CN103228228A - 使用纹理特征的3d对象建模 - Google Patents

Abstract

使用纹理特征3D建模对象。公开了一种用于适合于插入患者的腔中或由患者穿戴的3D对象（724）的3D建模的方法和系统（720）。3D建模应用来自包括3D对象（724）适合于布置的位置的纹理数据的被采集2D数字表示的一个或多个特征的信息。

Description

使用纹理特征的3D对象建模

技术领域

本发明总体上涉及一种用于3D建模适合于插入患者的腔中或由患者穿戴的对象的方法。更特别地，本发明涉及采集对象适合于布置的位置的至少一部分的数字表示。

背景技术

牙齿的设计和建模在牙齿修复的领域中是已知的。

当患者需要诸如牙冠、牙桥、基牙或植入物的牙齿修复物时，牙科医生将预备牙齿，例如磨削受损牙齿以制造牙冠粘合在其上的预备体。替代治疗是将诸如钛螺钉的植入物插入患者的颌中并且将牙冠或牙桥安装在植入物上。在预备牙齿或插入植入物之后，牙科医生可以制造上颌、下颌和咬合记录的印模或双面托盘（也称为三重托盘）中的单印模。将印模送至制造修复物（例如牙桥）的牙科技师。制造修复物的第一步骤传统上是分别从上颌和下颌的印模铸造上和下牙齿模型。模型通常由石膏制造并且常常使用咬合记录在咬合架中进行对准以模拟真实咬合和咀嚼运动。牙科技师在咬合架的内部构造牙齿修复物以保证漂亮的视觉外观和咬合功能性。

用于制造牙齿修复物的CAD技术发展迅速、改善品质、减小成本并且提高用否则无法使用的有吸引力的材料制造的可能性。CAD制造工艺中的第一步骤是创建患者的牙齿的3D虚拟模型。这传统上通过3D扫描牙齿石膏模型之一或两者而完成。将牙齿的3维复制物输入CAD程序中，在该CAD程序中设计诸如牙桥下部结构的整个牙齿修复物。然后例如使用打磨机、3D打印机、快速原型制造或其它制造设备制造最终修复物3D设计。牙齿修复物的精度要求很高，否则牙齿修复物将不好看，装配到牙齿上会导致疼痛或导致感染。

WO0019935A公开了一种用于产生患者的齿列的单独部件的数字模型的计算机执行方法，该方法包括：（a）接收形成患者的齿列的三维（3D）表示的数据集；（b）将计算机执行测试应用于所述数据集以识别表示患者的齿列的单独部件的部分的数据元；以及（c）基于经识别的数据元产生单独部件的数字模型。

US7234937B涉及一种用于人类患者的诊断和计划治疗的系统并且包括：具有处理器和用户界面的通用计算机系统；所述通用计算机系统可访问的存储器，所述存储器存储a）表示从第一成像设备获得的患者颅面图像信息的数字数据的第一集合，和b）表示从不同于所述第一成像设备的第二成像设备获得的患者颅面图像信息的数字数据的第二集合，所述数据的第一和第二集合至少部分地表示所述患者的共同颅面解剖结构，所述数字数据的第一和第二集合中的至少一个包括表示患者的脸部的外部视觉外观或表面构造的数据，其中所述第一和第二数字数据集均在不同时间点获得并且未以相关方式捕捉；以及存储在所述通用计算机系统可访问的机器可读存储介质上的计算机指令的集合，其中所述指令的集合包括用于导致所述通用计算机系统执行以下操作的指令：1）自动地和/或借助于操作者交互，叠加所述数字数据的第一集合和所述数字数据的第二集合，从而在公共坐标系中提供从均在不同时间点获得并且未以相关方式捕捉的所述第一和第二数字数据集产生的所述颅面解剖结构的复合、组合数字表示；其中所述指令的集合包括用于使用主动模型匹配策略至少从所述颅面解剖结构的一部分产生虚拟3D脸部的指令；2）向所述系统的用户显示包括所述虚拟3D脸部的所述颅面解剖结构的所述复合、组合数字表示。

US2009133260A公开了制造修复假体的系统和方法。该系统包括口内捕捉正在重建的齿列的颜色和透明度信息以及三维（3D）形状的扫描器。该系统也包括计算机辅助设计（CAD）模块，该模块接收颜色和透明度信息以及3D形状以绘制假体的颜色精准表示供查看，其中在单个数字处方中组合颜色、透明度和表面信息，所述数字处方被电子地传送到实验室或CAD/CAM系统进行制造。该系统提供最终假体的3D形状、颜色和透明度特性以被测量并且与规定要求定量比较。

然而，改善并且扩展用于患者相关技术的几何数据和纹理数据仍然是一个问题。

发明内容

公开了一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的方法，其中所述方法包括：

-采集所述3D对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据；

其中通过从相对于所述位置的一个或多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的每一个，获得所述位置的期望覆盖；

-对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示；

-组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模应用来自包括纹理数据的所述被采集2D数字表示的所述一个或多个特征的信息。

公开了一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的方法，其中所述方法包括以下步骤：

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据；

其中通过相对于彼此重定位所述位置和采集装置执行包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的采集，以用于获得所述位置的期望覆盖；

-对准并且组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-当建模所述3D对象时，应用来自包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示的一个或多个特征的信息。

在一些实施例中，在包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间并且在包括几何数据的所述3D数字表示的采集期间，相对于采集单元自动地重定位所述位置，使得从多个不同视点自动地采集所述数字表示中的至少一个并且获得期望覆盖。

公开了一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的方法，其中所述方法包括：

-采集所述3D对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据；

其中通过从相对于所述位置的一个或多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的每一个，获得所述位置的期望覆盖；

-对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示；以及

-3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模应用来自包括纹理数据的所述被采集2D数字表示的一个或多个特征的信息。

在一些实施例中，组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示，并且其中所述方法包括可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示。

公开了一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的系统，其中所述系统包括：

-照明单元，配置成用于照明所述系统的扫描体积的至少一部分；

-采集单元，配置成用于采集布置在所述扫描体积中的位置的包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示；

-第一数字信号处理器单元，配置成用于：

·分析所述被采集2D数字表示和3D数字表示；

·对准所述2D数字表示和所述3D数字表示；以及

·组合所述2D数字表示的至少一部分和所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化装置，用于可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-第二数字信号处理器单元，配置成用于3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模包括应用来自所述被采集2D数字表示的信息。

在本发明的上下文中，短语“扫描体积”可以表示这样的体积，在该体积中，位置可以用来自（一个或多个）光源的光进行照明并且从该位置反射的光可以由照相机接收，使得可以采集布置在该扫描体积中的位置的2D数字表示和3D数字表示。

在本发明的上下文中，短语“应用来自2D数字表示的一个或多个特征的信息”可以表示2D数字表示提供一个或多个特征的信息的情况。

特征可以是位置的一部分或在位置、位置的实体模型或印模上限定，并且包括纹理数据的被采集2D数字表示可以提供一个或多个特征的信息。

在本发明的上下文中，短语“对象”和“3D对象”可以可互换地使用。

在本发明的上下文中，短语“建模”和“3D建模”可以可互换地使用。

具有允许在位置的数字表示中识别特征的几何形状的特征可以被称为几何特征。

具有允许在位置的数字表示中识别特征的纹理的特征可以被称为纹理特征。

特征可以同时具有几何形状和纹理。当特征同时具有允许在位置的数字表示中识别特征的几何形状和纹理时，特征因此可以被称为几何特征和纹理特征。

位置可以是3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴的患者身体的部分或在该身体部分处。

在本发明的上下文中，短语“位置的特征”可以表示特征是位置的整体部分的情况，例如为修复物预备的牙齿的边界线，特征在位置上直接限定的情况，例如正畸矫治器的一部分或由牙科技师在患者牙齿上绘制的线，或特征在位置的实体模型或印模上限定的情况，例如在牙齿组的石膏模型上绘制的线。

短语“位置”可以表示位置本身、位置的实体模型或位置的印模。例如短语“采集位置的2D数字表示”表示采集位置、位置的实体模型或位置的印模的2D数字表示。

短语“位置的纹理数据”可以相应地表示具有纹理的特征是位置的整体部分的情况，和特征例如由牙科技师直接限定在位置上或位置的实体模型或印模上的情况。例如，一个特征可以是在牙齿组的实体模型上绘制的有色线，其中特征是可摘局部义齿的边界，并且特征的纹理是限定边界的颜色。特征因此不是位置（即，患者的口）的整体部分，而是随后在实体模型上限定。在本发明的上下文中，绘制线仍然可以被认为是位置的特征。

包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示可以包括所述位置或所述位置的实体模型或印模的一个或多个2D图像。所述一个或多个2D图像可以从相对于所述位置的相同或不同视点采集。

包括纹理数据的所述2D数字表示可以从与包括几何数据的所述3D数字表面相同的视点采集。这可以允许2D数字表示和3D数字表示的相对直接的对准。

包括纹理数据的所述2D数字表示可以从与采集包括几何数据的所述3D数字表示的视点不同的视点采集。

包括与位置的纹理相关的数据的2D图像可以被称为纹理的图像或纹理图像。

因此，有利的是来自包括位置的纹理数据的2D数字表示的特征可以用于促进适合于布置在该位置的对象的3D建模。当建模对象时使用位置的纹理数据时，可以改善建模的结果，原因是使用不同类型的数据，由此位置的特征的不同类型可以被检测并且在对象的建模过程中被解释。

纹理被限定为位置的表面的感受、形状和外观，因此纹理可以包括位置的平滑度、粗糙度、柔软度、颜色等。纹理可以表示由位置的外表面保持的性质和由外表面导致的通过触感接收的感觉。纹理也可以用于描述非触觉的感受。纹理可以包括位置的表面的图案、颜色或其它视觉性质。因此纹理数据是描述位置的表面的纹理的数据。

几何形状被限定为特征的尺寸、形状、相对位置以及空间的性质，并且因此关系到位置的长度、面积和体积。因此几何数据是描述位置的表面的几何形状的数据。

可以借助于相对于彼此重定位所述位置和采集装置（例如光源和用于采集所述数字表示的照相机）从任何视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示。可以至少使用例如扫描器中的双轴运动系统自动地执行重定位。因此扫描器可以包括适合于执行从任何视点自动采集位置的数字表示的双轴或三轴运动系统。

因此，有利的是，相同的运动系统用于重定位所述位置以用于采集几何和纹理数据。运动系统可以布置在待扫描的模型或印模放置在其中的3D扫描器中。运动系统可以执行模型或印模或采集装置（即，光源和/或用于采集包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示的照相机）的平移和/或旋转运动。因此重定位可以正在采集数据的位置（例如模型或印模）的重定位，和/或重定位可以是采集装置（（一个或多个）光源和照相机）的重定位。当在运动系统中具有两个或三个轴时，模型或印模可以从侧面或从顶部进行扫描。

位置的期望覆盖可以是整个位置或位置的一部分的完全覆盖，或仅仅是位置的特定区域的覆盖。可以通过捕捉例如三个或四个纹理图像获得期望覆盖，然后所述纹理图像可以组合成复合纹理图像。可以捕捉或多或少的纹理图像以用于获得期望覆盖。

对准和组合可以描述如何处理位置的两个数字表示（包括几何数据的3D数字表示和包括纹理数据的2D数字表示）以便获得包括几何和纹理数据的组合3D数字表示。

对准可以被限定为相对于位置的另一个数字表示调节位置的数字表示，使得数字表示的结构重合。因此包括位置的几何数据的3D数字表示和包括位置的纹理数据的2D数字表示的相同或相似结构被对准。

对准并且组合表示可以改善可视化和特征检测的精度。

在本发明的上下文中，短语“可视化组合3D表示”可以表示由组合3D表示提供的所有数据的可视化或由组合3D表示提供的数据的一部分的可视化。可视化的组合3D表示因此可以提供被提取信息而不是可以从2D数字表示提供的所有数据的可视化。

当建模对象时，应用位置的一个或多个纹理特征的信息可以被限定为当建模适合于插入、穿戴或布置在位置中的对象时，使用位置的纹理特征的信息使得考虑位置的纹理特征将对象适配在位置中。对象的适配可以表示对象的插入或穿戴不导致患者的疼痛，并且对象的插入或穿戴是美观的。

在牙科学中，对象的建模可以包括一个或多个牙齿修复物或修复物下部结构的建模、一个或多个植入物或植入物基台的建模、建模正畸矫治器或建模一个或多个牙齿的正畸运动、建模义齿（例如完全或部分固定或活动义齿）或建模义齿中的一个或多个牙齿。

因此，建模可以包括建模修复物、正畸矫治器、植入物、义齿等。当3D计算机辅助设计（CAD）建模例如包括修复物时，虚拟建模修复物（例如牙冠和牙桥）可以借助于计算机辅助制造（CAM）进行制造，并且制造的修复物或矫治器然后可以由牙科医生最后插入患者的口中。

