息可以用于从被捕获2D图像确 定表面几何形状信息。
[0184] 在步骤544中使用所述彩色图像传感器捕获所述物体的一系列2D图像。2D图像 可以立即被处理或存储在存储单元中以便以后处理。
[0185] 在步骤545中对于图像传感器像素的块至少部分地从一个被捕获2D图像导出表 面几何形状信息和表面颜色信息两者。例如可以使用如本文中所述的相关度方法导出信 息。在步骤546中组合导出信息以生成物体的子扫描，其中子扫描包括表达从一个视图看 到的物体的几何形状和颜色的数据。
[0186] 在步骤547中通过组合若干子扫描生成表达物体的颜色和几何形状两者的数字 3D表示。这可以使用用于子扫描对准的已知算法（例如本领域中公知的用于拼接和配准的 算法）完成。
[0187] 图6示出如何可以对于图像传感器像素的块至少从一个2D图像导出表面几何形 状信息和表面几何形状信息。
[0188] 对于每个焦平面位置的彩色图像传感器上的所有有源图像传感器像素组（即，对 于栈的每个2D图像）确定相关度。通过从栈的一个端部分析2D图像开始，确定所有有源 图像传感器像素组的相关度并且存储计算值。通过栈进行，每个像素组的相关度被确定并 且与先前存储值（即，用于先前分析的2D图像的值）一起被存储。
[0189] 然后对于每个像素组通过平滑和内插被确定相关度值确定描述沿着光轴的相关 度的变化的相关度函数。例如，对于记录最大值的两侧的若干图像上的像素块，多项式可以 拟合到值，并且可以从拟合多项式的最大值找到推断最大值的位置，其可以在两个图像之 间。
[0190] 像素组的表面颜色信息从从其确定相关度最大值的位置的2D图像中的一个或多 个导出，即，来自彩色图像传感器的像素的组的表面几何形状信息和表面颜色信息从栈的 相同2D图像导出。
[0191] 表面颜色信息可以从一个2D图像导出。与2D图像的分析一起监视每个像素组的 相关度的最大值使得当已分析2D图像时不同像素组的相关度的值可以与先前分析的2D图 像的当前最高值比较。如果相关度是该像素组的新的最大值，则至少对应于该像素组的2D 图像的部分被保存。下次对于该像素找到更高的相关值，则该2D图像的部分被保存，覆盖 先前存储的图像/子图像。由此当栈的所有2D图像已被分析时，2D图像的表面几何形状信 息转化为每个像素组的一系列相关度值，其中对于图像传感器像素的每个块记录最大值。
[0192] 图6A示出使用聚焦扫描系统采集的2D图像的栈的一部分661，其中每个2D图像 在不同焦平面位置处被采集。在每个2D图像662中对应于图像传感器像素的块的部分663 被指示。块对应于坐标（Xl，yi)的集合。聚焦扫描系统配置成对于图像传感器像素的每个 块和对于栈中的每个2D图像确定相关度。在图6B中示出块663的被确定相关度664(在 这里由"X"指示）。基于被确定相关度664,在这里作为多项式计算相关度函数665,并且找 到位置^的相关度函数的最大值。拟合多项式具有最大值（Zl)的z值被识别为物体表面 的点。针对该块导出的表面几何形状信息然后可以以坐标（Xl，yi，Zl)的形式呈现，并且通 过组合图像传感器的若干块的表面几何形状信息，表达物体的一部分的几何形状的子扫描 可以被创建。
[0193] 在图6C中示出对于图像传感器像素的每个块从两个2D图像导出表面颜色几何形 状的程序。使用上述的程序存储两个2D图像并且针对像素块确定它们的RGB值。在图6C 中显示R值666。在&位置处的平均R值667 (以及平均G和B值）然后可以通过内插被 确定并且用作该块的表面颜色信息。该表面颜色信息明显地从至少部分地从其导出几何形 状信息的相同2D图像导出。
【主权项】
1. 一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统，所述扫描器系统包 括： -多色光源，所述多色光源配置成提供用于物体的照明的多色探测光， -彩色图像传感器，所述彩色图像传感器包括用于捕获从所述物体接收的光的一个或 多个2D图像的图像传感器像素的阵列，以及 -数据处理系统，所述数据处理系统配置成至少部分地从由所述彩色图像传感器记录 的一个2D图像导出对于所述图像传感器像素的块的表面几何形状信息和表面颜色信息两 者。2. 根据权利要求1所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成从一系列2D图像 导出对于图像传感器像素的所述块的表面几何形状信息和表面颜色信息。3. 根据权利要求1或2所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成基于从图像 传感器像素的多个块导出的表面几何形状信息和表面颜色信息生成物体表面的一部分的 子扫描。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成 组合多个子扫描以生成所述物体的数字3D表示。5. 根据权利要求2至5中的任一项所述的扫描器系统，其中所述扫描器系统是通过沿 着所述扫描器系统的光轴平移焦平面并且在不同焦平面位置处捕获2D图像使得被捕获2D 图像的每个系列形成2D图像的栈而操作的聚集扫描器系统。6. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述扫描器系统包括配置成 将空间图案包含在所述探测光中的图案生成元件。7. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中导出表面几何形状信息和表 面颜色信息包括针对若干2D图像计算由图像传感器像素的所述块捕获的2D图像的部分和 加权函数之间的相关度，其中基于空间图案的配置的信息确定所述加权函数。8. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中导出对于图像传感器像素的块的表面几 何形状信息和表面颜色信息包括识别沿着光轴的相应的相关度具有最大值的位置。9. 根据权利要求7或8所述的扫描器系统，其中生成子扫描包括确定对于图像传感器 像素的每个块描述沿着光轴的相关度的变化的相关度函数并且识别沿着光轴的相关度函 数对于该块具有它们的最大值的位置。10. