一种口内三维扫描装置及方法与流程

1.本公开涉及口内三维扫描技术领域，具体地，涉及一种口内三维扫描装置及方法。


背景技术：

2.数字化口腔诊疗正在改变着口腔医学的传统诊疗模式，成为口腔医学未来的发展趋势之一。口腔数字化印模作为临床口腔诊疗过程中的一种重要信息存储源，是临床口腔正畸、义齿修复和种植方案设计的依据，同时也是医生提高医患沟通效率、判断治疗效果的重要参考。
3.目前口腔数字化印模技术主要分两大类：模型数字化技术和口内扫描技术。其中模型数字化技术需进行传统的人工取模，效率低且患者舒适度差，而口内扫描技术直接通过探测器在口腔内对牙齿进行扫描即可重建出口腔形貌的三维数字模型，极大的提高了取模效率和患者体验，降低了材料和人工消耗，通过实时重建的数字模型，为诊前医患沟通提供更加便捷有效的方法。
4.目前现有的口内三维扫描仪，传统上需要通过数据线将探测器采集到的图像数据传输到计算机后再进行处理和显示，而实际患者口内环境比较复杂，医生在扫描过程通常需要将探测器在口内调整多个角度和位置才能扫描到完整的数据，受口腔诊室空间和数据线长度的影响，医生在调整角度和位置时就会受到数据线的影响，而且数据线一般都连接在扫描仪的末端，无形中对扫描仪形成一定牵扯力，长时间扫描会降低使用体验。
5.由于采集到的原始图像数据量一般都比较大，如果直接采用无线传输技术来进行传输，需要很高的传输带宽；而且口内扫描是一个动态实时的过程，采集帧率高且数据量大，要实时完成计算处理和渲染显示通常需要很高配置的计算机，增加了设备成本。


