CN100581461C - 用于测量牙齿几何形状的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量牙齿几何形状的装置，该装置包括手柄和探头，探头内设置有光源、投影头以及成像单元，投影头上设置有网状几何图形影像；光源发出入射光照射到投影头上，投影头以对称三角形的角度将形状相同的网状几何图形影像交替投射到牙齿表面上形成各自不同的扭曲的网状几何图形影像，通过牙齿表面将两幅不同的扭曲的网状几何图形影像反射到成像单元中，投影光线与成像光线之间的透视角范围为±10°～±30°，特点是摄像头设置在两个投影头之间及投影光线与成像光线之间的透视角范围为±10°～±30°，扭曲的网状几何图形影像在大透视角(可大于30度)下形成，有效避免了网状几何图形影像出现阴影的现象，提高了测量灵敏度和精度。

Description

用于测量牙齿几何形状的装置

技术领域

本发明涉及一种光学测量装置，尤其是涉及一种用于测量牙齿几何形状的装置。

背景技术

目前出现了许多用于患者口腔内牙齿的光学测量装置，如从德国西门子公司分离出来的Sirona公司制造的CEREC(Chair-side Economic Reconstruction of Esthetic Ceramic，数字化临床修复系统)装置，该装置采用普遍使用的图形投影工业测量技术，将明暗相间的线性条纹的平行网格投射在牙齿的表面上，并以视差角度成像在二维的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)照相机上，从线性条纹的曲率可以得到牙齿的相对高度或相对深度，牙齿的数字影像数据采用利用正弦光栅的相移或相位解析技术进行处理；其中，线性条纹的相位通过压电位移方法或其他方法移动0°、90°、180°、或270°获得，从而得到平行网络上的每一点的相对相位；并通过滤波或平滑技术降低或消除了线性条纹的背景噪音及强度扰动。这种装置能够较好地为牙齿再造提供给CAD/CAM(Computer Aided Design，计算机辅助设计/Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)处理必须使用的数字影像数据而无需做牙齿模型，但这种装置存在明显的缺点：a)由于光的相干性，利用正弦光栅的相移解析技术严重受制于散斑点情形，由此造成牙齿的数字影像的高度模糊；b)该装置通过滤波或平滑技术降低或消除了线性条纹的背景噪音及强度扰动，但同时极大地降低牙齿的数字影像的分辨率；c)相移解析技术应用于固定的平行网格中，当牙齿的高度发生突变时(大于2π相差)会造成线性条纹移位大于网距，需要更多的投影或变化网距来补偿这个缺陷，从而使得该装置的结构更为复杂，同时造成了数字影像数据的不确定性。

除了上述缺点外，包括上述CEREC装置在内的光学测量装置存在共同的缺陷，由于视差角度是一个非常重要的参数，视差角度越大，则测量的灵敏度就越高，但同时阴影问题就越严重，为了尽可能地消除阴影，光学测量装置通常选择小于10°，甚至更小的视差角度，但这样极大地降低了牙齿的测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、成本低、功耗小、使用寿命长，且能够提高网状几何图形影像分辨率、测量灵敏度和精度，有效避免网状几何图形影像出现阴影的用于测量牙齿几何形状的装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于测量牙齿几何形状的装置，该装置包括手柄和与所述的手柄连接的探头，所述的探头内设置有镜面对称的两个光源、镜面对称的两个投影头以及设置在两个投影头之间的成像单元，所述的投影头上设置有网状几何图形影像，所述的手柄内设置有与所述的光源连接的供电电路和与所述的成像单元连接的图像处理电路；所述的光源发出入射光照射到所述的投影头上，所述的投影头以对称三角形的角度将形状相同的网状几何图形影像交替投射到牙齿表面上形成各自不同的扭曲的网状几何图形影像，通过牙齿表面将两幅不同的扭曲的网状几何图形影像反射到所述的成像单元中，所述的成像单元将所述的两幅不同的扭曲的网状几何图形影像传输给外部计算机，由所述的外部计算机根据公知的相位拆卸算法或透视算法算出牙齿轮廓，所述的投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到所述的成像单元的成像光线之间的透视角范围为±10°～±30°。

