用于牙齒表面成像設(shè)備的基于視頻的自動(dòng)獲取的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及使用結(jié)構(gòu)光的診斷成像領(lǐng)域，且更具體地說，涉及用于自動(dòng)獲取牙齒或其它結(jié)構(gòu)表面的三維成像的條紋圖案影像的方法。
[0002]背景
[0003]條紋投影成像使用圖案光或結(jié)構(gòu)光來獲得各種類型的結(jié)構(gòu)的表面輪廓信息。在條紋投影成像中，干涉條紋或光柵的線型圖案從給定方向朝向物體的表面投影。來自表面的投影圖案然后從另一方向被觀察為輪廓影像，利用三角測(cè)量以便基于輪廓線的外觀分析表面信息。相移通常被應(yīng)用作為條紋投影成像的一部分，其被使用以便完成表面的輪廓成像并提高輪廓影像的整體分辨率，在所述相移過程中，投影圖案在空間上逐步移位以便獲得對(duì)新的位置處提供額外測(cè)量的影像。
[0004]條紋投影成像和其它圖案光成像技術(shù)已經(jīng)被有效地用于堅(jiān)實(shí)、高度不透明物體的表面輪廓成像，且已經(jīng)被用于將人體一些部位的表面輪廓特征化以及用于獲得關(guān)于皮膚結(jié)構(gòu)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。然而，許多技術(shù)障礙使得對(duì)牙齒圖案光成像的有效使用復(fù)雜化。一個(gè)具體的挑戰(zhàn)在于與牙齒半透明性有關(guān)的牙齒表面成像。人們知道，一般來說半透明材料或亞半透明材料對(duì)于條紋投影成像特別麻煩。半透明結(jié)構(gòu)中的次表面散射可降低整體信噪(S/N)比和改變光強(qiáng)度，以致于引起不準(zhǔn)確的高度數(shù)據(jù)。另一問題與各種牙齒表面的高水平反射有關(guān)。高度反射的材料，尤其是空心反射性結(jié)構(gòu)，可有效地降低這種類型的成像的動(dòng)態(tài)范圍。
[0005]從光學(xué)角度來說，牙齒本身的結(jié)構(gòu)對(duì)條紋投影成像提出許多額外的挑戰(zhàn)。如前面所指出，在牙齒表面下方穿透的光在半透明牙齒材料內(nèi)往往經(jīng)受明顯的散射。此外，來自牙齒表面下方的不透明特征的反射也可發(fā)生，以致于增加會(huì)使感測(cè)的信號(hào)降級(jí)的噪音，且因此進(jìn)一步使得牙齒表面分析的任務(wù)復(fù)雜化。
[0006]—直在嘗試的一種用于使條紋投影可適用于牙齒輪廓成像的糾正措施為:施用一種涂層，該涂層改變牙齒表面本身的反射特性。在這里，為了補(bǔ)償由牙齒的相對(duì)半透明性引起的問題，許多常見的牙齒輪廓成像系統(tǒng)在進(jìn)行表面輪廓成像之前施用一種涂料或反光粉至牙齒表面。出于條紋投影成像的目的，該增加的步驟提高牙齒的不透明性，并消除或降低前面所指出的散射光效應(yīng)。然而，這種類型的方法存在缺點(diǎn)。施用涂層粉末或液體的步驟增加了牙齒輪廓成像過程的成本和時(shí)間。因?yàn)橥繉拥暮穸仍谡麄€(gè)牙齒表面上通常是不均勻的，所以很容易出現(xiàn)測(cè)量誤差。更重要的是，雖然施用的涂層有助于輪廓成像，但是往往會(huì)掩蓋與牙齒有關(guān)的其它問題，且因此可能會(huì)減少可獲得總體信息量。即使為牙齒使用了涂層或其它類型的表面處理，然而由于牙齒表面的明顯輪廓，結(jié)果可能令人失望。
[0007]已經(jīng)有許多嘗試來使結(jié)構(gòu)光表面廓線繪制技術(shù)適用于牙齒結(jié)構(gòu)成像的問題。例如，Massen 等人的標(biāo)題為 “Optical Probe and Method for the Three-Dimens1nalSurveying of Teeth”的美國(guó)專利N0.5，372，502描述使用LCD矩陣來形成條紋圖案以便投影至牙齒表面上。一種類似的方法在0’Keefe等人的標(biāo)題為“Front End for 3-DImaging Camera” 的美國(guó)專利公布 2007/0086762 中描述。