技术实现要素：

6.本公开的主要目的是提供一种口内三维扫描装置及方法，以便解决现有技术中数据量大对无线传输带宽要求高以及对计算机性能配置要求高等技术问题。
7.为了实现上述目的，本公开提供一种口内三维扫描装置，所述装置包括：
8.投影模块，用于投影图案到牙齿表面；
9.成像模块，用于对投影到牙齿表面的图案进行同步曝光成像并转化成数字图像数据；
10.计算处理模块，用于对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据；
11.无线传输模块，用于实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机，以使所述计算机通过软件系统完成后续处理运算，生成口内牙齿的三维模型。
12.可选地，所述计算处理模块具体用于通过片上系统(system
‑
on
‑
a
‑
chip，soc)对所述数字图像数据进行计算处理，转化成所述三维信息和对应的纹理图像信息数据。
13.可选地，所述三维信息包括图像的二维特征信息和坐标，或者三维点云坐标。
14.可选地，所述计算处理模块具体包括至少以下一种子模块：图像滤波子模块、颜色校准子模块、图像增强子模块、特征提取子模块、三维点云坐标计算子模块。
15.可选地，所述无线传输模块具体用于通过wi
‑
fi、超宽带(ultra wide band，uwb)、近场通信(near field communication，nfc)或5g进行无线传输。
16.本公开还提供一种口内三维扫描方法，所述方法包括：
17.投影图案到牙齿表面；
18.对投影到牙齿表面的图案进行同步曝光成像并转化成数字图像数据；
19.对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据；
20.实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机，以使所述计算机通过软件系统完成后续处理运算，生成口内牙齿的三维模型。
21.可选地，通过片上系统soc对所述数字图像数据进行计算处理，转化成所述三维信息和对应的纹理图像信息数据。
22.可选地，所述三维信息包括图像的二维特征信息和坐标，或者三维点云坐标。
23.可选地，所述对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据具体包括至少以下一种过程：图像滤波、颜色校准、图像增强、特征提取、三维点云坐标计算。
24.可选地，所述无线传输的方法包括wi
‑
fi、uwb、nfc或5g。
25.本公开通过无线传输技术替代传统有线传输，方便医生在扫描过程灵活调整设备角度和位置，极大提高扫描效率和操作体验。
26.本公开提供一种口内三维扫描装置及方法，所述装置包括投影模块，用于投影图案到牙齿表面；成像模块，用于对投影到牙齿表面的图案进行同步曝光成像并转化成数字图像数据；计算处理模块，用于对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据；无线传输模块，用于实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机，以使所述计算机通过软件系统完成后续处理运算，生成口内牙齿的三维模型。有两个明显的有益效果，一是降低传输的数据量，对无线传输的带宽要求更低，实现更加稳定的传输；二是分担计算机数据处理的计算量，降低软件系统对计算机性能配置的要求，进一步地降低设备成本。
27.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
28.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
29.图1为本公开方案一种口内三维扫描装置的结构示意图；
30.图2为本公开方案一种口内三维扫描装置的详细结构示意图；
31.图3为本公开方案一种口内三维扫描方法的流程示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描
述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
33.参见图1，示出了本公开一种口内三维扫描装置的结构示意图。所述装置包括：
34.投影模块101，用于投影图案到牙齿表面；
35.成像模块102，用于对投影到牙齿表面的图案进行同步曝光成像并转化成数字图像数据；
36.计算处理模块103，用于对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据；
37.无线传输模块104，用于实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机，以使所述计算机通过软件系统完成后续处理运算，生成口内牙齿的三维模型。
38.可选地，所述计算处理模块具体用于通过片上系统soc对所述数字图像数据进行计算处理，转化成所述三维信息和对应的纹理图像信息数据。
39.可选地，所述三维信息包括图像的二维特征信息和坐标，或者三维点云坐标。
40.可选地，所述计算处理模块具体包括至少以下一种子模块：图像滤波子模块、颜色校准子模块、图像增强子模块、特征提取子模块、三维点云坐标计算子模块。
41.可选地，所述无线传输模块具体用于通过wi
‑
fi、uwb、nfc或5g进行无线传输。
42.本发明设计了基于片上系统soc的数据处理系统，直接将采集到的数字图像数据在片上系统soc上进行处理得到三维信息和对应的纹理图像信息，再将所述三维信息和对应的纹理图像信息无线传输到计算机，有两个明显的有益效果，一是降低传输的数据量，对无线传输的带宽要求更低，实现更加稳定的传输；二是分担计算机数据处理的计算量，降低软件系统对计算机性能配置的要求，进一步地降低设备成本。
