一种牙病检测的成像方法及系统与流程

本发明涉及口腔医学临床检测领域，特别是涉及一种牙齿检测的成像方法及系统。

背景技术：

在口腔医学临床检测过程中，x射线成像技术被广泛应用于牙齿结构、牙齿病态区内部状态的评估。然而，活体组织中的分子易被x射线离子化，x射线的剂量必须保持在限定的范围内，拍照检测的次数受限制。同时，x射线成像检测小龋齿，查看牙齿裂缝填充物等方面并不可靠。可见光检测可避免电离危害，但是其在牙齿内部随机散射，不利于观测牙釉质内部。

用近红外光照射牙齿时，牙釉质呈现在光学图像探测器上近似透明，因而能够观测出牙釉质内部，可减少采用可见光照射牙齿时出现的问题，避免了在x射线下多次被辐射的危害，可以进行牙齿的日常检查。但是，光学图像探测器受牙齿固有结构属性和近红外成像特点影响，直接接收到的近红外光成像光强动态范围小，对比度低，且无法对成像图像的光强实时进行像素级调制，因此，实际检测到的牙齿图像与期望的牙齿图像相差很大，成像图像精准度低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种牙齿检测的成像方法及系统，以解决实际检测的牙齿图像与期望的牙齿图像相差很大，成像图像精准度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种牙齿检测的成像装置，包括：光源、准直调整镜、一次成像物镜、数字微镜、折叠反射镜组、二次成像物镜、光学图像探测器、控制器；

所述一次成像物镜设于所述准直调整镜和所述数字微镜之间且所述准直调整镜、所述一次成像物镜以及所述数字微镜在同一水平线上；所述准直调整镜和所述一次成像物镜之间设有牙齿；所述光源透过所述准直调整镜照射在所述牙齿上，由所述一次成像物镜成像，聚集到所述数字微镜上，所述数字微镜内多个微反射镜片将所述光源发出的光线反射到折叠反射镜组，由所述折叠反射镜组反射到所述二次成像物镜成像，由所述光学图像探测器获取所述二次成像物镜上的成像图像；

所述控制器与所述数字微镜电连接；所述控制器与所述光学图像探测器电连接，所述控制器用于根据所述光学图像探测器所采集的牙齿检测图像控制所述数字微镜内的多个所述微反射镜片的开启或关闭。

可选的，所述成像装置还包括：非成像反射光黑体吸收装置；

当所述数字微镜内的微反射镜片呈关闭状态时，所述光线反射到所述非成像反射光黑体吸收装置。

一种牙齿检测的成像方法，所述成像方法应用于一种牙齿检测的成像装置，该装置包括：光源、准直调整镜、一次成像物镜、数字微镜、折叠反射镜组、二次成像物镜、光学图像探测器、控制器；

所述一次成像物镜设于所述准直调整镜和所述数字微镜之间且所述准直调整镜、所述一次成像物镜以及所述数字微镜在同一水平线上；所述准直调整镜和所述一次成像物镜之间设有牙齿；所述光源透过所述准直调整镜照射在所述牙齿上，由所述一次成像物镜成像，聚集到所述数字微镜上，所述数字微镜内多个微反射镜片将所述光源发出的光线反射到折叠反射镜组，由所述折叠反射镜组反射到所述二次成像物镜成像，由所述光学图像探测器获取所述二次成像物镜上的成像图像；

所述控制器与所述数字微镜电连接；所述控制器与所述光学图像探测器电连接，所述控制器用于根据所述光学图像探测器所采集的牙齿检测图像控制所述数字微镜内的多个所述微反射镜片的开启或关闭；

所述成像方法，包括：

获取由所述光学图像探测器采集的牙齿检测图像；

获取所述牙齿检测图像内的待测像素点的光强度；

判断所述待测像素点的光强度是否在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则确定所述牙齿检测图像为期望牙齿检测图像；

