请的一个方面，提供了一种口内扫描设备，所述口内扫描设备包括：
[0016] b)输送设备，所述输送设备限定所述接口件内的至少第一弯曲轨道；
[0017] c)图像传感器，所述图像传感器能够沿着所述第一弯曲轨道移动；
[0018] d)扫描仪，所述扫描仪能够沿着所述第一弯曲轨道移动，与所述图像传感器同步地扫描并且具有照明源，所述照明源具有：
[0020] (ii)光束整形光学器件，所述光束整形光学器件在激光的路径中以用于形成线性光图案；
[0022] f)控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器使所述扫描仪与所述图像传感器同步以进行表面轮廓数据的自动化采集；
[0023] 以及
[0025] 本发明的以上和其他目标、特征和优点从如附图中所示的本发明的实施方案的以下更具体的描述将为显而易见的。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。
[0026] 图1是示出三角测量如何用以获得表面轮廓数据的示意图。
[0027] 图2是示出图案化光如何用于获得表面轮廓数据的示意图。
[0028] 图3是示出使用具有多条光线的图案的表面成像的图。
[0029] 图4A和图4B是示出本公开的扫描设备的操作的方面的示意图。
[0030] 图5A和图5B是示出本公开的输送设备的扫描路径的俯视示意图。
[0031] 图6是示出口内固定装置的咬合部分的布置的俯视示意图。
[0032] 图7是示出使用口内固定装置的成像设备的图。
[0033] 图8是示出放置在患者口中的咬合部分的侧视示意图。
[0034] 图9A和图9B示出了咬合部分的两个替代布置。
[0035] 图10A、图10B、图10C和图10D示出了咬合元件内的输送设备的不同布置。
[0036] 图11是示出口内成像的扫描步骤的逻辑流程图。
[0037] 图12示出了示例性点云图像。
[0038] 图13示出了用于根据本公开的实施方案控制扫描图案的示例性操作者界面。
具体实施方式
[0039] 以下是对示例性方法和/或设备实施方案的描述，参考了附图，在附图中相同的附图标记在若干图式中的每一者中识别相同的结构元件。
[0040] 在本公开的上下文中使用的情况下，除非另外指定，否则术语“第一”、“第二”等不一定表示任何序数、顺序或优先级关系，而是仅用以更清楚地区分一个步骤、元件或元件集合与另一步骤、元件或元件集合。
[0041] 如本文中所使用，术语“可激励”涉及在接收电力和任选地在接收启用信号后执行指示的功能的装置或部件集合。
[0042] 在本公开的上下文中，术语“光学器件”通常用以指用于对光束整形和定向的透镜和其他折射、衍射和反射部件或孔隙。这种类型的单个部件称作光学器件。
[0043] 在本公开的上下文中，术语“观察者”、“操作者”和“用户”被视为等效的并且是指可以操作相机或扫描仪并且还可以在显示器监视器上观察和操纵图像(诸如牙齿图像)的观察从业人员、技术人员或其他人。“操作者指令”或“观察者指令”是从由观察者诸如通过点击相机或扫描仪上的按钮或通过使用计算机鼠标或通过触摸屏或键盘键入而键入的明确命令获得。术语“受试者”是指患者的被成像的牙齿或其他部分，并且在光学术语中可以视为等效于对应成像系统的“对象”。
[0044] 在本公开的上下文中，短语“进行信号通信”指示两个或更多个装置和/或部件能够经由通过某一类型的信号路径行进的信号与彼此通信。信号通信可以是有线的或无线的。信号可以是通信、电力、数据或能量信号。信号路径可以包括第一装置和/或部件与第二装置和/或部件之间的物理、电气、磁性、电磁、光学、有线和/或无线连接。信号路径还可以包括第一装置和/或部件与第二装置和/或部件之间的额外装置和/或部件。
[0046] 在本公开的上下文中，术语“结构光照明”或“图案化照明”用以描述用于表征牙齿形状的表面成像或“轮廓”成像的投影照明的类型。结构光图案本身可以像图案化光特征一样包括分布在被照射的区域上并且具有预定空间和时间频率的一个或多个线、圆、曲线或其他几何形状。广泛用于轮廓成像的结构光图案的一个示例性类型是投影到感兴趣表面上的均匀间隔开的光线的图案。