当建模对象时应用位置的一个或多个特征的信息的步骤和该方法的其它步骤可以在计算机上数字地执行并且显示在诸如屏幕的用户界面上，使得用户或操作者获得数据集和在数据集上执行的不同操作的视觉表示，并且操作者然后可以执行、完成或检查对象的建模。

该方法可以包括被建模3D对象的制造和/或使用借助于该方法制造的一个或多个对象治疗计划位置。

也公开了一种制造适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的方法，其中该制造方法包括用于3D建模3D对象的方法的步骤和制造被建模3D对象的步骤。

作为采集对象适合于布置的位置的至少一部分的数字表示的措辞替代，该方法可以包括采集对象适合于布置的位置的数字表示。

位置的3D数字表示和3D对象的3D模型可以是基于三角形的表示，其中3D表面由通过三角形连接的多个顶点参数化。

因此几何扫描是提供表面表示的表面扫描。当建模用于适配到位置中的对象时，因此正在建模的是对象的表面，或者建模在对象的表面上或在对象的表面的外部执行。为了在表面的外部执行建模，可以数字地进行表面的偏移。在偏移中，将表面的复制物放置在离表面一定距离处，使得可以对类似于表面形状的形状执行建模，而不建模对象表面本身。

在例如CT扫描中，扫描体积并且因此进行体积表示而不是表面表示。

上述的WO0019935公开了一种获得形成患者的齿列的3D表示的数据集并且识别表示单独部件的数据元的方法，其中单独部件可以是单独牙齿或牙龈组织。因此该方法涉及用于识别例如单独牙齿的3D表示并且因此不涉及例如从2D表示检测到的牙齿的特征的检测。该方法用于产生正畸矫治器以执行治疗计划。

上述的US7234937描述了一种用于存储并且组合包括患者的脸部的视觉外观或表面配置的颅面图像信息的不同数据表示以用于产生虚拟3D脸部的系统。因此该文献涉及颅面图像信息，并且该文献例如未公开使用对象的特征或建模的信息。

在上面也描述的US2009133260A中，颜色和透明度信息以及3D形状用于绘制假体的颜色精准表示供查看，使得用户可以查看假体的颜色是否正确。

US2004107080涉及耳机的制造并且公开了一种用于计算机辅助建模定制耳机的方法，所述耳机包括单独地匹配听管和/或听道的至少一个部分，其中该方法包括多个步骤，所述多个步骤包括以下步骤：a）获得位置（即，听管的至少一部分）的三维计算机模型（3D模型），其中所述位置的3D模型具有外表面。该文献也公开了在一些实施例中扫描用于生成听管的3D数字表示的耳道或听管的印模使得提供包括颜色扫描的纹理扫描。此外，在一些实施例中，在印模上标记的纹理用于初始布置，并且在一些实施例中，该方法包括将颜色和/或纹理赋予壳的表面。US2004107080例如未公开通过相对于彼此自动地重定位位置和采集装置执行包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示的采集，以用于获得位置的期望覆盖。此外，该文献未公开组合和对准的3D数字表示。

在一些实施例中，所述方法包括从包括纹理数据的所述2D数字表示提取所述一个或多个特征的信息。

因此当建模3D对象时，在应用特征的信息之前可以提取一个或多个特征的信息。

在一些实施例中，自动地执行提取所述一个或多个特征的信息。

自动地提取位置的一个或多个特征的信息可以被限定为从包括纹理数据的2D数字表示自动地检测位置的一个或多个特征。

信息可以从使用位置上的相当复杂图案限定的特征提取。特征例如可以使用标记特征的边缘的闭环和布置成形成该边缘内的网格的多个交叉线进行限定。特征也可以使用包括多个分离线段的线进行限定。对于包括多个分离线段的线，可以通过连结线段形成完整线。这可以通过估计在彼此面对的端部的相邻线段的梯度实现。当梯度向量大致平行时，两个线段可能是相同线的部分，并且因此可以虚拟地连结。当多个交叉线形成网格时，可以确定交叉区域之间的线段的梯度并且交叉区域中的线的相对布置的评价可以包括从交叉区域之间的线的梯度识别交叉区域的不同部分。

备选地，可以由操作者手动地执行所述一个或多个特征的信息的提取。

在一些实施例中，所述方法包括将来自包括纹理数据的所述2D数字表示的一个或多个2D特征转化成3D特征。

来自2D数字表示的特征可以转化成3D特征可能是有利的，原因是由此来自2D数字表示的信息可以应用于3D对象的3D建模中。所述一个或多个2D特征可以包括2D点、2D曲线或2D样条。所述3D特征可以包括3D点、3D曲线或3D样条，例如从所述2D数字表示的纹理数据提取的3D样条。

在本发明的上下文中，短语“2D特征”可以表示在包括纹理数据的2D数字表示的一个2D图像中捕捉的位置的特征的形状。这些2D图像的每一个可以包括特征的信息的一部分并且该部分可以作为所述2D特征被提取。组合可以包括将来自一个或多个2D图像的2D特征投影到3D数字表示上。2D特征可以基于组合3D数字表示转化成3D特征，其中组合3D数字表示可以包括来自2D数字表示的一个或多个2D图像的2D特征投影在其上的3D数字表示。2D数字表示的信息可以是3D特征，使得3D建模应用3D特征。

在一些实施例中，组合所述2D数字表示和所述3D数字表示以获得组合3D数字表示包括将从所述2D数字表示提取的信息投影到所述3D数字表示上。

因此组合两个表示可以包括将表示中的一个投影到另一个表示上，例如将包括位置的纹理数据的2D数字表示投影到包括位置的几何数据的3D数字表示上。

一种用于采集包括几何数据的3D数字表示和包括纹理数据的2D数字表示的系统可以包括若干部件，例如一个或多个照明单元、采集单元和用于相对于照明和采集单元平移和/或旋转位置的定位单元。当位置和系统的单元的布置的详细知识可获得时，2D数字表示的一部分直接投影到由所述3D数字表示形成的位置的3D数字表示上是可能的。在一些实施例中，系统彻底地被表征以提供该知识，并且因此对于每个被采集数字表示或数字表示的一部分例如定位单元、照明单元的光源和采集单元的照相机的相对布置是已知的。因此对于2D数字表示的每个被采集部分和被采集2D数字表示或2D数字表示的部分可以识别采集单元和位置的相对位置。证明3D数字表示的2D数字表示的精确投影的一种方式是在软件中整合系统的虚拟模型，使得对于2D数字表示的每个被采集2D图像位置相对于用于采集2D数字表示的2D图像的（一个或多个）照相机的取向是已知的。软件然后可以将2D数字表示的2D图像或2D图像的部分投影到3D数字表示上。软件也可以配置成用于执行根据本发明的方法的其它步骤。透镜畸变也可以被考虑并且例如包括在系统的虚拟模型中。

在一些实施例中，通过扫描所述位置的实体模型、通过扫描所述位置的印模和/或通过执行所述位置的直接扫描采集所述3D数字表示。

当通过采集位置的实体模型或印模的2D图像提供2D数字表示时，在采集2D图像之前特征可以在位置的实体模型或印模上限定。也就是说，特征可以不是位置的一部分，而是在采集2D数字表示之前加入的某物。特征也可以是在获得位置的实体模型或印模之前或在直接采集2D数字表示之前加入的某物。

在本发明的上下文中，短语“采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据”也可以表示在直接扫描位置之前位置的纹理数据在位置的实体模型或印模上或直接在位置上限定的情况。纹理数据可以由操作者（例如牙科技师）例如通过在位置的实体模型上绘制特征进行限定。

在一些实施例中，借助于适合于采集几何数据和纹理数据的系统执行采集包括所述位置的几何数据的所述3D数字表示和包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示。

所述系统可以包括配置成用于采集所述位置的数字表示的采集单元和配置成用于相对于所述采集单元定位所述位置的定位单元，并且所述方法包括相对于所述系统布置所述位置、所述位置的实体模型或印模。所述采集单元和所述定位单元可以是3D扫描器的一部分。所述采集单元可以包括适合于采集几何数据和纹理数据的一个或多个照相机。

在一些实施例中，在包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间并且在包括几何数据的所述3D数字表示的采集期间，所述位置相对于所述采集单元自动地重定位，使得从多个不同视点自动地采集所述数字表示中的至少一个并且获得所述期望覆盖。可以从多个不同视点自动地采集所述2D数字表示和所述3D数字表示。

在一些实施例中，所述定位单元提供所述位置相对于所述采集单元的自动重定位。

在牙科学中，牙科技师可以直接在位置的实体模型或印模上绘制特征，所述绘制特征可以表示注释，并且其中特征可以是将用于建模对象的线。线例如可以是用于牙齿修复物的预备体限界线或用于局部义齿的大连接器、卡扣和固位网格。因此这些绘制特征（例如线）可以用作纹理信息。

当使用直接扫描（例如口内扫描）时，纹理可能以颜色、阴影、材料性质等的形式存在于牙齿上。特征可以是直接在牙齿上或在患者的腭的软组织上绘制的线。例如，当3D对象包括活动部分时，活动部分的优选形状可以在牙齿和软组织上指示。

当使用印模扫描时，纹理以例如印模材料的表面的细微结构的形式存在于印模上。在牙科学中，磨削牙齿或磨削预备线在磨削处产生较粗糙的表面结构，并且当制造牙齿的印模时该粗糙结构转移到印模材料。未磨削的牙齿的部分具有比磨削的粗糙表面更平滑的表面。

在一些实施例中，采集所述位置的包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示包括从多个不同视点采集2D图像并且相应地扫描所述位置。采集所述2D数字表示可以包括采集所述位置的实体模型或所述位置的印模的一个或多个2D图像和/或通过直接采集所述位置的2D图像。可以使用一个或多个照相机采集所述2D图像。

这样做的优点是当从多个不同视点采集2D图像并且相应地扫描所述位置时，然后可以采集所述位置的全部或相关特征的数据。不同视点可以包括不同角等。

在一些实施例中，与所述3D数字表示组合的包括纹理数据的所述2D数字表示的部分包括所述被采集2D数字表示的2D图像的一个或多个部分。所述2D图像的所述一个或多个部分可以是与所述位置的特征相关的部分。

在一些实施例中，基于所述一个或多个特征自动地执行所述3D对象的3D建模。

该实施例的优点在于当完全自动地执行建模时用户不需要在用户界面上执行3D对象的任何手动建模。如果自动建模发生，则用户可以检查建模是否满意，并且可能对建模执行小修正。

在一些实施例中，所述3D建模包括基于所述信息限定所述3D对象的一个或多个边缘。

所述方法可以包括提供所述3D对象的3D模型，并且所述3D建模可以包括基于所述信息适合所述3D对象的所述被提供3D模型。所述被提供3D模型可以从库提供。

所述3D对象的所述被提供3D模型的适合可以包括基于所述信息成形所述3D对象的所述被提供3D模型的边缘。这例如可以使用允许用户将信息（例如所述3D样条）识别为3D对象的边缘的计算机软件实现。

所述自动建模可以包括基于从包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示提取的信息建模所述3D对象。被提取信息可以涉及被建模3D对象的边界，例如被建模以定位在预备牙齿处的修复物的周边，其中特征是预备牙齿的边界线。被提取信息可以呈符合2D数字表示的2D图像上的特征的2D样条或包括几何数据的3D数字表示上的特征的3D样条的形式。

一旦从3D样条提取3D对象的边缘，可以使用标准算法（例如可以使用计算机软件执行的算法）限定3D对象。例如当一部分的结构由来自库的输入限定并且该部分的周边由3D样条限定时，可以使用来自库的输入形成3D对象或对象的至少部分。这可以是例如可摘局部义齿的固位网格，其中表面的有孔结构可以从库提供，而周边可以从3D样条导出。

在3D对象是在牙科学中使用的对象（例如修复物或可摘局部义齿）的情况下，可以部分地从包括几何数据的3D数字表示并且部分地从3D样条提取3D对象的形状。也就是说牙齿预备体的牙尖或切缘以及唇面、近侧表面和舌面可以从包括几何数据的3D数字表示提取，而面对预备牙齿或基牙的边界线的修复物的表面从特征提取。

在一些实施例中，所述3D对象适合于代替患者的身体的解剖对象。

因此对象可以是用于代替断裂髋骨的人造髋骨或用于代替呼吸道或它的一部分的呼吸装置或用于代替例如由于恶性肿瘤而被去除的乳房的乳房假体。因此如果原解剖对象断裂或受到疾病侵袭，则对象可以用作替代物。

然而对象也可以出于纯美容目的代替解剖对象，例如使用例如整形手术代替或重塑乳房、臀部、唇、鼻、脸部、腹部、大腿等。

在一些实施例中所述3D对象适合于插入患者的体腔中。

适合于插入体腔中的对象的例子是待插入耳道中的助听装置，待插入口中的牙齿修复物、牙齿植入物、正畸矫治器等，待插入女性阴道中的避孕装置（例如隔膜），待插入空眼窝中的玻璃假眼等。