若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度未在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则控制所述数字微镜内所述待测像素点对应的微反射镜片的开启或关闭。

可选的，所述获取所述牙齿检测图像内的待测像素点的光强度，具体包括：

获取所述数字微镜的n帧母掩膜；每一帧所述母掩膜由n帧二进制的子掩膜组成；每一帧所述子掩膜对应所述牙齿检测图像的每一像素点的坐标；

获取每一帧所述子掩膜的操作时长；所述操作时长包括开启时长和关闭时长；

根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值；

根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵；所述响应矩阵中的每一响应元素对应所述牙齿检测图像的每一所述像素点；所述响应元素表示每一所述像素点的光强度。

可选的，所述根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值，具体包括：

根据公式计算每一所述像素点对应的调光权值，其中n表示子掩模的个数，ri为所述母掩模第i点调光权值，，pi(x,y)为所述子掩膜中对应的像素点的坐标(x,y)处的二进制值，ti为所述第i帧子掩模操作时长，t为所述母掩膜帧周期。

可选的，所述根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵，具体包括：

根据所述调光权值建立调光权值矩阵r；

获取每一所述响应元素所对应的每一所述像素点的光强度；

根据每一所述光强度建立光强度矩阵m；

根据公式e＝δ·m·r计算所述响应矩阵，δ为常数，e为响应矩阵。

可选的，所述控制所述数字微镜内所述待测像素点对应的微反射镜片的开启或关闭，具体包括：

判断所述所述待测像素点的光强度是否小于所述待测像素点对应的第一预设光强度，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示为所述待测像素点的光强度小于所述待测像素点对应的第一预设光强度，则控制所述待测像素点对应的微反射镜片开启；

若所述第二判断结果表示为所述所述待测像素点的光强度是否不小于所述待测像素点对应的第一预设光强度，则判断所述待测像素点是否大于所述待测像素点对应的第二预设光强度，得到第三判断结果；

若所述所述第三判断结果表示为所述待测像素点大于所述待测像素点对应的第二预设光强度，则控制所述所述待测像素点对应的微反射镜片关闭；所述第一预设光强度为所述待测像素点的预设光强度范围的最小值，所述第二预设光强度为所述待测像素点的预设光强度范围的最大值。

一种所述牙齿检测的成像系统，包括：

牙齿检测图像获取模块，用于获取由所述光学图像探测器采集的牙齿检测图像；

光强度获取模块，用于获取所述牙齿检测图像内的待测像素点的光强度；

第一判断模块，用于判断所述待测像素点的光强度是否在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，得到第一判断结果；

牙齿检测图像确定模块，用于若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则确定所述牙齿检测图像为期望牙齿检测图像；

数字微镜控制模块，用于若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度未在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则控制所述数字微镜内所述待测像素点对应的微反射镜片的开启或关闭。

可选的，所述光强度获取模块具体包括：

母掩膜获取单元，用于获取所述数字微镜的n帧母掩膜；每一帧所述母掩膜由n帧二进制的子掩膜组成；每一帧所述子掩膜对应所述牙齿检测图像的每一像素点的坐标；

操作时长获取单元，用于获取每一帧所述子掩膜的操作时长；所述操作时长包括开启时长和关闭时长；

调光权值计算单元，用于根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值；

响应矩阵计算单元，用于根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵；所述响应矩阵中的每一响应元素对应所述牙齿检测图像的每一所述像素点；所述响应元素表示每一所述像素点的光强度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过实时获取光学图像探测器采集的牙齿检测图像内像素点的光强度，控制所述数字微镜内微反射镜片的开启或关闭使得每一像素点的光强度均处于每一像素点所对应的预设光强度范围内，以获取更接近真实的高动态范围牙齿结构图像，提高牙齿检测图像的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的成像装置结构图；

