三维扫描中的运动补偿的制作方法
【专利说明】三维扫描中的运动补偿
【背景技术】
[0001] 本公开通常涉及牙科治疗领域。更具体地，本公开涉及用于三维扫描的运动补偿 的方法、装置和系统。
[0002] 牙科治疗可能包括，例如，恢复性和/或矫正过程。恢复性过程可以设计成将义齿 (例如，牙冠、桥镶嵌物、高嵌体、贴面等）种入病人的口中。矫正过程可以包括将错位的牙 齿重新定位和改变咬合构造，以改善外观和/或牙齿功能。例如，能够通过在一定时期内将 控制力应用到一个以上的牙齿来完成矫正重新定位。
[0003] 作为一个实例，可以通过使用用于重新对齐牙齿的定位装置的牙科过程来提供矫 正重新定位。这样的装置可以采用称为"调整器"的具有弹性特性的材料的薄壳，其通常与 病人的牙齿一致但是与当前的牙齿构造稍微不对齐。
[0004] 将这样的装置放置在牙齿上可以在特定位置提供控制力，以逐渐使牙齿移入新的 构造。利用渐进的构造的连续装置重复该过程能够使牙齿通过一系列的中间布置移动到最 终期望的布置。
[0005] 这样的系统通常采用重量轻和/或透明的材料，以提供作为能够连续使用的一组 装置，使得随着牙齿移动，能够采用新的装置以进一步移动牙齿。
[0006] 可以使用扫描系统以获得表示病人的处于其当前（即，扫描时）位置的牙齿的数 字数据，在这里将考虑该数据作为表示初始的牙齿布置的初始数字数据组（IDDS)。该IDDS 可以以各种方式得到。这能够用于牙科记录或治疗的目的。
[0007] 例如，可以直接或间接（例如，通过使用模型或印模）对病人的牙齿成像，从而使 用直接和/或间接的结构光、X射线、三维X射线、激光、有损扫描、计算装置辅助的层析图像 或数据组、磁共振图像、口内扫描技术、摄影重建和/或其它成像技术来获得数字数据。该 IDDS能够包括整体口腔牙齿布置、一些牙齿但不是口腔中的所有牙齿，和/或该IDDS可以 包括单个牙齿。
【附图说明】
[0008] 图1A-1B图示出根据本公开的一些实施例的口内扫描仪的选择性透视图。
[0009] 图2是图示出根据本公开的一些实施例的扫描仪相对于扫描对象的运动的图。
[0010] 图3是图示出根据本公开的一些实施例的扫描仪的图。
[0011] 图4是图示出根据本公开的一些实施例的使用3D和2D数据的运动补偿的方法的 流程图。
[0012] 图5是图示出根据本公开的一些实施例的使用3D数据的运动补偿的方法的流程 图。
[0013] 图6图示出根据本公开的一些实施例的3D扫描中的运动补偿的系统。
【具体实施方式】
[0014] 例如，可以使用X光、激光扫描仪、有损扫描仪、结构光和/或其它范围采集系统扫 描病人的单个牙齿或多个牙齿的正模型和/或负印模，以产生IDDS。由范围采集系统产生 的数据组可以转换为其它格式，以与用于操控数据组内的图像的软件兼容，如在这里所述。
[0015] 是否直接扫描病人的齿列、或扫描病人的齿列的模型或印模，期望地在使扫描仪 相对于牙齿移动的同时支持扫描。这样的支持能够对视频扫描（例如，连续序列的图像） 和点和拍摄扫描（例如，一些离散的图像）都有益。
[0016] 利用点和拍摄扫描，使用者可以触发扫描。在触发扫描之后，快速扫描能够有益于 降低扫描时的在慢速扫描期间（例如，在扫描开始和完成之间的时间期间）可能产生的可 能由于扫描仪的运动而引起的失真。因为使用者试图使扫描仪保持稳定，所以合理的是：假 设与点和拍摄扫描相关的运动比较小（例如，与视频扫描期间的运动相比）（例如，与视频 扫描期间的运动相反）。