在一些实施例中，所述位置是患者的口。

在一些实施例中，所述位置是患者的一个或多个牙齿。

所述位置可以是为诸如牙冠或牙桥的修复物预备的牙齿预备体。

在一些实施例中，所述位置是患者的耳道。

在一些实施例中，提取所述位置的一个或多个特征的信息包括特征检测。

该实施例的优点在于特征检测包括计算图像信息的抽象并且执行每个图像点的局部决策的方法，其中决策涉及在该点是否有指定类型的特征。因此最后产生的特征可以是例如呈孤立点、连续曲线或连接区域的形式的图像域的子集。

在一些实施例中，通过检测存在于所述组合3D数字表示上和/或包括几何数据的所述3D数字表示上的特征执行特征的信息的提取。

该实施例的优点在于可以通过在位置的每个点比较纹理数据和几何数据检测特征。例如几何数据和纹理数据都可以显示相同地点中的特征，例如曲线，并且这可以表示特征是几何的和纹理的，并且也可以确认特征是位置中（例如模型或印模上）的真实特征，而不仅仅是误差。如果例如仅仅几何数据显示该地点中的特征，则这表示那里没有纹理特征，或者如果仅仅纹理数据可以显示该地点中的特征，则这表示特征不是几何的或空间的，而仅仅是纹理的，例如可见颜色。当牙科技师例如在牙齿的模型上绘制一些特征以例如用于指示可摘局部义齿在模型上并且最后在患者的口中将布置的位置时，最后可能就是这样的情况。许多牙科技师可能喜欢手动地作用于石膏模型，并且当他们在石膏模型上绘制例如部分可摘局部义齿的轮廓线时，然后当执行纹理数据采集时检测或捕捉绘图。

在一些实施例中，特征检测包括检查所述数字表示的一个或多个中的每个像素以检测是否有存在所述像素处的特征的至少一部分。

在一些实施例中，所述一个或多个特征选自线、轮廓、曲线、边缘、脊、角部或点的群组。

可以借助于可以是软件算法的特征检测器检测不同特征是有利的。特征检测器可以分类成两个不同类别：基于强度的检测器和基于结构的检测器。基于强度的检测器分析局部微分几何或强度图案以找到满足一些唯一性和稳定性标准的点或区域。基于结构的检测器分析诸如线、边缘和曲线的结构特征以限定所谓的感兴趣点或区域。

边缘可以被限定为在两个在图像区域之间有边界或边缘的点，并且因此边缘可以被限定为具有大梯度幅值的图像中的点的集合。一些算法可以将大梯度点联系在一起以形成边缘的更完整描述。

算法可以对边缘的性质进行约束，例如形状、平滑度和梯度值。

角部是具有局部2D结构的2D图像中的点状特征。在执行边缘检测之后，可以分析边缘以检测在方向（即，角部）上的快速变化。

点或感兴趣点是通过搜索图像梯度中的曲率的高水平可以检测的点。例如通过考虑图像梯度中的曲率可以检测白色背景上的暗斑或暗点。

感兴趣点的团或更大区域是可能太平滑以致于检测为点的2D图像中的区域，但是这些区域仍然可能具有优选或关键点，例如局部最大值或重心。

脊可以被限定为表示对称轴并且也具有与每个脊点关联的局部脊宽度的属性的一维曲线。

当已检测到特征时，结果可以是识别图像的局部区域的特征描述符或特征向量。

当已检测到特征时，可以借助于图像处理提取围绕特征的局部像斑，并且结果可以表示特征描述符或特征向量。

一些普通特征检测器是：

-用于检测边缘：Canny和Sobel；

-用于检测感兴趣点或角部：Harris、Shi&Thomasi、等位曲线曲率（level curve curvature）和FAST；

-用于检测感兴趣点的团或更大区域：最稳定极值区域（MSER）和基于主曲率区域检测器（PCBR）。MSER是基于强度的检测器的例子。

在特征检测任务中，光照、姿势、颜色和纹理的变化可以导致局部强度的显著变化，并且因此局部强度可能不提供稳定的检测线索。基于强度的检测器因此不能识别区别特征。捕捉局部强度线索的替代选择是捕捉半局部结构线索，例如边缘或曲线形状。这些结构线索可能对于强度、颜色和姿势变化更稳定。PCBR检测器利用这些更可靠的图像结构线索。

一个或多个特征的信息可以包括使用各种技术从包括纹理数据的2D数字表示提取的一个或多个3D样条。3D样条例如可以对应于位置的实体模型上的铅笔标记，并且该方法可以包括提取3D样条并且将它应用于3D对象的3D建模中。

对于一些应用，例如当从实体模型上的铅笔标记提取信息时，可能需要例如通过增强对比度或通过从2D图像去除噪声改善被采集2D数字表示的2D图像中的特征的呈现。特征可以在2D数字表示的2D图像中检测并且配准到包括几何数据的3D数字表示中。

除了图像处理和特征检测以外，该方法可以包括3D样条检测，其中3D样条检测包括合并两个或更多个2D样条以提供3D样条。

图像处理可以包括应用于去除传感器噪声的滤波，例如相干增强扩散滤波。除了传感器噪声以外，特征可以包括不连贯的区段和/或不在位置上理想地限定的区段。当例如用铅笔在位置的实体模型上绘制线时，铅笔可能跳过实体模型的表面，因此在线中留下间隙，或者操作者可能绘制由部分重叠的区段组成的线。在分段线的情况下，可以应用梯度方法以确定相邻线是否被定向，使得一个区段被布置使得它被认为是另一个区段的延伸部。在该情况下，两个线段可以被认为是相同线的一部分。

图像处理可以包括2D图像中的对比度增强，使得例如位置的实体模型上的铅笔标记在2D数字表示的2D图像中更清楚地出现。对比度增强例如可以由经修改的S形（Sigmoid）函数提供，其中对比度增强的量由从0到1的单参数（阿尔法参数）决定，其中接近0的阿尔法值产生线性交换（无效果）并且阿尔法值1产生偶sigmoid函数。

使标记和背景之间的过渡区更明显的图像锐化也可以改善一个或多个特征的被提取信息的可靠性。

在图像处理之后，可以在2D图像中隔离特征，使得可以检测它们并且可以提取信息。自动尺度空间选择可以用于特征的检测。

取决于例如在位置的实体模型上划线的铅笔的广度，可以自动地找到最佳识别标记的尺度。尺度空间选择也可以是图像处理的一部分。

将特征检测为2D数字表示的2D图像中的脊或边缘可以提供将识别为特征的多个可能的像素候选。这些候选需要分类并且转换成样条。这可以在包括排除很小线条的序列中进行。是否进行该排除可能取决于图像品质。如果图像品质和/或特征的限定使得在2D图像的预处理和/或特征检测期间特征的分离线条不能闭合或连接，则不进行小线条的排除可能是有利的。粗分类可以用于排除其3D位置在相对于用于采集2D图像的照相机的眼光线成很陡角的小面上的候选。这将排除剪影边缘以及低品质数据。

然后可以组合地使用来自3D数字表示的几何数据和被检测2D脊/边缘，识别对应于例如牙科技师的铅笔标记的可能3D样条。在3D样条的识别中，可能必须建立某些规则以便处理线交叉区域、角部和团。

可以从包括纹理数据的2D数字表示的2D图像找到显示位置的表面的部分的像斑。可以对准像斑，使得与位置的相邻部分相关的像斑并排对准。然后可以应用纹理编织以便保证使出现在相邻像斑之间的边界线处的任何可见过渡区不太可见。这样的可见过渡区例如可以是用位置的更强照明成像的部分和用位置的不太强照明成像的部分之间的过渡区。可以进行纹理编织以平滑可视化组合3D数字表示的不同部分之间的可见过渡区，以便改善可视化3D数字表示的外观。在信息的提取期间，这样的过渡区在一些情况下也可以导致过渡区误识别为位置的特征。可以通过比较两个相邻像斑内的像素强度并且将强度值赋予跨越两个像斑之间的过渡区的像素使得获得像素强度的平滑变化而执行纹理编织。

可以由操作者使用3D样条上的控制点优化3D样条，其中可以使用定点工具（例如鼠标）或例如使用键盘进行的数据输入优化这些控制点相对于位置的位置。

对象的3D建模可以包括通过被提取3D样条限定对象的一部分。该方法因此可以使该部分的形状自动地适合3D样条。

在一些实施例中，所述一个或多个特征包括预备牙齿或模的限界线。

限界线是牙科医生在患者的牙齿中磨削以用于为修复物（例如牙冠或牙桥）预备牙齿的预备体限界线。牙科技师可以用彩笔在实体石膏模型上绘制实体线以用于标记预备牙齿的限界线。磨削预备体限界线处的模型或模或牙齿的纹理比平滑的周围表面（例如牙齿上的釉质）更粗糙。可以使用典型地直径不小于1mm的牙科工具制造预备体线。因此可以通过研究模型或模或牙齿的纹理检测预备体限界线。也可以检测微纹理。也可以在纹理扫描中检测从预备体线的磨削产生的烧痕。

因此限界线的磨削标记可以作为纹理特征使用普通光源和照相机进行拍照或捕捉，其中照相机例如具有高分辨率。然而，用于扫描几何特征的包括光源和照相机的3D扫描器也可以用于扫描作为几何特征的预备体限界线。

当例如在几何数据表示中检测预备体限界线时，限界线可以例如作为清楚的红线自动地标记在位置的数字表示上。

在一些实施例中，所述一个或多个特征包括患者的牙齿的阴影。

该实施例的优点在于如果例如通过执行患者的当前或现有牙齿的直接扫描采集特征的纹理数据，则牙齿的阴影或颜色可以作为纹理数据并且因此作为纹理特征被捕捉，并且该信息可以用于建模或应用对象（例如修复物、完整或局部义齿中的人造牙齿、植入物等）的正确阴影。这可能是用于确定对象的正确阴影的很高效和快速方法，这对于牙科应用特别重要。

在一些实施例中，在采集包括纹理数据的所述2D数字表示之前，所述一个或多个特征由用户在所述位置上、在所述位置的实体模型上或在所述位置的印模上绘制。

这样做的优点在于牙科技师可以通过在实体模型上绘制或磨削或提供其它纹理标记手动地设计对象，如果他或她喜欢这样的话。

在一些实施例中，所述特征是将被建模的所述3D对象的一部分。这例如可以是布置成形成从其采集数字表示的位置的一部分的可摘局部义齿或正畸矫治器的不同部分。这些部分然后可以在组合3D数字表示中被识别，并且在3D对象的3D建模中这些部分可以根据操作者的喜好进行修改或保留。

所述3D对象可以包括可摘局部义齿，使得所述一个或多个特征可以是大连接器、卡扣和/或固位网格，并且使得所述3D建模包括从所述3D特征限定所述可摘局部义齿的一个或多个边缘。

在一些实施例中所述一个或多个特征用于建模可摘局部义齿，并且所述一个或多个特征是大连接器、卡扣和/或固位网格。

这样做的优点在于局部义齿可以是具有若干不同部件的复杂对象，并且牙科技师可以更快并且直观上更容易首先手动地而不是在图形用户界面上设计和建模该相当复杂的牙科装置。

在一些实施例中，所述3D对象包括正畸矫治器或托架，使得所述一个或多个特征用于建模这样的正畸矫治器或托架，并且所述一个或多个特征是一个或多个托架位置、一个或多个螺钉位置、金属框架、塑料架、壳体、咬合板、推杆和/或弹簧。所述3D建模可以包括从所述3D特征限定托架位置和/或螺钉位置。

这样做的优点在于正畸矫治器可以是具有若干不同部件的复杂对象，并且牙科技师可以更快并且直观上更容易首先手动地而不是在图形用户界面上设计和建模该相当复杂的牙科装置。

在一些实施例中，由用户用不同颜色绘制不同特征。

这样做的优点在于不同特征可以由于不同颜色容易地进行区分。

此外，用于在印模或模型上绘制的颜色应当是与模型或印模并且与印模或模型在其中扫描的隔室中（例如扫描器中）的背景颜色形成对比的颜色，使得实际上可以成像或记录绘图。例如褐色绘图可能不提供与暗模型或黑色背景隔室的足够对比度。对比度的定义是它是使物品或它在图像中的表示可从其它物品和背景区分的视觉性质的差异。因此物品可以是牙齿的印模或实体模型或牙齿本身。在真实世界的视觉感知中，对比度由相同视野内该物品与其它物品的颜色和亮度的差异确定。