图2为本发明所提供的成像方法流程图；

图3为本发明所提供的成像系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种牙齿检测的成像方法及系统，能够实时调整牙齿检测图像内各像素点的光强度，使得牙齿检测图像更接近真实的牙齿结构，从而提高牙齿检测图像的检测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的成像装置结构图，如图1所示，一种牙齿检测的成像装置，包括：光源1、准直调整镜2、一次成像物镜3、数字微镜4、折叠反射镜组5、二次成像物镜6、光学图像探测器7、控制器8；

所述一次成像物镜3设于所述准直调整镜2和所述数字微镜4之间且所述准直调整镜2、所述一次成像物镜3以及所述数字微镜4在同一水平线上；所述准直调整镜2和所述一次成像物镜3之间设有牙齿；所述光源1透过所述准直调整镜2照射在所述牙齿上，由所述一次成像物镜3成像，聚集到所述数字微镜4上，所述数字微镜4内多个微反射镜片将所述光源1发出的光线反射到折叠反射镜组5，由所述折叠反射镜组5反射到所述二次成像物镜6成像，由所述光学图像探测器7获取所述二次成像物镜6上的成像图像；所述控制器8与所述数字微镜4电连接；所述控制器8与所述光学图像探测器7电连接，所述控制器8用于根据所述光学图像探测器7所采集的牙齿检测图像控制所述数字微镜4内的多个所述微反射镜片的开启或关闭；所述成像装置还包括：非成像反射光黑体吸收装置9；当所述数字微镜4内的微反射镜片呈关闭状态时，所述关闭状态是当所采集的牙齿检测图像中的某一像素点的光强度高于预设光强度范围时，将该像素点对应的微反射镜片旋转一定角度使得光线到所述非成像反射光黑体吸收装置9，避免光线干扰。

光源1主要由准直调整镜2、成像物镜、折叠反射镜组5和数字微镜4组成。穿过牙齿的近红外光通量进入一次成像物镜3中成像到数字微镜4的微反射镜片上，当数字微镜4上的微反射镜片处于“开”状态时，微反射镜片将来自成像物镜上的光线反射到折叠反射镜组5上，折叠反射镜组5再将光线二次反射到光学图像探测器7上；相反，当数字微镜4上的微反射镜片处于“关”状态时，微反射镜片会将成像物镜上的光线反射到非成像反射光黑体吸收装置9，从而消除了无效的反射光进入二次成像系统中形成干扰；光学图像探测器7一般为近红外敏感的电荷耦合器件(chargecoupleddevice，ccd)相机或者cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)互补金属氧化物半导体相机，或专属的近红外ccd/cmos相机，用于接收经过数字微镜4二次调制过动态范围的牙齿光通量；控制器8一般地由fpga或dsp或计算机系统组成，用于控制采集光学图像探测器7上和牙齿相关联的图像信息，以及根据光学图像探测器7获得的图像去调整对应数字微镜4上相应位置的微反射镜片的开关状态以及开关时间以达到调整像面局部区域光强的目的，从而表现出对对应的图像传感器像素点不同层次的光强控制，提高牙齿关联成像的动态范围和对比度；采用近红外激光或二极管等近红外光源，通常情况下，波长介于780nm-850nm之间，经准直调整镜2准直后照射待检牙齿，另一侧使用近红外波段敏感的光学图像探测器7接收信息，为了提高近红外光成像的动态范围和对比度；数字微镜4的光强度调制部分，采用自适应空间区域法快速调节数字微镜4阵列中某一微镜两态(开/关)时间的长短，实现对对应的图像传感器像素点不同层次的光强控制，使饱和区域处的光强快速的调节至图像传感器最佳响应区域，在光学设计上，本发明采用折叠反射镜组5和二次成像物镜6，使数字微镜4成像系统与光学图像探测器7成像系统完美衔接，且由于数字微镜4和光学图像探测器7在待检牙齿的同一侧，因此，数字微镜4调制过的光线，避免了经过其他介质发生散射的过程，直接经过二次成像，实现像素级、点对点一一对应的光强精确调制，本发明采用数字微镜4对穿过待检牙齿的透射光进行空间像素级光强调制，实现牙齿高亮度部分和弱光强部分的同时观测，获取更为丰富、更为接近真实的高动态范围牙齿结构图像。