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中最大相关度值是图像传感器像素的块 的最高计算相关度值和/或图像传感器像素的块的相关度函数的最高最大值。11. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成 基于对于图像传感器像素的相应块相关度具有其最大值的系列中的2D图像的表面颜色信 息确定生成的子扫描上的点的子扫描颜色。12. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成基于对于图 像传感器像素的相应块的相关度具有其最大值的系列中的2D图像的表面颜色信息并且基 于至少一个附加2D图像，例如来自被捕获2D图像的系列的相邻2D图像，导出生成的子扫 描上的点的子扫描颜色。13. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成当确定子扫 描颜色时内插系列中的至少两个2D图像的表面颜色信息，例如内插系列中的相邻2D图像 的表面颜色信息。14. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成 计算子扫描的多个点的平滑子扫描颜色，其中所述计算包括不同点的子扫描颜色的平均， 例如子扫描上的周围点的颜色的加权平均。15. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成 确定所述物体的生成的数字3D表示的至少一个点的物体颜色，使得所述数字3D表示表达 所述物体的几何形状和颜色配置两者。16. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中确定物体颜色包括计算针对物体表面 的该点处的重叠子扫描中的相应点导出的子扫描颜色值的加权平均值。17. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配置成 检测被捕获2D图像中的饱和像素并且减轻或去除由像素饱和导致的导出表面颜色信息或 子扫描颜色中的误差。18. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中通过在平滑子扫描颜色的计算中将低 权重分配给饱和像素的表面颜色信息和/或通过将低权重分配给基于饱和像素计算的子 扫描颜色减轻或去除由饱和像素导致的误差。19. 根据前述根据权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述数据处理系统配 置成比较被捕获2D图像和/或物体的生成子扫描的部分的导出表面颜色信息与牙齿和口 内组织的预定颜色范围，并且抑制颜色不在两个预定颜色范围之中的一个范围内的部分的 导出表面颜色信息或子扫描颜色的红色分量。20. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述彩色图像传感器包括 颜色过滤器阵列，其包括至少三种类型的颜色过滤器，每个允许已知波长范围Wl、W2和W3 中的光相应地传播通过颜色过滤器。21. 根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统，其中所述表面几何形状信息从 由所述多色光源提供的光谱的选定波长范围中的光导出。22. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中颜色过滤器阵列使得它的具有匹配光 谱的选定波长范围的颜色过滤器的像素的比例大于50%，其中所述比例等于32/36、60/64 或 96/100。23. 根据权利要求21或22所述的扫描器系统，其中所述选定波长范围匹配W2波长范 围。24. 根据权利要求21至23中的任一项所述的扫描器系统，其中所述颜色过滤器阵列包 括6X6颜色过滤器的多个单元，其中在每个单元的位置（2, 2)和（5, 5)处的颜色过滤器属 于W1类型，在位置（2, 5)和（5, 2)处的颜色过滤器属于W3类型。25. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中6X6单元中的剩余32个颜色过滤器属 于W2类型。26. 根据前一权利要求所述的扫描器系统，其中图案生成元件配置成使得空间图案包 括以棋盘状图案布置的交替暗和亮区域。27. -种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统，所述扫描器系统包 括： -多色光源，所述多色光源配置成提供多色探测光，以及 -彩色图像传感器，所述彩色图像传感器包括用于捕获从所述物体接收的光的一个或 多个2D图像的图像传感器像素的阵列， 其中至少对于所述图像传感器像素的块，所述物体的一部分的表面颜色信息和表面几 何形状信息两者至少部分地从由所述彩色图像传感器捕获的一个2D图像导出。28. -种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的方法，所述方法包括： -获得根据前述权利要求中的任一项所述的扫描器系统， -用来自所述多色光源的探测光照明所述物体的表面； -使用所述彩色图像传感器捕获所述物体的一系列2D图像；以及 -至少部分地从一个被捕获2D图像导出对于图像传感器像素的块的表面几何形状信 息和表面颜色信息两者。
【专利摘要】公开一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统和方法，并且其中所述图像传感器像素的块的表面几何形状信息和表面颜色信息两者至少部分地从由所述彩色图像传感器记录的一个2D图像导出。
【IPC分类】G01B11/25, A61C9/00
【公开号】CN105263437
【申请号】CN201480020976
【发明人】B·埃斯本奇, C·R·罗斯贝格, 迈克·范德普尔, 拉斯马斯·克耶尔, M·温瑟, 卡尔-约瑟夫·霍伦贝克
【申请人】3形状股份有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年2月13日
【公告号】EP2956084A1, US20160022389, WO2014125037A1