在一些实施例中，所述特征是所述位置的不同结构之间的边界线。

在一些实施例中，所述特征是所述位置的不同材料之间的边界线。

边界线也可以表示过渡区、浮凸或位置的高度和/或材料的变化。

预备体限界线可以是边界线，原因是它是磨削部分（粗糙预备体限界线）和非磨削部分（牙齿的平滑釉质）之间的过渡区。

腭纹可以是边界线，原因是腭纹是浮凸的一种类型，其中表面在高度上变化。腭纹的检测可以用于建模例如将邻接腭的患者的局部义齿。

牙龈的乳头和牙齿之间的过渡区可以是边界线，原因是这里存在不同的材料，牙齿表面的硬釉质和牙龈或齿龈的软组织。

边界线可以是位置的一部分并且因此在位置上直接限定。边界线也可以在位置的实体模型上或在位置的印模上限定。

在一些实施例中，顺序地执行采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

因此可以在两个独立记录中使用可以作为独立装置布置或作为一个装置布置的一个记录装置或两个或更多个记录装置采集数字表示。

备选地，同时执行包括几何数据的3D数字表示的采集和包括纹理数据的2D数字表示的采集。

在一些实施例中，通过用光照明所述位置、所述位置的实体模型或所述位置的印模的至少一部分采集所述数字表示中的至少一个，使得可以通过用光照明所述位置采集包括纹理数据的所述2D数字表示和/或包括几何数据的所述3D数字表示。

在一些实施例中，用于采集所述数字表示中的至少一个的光是包括处于N个波长的光的多光谱光，其中数量N等于或大于2。

在一些实施例中，所述方法包括使用不同颜色或颜色代码来识别不同特征，其中所述不同颜色或颜色代码对应于所述多光谱光的所述N个波长。使得用于识别一个特征的颜色反映处于一个波长的光，而用于识别另一个特征的颜色反映处于另一个波长的光。

当扫描时将使用哪种类型的光照明取决于是否扫描印模或模型或是否执行位置（例如牙齿）的直接扫描。如果使用3D扫描器来扫描印模或模型，则印模或模型布置在其中以用于对其进行扫描的隔室例如可以为黑色或白色。如果隔室着色成白色，则用于扫描的光可以在隔室的内部漫反射。漫反射光对于成像印模或模型上的纹理可能是有利的。然而，如果隔室着色成黑色，则可能没有光的反射。因此对于不同扫描目的，例如几何扫描或纹理扫描，其中可以扫描或记录颜色，扫描器的隔室的颜色和形状可以有利地可变化，例如适合用于不同扫描或成像模式。

配置成用于采集3D数字表示的3D扫描装置可以基于光的一个或多个片层或光的另一个已知图案投影到位置上。照明源可以是可见光光谱中的低功率激光器，或者可以使用不同类型的激光器、激光二极管或例如发射红光、绿光和蓝光的发光二极管（LED）执行位置的照明以用于采集几何数据和/或纹理数据。

用于接收、测量和转换来自位置的反射光或信号的传感器可以是具有35微米的分辨率的五百万像素照相机。可以有用于捕捉来自位置的反射光的一个以上照相机，但是照相机可以全部捕捉位置的几何数据和纹理数据。

在一些实施例中，在序列（例如包括红光、绿光和蓝光的序列）中提供用于所述位置的照明的多光谱光中的N个波长。可以执行序列中的每个步骤而没有序列中的在先和/或后续步骤的任何重叠或具有重叠。在重叠步骤的情况下，可能需要2D数字表示的2D图像的采集的定时，使得当仅仅处于一个波长的光照明位置时采集2D图像。也可以针对于具有两个或更多个颜色的颜色代码用于识别特征的不同部分或不同特征的情况，使用重叠步骤。

备选地和/或附加地，也可以使用其它光谱峰，例如近红外（NIR）或紫外（UV）。可以执行光学系统的波长依赖校准以保证被记录表面反射率量度的空间对应。

此外，可以通过多个传感器和分束器的使用或通过可以以拜耳（Bayer）式布置进行布置的滤色器阵列（CFA）的使用同时采集颜色信息。

在一些实施例中，N为3，使得多光谱光包括处于第一波长的光、处于第二波长的光和处于第三波长的光。当N等于3时，所述序列可以是第一波长、第二波长和第三波长。该顺序的不同排列也是可能的，使得处于第二波长的光后面跟着处于第一波长的光，然后后面跟着处于第三波长的光。

所述序列因此可以是第一波长、第三波长和第二波长。

所述序列因此可以是第二波长、第一波长和第三波长。

所述序列因此可以是第二波长、第三波长和第一波长。

所述序列因此可以是第三波长、第二波长和第一波长。

所述序列因此可以是第三波长、第一波长和第二波长。

第一、第二和第三波长可以分别在波长的红光、绿光和蓝光范围内。

在一些实施例中，同时提供多光谱光中的N个波长。

在一些实施例中，在白光源中提供多光谱光中的N个波长，使得用白光源的N个波长和任何其它波长照明位置。

白光源可以包括在电磁光谱的可见部分的显著部分上的白光发光二极管。

可以针对所述N个波长的每一个采集2D图像。

在一些实施例中，针对所述N个波长的每一个，例如针对红光、绿光和蓝光的每一个采集2D图像。

使用普通光照明并且例如采集黑/白表示，采集与特征（例如线）相关的数据使得它们出现或存在于最后产生的2D或3D表示中是可能的。但是为了捕捉线的正确颜色，例如如果它们使用笔在印模或模型上绘制，可以使用顺序照明采集颜色，其中独立地检测例如来自发光二极管的红光、绿光和蓝光。

在一些实施例中，将针对多光谱光中的N个波长的每一个，例如针对红光、绿光和蓝光采集的2D图像一起拼接成共同2D图像。所述2D数字表示可以包括一个或多个共同2D图像，每个共同2D图像包括在所述N个波长的每一个采集的2D图像。

在本发明的上下文中，短语“蓝光”和“具有在蓝光范围内的波长的光”可以关于以在大约450nm至大约490nm的范围内的波长传播的电磁波使用。

在本发明的上下文中，短语“绿光”和“具有在绿光范围内的波长的光”可以关于以在大约490nm至大约560nm的范围内的波长传播的电磁波使用。

在本发明的上下文中，短语“红光”和“具有在红光范围内的波长的光”可以关于以在大约635nm至大约700nm的范围内的波长传播的电磁波使用。

在一些实施例中，所述方法包括纹理编织，所述纹理编织包括基于所述2D数字表示的纹理数据在相邻2D图像之间将所述一个或多个特征编织在一起。

该实施例的优点在于最后产生的2D图像中的纹理（例如颜色）看上去自然并且正确，并且例如来自皮肤的表面散射被解释。纹理编织和类似过程的目的是滤除由于视点或光性质引起的外观的所有变化，即，作为对象表面的外部过程而不是固有性质的结果的表面的调制。纹理编织平滑不同图像之间的过渡区，使得过渡区关于纹理（例如不同特征，例如颜色等）变得平滑。因此为了捕捉整个位置的纹理数据，多个2D图像可以被采集并且编织在一起，例如可以捕捉四个纹理图像以用于覆盖整个位置。图像处理可以用于从正在捕捉数据的位置的表面去除镜面反射效应。

从相对于位置的不同视点使用例如激光器作为第一光源采集的位置的扫描可以拼接在一起，并且可以采集若干几何扫描以用于覆盖整个位置，并且因此几何特征可以拼接在一起。

纹理编织有时也被称为纹理混合。

纹理编织例如在Marco Callieri,Paolo Cignoni,Claudio Rocchinil,Roberto Scopigno:Weaver,an automatic texture builder from Proceedings ofthe First International Symposium on3D Data Processing Visualization andTransmission(3DPVT’02),2002,IEEE Computer Society中进行了描述。

在一些实施例中，所述方法包括用于采集包括几何数据的所述3D数字表示的光的激光调制。

该实施例的优点在于激光调制可以以非均匀反射率帮助采集表面上的几何形状，因此在几何信息的采集期间可以在漫射和镜面反射设置中调制激光源以便补偿反射率的变化。这又将允许具有大于照相机传感器的动态范围的对象的几何采集。相同方法可以用于纹理采集，然而这里可能有关于发射光量的详细知识的增加要求。

可以使用调制器执行激光调制，所述调制器是用于调制光束的装置，其中光束可以在自由空间上运载或通过光波导传播。调制器可以控制光束的不同参数，例如幅度、相位、极化等。可以通过调制驱动光源（例如激光二极管）的电流获得光束的强度的调制。

在一些实施例中，所述方法包括用于采集包括纹理数据的所述2D数字表示的光的调制。

在一些实施例中，借助于适合于捕捉几何数据和纹理数据的扫描器执行采集包括所述位置的几何数据的所述3D数字表示和包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示。

在一些实施例中，借助于适合于捕捉几何数据和纹理数据的照相机执行采集所述几何数据和所述纹理数据。

照相机可以是五百万像素彩色照相机。

备选地，可以提供具有不同分辨率以捕捉用于不同类型的特征或用于不同几何或纹理特征的数据的两个或更多个照相机。

在一些实施例中借助于第一光源执行采集所述几何数据，并且借助于第二光源执行采集所述纹理数据。

第二光源可以包括二极管的阵列，其中所述二极管的阵列包括多个第一二极管、多个第二二极管和多个第三二极管，其中第一、第二二极管和第三二极管适合于分别发射处于第一、第二和第三波长的光。

第二光源可以包括布置成提供发射光的漫射，例如从白光源或从红光、绿光和蓝光二极管的阵列发射的光的漫射的漫射器。

可以使用激光器捕捉几何数据，其中从不同角捕捉的多个扫描可以一起拼接成组装模型。此外，可以使用普通白光源采集包括纹理数据的2D数字表示，并且结果可以是2D图像。几个2D图像可以适合于覆盖整个位置，并且可以执行纹理编织以避免2D图像之间的不连贯或差过渡。

备选地，相同光源可以用于捕捉几何数据和纹理数据。仅仅使用一个光源的优点在于可以同时捕捉几何数据和纹理数据，而当使用两个光源时，光源不能同时打开，原因是一个光源可能干扰使用另一个光源捕捉数据。

备选地和/或附加地，可以使用滤光器以允许几何和纹理数据的同时采集。

备选地和/或附加地，可以在采集单元处提供灯，例如围绕（一个或多个）照相机的接收光学器件的一圈灯。这样做的优点在于可以最小化灯/照相机角并且由此可以最小化深腔中的深影的量。

光源可以是白灯，例如结构化白灯或与网格组合的白灯。

在一些实施例中，所述定位单元至少包括双轴运动系统，使得在包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间至少借助于所述双轴运动系统自动地执行所述位置的定位。

在一些实施例中，所述方法包括至少借助于双轴运动系统自动地执行几何数据和纹理数据的采集。

自动地运行采集和运动系统使得操作者无须手动地选择每个位置可能是有利的。运动系统例如可以是双轴或三轴运动系统，原因是由此位置的数据例如可以从侧面和从上方捕捉。

在一些实施例中，所述方法包括提供患者的3D脸部扫描以便于可视化所述3D对象的建模的结果。

当例如建模修复物、局部义齿、正畸矫治器等时使用患者的3D脸部扫描可能是有利的，原因是然后可以结合患者的整个脸部和容貌观看或查看被建模对象。

在一些实施例中，借助于3D脸部扫描获得包括所述位置的几何数据的所述3D数字表示和/或包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示。

在一些实施例中，所述方法适合于在牙科学中用于3D建模。

在一些实施例中，牙科学包括修复物，植入物，正畸学，例如托架定位器和矫治器，以及局部义齿，例如可摘局部义齿。

在修复物中，可以从几何数据和纹理数据的表示检测预备体限界线是有利的。

在正畸学中，牙科技师可以在矫治器或托架将布置的实体模型上绘图或者可以使用几何数据和纹理数据的表示自动地执行牙齿分割是有利的。

在牙科学中使用的3D对象的建模中，3对象的一个或多个部分的边缘可以由被提取信息（例如3D样条）限定。

3D建模可以包括提取多个特征，例如在位置的实体模型上绘制的多个线，其中多个特征与3D对象的一部分相关。例如，当建模可摘局部义齿时，固位网格可以由牙齿和腭的实体模型上的多个绘制线限定。当检测到多个特征时，它们可以基于知识特定部分和/或基于特征的位置、长度、颜色和形状映射到3D对象的特定部分。可摘局部义齿的不同部分（例如固位网格、窗口、大连接器和小连接器）例如可以使用不同颜色进行限定。它们也可以从窗口在腭处并且固位网格在齿龈上的知识进行识别。当被建模3D对象是部分活动义齿时，3D特征可以是限定可摘局部义齿的一部分（例如固位网格或大连接器）的周边的3D样条。

3D对象的不同部分也可以使用识别标记进行识别，例如两个或更多个同心布置的圆、十字、方形、三角形等。也可以使用识别标记中的元素的数量，使得例如可摘局部义齿的固位网格具有一个标记，大连接器具有两个，等等。