本发明能够实现像素级、点对点光强调制，提高近红外成像的动态范围和对比度，有效替代x射线检测方法，对早期牙病的发现和治疗有很大的帮助。

图2为本发明所提供的成像方法流程图，如图2所示，一种牙齿检测的成像方法，包括：

步骤201：获取由所述光学图像探测器采集的牙齿检测图像；

步骤202：获取所述牙齿检测图像内的待测像素点的光强度；获取所述数字微镜的n帧母掩膜；每一帧所述母掩膜由n帧二进制的子掩膜组成；每一帧所述子掩膜对应所述牙齿检测图像的每一像素点的坐标；获取每一帧所述子掩膜的操作时长；所述操作时长包括开启时长和关闭时长；根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值；根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵；所述响应矩阵中的每一响应元素对应所述牙齿检测图像的每一所述像素点；所述响应元素表示每一所述像素点的光强度；所述根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值，具体包括：根据公式计算每一所述像素点对应的调光权值，其中，n表示子掩模的个数，ri为所述母掩模第i点调光权值，pi(x,y)为所述子掩膜对应的像素点的坐标(x,y)处的二进制值，ti为所述第i帧子掩模操作时长，t为所述母掩膜帧周期；所述根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵，具体包括：根据所述调光权值建立调光权值矩阵r；获取每一所述响应元素所对应的每一所述像素点的光强度；根据每一所述光强度建立光强度矩阵m；根据公式e＝δ·m·r计算所述响应矩阵，δ为常数，e为响应矩阵；

步骤203：判断所述待测像素点的光强度是否在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，若是，执行步骤204，若否，执行步骤205；

步骤204：确定所述牙齿检测图像为期望牙齿检测图像；

步骤205：控制所述数字微镜内所述待测像素点对应的微反射镜片的开启或关闭；具体控制过程如下：

判断所述所述待测像素点的光强度是否小于所述待测像素点对应的第一预设光强度，若是，控制所述待测像素点对应的微反射镜片开启；若否，判断所述待测像素点是否大于所述待测像素点对应的第二预设光强度，若是，控制所述所述待测像素点对应的微反射镜片关闭；所述第一预设光强度为所述待测像素点的预设光强度范围的最小值，所述第二预设光强度为所述待测像素点的预设光强度范围的最大值。

数字微镜的空间像素级光强调制算法部分由控制器实现，为了有效地调节数字微镜某一微镜两态操作时间的长短，实现对应光学图像探测器像素点不同层次的光强调制。分析光学图像探测器获得的图像数据以控制数字微镜对单像素的入射光光强调制，使得光学图像探测器的感光元件响应处于线性工作区内，并同时记录各像素对应的调光权值，用于事后高动态图像数据恢复。数字微镜的一帧母掩模m对应光学图像探测器采集的一帧图像，m由n帧二进制子掩模mi组成，每帧子掩模的二进制数据0，1分别代表数字微镜单元的关闭和打开两态，每帧子掩模mi作用时间为ti；数字微镜上任意一点的像素坐标定义为(x，y)，它与光学图像探测器某像素点相对应，数字微镜中该点调光权值ri表示为：pi(x,y)是二进制子掩模mi中坐标(x，y)处的二进制值，t是母掩模帧周期，数值上等于光学图像探测器的设计帧周期。