43.下面结合图2，对本公开的一种口内三维扫描装置进行详细说明：
44.所述口内三维扫描装置200包括投影模块201，所述投影模块201可以采用空间光调制器设计的数字图像投影系统，也可以是基于彩色条纹光栅或者针孔阵列等掩模版设计的图像投影系统；
45.所述投影模块201采用的光源，可以是任意单波长led，也可以是白光led，也可以是多个单波长led的组合，也可以是任意波长的激光光源；所述投影模块201包含光学投影镜头模组，可以是定焦设计的镜头模组，也可以是可变焦设计的镜头模组；变焦镜头模组，可以是基于机械运动控制实现变焦设计，也可以是基于液体镜头控制实现变焦设计；
46.所述口内三维扫描装置200还包括成像模块202，所述成像模块202包含成像镜头模组和图像传感器；所述图像传感器可以是电荷耦合器件(charge coupled device，ccd)，也可以是互补金属氧化物半导体(complementary metal
‑
oxide
‑
semiconductor，cmos)器件，或其他可以采集图像的传感器；成像镜头模组用于对投影到物体表面的图案进行成像，传感器用于对图像进行同步曝光并转化成数字图像数据存储到专用的可读写存储介质；
47.所述口内三维扫描装置还可以包括控制模块205，所述控制模块205用于输出同步信号给投影模块201和成像模块202，控制投影和成像系统同步曝光；
48.所述控制模块205，还用于扫描头检测，扫描头防雾加热，系统温度检测，陀螺仪和加速度计等传感器控制，与计算机软件系统的通讯控制等其他控制；
49.所述口内三维扫描装置200还包括计算处理模块203，所述计算处理模块203通过
片上处理系统soc对所述数字图像数据进行计算处理，转化成三维信息和对应的纹理图像信息数据，并写入指定可读写存储介质；所述片上处理系统soc，可以是fpga、dsp、arm等；所述三维信息，可以是图像的二维特征信息和坐标，也可以是三维点云坐标；具体地，所述计算处理模块具体包括至少以下一种子模块：图像滤波子模块、颜色校准子模块、图像增强子模块、特征提取子模块、三维点云坐标计算子模块；
50.所述口内三维扫描装置200还包括无线传输模块204，所述无线传输模块204用于实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据并通过无线传输给计算机300；所述无线传输的方法包括wi
‑
fi，uwb，nfc，5g等；
51.所述口内三维扫描装置200还包括电源模块206，所述电源模块206用于口内扫描仪硬件系统的电源供给；所述电源模块206，包含电池和电池管理系统，所述电池可以是锂离子电池，也可以是聚合物电池；
52.所述计算机300，包括无线数据接收模组，计算机系统，口内扫描仪软件系统；所述无线数据接收模组，用于接收所述口内三维扫描装置发送传输的所述三维信息和对应的纹理图像信息数据；所述计算机系统，主要用于运行所述口内扫描仪软件系统；所述口内扫描仪软件系统，用于对接收到的所述三维信息和对应的纹理图像信息进行计算处理，实时生成并显示三维数据，扫描完成后计算生成带真实纹理的三维数字模型，具体地，所述计算机可通过软件系统对三维点进行实时拼接和融合，得到口内牙齿完整的三维点云数据，并跟进纹理图像计算点云颜色信息，最终生成真彩色三维模型。
53.参见图3，示出了本公开一种口内三维扫描方法的流程示意图。可以包括以下步骤：
54.s301，投影图案到牙齿表面；
55.s302，对投影到牙齿表面的图案进行同步曝光成像并转化成数字图像数据；
56.s303，对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据；
57.s304，实时读取所述三维信息和对应的纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机，以使所述计算机通过软件系统完成后续处理运算，生成口内牙齿的三维模型。
58.可选地，通过片上系统soc对所述数字图像数据进行计算处理，转化成所述三维信息和对应的纹理图像信息数据。
59.可选地，所述三维信息包括图像的二维特征信息和坐标，或者三维点云坐标。
60.可选地，所述对所述数字图像数据进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据具体包括至少以下一种过程：图像滤波、颜色校准、图像增强、特征提取、三维点云坐标计算。
61.可选地，所述无线传输的方法包括wi
‑
fi、uwb、nfc或5g。
62.下面详细说明本公开的一种口内三维扫描方法：
63.1.启动计算机，打开口内扫描仪软件系统；
64.2.通过口内三维扫描装置上的按键启动电源模块，给各个模块进行供电，完成整个硬件设备的启动和初始化；
65.3.通过按键或者感应开关，启动控制模块；
66.4.控制模块同步控制投影和成像曝光，并将转化成的数字图像数据存放到指定可
读写存储介质；
67.5.计算处理模块，从存储介质读取所述数字图像数据并进行计算处理，得到三维信息和对应的纹理图像信息数据，并存放到另外指定的可读写存储介质；
68.6.无线传输模块，实时读取所述三维信息和纹理图像信息数据，并通过无线传输发送到计算机；
69.7.计算机接收到所述三维信息和纹理图像信息数据，再通过软件系统完成相应的后处理运算，生成口内牙齿的真彩色三维模型，具体地，所述计算机可通过软件系统对三维点进行实时拼接和融合，得到口内牙齿完整的三维点云数据，并跟进纹理图像计算点云颜色信息，最终生成真彩色三维模型。
70.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
71.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
72.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。