所述的投影头包括梯度投影透镜和棱镜，所述的梯度投影透镜上设置有网状几何图形影像，所述的成像单元包括摄像头和成像透镜，所述的摄像头和所述的成像透镜位于所述的棱镜之间，所述的光源与所述的梯度投影透镜之间设置有聚光镜；所述的光源发出的入射光通过所述的聚光镜照射到所述的梯度投影透镜上，设置在所述的梯度投影透镜上的网状几何图形影像通过所述的棱镜折射，并以对称三角形的角度交替投射到牙齿表面上形成扭曲的网状几何图形影像，从牙齿表面反射的光线通过所述的成像透镜成像于所述的摄像头中。

所述的投影头包括梯度投影透镜，所述的梯度投影透镜上设置有网状几何图形影像，所述的成像单元包括摄像头和成像透镜，所述的摄像头和所述的成像透镜位于所述的梯度投影透镜之间；所述的光源发出的入射光照射到所述的探头的内反射表面上，所述的入射光经所述的探头的内反射表面反射后照射到所述的梯度投影透镜上，所述的梯度投影透镜将网状几何图形影像以对称三角形的角度交替投射到牙齿表面上形成扭曲的网状几何图形影像，从牙齿表面反射的光线通过所述的成像透镜成像于所述的摄像头中。

所述的摄像头周边设置有一组用于增强成像照明的呈环状分布的照明灯。

所述的光源为白光光源，所述的摄像头采用RGB(Red Green Blue，红绿蓝)彩色芯片。

所述的光源为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯或激光器，所述的摄像头采用单色黑白芯片。

所述的投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到所述的成像单元的成像光线之间的透视角为±20°。

与现有技术相比，本发明的优点在于本装置与现有技术相比，本装置结构更为简单紧凑、成本低、功耗小、使用寿命长，无移动部件，同时与现有的透射式液晶相比具有更高的网状几何图形影像分辨率；摄像头设置在两个投影头之间及投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到成像单元的成像光线之间的透视角范围为±10°～±30°，扭曲的网状几何图形影像在大透视角(可大于30度)下形成，不仅有效地避免了网状几何图形影像出现阴影的现象，而且提高了测量灵敏度和精度；通过本装置获取的扭曲的网状几何图形影像在牙齿再造系统的计算机中以影像比为24∶23∶12∶6比例的相位拆卸算法进行调整处理，形成粗、精测量，避免了数据的不确定性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图一；

图2为本发明装置的结构示意图二；

图3为本发明装置的结构示意图三；

图4为应用本发明装置的牙齿再造系统的示意图一；

图5为应用本发明装置的牙齿再造系统的示意图二。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种用于测量牙齿几何形状的装置，该装置包括手柄7和与手柄7连接的探头8，探头8内设置有镜面对称的两个光源1、镜面对称的两个投影头以及设置在两个投影头之间的成像单元，投影头包括梯度投影透镜2和棱镜3，梯度投影透镜2上设置有网状几何图形影像，成像单元包括摄像头5和成像透镜4，摄像头5和成像透镜4位于两个棱镜3之间，光源1与梯度投影透镜2之间设置有聚光镜9，手柄7内设置有与光源1连接的供电电路71和与成像单元连接的图像处理电路72；光源1发出的入射光通过聚光镜9照射到梯度投影透镜2上，设置在梯度投影透镜2上的网状几何图形影像通过棱镜3折射，并以对称三角形的角度交替投射到牙齿6的表面上形成扭曲的网状几何图形影像，牙齿6的表面的扭曲的网状几何图形影像通过成像透镜4成像于摄像头5中，摄像头5将扭曲的网状几何图形影像传输给外部计算机，由外部计算机根据公知的相位拆卸算法或透视算法算出牙齿轮廓，投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到成像单元的成像光线之间的透视角为±20°，这种结构使得扭曲的网状几何图形影像在大透视角(可大于30度)下形成，有效地避免了网状几何图形影像出现阴影的现象，并提高了测量灵敏度。

本实施例中的光源为白光光源，此时，摄像机的内部采用RGB彩色芯片；当光源为LED或激光，则摄像机的内部采用单色黑白芯片。摄像机可以为CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)摄像机或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)摄像机。