[0048] 结构化照明图案中的两条光线、光线的部分或其他特征在其线宽度在线的长度内相同相差不超过+/-15％时可以视为基本上“尺寸一致”。结构化照明图案的尺寸一致性可以用于维持一致的空间频率。
[0049] 在本公开的上下文中，描述性短语“机械地联接”旨在指示两个或更多个部件之间的机械关联、连接、关系或联结，使得一个部件的布置影响其联接到的部件的空间布置。对于机械联接，两个部件不需要直接接触，而是可以通过一个或多个中间部件联结。短语“光学地联接”指示对应的光学部件被适当地布置为在它们之间传递光信号。
[0050] 描述性术语“弧形的”通常指示具有可以是大致弧形的曲率的路径或形状。
[0051] 本申请的某些示例性方法和/或设备实施方案可以提供用于获得表征牙齿、牙龈组织和其他口内特征的表面的信号的深度分辨体积成像。
[0052] 图1和图2的示意图示出了三角测量如何用以获得对象O的表面轮廓数据。扫描设备提供了隔开距离d的投影仪22和包括适当的成像光学器件的相机或其他类型的图像传感器34，所述投影仪与相机或其他类型的图像传感器合作以扫描表面轮廓。根据本公开的示例性实施方案，投影仪22将距离l内的连续照明线引导到参考平面处的对象O上。相机34采集对应于每条投影线的图像内容。投影仪22和相机或图像传感器34的主轴彼此偏移角度α。控制逻辑处理器36(诸如计算机、专用微处理器或其他逻辑处理装置)使投影仪22与相机或图像传感器34的操作同步并获得、存储并处理或传输来自相机34的所采集的图像数据以便表征对象O的表面轮廓。
[0053] 图2的示意图针对从照明阵列110投影的单条光线L的实例示出了当使用常规阵列源时图案化光如何用于获得表面轮廓信息。当照明阵列110将光图案从投影仪22引导到表面S上时获得映射，并且在相机34的成像传感器阵列30上形成线的对应图像L’。成像传感器阵列30上的每个像素32根据表面S的调制映射到照明阵列110上的对应像素112。如图2所表示，像素位置的移位产生关于表面S的轮廓的有用的信息。可以了解，图2所示的基本图案可以使用多种照明源和序列并且使用一个或多个不同类型的传感器阵列30以多种方式实施。照明阵列110可以利用用于光调制的多个类型的阵列中的任一者，诸如液晶阵列或数字微镜阵列，诸如使用DLP装置提供的数字微镜阵列，如先前所指出。
[0054] 使用参考图2描述的概念，用于轮廓成像的常规结构光成像设备，诸如使用数字光处理器(DLP)和类似的调制系统的设备形成2-D图像并且一次多条线地将2-D图像投影到目标表面上。本公开的某些示例性实施方案不使用阵列来进行线生成，而是替代地使用一次将单条光线朝向受试者引导的替代方法。
[0055] 通过多次并以递增间隔投影和捕获示出复制图2所示的照明布置的结构光图案的图像，相机上的轮廓线的图像同时定位被成像的对象的多个表面点。这加速搜集许多样本点的过程，同时光平面(并且通常也是接收相机)横向地移动以便用光平面来“涂刷”对象的外表面中的一些或全部。
[0056] 出于多种原因可以一起投影和分析多个结构光图案，包括为了增大线的密度以实现额外重建够点以及为了检测和/或校正不兼容的线序列。共同让与的美国专利申请公告第US2013/0120532号和第US2013/0120533号中描述了多个结构光图案的使用，所述两个公告标题都是“3D INTRAORAL MEASUREMENTS USING OPTICAL MULTILINE METHOD”并且全文并入本文中。
[0057] 图3示出了使用具有多条光线的图案的表面成像。线图案的递增移位和其他技术有助于补偿不准确性和混乱，所述不准确性和混乱可能由沿着表面的突然转变引起，由此可能难以肯定地识别对应于每条投影线的片段。在图3中，例如，可能难以在表面的部分上确定线片段17是源自与线片段18还是相邻的线片段19相同的照明线。