Trissel 的標(biāo)題為 “PolarizingMultiplexer and Methods for Intra-Oral Scanning” 的美國(guó)專利 N0.7，312，924 描述一種用于使用三角測(cè)量和偏振光對(duì)牙齒表面進(jìn)行廓線繪制的方法，但是該方法需要施用熒光涂層進(jìn)行操作。類似地，Pfeiffer等人的標(biāo)題為“3-D Camera for Recording SurfaceStructures, in Particular for Dental Purposes” 的美國(guó)專利 N0.6，885，464 公開一種使用三角測(cè)量的牙科成像設(shè)備，但是該設(shè)備也需要施用不透明粉末至牙齒表面進(jìn)行成像。Pfeiffer等人的美國(guó)專利6，885，464描述一種口內(nèi)攝像機(jī)，該口內(nèi)攝像機(jī)提供一組光束用于成像。Lim的專利申請(qǐng)W0 2011/145799描述一種使用掃描激光的3-D掃描儀。
[0008]已經(jīng)阻礙用于牙齒輪廓成像的合適成像設(shè)備的設(shè)計(jì)和發(fā)展的難點(diǎn)是:當(dāng)使用圖案光時(shí)需要準(zhǔn)確且精確的空間配準(zhǔn)。這需要解決與以下有關(guān)的邏輯問題:將攝像機(jī)定位在患者口腔內(nèi)的所需位置處，并在需要獲取一個(gè)或多個(gè)圖案光影像時(shí)將攝像機(jī)保持在所需的位置處靜止不動(dòng)。在一些情況下，必須獲取當(dāng)牙齒和攝像機(jī)相對(duì)于彼此處于相同的固定位置處時(shí)的兩個(gè)或更多個(gè)靜止影像。
[0009]因此，可看出的是需要改進(jìn)的方法，所述改進(jìn)的方法用于使用口內(nèi)攝像機(jī)來為表面輪廓特征化提供靜止影像獲取。
[0010]概要
[0011]本發(fā)明的目標(biāo)是改善用于表面輪廓特征化的牙科成像技術(shù)。本發(fā)明的特征是，其使用來自視頻影像幀的信息以便檢測(cè)攝像機(jī)和成像牙齒的相對(duì)移動(dòng)，且可基于該檢測(cè)觸發(fā)輪廓影像獲取。
[0012]本發(fā)明提供的設(shè)備和方法的優(yōu)點(diǎn)在于:無需增加攝像機(jī)組分的輪廓成像自動(dòng)化影像獲取，以及牙齒表面的改進(jìn)成像。
[0013]這些目標(biāo)僅借助于說明性實(shí)例的方式給出，且這些目標(biāo)可為本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到或明確地知道公開的方法能夠自然地實(shí)現(xiàn)的其它合乎需要的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明由所附權(quán)利要求進(jìn)行定義。
[0014]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種用于獲得牙齒輪廓影像的方法，該方法至少部分由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，且該方法包括:
[0015]通過以下方式檢測(cè)口內(nèi)攝像機(jī)的移動(dòng):
[0016](i)獲取包括牙齒的第一視頻影像幀以及處理該第一視頻影像幀以便檢測(cè)該第一視頻影像幀中的牙齒的一個(gè)或多個(gè)邊緣；
[0017](ii)獲取包括牙齒的第二視頻影像幀以及處理該第二視頻影像幀以便檢測(cè)該第二視頻影像幀中的牙齒的一個(gè)或多個(gè)邊緣；
[0018](iii)將該第一處理的視頻影像幀與該第二處理的視頻影像幀之間的對(duì)應(yīng)邊緣位置進(jìn)行比較；
[0019]以及
[0020]從攝像機(jī)將條紋圖案照明投影至牙齒上，并根據(jù)檢測(cè)的攝像機(jī)移動(dòng)獲取和存儲(chǔ)條紋圖案的一個(gè)或多個(gè)靜止影像。