在一些实施例中，所述特征包括布置在所述特征的大致闭合边缘内的识别标记。闭合边缘例如可以是在位置的实体模型上绘制的闭环。所述识别标记可以选自同心布置的圆、十字、方形、三角形、识别标记中的元素的数量（例如圆点的数量）的群组。

闭环例如可以被绘制以标记可摘局部义齿的不同部分的边缘并且不同识别标记可以用于识别这些不同部分。大连接器例如可以使用一个圆点进行识别，固位网格使用两个圆点并且窗口使用三个圆点。

此外，该方法例如可以用于通过将颜色描图纸放置在患者的上和下牙齿之间确定患者的咬合，并且当患者将他的牙齿咬合在一起时，纸将使颜色传递到牙齿上的碰撞点，并且该被传递颜色可以作为纹理数据被捕捉。确定咬合可以直接在口中并且因此在患者的真牙上执行，或者它可以例如使用咬合架在牙齿的实体模型（例如石膏模型）上执行。

在一些实施例中，所述方法适合于用于助听装置的3D建模。所述特征然后可以限定所述助听装置的内面或外面的边界、孔的位置或横截面形状或所述助听装置的识别标签。

特征可以在助听装置适合于相对于其布置的耳道的实体模型或印模上限定。助听装置可以是耳内装置、耳道内装置或耳挂式装置。特征可以与助听装置的不同部分相关，例如装置的壳体、耳模或整体面板。

在一些实施例中，所述信息由操作者从包括几何数据和纹理数据的可视化的组合3D表示提取。操作者例如可以识别与相同特征相关的不同信息条。这例如可以在图形显示器上可视化组合模型时完成。

该方法也可以用于完美适合患者的定制鞋的建模，其中通过直接扫描脚或通过制造脚的印模并且然后扫描印模或从印模产生实体模型并且然后扫描实体模型采集患者的脚的几何和纹理特征。也采集脚的纹理数据。

在一些实施例中，所述方法在包括程序代码装置的计算机程序产品上执行，当所述程序代码装置在数据处理系统上运行时，所述程序代码装置用于使数据处理系统执行前述权利要求中的任一项所述的方法。

第一和/或第二数字信号处理器单元可以配置成用于从所述2D数字表示提取所述一个或多个特征的信息。

第一和第二数字信号处理器单元可以是数字信号处理装置的整体部分，使得数字信号处理装置被配置成用于分析并且组合被采集数字表示并且用于建模3D对象。

所述采集单元可以包括：

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；以及

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据；

所述采集单元可以包括布置成接收来自扫描体积的光并且从位置采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示的第一组照相机。第一组照相机然后是用于采集3D数字表示的装置和用于采集2D数字表示的装置的一部分。第一组照相机可以包括两个照相机，其相对于扫描体积和第一光源被布置，使得定位在扫描体积中的位置的3D扫描是可能的。

除了第一组照相机以外，该系统可以包括一个或多个另外的照相机，例如第二照相机或第二组照相机。

在一些实施例中，所述采集单元被配置成用于采集位置的N个不同特征的纹理数据，其中每个特征具有唯一颜色或颜色代码，并且用于基于所述颜色或颜色代码在所述N个不同特征之间进行区分。特征例如可以使用不同有色油墨或颜料进行限定。

类似地，所述采集单元可以配置成用于采集位置的特征的N个不同部分的纹理数据，其中每个部分具有唯一颜色或颜色代码，并且用于基于所述颜色或颜色代码在所述N个不同部分之间进行区分。在下文中，描述常常集中于与不同特征相关的数据的采集，但是做出的评论可以同样适用于采集特征的不同部分的数据的情况。

在一些实施例中，所述系统的所述照明单元包括适合于提供用于采集位置的几何数据的光的第一光源，以及适合于提供用于采集纹理数据的光的第二光源。

用于照明位置的光因此可以包括从第一光源和第二光源发射的光。

可以用第一和第二光源同时或一次一个地照明位置。

适合于提供用于采集位置的几何数据的光的光源可以被配置成用于以大致平行的光线发射光。

适合于提供用于采集纹理数据的光的光源可以被配置成提供漫射光，其中光的不同光线的方向更随机分布。

第一和第二光源可以被布置，使得第一光源的光轴和第二光源的光轴在扫描体积中交叉。

在一些实施例中，第一光源包括发射处于第一激光波长的光的单色激光器。来自这样的单色激光器的光可以以大致平行光线传播，允许位置的几何形状的精确确定。

第一激光波长可以在波长的绿光范围内、在波长的红光范围内或在波长的蓝光范围内。红光激光器在目前可以提供成本效益高的系统，原因是这样的激光器常常可以以比例如蓝光激光器更低的价格购买到。当彩色照相机用于采集数字表示时，绿光激光器可以具有提供更好的空间分辨率的优点。

第二光源可以相对于扫描体积成与第一光源不同的角布置，但是仍然使得来自第二光源的光可以从扫描体积中的位置朝着采集单元的照相机反射。

在一些实施例中，第二光源包括在波长的范围上输送光的宽带光源，例如白光源。第二光源可以被配置成用于提供处于用于以多色布置限定特征的颜色或颜色代码的所有波长的光。

对于与纹理数据的采集相关的一些应用，可能优选的是光是漫射的。第二光源可以适合于提供漫射光。

第二光源可以被配置成用于提供处于孤立波长的光，使得发射光信号的强度分布对比波长的谱图包括多个峰值。

第二光源可以使用包括多个源的设计实现，每个源发射处于单波长或在较窄波长范围内的光，其中从这些源的每一个发射的信号被组合，以提供从第二光源发射的光。第二光源可以使用利用诸如法布里-珀罗（FabryPerot）共振器的共振效应的设计实现。

在一些实施例中，第二光源包括二极管的阵列，其中所述二极管的阵列包括多个第一二极管、多个第二二极管和多个第三二极管，其中第一、第二二极管和第三二极管适合于分别发射处于第一、第二和第三二极管波长的光。

在一些实施例中，第二光源包括布置成提供发射光（例如从白光源或二极管的阵列发射的光）的漫射的漫射器。从第二光源输送的这样的漫射光可以足以采集与位置的纹理相关的信息。

在一些实施例中，第一组照相机中的每个照相机包括彩色照相机，所述彩色照相机包括在配置成检测电磁信号的感光元件的前面以拜耳式布置进行布置的滤色器阵列（CFA），所谓的拜耳滤光器。

当使用拜耳滤光器时，第一光源发射处于在拜耳滤光器的绿光通带内的波长的光可能是有利的，原因是拜耳滤光器使得由照相机提供的空间分辨率是使用发射处于对应于红光或蓝光的波长的光的第一光源获得的分辨率的两倍。

在一些实施例中，第一组照相机中的一个或多个照相机是单色照相机。照相机的每一个可以是单色照相机。

在一些实施例中，所述系统包括扫描板，所述扫描板被定位，使得布置在所述扫描板上的位置定位在所述扫描体积中，使得来自第一和第二光源的光可以从扫描板处的实体模型朝着系统的采集单元反射。扫描板的布置因此可以使得放置在扫描板上的实体模型或印模的至少一部分位于系统的扫描体积中。

在一些实施例中，控制单元适合于控制该扫描板的运动和旋转。

在一些实施例中，所述系统包括用于扫描板的至少双轴运动的定位单元，使得可以自动地执行从多个位置采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

在一些实施例中，所述系统包括定位单元，所述定位单元配置成用于相对于所述采集单元将所述位置布置在多个不同位置，使得可以通过从所述多个不同位置采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示获得所述位置的期望覆盖。

在一些实施例中，所述系统包括配置成用于控制所述二极管的阵列和所述定位单元的控制单元。

所述控制单元可以被配置成使得第一、第二和第三二极管顺序地发射光，使得发射光信号的序列。所述序列可以是第一波长、第二波长和第三波长。

所述控制单元可以被配置成使得所述序列重复多次，例如所述系统的光学组件和扫描板的每个相对布置有一次。

在本发明的上下文中，短语“光学组件”可以表示用于提供位置的照明并且用于采集位置的2D和3D数字表示的单元的组件。光学组件可以包括系统的采集单元和光源。

在一些实施例中，第二光源设计成使得第一、第二和第三二极管根据拜耳布置进行布置。

在一些实施例中，所述系统的数字信号处理器被配置成用于实时分析被采集2D数字表示和3D数字表示。

第一组照相机可以用于采集2D数字表示和3D数字表示。当将拜耳滤光器放置在照相机的感光元件的前面时，使用发射在绿光波长范围内的光的激光器作为第一光源可能是有利的，原因是由于拜耳滤光器的设计，这与红光激光器相比可以提供更高的空间分辨率，其中允许绿光穿过滤光器的部分是允许红光穿过的部分的两倍。

然后可以需要位置的实体模型或印模的扫描，以便保证被采集表示提供整个特征的数据。例如当特征是为牙冠预备的牙齿的实体模型上的限界线时，情况可能就是这样。

在一些实施例中，所述系统包括用于至少双轴运动的运动系统，使得可以自动地执行从多个位置采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

在一些实施例中，所述系统包括配置成用于控制所述二极管的阵列和所述运动系统的控制单元。

所述控制单元可以被配置成使得第一、第二和第三二极管顺序地发射光，使得发射光信号的序列。所述序列可以使得从第二光源发射的光的波长是第一波长、第二波长和第三波长。原则上可以根据第二光源的光的顺序照明的目的使用波长的任何序列。优选地，所使用的序列必须是将每个2D数字表示联系到当采集它们的每一个时使用的（一个或多个）波长的数字信号处理器或微处理器已知的。

所述控制单元可以被配置成使得所述序列重复多次，例如光学组件和扫描板的每个相对布置有至少一次。

第一、第二和第三二极管根据拜耳布置进行布置，在多排中具有交替的红光和绿光二极管，所述排由具有交替的绿光和蓝光二极管的排分离。

当不同颜色限定位置的特征时，宽带光源（例如白光源）或配置成用于发射处于多个离散波长的光的光源（例如二极管的阵列）的使用是有利的。

特征例如可以包括部分，所述部分具有的颜色不同于特征的不同部分的颜色并且不同于位置的实体模型的周围区域的颜色。具有颜色的这样的部分例如可以是在位置的实体模型上绘制的有色线。有色部分在波长的有限范围上反射光。在该有限范围之外反射可能是可忽略的，使得当用具有在该有限范围之外的波长的光照明有色部分时，与当用在该范围内的光照明相比它将看上去较暗。

如果第二光源包括被驱动以顺序地发射处于不同波长的光的二极管并且第一组照相机包括黑白照相机，则包括纹理数据的不同2D数字表示可以由黑白照相机采集，其中包括纹理数据的每个2D数字表示以从第二光源发射的光的一种颜色被采集。

使用处于不同波长的光采集2D数字表示使得能够使用位置上或例如位置的实体模型上的不同颜色限定特征的不同类型或特征的不同部分。特征可以包括在位置的实体模型上限定的有色线，例如具有允许从实体模型的剩余部分识别特征的颜色的线。

因此，如果使用三种不同的颜色在实体模型上识别特征，使得每种颜色对应于特征的不同部分，则可以从使用不同颜色从第二光源采集的三个不同的2D数字表示识别特征的不同部分。

如果使用特征特定颜色例如在位置的实体模型上识别每个特征，可以以相同方式从包括纹理数据的不同2D数字表示识别不同特征。

在一些实施例中，所述系统包括配置成用于实时分析被采集2D数字表示和3D数字表示的数字信号处理器或微处理器。

光学系统的不同部分也可以整合在手持式扫描器中，其中通过移动手持式扫描器获得系统和位置（或位置的模型或印模）的不同相对布置之间的变化。整合在手持式扫描器中可能需要系统的一些部件在尺寸上减小。在手持式扫描器系统中，数字信号处理器或微处理器可以放置在扫描器手柄中或独立处理盒中。

系统的光学组件的一些实施例可以使用可调滤光器，所述可调滤光器可以由控制单元控制，使得可调滤光器与2D数字表示的采集同步。第一组照相机然后可以是单色照相机，并且可调滤光器的通带变化，使得针对多个不同的通带采集2D数字表示。一个通带可以覆盖对应于红光的波长的范围的一部分，而另一个可以对应于绿光，并且又一个对应于蓝光。当使用可调滤光器时，第二光源可以是在覆盖可调滤光器的所有通带范围或至少覆盖用于限定例如位置的实体模型上的特征的颜色的波长的范围上发射光的宽带源。

本发明涉及不同方面，所述方面包括在上面和在下文中所述的方法，以及相应的方法、装置、系统、用途和/或产品装置，每个产生结合第一提及方面所述的好处和优点中的一个或多个，并且每个具有对应于结合第一提及方面描述和/或在附带权利要求中公开的实施例的一个或多个实施例。

特别地，本文中公开了一种用于执行适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的系统，其中所述系统包括：