[0058] 本公开的示例性实施方案通过提供基于三角测量的3-D成像设备而解决了牙齿和其他口内特征的准确轮廓成像的需要，所述3-D成像设备使用高度紧凑和有效的部件布置以连续的空间增量将光线迅速扫描到受试者表面上。不同于先前公开的照明解决方案，本文中描述的设备在其已适当地定位在口内并启用后自动执行扫描功能。设备采用来自激光源的照明、用以生成线图像的光学器件，和被设计为系统地扫描牙齿表面而在许多情况下无需从业人员干预的输送机构。因为装置牢固地位于患者的口内，因此移动受约束，从而消除为了生成牙弓的全扫描而将连续图像拼接在一起的复杂任务。
[0059] 图4A和图4B的示意图示出了本公开的扫描设备40的操作的方面。激光器20或其他合适的光源将由透镜26，诸如梯度折射率透镜(GRIN)形成的光片24朝向牙齿14或其他口内特征引导。光片24在牙齿表面上形成光线；投影线的扭曲由具有适当的图像形成光学器件的相机或图像传感器34检测到并且用以一次一条线地表征表面。示出了图像传感器34光学器件的焦距f，与参考x轴、y轴、z轴。来自激光器20的光可以通过光纤光导(未示出)引导至光学器件26。图4A和图4B中未示出的额外扫描设备部件(诸如旋转的反射表面)跨越牙齿14的表面扫掠生成的光片24。在本公开的上下文中，术语“扫描”可以涵盖光特征到目标牙齿或其他表面上的顺序扫描投影以及光特征投影期间对扫描的图像内容的同时捕获。
[0060] 光片24的坐标位置可以使用等式表示：
[0061] Ax+By+cZ+D＝0，
[0062] 其中A、B、C和D是3D空间中的平面参数或真实世界坐标(x,y,z)，其中原点Q在图4B中指示。在图4B中，真实世界坐标与相机34坐标一致。从原点Q发出的射线通过牙齿14表面上的扭曲线的点。假设从坐标原点(0,0,0)开始的射线向量由相机34校准矩阵和相机内的传感器阵列上的图像点位置确定。射线向量与光片平面24的交叉给出目标反射位点的3D坐标。
[0064] 在操作中，每个图像捕获沿着单条投影线获得表面轮廓。跨越牙齿14或其他目标扫掠扫描单元沿着相邻线获得连续表面轮廓，从而示出目标的3D形状。
[0065] 除了表面轮廓表征之外，本公开的扫描设备还可以用以从扫描的表面采集颜色纹理信息。激光器20可以是白光激光器，具有多色内容以用于提供彩色图像。替代地，个别单色激光器(诸如红色、绿色和蓝色激光器中的每一者)可以用于扫描。多个激光源可以共享使用例如二向色组合器使用颜色成像领域的技术人员公知的技术组合的相同的光路径。或者，来自个别单色激光器的红光、绿光和蓝光可以联接到相同的光纤光导中以被传送到光学器件26。捕获的单色线图像(诸如仅示出投影的蓝光线的图像)也可以用于表面轮廓表征。
[0066] 传感器阵列可以是全色感测阵列或可以是单色光感测阵列，其中其感测输出时序与个别单色激光源的激发时序同步以便获得投影线特征的分量颜色内容。
[0067] 图5A和图5B的示意性俯视图给出了沿着编号1至16的牙齿的牙弓的扫描位置44的扫掠方案的两个实例。对于这个扫描序列，沿着近似牙弓的整体曲率的弯曲或弧形轨道A2平移扫描设备40。示出了代表性数量的扫描位置44。实际上，个别扫描位置44将间隔较紧并且将覆盖所有牙弓，或感兴趣牙弓的某一指定部分。
[0068] 在图5B中，示出了三个逐段平行的轨道A1、A2和A3。扫描单元的扫掠可以使用沿着相应轨道A1、A2、A3沿着牙弓推进的微机械平移设备，如随后更详细地描述。
[0069] 对于图5A和图5B，y轴是局部光片定向。x是在所示扫描序列开始时的局部平移定向，所示扫描序列在左下方开始并且在图5A、5B的定向上向上移动。扫描设备40在轨道A1、A2、A3中的一者或多者上沿着牙弓诸如借助微机械载体平移。图5A示出了沿着轨道A2的咬合侧扫描。轨道A1适合于颊侧扫描；轨道A3适合于舌侧扫描。对于平均成年患者，全牙弓扫描长度是大约16cm。在每个扫描位置44处，牙齿上的光片宽度可以是大约10mm或更大。沿着轨道A1、A2、A3中的每一者的全扫描可以覆盖牙弓的整个牙齿区域。