[0021]附圖簡(jiǎn)述
[0022]根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案的更為具體的描述，如附圖中所進(jìn)行的說明，本發(fā)明的前述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
[0023]附圖的元素相互之間不一定成比例。一些夸大可能是必要的，以便強(qiáng)調(diào)基本結(jié)構(gòu)關(guān)系或操作原理。實(shí)施描述的實(shí)施方案將需要的一些常見組分(諸如像用于提供電力、用于包裝以及用于安裝和保護(hù)系統(tǒng)光學(xué)器件的支持性組分)未在附圖中示出，以便簡(jiǎn)化描述。
[0024]圖1A示出用于牙齒的輪廓成像的口內(nèi)成像設(shè)備。
[0025]圖1B為示出具有視頻和輪廓成像功能的口內(nèi)攝像機(jī)的透視圖。
[0026]圖1C為示出口內(nèi)攝像機(jī)以及與口內(nèi)成像設(shè)備的相關(guān)組分的互連的透視圖。
[0027]圖1D和圖1E示出對(duì)輪廓成像的手動(dòng)或自動(dòng)模式的操作員選擇。
[0028]圖2A示出使用攝像機(jī)來獲得用于牙齒輪廓成像的條紋圖案。
[0029]圖2B為示出投影圖案的平面視圖。
[0030]圖2C示出牙齒模型上的投影圖案。
[0031]圖2D示出使用條紋圖案結(jié)果計(jì)算出的示例性牙齒表面。
[0032]圖3為示出用于視頻和輪廓成像的成像設(shè)備的組分的示意性框圖。
[0033]圖4為示出關(guān)于口內(nèi)攝像機(jī)的手動(dòng)模式操作步驟和自動(dòng)模式操作步驟的邏輯流程圖。
[0034]圖5為示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和條紋圖案影像獲取的邏輯流程圖。
[0035]圖6為示出在處理視頻影像內(nèi)容過程中使用的以便支持結(jié)構(gòu)光影像獲取的功能性組分的流程圖。
[0036]圖7示出用于確定攝像機(jī)移動(dòng)的功能性組分的關(guān)系。
[0037]圖8A示出示例性過濾牙齒影像。
[0038]圖8B示出從過濾牙齒影像生成的示例性邊緣圖像。
[0039]圖9示出用于對(duì)邊緣圖像進(jìn)行比較以便確定移動(dòng)的定時(shí)關(guān)系。
[0040]示例性實(shí)施方案詳述
[0041]本申請(qǐng)要求2013年7月12日以Yingqian ffu等人的名義臨時(shí)提交的標(biāo)題為“ANAPPARATUS OF VIDEO-BASED AUTO-CAPTURE FOR INTRA-ORAL CAMERA”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)美國(guó)序列N0.61/845，440的利益，所述臨時(shí)申請(qǐng)整體并入本文。
[0042]以下為參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，其中在若干附圖的每一個(gè)中，相同參考數(shù)字指示相同的結(jié)構(gòu)元素。
[0043]當(dāng)在本公開的情境中使用時(shí)，術(shù)語“第一”、“第二”等不一定表示任何次序、順序或優(yōu)先關(guān)系，而是僅用于更為清楚地區(qū)分一個(gè)步驟、一個(gè)元素或一組元素，除非另有規(guī)定。
[0044]如本文所使用，術(shù)語“可激發(fā)”與裝置或一組組分有關(guān)，所述裝置或一組組分在接收電力后以及任選地在接收啟動(dòng)信號(hào)后執(zhí)行指示的功能。
[0045]在本公開的情境中，術(shù)語“條紋圖案照明”被用于描述用于將牙齒形狀特征化的條紋投影成像或“輪廓”成像的結(jié)構(gòu)照明的類型。條紋圖案本身的圖案光特征可包括一個(gè)或多個(gè)線條、圓圈、曲線或其它幾何形狀，所述形狀分布在被照亮的區(qū)