>[0014]图1是本实用新型实施例提供的口腔表面三维形貌实时测量及探头系统结构图。
[0015]图2是本实用新型提供的三维重建系统的系统示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明做详细说明:
[0017]如图1所示，一种新型小体积牙科扫描探头，其结构包括:光源LED模组(I)，能够将成像、投影光路合为一体并且保证各光路不相互干扰的偏振分光棱镜(2)，对光源的光束起准直作用的非球面准直反射镜(3)，能够根据要求以一定频率投射结构光条纹的新型投影器件LCos(4)，可将投影光路、成像光路合为一路并因此能缩小系统体积、保证能够清晰投影、清晰成像的共光路镜头(5)，能够深入口腔内部、并能起到压缩光路、光瞳转换和光瞳放大作用而且无像差的波导元件(6)，波导元件中包含有与波导基底成一定角度以保证光路能够投射到被测面或使被测面的反射光进入波导的部分反射镜序列(7)，保证清晰成像的CCD前成像镜头(8)，保证光线进入波导元件后能够在波导元件内部进行全反射的波导入射面与波导基底的夹角(9)、采集条纹信息的探测器CCD(1)。
[0018]首先，由LED模组(I)发出的束经偏振分光棱镜(2)反射后到达非球面准直反射镜
(3)，经过非球面准直反射镜的准直作用，光束平行地入射到LCos(4)表面，LCos由于受到计算机及FPGA芯片的控制，它将以一定的频率显示带有相移的条纹结构光，条纹结构光被由偏振分光棱镜和共用目镜(5)组成的投影光学系统投影后进入平板波导元件(6)，平板波导是一种类似于柔性焦距透镜组的透明薄板，它可作为近距离透射系统的核心光学元件，作用为光瞳放大器。波导在结构上分为入射耦合和出射耦合两个结构，波导入射面、目镜的主面以及偏振分光棱镜的光源入射面相互平行，本实施例中平板波导由波导元件入射面与波导基底的夹角(9)作为入射耦合，由部分反射镜阵列(7)作为出射耦合。平板波导可将投影光学系统中高清晰度的图像直接传递到被测物面上。平板波导入口耦合处将光以一定入射角耦合进入波导，这种方式可保证光在平板波导衬底上发生全内反射(TIR)。经过衬底上的多次反射，光线达到部分反射镜，将光从波导传递到被测物体的表面上。基于光路可逆原理，同样光线可以在平板波导出射耦合处进入平板波导，光线经入射耦合处出射后进入CCD前成像镜头(8)成像在CCD (I O)上。
[0019]如图2所示，三维重建系统的系统示意图，其组成包括:可编程逻辑器件FPGA、控制线路、数据传输线路、LCos、CCD、计算机、被测牙齿表面。
[0020]其次，本实用新型提出的软硬件结合的快速三维重建方法，其步骤如下:
[0021]测量开始前，需要先对FPGA芯片进行控制程序烧写，搭建控制电路，并进行初步的测试;采用隐式标定法对成像光学系统景深范围进行标定，采用LM(Levenberg_Marquardt)优化方法求取标定矩阵；
[0022]将光学探头伸入口腔内，利用FPGA控制LCos投影一组图像，微量延时后，控制CCD捕获这一组图像；
[0023]利用快速三维重建算法对这组图像进行处理，包括三步相移算法和时域相位展开算法，结合第一步求出的标定矩阵，可以求出牙齿的三维点云，从而重建牙齿的三维形貌。
[0024]本实用新型实施例提供的新型小体积牙科扫描探头以及牙齿表面三维形貌重建系统能够将小体积、高灵活度的探头深入口腔扫描，并精确快速地获取口腔内部的三维形貌数据，同时让计算机构建其三维形貌模型。可以满足牙科三维扫描系统体积小、灵活、高精度、快速的要求，能够大大减少医生及技师的劳动量。
[0025]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型小体积牙科扫描探头，按照光路前进的顺序，其特征在于:包括，光源LED模组(I)，能够将成像、投影光路合为一体并且保证各光路不相互干扰的偏振分光棱镜(2)，对光源的光束起准直作用的非球面准直反射镜(3)，能够根据要求以一定频率投射结构光条纹的新型投影器件LCos(4)，可将投影光路、成像光路合为一路并因此能缩小系统体积、保证能够清晰投影、清晰成像的共光路镜头(5)，能够深入口腔内部、并能起到压缩光路、光瞳转换和光瞳放大作用而且无像差的波导元件(6)，波导元件中包含有与波导基底成一定角度以保证光路能够投射到被测面或使被测面的反射光进入波导的部分反射镜序列(7)，保证清晰成像的CCD前成像镜头(8)，保证光线进入波导元件后能够在波导元件内部进行全反射的波导入射面与波导基底的夹角(9)、采集条纹信息的探测器CCD(1)。2.一种牙齿表面三维形貌重建系统，其特征在于:包括，如权利要求1中一种新型小体积牙科扫描探头，带有控制程序的FPGA芯片，控制CCD同步实时采集条纹信息并实时重建三维形貌的计算机系统以及电路系统。
【专利摘要】本实用新型包括一种新型小体积牙科扫描探头以及牙齿表面三维形貌重建系统，属于医学精密测量仪器领域。其提供了一种新型扫描探头，沿光路方向依次包括LED光源模组、偏振分光棱镜、非球面准直反射镜、LCos投影器件、投影成像共用镜头、波导元件及波导元件中的部分反射镜序列、成像镜头、探测器CCD。本实用新型提供的扫描探头实现了口腔探测要求的小型化、高精度，牙齿表面三维形貌重建系统能够根据所探测的信息得到牙齿三维形貌数据并重建三维图形，满足了牙齿探测实时、快速的要求。
【IPC分类】A61B1/06, G06T17/00, A61C19/04, A61B1/05
【公开号】CN205286293
【申请号】
【发明人】常军, 白学武, 牛亚军, 陈蔚霖, 谢桂娟
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年8月7日