[0070] 图6的示意图示出了用于提供图5A和图5B的扫描序列的成像设备的部件。在口内成像固定装置62的咬合部分66中，由致动器54驱动的输送设备52沿着示出为A1、A2和A3的一个或多个轨道传送相机或其他图像传感器34。激光器20或其他合适的光源从输送设备52被引导到患者的牙列。激光器20可以固定在输送设备52上或可以位于远处并联接到光纤以用于将光能传送到输送设备52。致动器54可以是步进马达或其他装置并且可以安装在固定位置，如图6所示，或者可以替代地安装到输送设备52。可以提供用于使输送设备52沿着弧形轨道A1、A2、A3移动的多种机械联接。控制致动器54和从图像传感器34采集图像数据可以由控制逻辑处理器70提供，所述控制逻辑处理器可以是专用微处理器装置或可以由在计算机或其他设备上运行的软件提供。处理器70与成像设备的显示器和存储部件进行信号通信，如随后更详细地描述。
[0071] 输送设备52可以被配置用于在单个轨道上在单个方向上运输。然而，当使用多个轨道时或利用将相机或其他图像传感器34定位在不同角度的某一替代布置，可获得牙齿表面的改进的覆盖。在图6所示的示例性实施方案中，输送设备52沿着三个轨道A1、A2和A3中的每一者向下行进，在过渡处T从一个轨道切换到下一轨道。每个轨道从不同角度提供牙齿表面的成像，从而允许对颊侧、舌侧和咬合面的改进的覆盖。
[0072] 因为口内成像固定装置62固持在患者口内的适当位置，因此相对于手持式扫描仪布置提供额外优点。成像设备可以选择性地定位输送设备52使得其与特定牙齿相对。因此，仅口的一部分的成像是可能的，诸如对例如单颗牙齿成像，或对一颗或两颗牙齿的咬合面成像。
[0073] 图7的示意图示出了成像设备200，其中口内固定装置62位于固持器64(诸如当不在使用中时用于存储固定装置62的充电装置或其他设备)内。可以提供诸如操作者控制开关48的控件以用于起始或暂停扫描序列，如随后更详细地描述。在图7所示的示例性实施方案中，成像设备200具有计算机72，计算机72诸如经由电缆68或无线连接与固定装置62进行信号通信。计算机72和显示器50可以提供允许精确地控制成像行为的操作者界面，如随后更详细地描述。
[0074] 固定装置62允许对患者的全牙弓，或按需要对牙弓的某一部分成像，这取决于构造。为了扫描全口，患者可以插入咬合部分66以首先扫描下牙，然后颠倒固定装置62的竖直定向以便扫描上牙。替代地，可以首先扫描上牙弓，随后扫描下牙弓。另外，可以使用来自处理器或计算机的命令来控制装置，以按照从业人员的要求仅扫描全牙弓的一部分或选定部分。
[0075] 参考图8的示意性侧视图，示出了根据本公开的实施方案的当定位成用于扫描患者76的口内的牙齿时的口内固定装置62。患者76通过咬住装置，将固定装置62紧握在适当位置以在扫描期间将固定装置62固持为夹紧在颚内。控制开关48允许患者起始扫描序列以进行自我扫描，而无需技术人员或从业人员的辅助。任选的预览相机94可以安装在固定装置62内以用于提供示出扫描区域的至少某一部分的预览图像。根据本公开的实施方案，预览相机94在显示器50(图7)上显示指示固定装置62位置的反映图像。图像可以例如呈两种或更多种颜色(多色的)或为单色的。该显示器允许观察者或其他技术人员或从业人员确定进一步调整或重新定位固定装置62对随后的扫描是否将有用。该特征可以具有特定用处，其中其用于放置固定装置62以用于诸如在要扫描一颗或多颗牙齿的情况下扫描牙弓的部分子集。另外，由预览相机94捕获的彩色图像可以提供对应于最终表面轮廓的彩色纹理。
[0076] 根据本公开的示例性实施方案，固定装置62具有扫描定向，使得扫描设备可以定位成面向上牙弓或下牙弓。该构造使得固定装置62能够颠倒以用于分开扫描患者牙列的每一半。
[0077] 图9A和图9B示出了咬合部分66的两个替代布置。在图9A中，咬合部分66被配置为覆盖患者的全牙弓，从而允许一次对患者的口的一半进行全扫描，然后重新定位以扫描另一半。图9B示出了用于仅扫描牙弓的一部分的布置。