-用于采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-用于采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据；

其中通过相对于彼此重定位所述位置和采集装置执行包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的采集，以用于获得所述位置的期望覆盖；

-用于对准并且组合包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示的装置；

-用于可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示的装置；以及

-用于当建模所述3D对象时，应用来自包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示的一个或多个特征的信息的装置。

通过相对于彼此重定位所述位置和采集装置，自动地执行包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的采集，以用于获得所述位置的期望覆盖。

所述用于采集3D数字表示的装置可以包括配置成用于采集位置的3D数字表示的采集装置。

所述用于采集2D数字表示的装置可以包括配置成用于采集位置的2D数字表示的采集装置。

所述用于对准并且组合包括纹理数据的2D数字表示和3D数字表示的装置可以包括配置成用于对准并且组合2D数字表示和3D数字表示的数据处理装置。

所述用于可视化组合3D表示的装置可以包括配置成用于可视化3D表示的可视化装置，例如图形用户界面，例如计算机屏幕。

所述用于应用来自2D数字表示的一个或多个特征的信息的装置可以包括配置成用于当建模所述3D对象时应用信息的装置。

所述系统可以被配置成用于使得所述3D建模是计算机执行的。

在一些实施例中，采集单元、定位单元以及第一和第二光源设在3D扫描器中。

第一和/或第二信号处理器单元可以被配置成用于从所述2D数字表示提取所述一个或多个特征的信息。

在一些实施例中，第一和第二数字处理器单元是数字信号处理装置的整体部分。数字信号处理装置因此可以执行3D对象的分析和3D建模。

在一些实施例中，所述采集单元包括：

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；以及

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据。

在一些实施例中，所述采集单元包括布置成接收来自扫描体积的光并且从位置采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示的第一组照相机。

在一些实施例中，所述照明单元包括适合于提供用于采集位置的几何数据的光的第一光源，以及适合于提供用于采集纹理数据的光的第二光源。

第一光源的光轴和第二光源的光轴可以在扫描体积中交叉。

在本发明的上下文中，短语“光轴”可以表示限定光传播通过系统所沿着的路径的假想线。第一光源的光轴因此可以是连接第一光源和系统的扫描板上的点的线，其中所述点在被第一光源照明的体积中。

在一些实施例中，第一光源包括发射处于第一激光波长的光的单色激光器。

第一激光波长可以在波长的绿光范围内、在波长的红光范围内、或在波长的蓝光范围内、或在波长的红外范围内、或在波长的紫外范围内。

在一些实施例中，第二光源包括宽带光源，例如白光源。

所述采集单元被配置成用于采集位置的N个不同特征的纹理数据，其中每个特征具有唯一颜色或颜色代码，并且用于基于所述颜色或颜色代码在所述N个不同特征之间进行区分。所述颜色或颜色代码可以使用有色油墨或颜料进行限定，或者所述颜色或颜色代码可以自然地出现在所述位置上。

在一些实施例中，所述第二光源被配置成用于发射光，所述光允许基于从第二光源发射的光的波长从被采集2D数字表示识别具有唯一颜色或颜色代码的特征。

第二光源可以包括二极管的阵列，其中所述二极管的阵列包括多个第一二极管、多个第二二极管和多个第三二极管，其中第一、第二二极管和第三二极管适合于分别发射处于第一、第二和第三二极管波长的光。

在一些实施例中，第二光源包括布置成提供发射光的漫射的漫射器。

使用漫射光采集2D数字表示可以使得2D数字表示的纹理数据比当使用平行光线的光束时更详细。

第一组照相机中的照相机的至少一个（例如第一组照相机中的两个照相机）可以包括在配置成检测电磁信号的感光元件的前面以拜耳式布置进行布置的滤色器阵列（CFA）。

第一组照相机中的照相机的至少一个是单色照相机。第一组照相机中的每个照相机可以是单色照相机。

在一些实施例中，所述系统包括扫描板，所述扫描板布置成使得布置在所述扫描板上的位置定位在所述扫描体积中。

扫描板可以是3D扫描器的一部分。

在一些实施例中，所述系统包括定位单元，所述定位单元配置成用于相对于所述采集单元将所述位置定位在多个不同位置和/或取向，使得在所述位置相对于所述采集单元布置在不同位置和/或不同取向的情况下，可以通过采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示获得所述位置的期望覆盖。

所述定位单元可以被配置成用于所述扫描板的至少双轴运动，使得可以自动地执行从多个不同视点采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

在一些实施例中，所述系统包括配置成用于控制所述二极管的阵列和所述定位单元的控制单元。

所述控制单元可以被配置成使得第一、第二和第三二极管顺序地发射光，使得发射光信号的序列。所述序列可以是第一波长、第二波长和第三波长或所述排列中的任何一个。

所述控制单元可以被配置成使得所述序列重复多次，例如所述系统的光学组件和扫描板的每个相对布置有一次。

第二光源的第一、第二和第三二极管可以根据拜耳布置进行布置。

第一数字信号处理器和数字信号处理装置可以被配置成用于实时分析被采集2D数字表示和3D数字表示。

公开了一种用于执行适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的系统，其中所述系统包括：

-用于采集所述3D对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-用于采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据；

其中通过从相对于所述位置的一个或多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的每一个获得所述位置的期望覆盖；

-用于对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的装置；

-用于组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示的装置；

-用于可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示的装置；以及

-用于3D建模所述3D对象使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴的装置，其中所述3D建模应用来自包括纹理数据的所述被采集2D数字表示的所述一个或多个特征的信息。

也公开了一种包括程序代码装置的计算机程序产品，当所述程序代码装置在数据处理系统上运行时，所述程序代码装置用于使数据处理系统执行所述方法，并且也公开了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有存储在其上的程序代码装置。

也公开了一种系统，其中荧光用于采集包括纹理数据的2D数字表示。

当特征包括荧光材料时也可以利用荧光效应。特征例如可以使用荧光油墨在位置的实体模型上进行限定。

包括具有包括第一光源的波长的激发带的荧光材料的特征可以提供第一光源的波长的斯托克（Stoke）位移。与之相比，从位置反射的光保持它的波长。使用技术人员已知的各种光学配置，于是能够仅仅使用第一光源照明位置提取几何数据和纹理数据。由于荧光典型地强度大致弱于反射光，因此可能有利的是使用第一组照相机检测反射光，而使用第二组照相机检测荧光信号。第二组照相机可以包括布置成阻挡在第一光源的波长内的光的滤光器，或者滤光器可以放置在所述位置和第二组照相机之间。也可以使用单个的第二照相机检测荧光，即，使得第二组照相机仅仅包含一个照相机。在一个实施例中，使用包括配置成用于双光子激发的荧光材料的涂料或油墨限定特征并且第一光源发射处于在红外范围内的波长的光，使得当两个红外光子被吸收时，可见范围内的光子被发射。然后，通过检测从所述位置反射的红外光子采集包括几何数据的3D数字表示，而纹理数据可以直接被采集并且与几何数据相关。

附图说明

参考附图，本发明的以上和/或附加目标、特征和优点将由本发明的实施例的以下示例性和非限定性详细描述进一步阐述，其中：

图1显示方法的流程图的例子。

图2显示具有纹理特征的牙齿的模型的例子。

图3显示可摘局部义齿的3D建模的例子。

图4显示被建模可摘局部义齿的例子。

图5显示预备体限界线作为特征的例子。

图6显示纹理编织的例子。

图7显示使用第一和第二光源扫描位置的设置的例子。

图8至10显示能够发射其强度在波长的范围上分布的光的第二光源的一些配置的概述图。

图11显示根据本发明的系统的光学组件的图片。

图12显示第二光源中的二极管的阵列的布置的例子。

图13显示使用双光子荧光采集包括几何数据和纹理数据的组合3D数字表示的系统的示意图。

图14显示用于牙齿预备体的实体模型的2D图像的对比增强。

图15显示牙齿预备体的实体模型的纹理图集。

图16和17显示用于执行根据本发明的方法的计算机软件的屏幕截图。

具体实施方式

在以下描述中，参考附图，附图通过示例显示了可以如何实施本发明。

图1显示方法的流程图的例子。该方法用于适合于插入患者中或由患者穿戴的对象的3D建模。

在步骤101中，采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

在步骤102中，采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据。

通过从相对于所述位置的一个或多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示中的每一个，获得所述位置的期望覆盖。可以手动地或自动地执行所述位置相对于用于采集数字表示的系统的重定位。

在步骤103中，对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示。

在步骤104中，组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示。

在步骤105中，可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的2D数字表示。数字表示可以显示在图形用户界面（例如计算机屏幕）上。

在步骤106中，3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模应用由包括纹理数据的所述被采集2D数字表示提供的所述一个或多个特征的信息。

对准、组合、可视化和应用于来自2D表示的一个或多个特征的信息进行建模可以是借助于软件执行的数字、虚拟动作。

图2显示具有纹理特征的牙齿的模型的例子。

图2a）显示模型201，该模型包括牙齿202、齿龈203和患者的口的腭204。模型201可以是实体模型或虚拟模型。

图2b）显示具有牙齿202、齿龈203和患者的口的腭204的模型201。在腭204上绘制特征205。特征205显示可摘局部义齿的一部分将布置在腭204上的位置以及形状。目前，在模型201上未缺失牙齿202，但是牙齿202中的一个或多个可以用局部义齿中的人造牙齿代替，例如如果牙齿中的一些破损、弱化或死亡的话。

可摘局部义齿205的轮廓线可以由牙科技师在实体模型201上绘制或者它可以在显示在计算机屏幕上的虚拟模型201上数字地绘制。

例如使用用于采集模型的几何数据的激光扫描器的实体模型201的3D扫描只能采集用于模型的几何特征的数据。

为了采集（一个或多个）特征205的纹理数据，例如局部义齿的绘制轮廓线，可以通过捕捉模型的2D图像采集2D数字表示。

当采集几何和纹理数据时，2D特征可以从纹理数据导出以用于将适合被扫描位置的3D对象的建模中。

图2c）显示具有牙齿202、齿龈203和患者的口的腭204的实体模型201的纹理图像。在腭204上并且围绕牙齿202中的一些，已绘制特征205。特征205显示局部义齿将在腭204上并且围绕局部义齿的牙齿202布置的位置以及形状。仅仅五个牙齿202存在于模型201上，并且因此在模型201上缺失若干牙齿，并且缺失牙齿中的一个或多个将用局部义齿中的人造牙齿代替。

局部义齿特征205的轮廓线例如已由牙科技师或牙科医生在实体模型201上绘制。

该纹理图像清楚地显示了在模型上实体地并且手动地绘制的特征。

对于一些情况的3D建模，用不同颜色在实体模型上绘制线以增加可以从（一个或多个）被采集2D数字表示导出的信息的水平可能是有利的。

图2d）显示具有牙齿202、齿龈203和患者的口的腭204的模型201的纹理图像或扫描的另一个结果。在腭204上已绘制特征205。特征205显示局部义齿的一部分将在腭204上布置的位置。九个牙齿202存在于模型201上，并且因此在模型201上缺失若干牙齿，并且缺失牙齿中的一个或多个可以用局部义齿中的人造牙齿代替。

局部义齿特征205的轮廓线例如已由牙科技师或牙科医生在实体模型201上绘制。

该纹理图像或扫描清楚地显示在模型上实体地并且手动地绘制的特征。

图2e）是在图2d）中看到的特征205的放大。使用500万像素照相机采集纹理图像。

图3显示可摘局部义齿的3D建模的例子。

图3a）显示从上方看到的可摘局部义齿306。

图3b）在侧视图中显示可摘局部义齿306。

图3c）显示遮挡底切307和暴露底切307以用于卡扣308计划的例子。

在扫描具有绘制纹理（例如线）的实体模型之后，可以数字地建模可摘局部义齿306。

首先，牙科3D扫描器可以用于扫描实体石膏模型或备选地扫描印模以提供可摘局部义齿306将由患者穿戴的位置3D数字表示。

扫描器可以扫描几何特征和纹理特征以用于获得具有牙齿302并且具有绘制纹理305（例如线）的最佳图像，用于以高精度在几分钟内（例如仅仅100秒）设计所有可摘局部义齿部件。可摘局部义齿部件包括用于附连到牙齿302的卡扣308、在没有牙齿的牙龈上展开的固位网格309、在腭上连接固位网格309和卡扣308的大连接器310。

图3a）、3b）和3c）显示数字设计过程可以直观地模拟手动步骤，包括遮挡底切307、暴露底切307以用于卡扣308计划、具有自动树脂间隙311的固位网格309设计、大连接器310的应用以及最后将卡扣308加入固位网格309。完全虚拟工作流程允许牙科技师在屏幕上工作，如同他/她正在使用传统的蜡型工具。