整个系统的动态范围为光学图像探测器的动态范围与数字微镜的动态范围之和，而数字微镜的动态范围则由最大、最小调光权值rmax，rmin比值决定，因此，通过调节调光权值ri可调节成像系统的可探测动态范围。在系统可调光强范围内，调节调光权值ri能使实际场景入射光强l较宽区间在光学图像探测器上的响应处于对应的光强控制目标范围(thi，thsat)内，其中thi＝ri-1thsat/ri-ci，(i＝2,…,n)，ci用于消除临界点的敏感度，thsat为像素饱和阈值。设l(pi)为光学图像探测器上像素点pi所对应的实际场景光强，元素集l(pi)(i＝1，2…，i)组成矩阵m，其中pi、pi+1为相邻像素点，r为光强控制权值的集合，维数与矩阵m相同，其内元素为系统n个固定的调光权值中的i(i≤n)个相邻ri，则i个像素点在光学图像探测器上的响应为：e＝δ·m·r，δ为系统常数。

对光强控制的具体操作，假设当前像素点(x，y)处的调光权值为ri，当e>thsat，则rnext＝ri+δ；当thi>e>thsat，则rnext＝ri；当e<thi，则rnext＝ri-δ；δ是调光权值的改变步长，若δ较大，调光系统容易振荡，若δ较小，搜索速度降低。采用自适应空间区域法可有效提高光强调制的效率，在实际中使用中，取i＝4，为4个相邻像素点分配4个连续的调光权值，算法实现过程如下：

(1)若e中有元素处于饱和状态，则改变调光权值：ri为像素点pi的当前调光权值的最大值，并跳到(2)。若e中无元素处于饱和状态则直接跳到(3)。

(2)对于非边缘区域，若e中出现某元素处于调光目标区域(thi，thsat)内，其对应的调光权值为rj，则改变调光权值：rnext元素均为rj，并跳到(1)。由边缘区域等因素引起e中未出现元素处于调光目标区域(thi，thsat)内，则直接回到(1)。

(3)若e中有元素小于thi，则由e和r估计m中的元素区间，得到对应的ri，更新矩阵r中的对应调光权值，并回到(1)；若e中没有元素小于thi，则直接回到(1)。

基于自适应空间区域法，在可调光范围内，至多经过n/4(n/i)次即可完成调光权值的搜索，最终实现待检牙齿高亮度部分和弱光强部分的同时观测，获取更为丰富、更为接近真实的高动态范围牙齿结构图像。

图3为本发明所提供的成像系统结构图，如图3所示，一种牙齿检测的成像系统，包括：

牙齿检测图像获取模块301，用于获取由所述光学图像探测器采集的牙齿检测图像；

光强度获取模块302，用于获取所述牙齿检测图像内的待测像素点的光强度；

第一判断模块303，用于判断所述待测像素点的光强度是否在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，得到第一判断结果；

牙齿检测图像确定模块304，用于若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则确定所述牙齿检测图像为期望牙齿检测图像；

数字微镜控制模块305，用于若所述第一判断结果表示为所述待测像素点的光强度未在与所述待测像素点对应的预设光强度范围内，则控制所述数字微镜内所述待测像素点对应的微反射镜片的开启或关闭。

其中，所述光强度获取模块302具体包括：母掩膜获取单元，用于获取所述数字微镜的n帧母掩膜；每一帧所述母掩膜由n帧二进制的子掩膜组成；每一帧所述子掩膜对应所述牙齿检测图像的每一像素点的坐标；操作时长获取单元，用于获取每一帧所述子掩膜的操作时长；所述操作时长包括开启时长和关闭时长；调光权值计算单元，用于根据每一所述操作时长计算每一所述像素点对应的调光权值；响应矩阵计算单元，用于根据所述调光权值计算所述牙齿检测图像的响应矩阵；所述响应矩阵中的每一响应元素对应所述牙齿检测图像的每一所述像素点；所述响应元素表示每一所述像素点的光强度。

采用本发明所提供的牙齿检测的成像系统能够实时调整牙齿检测图像的各像素点的光强度值，从而提高牙齿检测图像的检测精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。