本实施例中的设置在梯度投影透镜2上的网状几何图形影像可以通过光刻方法或直接刻印的方法刻于梯度投影透镜上。

本实施例中的供电电路71和图像处理电路72采用现有的技术。

图4给出了应用本发明装置的牙齿再造系统的示意图，刻于梯度投影透镜上的网状几何图形影像经本装置111的投影和成像后，记录在摄像头中的扭曲的网状几何图形影像通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)数据线传输给计算机112；计算机112对网状几何图形影像以影像比为24∶23∶12∶6比例的相位拆卸算法进行调整处理，并根据成熟的三角测量技术，将牙齿的三维表面计算机出，同时绘出牙齿轮廓，并以无线方式将牙齿轮廓送入铣床113；铣床113根据牙齿轮廓制作出陶瓷、烤瓷，或合成材料的人式牙齿、牙冠、镶牙、帖牙等。其中，在本装置111外部设置有为光源(LED)、和摄像机提供电源的电源单元114，电源单元114可以包括电池，也可以包括其他电源模块。其中，以影像比为24∶23∶12∶6比例的相位拆卸算法对扭曲的网状几何图形影像进行处理，这样可以形成精、精测量，避免了数据的不确定性。

图5给出了应用本发明装置的牙齿再造系统的另一种示意图，与图4不同的是计算机112与本装置111之间以无线方式进行通信，有效地保证了在没有USB数据线情况下也能顺利进行通信；此外，省去了电源单元114，在本装置中内置电池，电池与设置在手柄内的供电电路连接，由电池为本装置111中的光源(LED灯)和摄像头提供电源，这样使得本装置结构更为简单、更为紧凑。

实施例二：如图2所示，本实施例与实施例一不同之外仅在于投影头只包括梯度投影透镜2，梯度投影透镜2上设置有网状几何图形影像，成像单元包括摄像头5和成像透镜4，摄像头5和成像透镜4位于梯度投影透镜2之间；光源1发出的入射光照射到探头8的内反射表面上，入射光经探头8的内反射表面反射后照射到梯度投影透镜2上，梯度投影透镜2将网状几何图形影像以对称三角形的角度交替投射到牙齿6的表面上形成扭曲的网状几何图形影像，牙齿6的表面的扭曲的网状几何图形影像通过成像透镜4成像于摄像头5中。

本实施例中通过探头8的内反射表面进行反射光源发出的入射光，而不需要通过棱镜进行折射，使得探头8内部结构更为简单。

实施例三：如图3所示，本实施例与实施例二不同之处仅在于在摄像头周边设置有一组用于增强成像照明的呈环状分布的照明灯10，在本实施例中可以采用2-5个LED发光二极管；当光源(LED灯)关闭时，这组照明灯使得投射的网状几何图形影像变为均匀照明，此时，本装置可作为二维照相机使用。

Claims (4)

1、一种用于测量牙齿几何形状的装置，该装置包括手柄和与所述的手柄连接的探头，其特征在于所述的探头内设置有镜面对称的两个光源、镜面对称的两个投影头以及设置在两个投影头之间的成像单元，所述的投影头上设置有网状几何图形影像，所述的手柄内设置有与所述的光源连接的供电电路和与所述的成像单元连接的图像处理电路；所述的光源发出入射光照射到所述的投影头上，所述的投影头以对称三角形的角度将形状相同的网状几何图形影像交替投射到牙齿表面上形成各自不同的扭曲的网状几何图形影像，通过牙齿表面将两幅不同的扭曲的网状几何图形影像反射到所述的成像单元中，所述的成像单元将所述的两幅不同的扭曲的网状几何图形影像传输给外部计算机，由所述的外部计算机根据公知的相位拆卸算法或透视算法算出牙齿轮廓，所述的投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到所述的成像单元的成像光线之间的透视角范围为±10°～±30°；所述的投影头包括梯度投影透镜和棱镜，所述的梯度投影透镜上设置有网状几何图形影像，所述的成像单元包括摄像头和成像透镜，所述的摄像头和所述的成像透镜位于所述的棱镜之间，所述的光源与所述的梯度投影透镜之间设置有聚光镜；所述的光源发出的入射光通过所述的聚光镜照射到所述的梯度投影透镜上，设置在所述的梯度投影透镜上的网状几何图形影像通过所述的棱镜折射，并以对称三角形的角度交替投射到牙齿表面上形成扭曲的网状几何图形影像，从牙齿表面反射的光线通过所述的成像透镜成像于所述的摄像头中。

2、根据权利要求1所述的用于测量牙齿几何形状的装置，其特征在于所述的光源为白光光源，所述的摄像头采用RGB彩色芯片。

3、根据权利要求1所述的用于测量牙齿几何形状的装置，其特征在于所述的光源为LED灯或激光器，所述的摄像头采用单色黑白芯片。

4、根据权利要求1所述的用于测量牙齿几何形状的装置，其特征在于所述的投影头投射到牙齿表面的投影光线与从牙齿表面反射到所述的成像单元的成像光线之间的透视角为±20°。

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