当设计固位网格309时，第一步骤可以是从预定网格图案的列表选择并且将网格应用于数字模型进行完美适配。然后下一个步骤可以是使用例如快速编辑工具制造用于大连接器310的区域。系统自动地设计最佳强度。

如果线（即，纹理特征305）还未在实体模型上绘制，则可以虚拟地绘制用于卡扣308放置的线。当线存在时，将预定或定制卡扣308应用于模型。借助于交互式预览器，可以通过控制点执行可摘局部义齿306的每个特征的微调。

可以显示3D数字模型301的2D横截面，并且线312指示可以制造横截面的位置。

在这里如图所示建模可摘局部义齿306是可摘局部义齿306的高产和可靠定制，使实验室具有对过程的精确数字控制，同时减少生产时间和成本。该过程可以覆盖用于金属和挠性框架的最佳设计的所有步骤。

该方法提供高度的灵活性和制定实验室技师熟悉的实践过程的数字工作流程。

数字设计不需要二次返工模型制作，节省了时间和金钱。系统的高精度和测量特征提供对卡扣308和连接器310设计的完全尺寸控制并且保证良好的结果，例如高美学、容易移动性、咀嚼合适和完美适合。

完全数字调查精确地识别底切307，便于虚拟蜡型遮挡以用于容易移动性，并且允许底切307暴露以用于最佳卡扣308设计。

因此，该方法提供完美适合部分306的更快速和更容易设计，通过减小手动处理时间提供快速部分设计，使得直观工作流程制定手动过程，使得可以在记录时间内识别理想遮挡点和固位区域，减少重新调节和重新标记的命令，并且增加牙科医生和患者满意度。

图4显示被建模可摘局部义齿的例子。

图4a）显示可摘局部义齿406的数字CAD模型的例子。

图4b）显示附连到患者的牙齿402、齿龈403和腭404的模型401的已制造可摘局部义齿406的例子。

可摘局部义齿406包括用于附连到牙齿402的卡扣408、在没有牙齿的牙龈上展开的固位网格409、在腭404上连接固位网格409和卡扣408的大连接器410。

图5显示预备体限界线作为特征的例子。

图5a）显示预备的模或牙齿502的CAD绘图，表示它已被磨削使得修复物（例如牙冠）可以放置在牙齿502上。牙齿502的预备体提供预备体限界线505，所述预备体限界线是当扫描或成像牙齿502时可以作为几何特征和/或作为纹理特征被检测的特征。在图5a）中，预备体限界线505也用有色线标记，并且在线上的点，小标记513指示在该点的限界线的垂直方向。箭头514指示限界线505的总垂直方向或牙齿502的插入方向。

图5b）-5e）从已预备的模502的不同视点显示多个纹理图像，表示它已被磨削使得修复物（例如牙冠）可以放置在模502上。模502的预备体提供预备体限界线505，所述预备体限界线是当扫描或成像牙齿502时可以作为几何特征和/或作为纹理特征被检测的特征。预备体限界线505也在模502上用与模和/或背景的颜色形成对比的颜色进行勾画或绘制。

可以借助于不同图像之间的纹理编织去除在图5d）中显著的镜面反射效应。

图5f）-5i）从已预备的另一个模502的不同视点显示多个纹理扫描，表示它已被磨削使得修复物（例如牙冠）可以放置在模502上。模502的预备体提供预备体限界线505，所述预备体限界线是当扫描或成像牙齿502时可以作为几何特征和/或作为纹理特征被检测的特征。预备体限界线505也在模502上用与模和/或背景的颜色形成对比的颜色进行勾画或绘制。

图5j）-5m）从多个牙齿的印模的不同视点显示多个纹理扫描，其中牙齿中的一个是预备牙齿502。预备牙齿502的印模显示预备体限界线505，所述预备体限界线是当扫描或成像预备牙齿502的印模时可以作为几何特征和/或作为纹理特征被检测的特征。预备体限界线也可以在印模上用与印模和/或背景的颜色形成对比的颜色进行勾画或绘制。

图6显示纹理编织的例子。

图6a）显示例子，其中已从不同视点采集人的脸部的多个（例如三个）纹理图像615，并且其中纹理图像615已组装成复合或组合纹理图像。可以看到不同纹理图像615之间的过渡区616，原因是颜色或色调在不同图像615的边界上不同。

图6b）显示例子，其中来自图6a）的单个纹理图像615已受到纹理编织，使得在最后处理的纹理图像617中不能或几乎不能看到在图6a）中显著的过渡区616。在最后纹理图像617中已消除不同纹理图像615的颜色和色调，使得颜色和色调在不同纹理图像615的边界处匹配。

图7显示使用第一和第二光源扫描位置的设置的例子。在该例子中，系统被配置成用于采集位置的实体模型或印模的数字表示。在下文中，关于位置的实体模型描述系统，但是所提供的描述对于从位置的印模采集数字表示同样有效。

系统的光学组件720包括第一光源721、第二光源722和第一组照相机7231、7232。第一光源的光轴和第二光源的光轴在扫描体积中交叉。扫描板7241被布置，使得放置在该扫描板上的实体模型724在该扫描体积内并且实体模型可以由来自第一光源721和来自第二光源722的光照明。第一组照相机7231、7232被布置，使得它们的感光元件7321、7322可以接收来自扫描体积的光，例如从放置在扫描板7241上的实体模型724反射的光。系统还包括用于使扫描板7241和因此实体模型724与光学组件720相对于彼此平移和/或旋转的机械装置，例如定位单元（为了简化起见，未包括在图中）。第一光源721可以是单色激光器。第二光源722可以是宽带光源，例如白光源，或提供处于多个离散波长的光的光源，例如包括发射处于不同波长的光的多个二极管的光源。对于一些应用，从第二光源发射的光优选地漫射，允许实体模型上的特征的纹理（例如限界线处的表面粗糙度）的详细检测。

通过扫描在位置724之上的第一光源721的这样的单色激光器并且同时记录从该位置反射到第一组照相机7231、7232的信号，可以采集包括几何数据的3D数字表示。

该系统可以用于与采集包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示相关的根据本发明的方法的步骤。该系统可以被配置，使得在包括纹理数据的2D数字表示之前采集包括几何数据的3D数字表示。

第一组照相机的两个照相机可以用于包括纹理数据的2D数字表示的2D图像的采集，使得用于采集包括大量2D图像的2D数字表示的时间减少。从两个照相机采集的2D图像的使用可能需要照相机相对于该位置的位置和取向的详细知识。

通过从多个不同视点采集该位置的包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示可以获得该位置的期望覆盖。通过从多个视点收集3D数字表示的单独部分可以采集3D数字表示。3D数字表示的单独部分然后可以合并以形成包括该位置的几何数据的3D数字表示。可以使用标准跟踪算法分析每个单独部分以检测光图案。当已知可能具有子像素精度的光图案时，可以使用公知的投影几何学重建相应3D坐标。3D坐标的精确重建通常需要高品质的照相机和光源校准。随后可以合并从与在相同或不同视点采集的3D数字表示相关的单独部分重建的3D坐标。可以通过考虑它们的相对位置组合单独部分执行合并。最后可以使用标准三角化算法来三角化3D坐标以形成3D数字表示的最后几何形状。

包括纹理数据的2D数字表示的一部分配准到该位置的3D数字表示中可以提供包括纹理数据的3D模型。包括纹理数据的2D数字表示的2D图像可以逐一地配准到3D模型中，或者来自一个或多个2D数字表示的纹理数据可以组合以提供3D模型特征，然后所述3D模型特征可以应用于包括几何数据的3D数字表示。

可以在数字信号处理器或微处理器中分析被采集数字表示。可以实时地执行分析。

图8至10显示能够发射其强度在波长的范围上分布的光的第二光源的一些配置的概述图。当使用不同颜色限定特征的纹理数据时这样的配置可能是有利的。

当特征例如由用户在位置的实体模型上绘制的有色线限定时，特征将仅仅提供具有对应于线的颜色的波长的光的强发射。例如，实体模型上的红线仅仅反射红光并且从第二光源发射的光必须包括在红光范围内的波长以便具有从该特征的红线的反射。

图8至10的例子描述配置，其中三种颜色用于限定特征的不同部分或不同特征，但是该选择仅仅用于示例性目的。

在图8中，第二光源822包括二极管的阵列，该阵列包括发射具有在红光范围内的波长的光的多个第一二极管826、发射具有在绿光范围内的波长的光的多个第二二极管827和发射具有在蓝光范围内的波长的光的多个第三二极管828。漫射器825布置成提供从二极管的阵列发射的光的漫射，使得布置在扫描板8241上的实体模型824由包括来自第二光源的漫射光的光束8221照明。漫射器可以由几毫米厚的乳白化塑料或玻璃制造。阵列的所有二极管由配置成用于控制二极管的阵列的控制单元驱动以连续地发射光。为了简化起见，未在图中显示控制单元。控制单元也可以可选地配置成用于控制第一组照相机8231、8232。第一组照相机8231、8232布置成接收从放置在扫描板8241上的实体模型824反射的光。

第一组照相机的照相机8231、8232是彩色照相机，使得处于从二极管的阵列发射的所有波长的光可以由照相机检测并且从单独信号的波长识别。

光学组件的这样的设计对于从第一、第二和第三特征分别使用红色、绿色和蓝色在其上限定的实体模型采集纹理数据是有利的。由彩色照相机采集的2D图像的红色部分涉及第一特征，绿色部分涉及第二特征，并且蓝色部分涉及第三特征。每个被采集2D图像中的不同部分因此与不同特征相关并且所有三个特征的信息可以从一个2D图像导出。仍然需要从不同相对视点采集的若干彩色2D图像以便获得期望覆盖。

在第二光源中连续地具有从所有三种类型的二极管发射（即，处于所有三个波长）的光和第一组照相机中的彩色照相机的该布置可以具有的优点是实体模型的每个被采集2D数字表示可以提供使用不同颜色限定的特征的纹理数据。因此可以并行地执行与不同特征相关的纹理数据的采集。

图9显示系统，其中二极管的阵列类似于图8中所示的二极管的阵列。然而阵列中的二极管顺序地被驱动，而不是如图8中所述连续地被驱动。二极管可以被驱动，使得实体模型在任何时候仅仅由一种类型的二极管照明，即，用仅仅处于一个波长的光照明。控制单元保证第一、第二和第三二极管926、927、928顺序地发射光，使得实体模型由光信号的序列照明，其中序列例如可以是第一波长、第二波长、第三波长。序列可以重复多次，例如对于实体模型与第二光源和照相机的每次相对布置有一次。第二光源922的漫射器925使得从第二光源发出的光束9221中的光是漫射的。

使用照相机9231、9232采集2D数字表示和驱动第二光源922的二极管被定时，使得针对光信号的序列中的每一步采集2D数字表示。因此针对由二极管的阵列发射的每个波长采集2D数字表示。由于这些2D数字表示的每一个与来自第二光源的单波长相关，因此不需要彩色照相机，并且照相机9231、9232可以是单色照相机。

当第二光源发射具有在该颜色反射光的波长范围之外的波长的光时，有色线将在由单色照相机采集的2D图像中呈现暗灰色。具有匹配从第二光源发射的光的波长的颜色的线将在被采集2D图像中呈现浅灰色。然后可以应用用于处理包括浅灰和暗灰线的灰度级2D图像的标准程序，以从它们在2D数字表示中的单色外观识别绘制线的颜色，所述2D数字表示在用处于第二光源的不同波长的光照明实体模型的同时被采集。

第二光源和第一组照相机的该布置可以具有的优点是可以使用三种颜色扫描实体模型以使提供的信息是仅仅用一种颜色评估可以提供的信息的三倍，同时仍然使用更简单的单色照相机。与来自位置的相同实体模型的三个不同特征相关的信息可以使用单色照相机获得并且彼此区分。

对于绿色通道，该方法可以使信息量加倍，而对于蓝色和红色通道，具有达到4倍的信息。总之，这产生0.5*2+2*0.25*4=3倍。

当使用单色照相机时扫描器的复杂性减小可能以处理时间延长为代价，原因是纹理数据顺序地被采集，而不是如图8中所示并行地被采集。

在图10中，第二光源1022包括白光源1030和漫射器1025，所述漫射器1025布置成提供从白光源1030发射的光的漫射以提供漫射光束10221。第一组照相机10231、10232是彩色照相机。

白光源1030能够在覆盖蓝光到红光波长的波长范围上发射光，使得红色、绿色和蓝色可以用于识别实体模型上的不同特征。照相机10231、10232可以是彩色照相机，在该情况下该系统与图8的系统的区别仅仅在于第二光源。