[0078] 应注意，不同大小的固定装置62可以用于具有不同的口大小的患者，从而允许将合适的扫描布置用于具有不同构造的患者。替代地，可以使用铰接布置来提供可调整的固定装置，例如以使固定装置适合特定患者的牙弓形状。
[0079] 图10A、图10B和图10C示出了咬合部分66内的输送设备52的不同布置。图10A的横截面视图示出了沿着轨道A1移动以扫描牙弓中的牙齿14的一侧的输送设备52。从图10A的视图水平地看，输送设备52的位置将合适地移位，以便扫描其他表面。
[0080] 图10B示出了其中输送设备52具有三个成对的成像系统的横截面实施方案，每个成对的成像系统具有相机34和激光20源。该布置允许单次扫描从牙弓中的牙齿14的所有暴露部分采集表面数据。
[0081] 图10C示出了具有两个相机34和两个激光器20以用于在沿着轨道横穿的单次扫描中扫描相对的牙齿表面的输送设备52的布置。图10D示出了允许在输送设备52的单次横穿中扫描上牙弓表面和下牙弓表面的替代布置。
[0082] 示例性固定装置62的额外特征可以用于更容易地相对于患者的牙齿或牙弓定位固定装置62。控制软件可以被编程以将扫描限于非线性的弯曲或弧形扫描路径的受限部分。在一些示例性实施方案中，固定装置62可以可移除地固定到患者的上颚或下颚以用于深度分辨图像扫描，使得患者在扫描期间不需要咬住固定装置62。在一个示例性实施方案中，固定装置62可以通过张力或弹力特性而固持在适当地方，所述张力或弹力特性推动上颚或下颚内部或外部的多个(例如，相对)侧面。
[0083] 一个或多个激光二极管可以用于生成光，具有支撑光学器件并且具有用于在牙齿表面上形成和扫描图案化光的反射性微机电系统(MEMS)装置。可从光扫描设备获得高速度允许该解决方案与视频3D捕获装置和其他高速图像感测部件一起使用。替代地，可以使用其他光源，诸如发光二极管(LED)。
[0084] 多个类型的常规驱动机中的任一者，诸如马达、机电机构或其他装置可以用作致动器54，致动器54机械地联接到输送设备52以用于沿着轨道A1、A2、A3提供指定平移(例如，线性或非线性的)。根据本公开的实施方案，致动器54可以是使用绳索、电缆或线沿着轨道推进扫描仪的马达。可以提供滑轮机构以用于沿着弯曲或弧形轨道提供扫描仪的这种C扫描或x轴运动。
[0085] 图11是示出口内成像的扫描步骤的逻辑流程图。在准备步骤S100中，将扫描固定装置定位在患者口中以用于扫描患者的牙列。准备步骤S100还可能需要对固定装置62编程以仅扫描牙弓的特定部分，诸如例如仅一颗、两颗或三颗牙齿，如随后更详细地描述。在扫描起始步骤S110中，患者或从业人员起始扫描。可以使用如先前所描述的控制开关48或使用某一其他输入装置或控制命令来执行起始。在指引步骤S120中，固定装置62的输送设备移动到其开始位置以进行扫描。步骤S120开始重复循环，在采集步骤S130中投影光片并捕获所得图像，并且在表面数据处理步骤S140中记录并处理表面数据。循环步骤S150确定是否已到达扫描的结束位置。如果没有，则递增地将输送设备指引到下一扫描位置并且重复步骤S120、S130和S140。在已到达结束位置后，扫描和处理终止并且显示步骤S160提供已计算出的表面特性的显示数据。该数据也可以存储在存储器或其他存储单元中并在需要时传输到另一处理器。
[0086] 图12示出了可以根据本申请的某些示例性方法和/或设备实施方案获得的示例性3D表面轮廓图像210。
[0087] 操作者界面
[0088] 图13示出了用于根据本公开的实施方案控制成像设备的操作和控制固定装置62内的扫描图案的示例性操作者界面。示出了触摸屏版本。图形模板120使得操作者或从业人员能够指定用于扫描的牙弓并识别牙弓的感兴趣区域。显示部分130显示所生成的点云。根据实施方案，提供选择按钮122，选择按钮122允许控制各种参数，诸如特定牙齿的分辨率、牙弓或牙弓部分的扫描表面，和其他参数。
[0089] 根据本公开的实施方案，可以为牙弓的一些部分提供较低的分辨率，并且在识别的感兴趣区域上提供较高的分辨率。该特征可以减少整体扫描时间并在需要时以详细信息实现全扫描。