[0017] 在扫描期间，慢速扫描能够导致扫描仪相对于对象的大移动，这将导致扫描结果 的运动（运动模糊）。作为在这里使用的，慢速扫描不是指扫描期间的长曝光。而是，慢速 扫描可以表示：相对长的时间段用于在单个3D扫描期间采集多个单个图像。从而，其需要 相对长的时间（例如，250-400毫秒（msec))来获取3D扫描。每个图像自身都可能或不可 能遭受运动模糊。然而，在包括3D扫描的扫描过程中的运动的影响可以是原始图像之间的 相对位置未知，从而引起几何失真（例如，由于原始图像的说明，这可以假设图像之间的特 定相对位置）。然而，快速扫描仪更难以完成（例如，可能要求更昂贵和/或高级的硬件、并 且要求相对于慢速扫描仪的更多和/或更快的计算能力）。除非另外说明，否则将在这里使 用的术语扫描认为是视频扫描以及点和拍摄扫描中的任一者或两者。
[0018] 利用连续扫描，扫描仪能够在特定量的时间内自动进行特定数量的扫描（例如， 每秒X数量的扫描）。合理的是：假设扫描仪速度是大致每秒（sec)五毫米。然而，即使利 用50msec的快速扫描，这仍能够包括在一些实施中的250微米的扫描仪偏移。从而，即使 对于快速扫描的视频扫描，运动补偿也是有益的。
[0019] 作为在这里使用的，运动检测是指确定扫描仪是否相对于物体显著移动。在一些 实施例中，能够拒绝带有检测的运动的扫描。作为在这里使用的，运动补偿是指纠正由于 扫描仪的运动而引起的扫描中的失真。运动补偿的实例能够包括：估计扫描仪的空间轨迹 (例如，扫描仪在空间中如何移动），作为在每个单个扫描持续时间中的时间的函数（例如， 作为每个扫描的时间的功能）。这样的信息能够用于补偿扫描中的失真。在一些实施例中， 3D扫描的结果能够是表示扫描对象（例如，病人的齿列）的点云。运动补偿能够应用于点 云，以纠正的扫描时产生的失真。
[0020] 在运动补偿时可能产生的一些困难包括复杂运动（例如，扫描仪可能以六自由度 和/或不稳定的速度移动）。这对于手持扫描仪来说尤其真实，手持扫描仪可能接触病人 的牙齿，其中摩擦和/或碰撞能够引起突然加速。其他困难包括在扫描期间病人的颁移动。 本公开的一些实施例包括扫描仪中的位置跟踪装置（例如，加速计和/或陀螺仪、以及其他 的惯性装置、无线装置、或其它装置）的使用，以帮助扫描仪的测量移动，但是这样的装置 不能处理病人的颁的移动。另一个困难可以包括病人的软组织（例如，舌头、嘴唇、面颊） 的运动，这可能使用于计算扫描仪相对于牙齿的运动的一些光学方法混乱。
[0021] 本公开提供了计算装置实施方法、计算装置可读介质和用于三维扫描的运动补偿 的系统。运动补偿能够包括：接收齿列的三维（3D)扫描、估计从一次扫描到另一次扫描的 运动轨迹、和通过补偿运动轨迹而计算纠正的扫描。估计运动轨迹可以包括以下的一个以 上：注册（registering) -次扫描到另一次扫描，并且确定扫描之间的移动量是否在注册 阈值内；基于在扫描期间采集的连续的二维（2D)图像之间的局部运动来确定光流，使用光 流估计并且改善扫描中的点的运动轨迹，并且基于位置追踪装置的输入估计扫描期间的3D 扫描仪的移动量作为刚体变换。
[0022] 在一些实施例中，运动补偿能够包括：接收利用3D扫描仪采集的齿列的3D扫描的 在第一参考系中的第一数据、和接收在齿列的3D扫描期间利用2D成像器采集的齿列的二 维（2D)图像的在第二参考系中的第二数据，第二参考系相对于第一参考系固定，各个2D图 像与3D扫描中的各个时间相关联。运动补偿能够包括：基于2D图像中的连续图像之间的 局部运动确定光流、估计3D扫描中的点的运动轨迹、并且使用光流来改善估计的运动轨迹 以评估估计的运动轨迹的正确性。可以使用改善的估计的运动轨迹补偿3D扫描期间的运 动。
[0023] 在一些实施例中，运动补偿的系统能够包括：扫描模块，该扫描模块包括口内3D 扫描仪和结合到3D扫描仪的至少一个位置追踪装置。该系统还可以包括处理模块，该处理 模块结合到扫描模块以基于至少一个位置追踪装置的输入来估计3D扫描期间的3D扫描仪 的移动量作为刚体变换，并且通过将逆刚体变换应用到包括3D扫描的多个点来补偿移动 量。
[0024] 在本公开的详细描述中，参考了附