[0090] 根据本发明的实施方案，计算机程序可以使用对图像数据执行的存储的指令，所述图像数据是从电子存储器访问的。如图像处理领域的技术人员可以了解的，在本申请的示例性实施方案中用于操作成像系统和探针和采集图像数据的计算机程序可以由合适的通用计算机系统利用，通用计算机系统作为如本文中描述的处理器(诸如个人计算机或工作站)操作。然而，许多其他类型的计算机系统可以用于执行本发明的计算机程序，包括例如联网处理器的布置。用于执行示例性方法实施方案的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。该介质可以包括例如：磁性存储介质，诸如磁盘，诸如硬盘驱动器，或可移除装置或磁带；光学存储介质，诸如光盘、光带或机器可读光学编码；固态电子存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或用以存储计算机程序的任何其他物理装置或介质。用于执行示例性方法实施方案的计算机程序还可以存储在计算机可读存储介质上，所述计算机可读存储介质借助因特网或其他网络或通信介质连接到图像处理器。本领域技术人员将进一步易于认识到，这种计算机程序产品的等效物还可以构建在硬件中。
[0091] 应注意，术语“存储器”，在本申请的上下文中等效于“计算机可访问的存储器”，可以指任何类型的暂时性或更持久的数据存储工作空间，其用于存储图像数据和对图像数据操作并且可由计算机系统(包括例如数据库)访问。存储器可以是非易失性的，例如使用长期存储介质，诸如磁性或光学存储装置。替代地，存储器可以具有更易失性本质，使用电子电路，诸如用作微处理器或其他控制逻辑处理器装置的临时缓冲器或工作空间的随机存取存储器(RAM)。显示数据例如通常存储在暂时性存储装置缓冲器中，暂时性存储装置缓冲器与显示装置直接相关联并且按需要周期性地再新以便提供显示的数据。该暂时性存储装置缓冲器还被视为一种类型的存储器，就如该术语在本申请中所使用。存储器还用作用于执行和存储计算和其他处理的中间和最终结果的数据工作空间。计算机可访问的存储器可以是易失性的、非易失性的，或易失性与非易失性类型的混合组合。
[0092] 应理解，本申请的计算机程序产品可以利用众所周知的各种图像操纵算法和过程。应进一步理解，本申请的计算机程序产品示例性实施方案可以提现对于实现方式有用的本文中未具体示出或描述的算法和过程。这类算法和过程可以包括在图像处理领域的一般技术内的常规用处。用于产生和以其他方式处理图像或与本申请的计算机程序产品示例性实施方案合作的这类算法和系统以及硬件和/或软件的额外方面在本文中没有具体示出或描述，并且可以选自本领域已知的这类算法、系统、硬件、部件和元件。
[0093] 本申请的某些示例性方法和/或设备实施方案可以提供扫描仪以表征牙齿、牙龈组织和其他口内特征的表面。根据本申请的示例性实施方案可以包括本文中描述的各种特征(个别地或组合地)。
[0094] 尽管已关于一个或多个实现方式示出了本发明，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下可以对所示实例进行更改和/或修改。另外，尽管已关于一些实现方式/实施方案中的仅一者公开了本发明的特定特征，但是这类特征可以与其他实现方式/实施方案的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定功能可能是期望的和有利的。术语“中的至少一者”用以意指可以选择所列项目中的一个或多个。术语“大约”指示可以稍微更改所列值，只要更改不导致过程或结构不符合所示实施方案。最后，“示例性”指示描述用作实例，而不是暗示它是理想的。根据本文中公开的本发明的说明书的考虑和实践，本发明的其他实施方案对本领域技术人员来说将为显而易见的。旨在将本说明书和实例仅视为示例性的，其中本发明的真实范围和精神由至少所附权利要求指示。
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