使用彩色照相机的替代选择是使用单色照相机并且在扫描体积和照相机之间的光路中放置滤光器，例如拜耳滤光器。拜耳滤光器然后提供接收信号的感光元件10321、10322上的位置和被接收信号的波长之间的相关。仅仅感光元件10321、10322的像素中的多个将接收红光，而其它将仅仅接收绿光并且其它将仅仅接收蓝光。其中感光元件10321、10322通过拜耳滤光器暴露于单色光源（红、绿、蓝）的校准建立波长-像素相关，使得由感光元件10321、10322的不同像素检测的信号与由实体模型1024反射的光的不同颜色联系。该相关可以存储在第一组照相机中或在用于分析由第一组照相机采集的2D数字表示的数字信号处理器单元中。

在图10中，滤光器可以布置在扫描板10241和照相机10231、10232的感光元件10321、10322之间。

白光源1030然后将优选地能够在覆盖蓝光到红光波长的波长范围（即，拜耳滤光器的整个波长区间）上发射光。

系统的该设计具有的优点是电子器件比图9中所示的设计更简单并且可以与图8的设计一样快地采集表示。

彩色照相机常常由单色CCD芯片制造并且拜耳滤光器布置在该芯片的前面。

图11显示根据本发明的系统的光学组件的图片。

图片从不同的角度拍摄并且显示光学组件的部件。第一光源1121是发射处于650nm的波长的光的红光激光器。第一组照相机的照相机11231、11232布置在第一光源1121的相对侧以允许布置在扫描板11241处的实体模型1124的表面的立体成像。第二光源1122具有布置成使得发射光漫射的漫射器1125。在这里，使用第一组照相机11231、11232采集包括几何数据的3D数字表示和包括纹理数据的2D数字表示。第一光源1121和第二光源1122相对于扫描板11241成不同角布置，使得来自两个光源的光可以从扫描板处的实体模型1124朝着照相机11231、11232反射。

在光学组件的一个配置中，第二光源1122具有发射处于例如红光、绿光和蓝光波长的光的二极管，其中顺序地驱动二极管以发射光。照相机11231、11232然后可以是单色照相机。

在光学组件的一个配置中，第二光源1122具有在2D数字表示的采集期间连续地发射白光的二极管。照相机11231、11232然后可以是彩色照相机，使得用不同颜色标记的特征可以在被采集2D数字表示中进行区分。彩色照相机11231、11232可以具有在它们的感光元件的前面以拜耳式布置进行布置的滤色器阵列（CFA）。在该情况下，由处于绿光波长的光提供的空间分辨率是由处于红光和蓝光波长的光提供的空间分辨率的两倍，使得对于一些应用，使用绿光激光器代替红光激光器作为第一光源1121将是优选的。

图12显示第二光源中的二极管的阵列的布置的例子。

在图12b中，示出红光二极管12501、绿光二极管12502和蓝光二极管12503以9x12阵列在电路板1250上的布置，其中红光、绿光和蓝光二极管的布置类似于这些颜色在拜耳滤光器中的分布。

图12b显示第二光源的电路板1250的图片，其中白光二极管12504以4x10阵列进行布置。

图13显示使用双光子荧光采集包括几何数据和纹理数据的组合3D数字表示的系统的示意图。

使用包括配置成用于双光子激发的荧光材料的颜料或油墨在位置的实体模型1324上限定特征，并且第一光源1321发射处于红外范围内的波长的光。当两个红外光子被吸收时，可见范围内的光子从该特征发射。

通过检测从位置反射的红外光子采集的3D表示可以与通过检测来自特征的荧光采集的3D表示直接组合。

包括具有包括第一光源1321的波长的激发带的荧光材料的特征可以提供第一光源的波长的斯托克位移。与之相比，从位置反射的光保持它的波长。使用技术人员已知的各种光学配置，于是能够仅仅使用第一光源照明位置提取几何数据和纹理数据。

由于荧光典型地强度大致弱于反射光，因此可能有利的是使用第一组照相机检测反射光，而使用第二组照相机检测荧光信号。第二组照相机可以包括布置成阻挡在第一光源的波长内的光的滤光器，或者滤光器可以放置在所述位置和第二组照相机之间。

图7至13中所示的光学组件的若干部分也可以整合在手持式扫描器中，其中通过移动手持式扫描器获得系统和位置（或位置的模型或印模）的不同相对布置之间的变化。整合在手持式扫描器中可能需要系统的一些部件在尺寸上减小。在手持式扫描器系统中，配置成用于分析被采集2D数字表示的数字信号处理器或微处理器可以放置在扫描器手柄中或独立处理盒中。

图14显示用于位置的实体模型的2D图像的对比增强。

在这里，位置是牙齿预备体并且3D对象是修复物，例如牙冠或牙桥。实体模型是预备牙齿的模，在所述模上已使用笔标记限界线。在将2D数字表示投影到包括几何数据的3D数字表示上之前，处理被采集2D数字表示的每个2D图像以增强限界线（特征）的可见性。在该投影之后也可以执行一些图像处理。对于该实体模型，对比增强对于在0.2至0.6的范围内的阿尔法值似乎最佳。当已从纹理数据提取限界线的3D样条时，使用标准技术建模修复物。

图15显示牙齿预备体的实体模型的纹理图集。

通过组合从实体模型采集的2D图像的像斑形成纹理图集。像斑15421、15422、15423、15424和15425覆盖使用铅笔在实体模型上标记的限界线1543，其中编号指示沿着限界线的2D图像的顺序。

已应用纹理编织以保证像斑的纹理是无缝的，这例如可以在2D图像15425中看到，其中亮长形部分15426是由于相邻像斑15421的稍微更亮的外观引起的。

当投影到3D数字表示上时，可以以3D样条的形式提取特征的位置，即，限界线1543。

图16显示用于执行根据本发明的方法的计算机软件的屏幕截图。

特征在这里是在预备牙齿的实体模型上绘制的限界线。从相对于数字表示的相同（虚拟）位置看到的包括几何数据的3D数字表示1644和包括几何数据和纹理数据的组合3D数字表示1645。在其中纹理数据投影到包括几何数据的3D数字表示上的组合3D数字表示中，可以看到限界线1643。从该组合3D数字表示，可以使用计算机执行算法提取限界线的3D样条。

图17显示用于执行根据本发明的方法的计算机软件的屏幕截图。

该图显示从被采集2D数字表示的纹理数据提取的3D样条的一部分。通过将2D数字表示投影到包括几何数据的3D数字表示上从2D数字表示的纹理数据自动地导出遵循位置的特征（即，限界线）的3D样条。

图17b显示具有控制点1747的被提取3D样条1746的近视图。可以通过相对于牙齿预备体的3D数字表示移动控制点1747调节3D样条的形状。修复物（即，3D对象）的3D建模可以包括基于包括几何数据的3D数字表示并且从修复物的目标形状限定修复物的表面，同时使用3D样条来限定面对限界线的部分中的修复物的形状。

尽管已详细地描述并且显示了一些实施例，但是本发明不限于它们，而是在以下权利要求中限定的主题的范围内也可以以其它方式体现。特别地，应当理解可以利用其它实施例并且可以进行结构和功能修改而不脱离本发明的范围。

在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以由同一个硬件物品体现。在相互不同的从属权利要求中叙述或在不同实施例中描述某些措施的单纯事实不指示这些措施的组合不是有利的。

应当强调的是当在该说明书中使用时术语“包括/包含”用于指定所述特征、整数、步骤或部件的存在，而不是排除一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或它们的群组的存在或添加。

在上面和在下文中描述的方法的特征可以在软件中实现并且在数据处理系统或由计算机可执行指令的执行导致的其它处理装置上执行。指令可以是从存储介质或经由计算机网络从另一个计算机装载到存储器（例如RAM）中的程序代码装置。备选地，所述特征可以由硬线电路而不是软件实现或与软件组合实现。

Claims (98)

1.一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的方法，其中所述方法包括：

-采集所述3D对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据；

其中通过从相对于所述位置的一个或多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的每一个，获得所述位置的期望覆盖；

-对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示；

-组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模应用来自包括纹理数据的所述被采集2D数字表示的所述一个或多个特征的信息。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括从包括纹理数据的所述2D数字表示提取所述一个或多个特征的信息。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中自动地执行提取所述一个或多个特征的信息。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过采集所述位置的实体模型或所述位置的印模的一个或多个2D图像和/或通过直接采集所述位置的2D图像，采集所述2D数字表示。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中与所述3D数字表示组合的包括纹理数据的所述2D数字表示的部分包括所述被采集2D数字表示的2D图像的一个或多个部分。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述2D图像的所述一个或多个部分是与所述位置的特征相关的部分。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括将来自包括纹理数据的所述2D数字表示的一个或多个2D特征转化成一个或多个3D特征。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个2D特征包括2D点、2D曲线或2D样条。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个3D特征包括3D点、3D曲线或3D样条。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中组合所述2D数字表示和所述3D数字表示，以获得组合3D数字表示包括将从所述2D数字表示提取的信息投影到所述3D数字表示上。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过扫描所述位置的实体模型、通过扫描所述位置的印模和/或通过执行所述位置的直接扫描采集所述3D数字表示。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中借助于适合于采集几何数据和纹理数据的系统，执行采集包括所述位置的几何数据的所述3D数字表示和包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述系统包括配置成用于采集所述位置的数字表示的采集单元和配置成用于相对于所述采集单元定位所述位置的定位单元，并且所述方法包括相对于所述系统布置所述位置、所述位置的实体模型或印模。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间，并且在包括几何数据的所述3D数字表示的采集期间，所述位置相对于所述采集单元自动地重定位，使得从多个不同视点自动地采集所述数字表示中的至少一个并且获得所述期望覆盖。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述定位单元提供所述位置相对于所述采集单元的自动重定位。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中基于所述一个或多个特征自动地执行所述3D对象的3D建模。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D建模包括基于所述信息限定所述3D对象的一个或多个边缘。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括提供所述3D对象的3D模型，并且所述3D建模包括基于所述信息适合于所述3D对象的所述被提供3D模型。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述被提供3D模型从库提供。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中适合于所述3D对象的所述被提供3D模型包括基于所述信息成形所述3D对象的所述被提供3D模型的边缘。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D对象适合于代替患者的身体的解剖对象。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D对象适合于插入患者的体腔中。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述位置是患者的口。

24.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述位置是患者的一个或多个牙齿。

25.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述位置是患者的耳道。

26.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中提取所述位置的一个或多个特征的信息包括特征检测。

27.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过检测存在于所述组合3D数字表示上和/或包括几何数据的所述3D数字表示上的特征执行特征的信息的提取。

28.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中特征检测包括检查所述数字表示的一个或多个中的每个像素以检测是否存在所述像素处的特征的至少一部分。

29.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个特征选自线、轮廓、曲线、边缘、脊、角部或点的群组。

30.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特征包括布置在所述特征的大致闭合边缘内的识别标记。

31.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述识别标记选自同心布置的圆、十字、方形、三角形、识别标记中的元素的数量，例如圆点的数量的群组。

32.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个特征包括预备牙齿或模的限界线。

33.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个特征包括患者的牙齿的阴影。

34.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在采集包括纹理数据的所述2D数字表示之前，所述一个或多个特征由用户在所述位置上、在所述位置的实体模型上或在所述位置的印模上绘制。

35.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D对象包括可摘局部义齿，并且所述一个或多个特征是大连接器、卡扣和/或固位网格，使得所述3D建模包括从所述3D特征限定所述可摘局部义齿的一个或多个边缘。

36.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D对象包括正畸矫治器或托架，并且所述一个或多个特征是一个或多个托架位置、一个或多个螺钉位置、金属框架、塑料架、壳体、咬合板、推杆和/或弹簧。

37.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述3D建模包括从所述3D特征限定托架位置和/或螺钉位置。

38.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中由用户用不同颜色绘制不同特征。

39.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特征是所述位置的不同结构之间的边界线。

40.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特征是所述位置的不同材料之间的边界线。

41.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中顺序地执行采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

42.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过用光照明所述位置、所述位置的实体模型或所述位置的印模的至少一部分采集所述数字表示中的至少一个。

43.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中用于采集所述数字表示中的至少一个的光是包括处于N个波长的光的多光谱光，其中数量N等于或大于2。

44.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括使用不同颜色或颜色代码来识别不同特征，其中所述不同颜色或颜色代码对应于所述多光谱光的所述N个波长。

45.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在序列中提供多光谱光中的N个波长。

46.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中N为3，使得多光谱光包括处于第一波长的光、处于第二波长的光和处于第三波长的光。

47.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述序列是第一波长、第二波长和第三波长。

48.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中第一、第二和第三波长分别在波长的红光、绿光和蓝光范围内。

49.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中同时提供多光谱光中的N个波长。

50.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在白光源中提供多光谱光中的N个波长。

51.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中针对所述N个波长的每一个采集2D图像。

52.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中针对红光、绿光和蓝光的每一个采集2D图像。

53.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中将针对多光谱光中的N个波长的每一个采集的2D图像一起拼接成共同2D图像，使得所述2D数字表示包括一个或多个共同2D图像，每个共同2D图像包括在所述N个波长的每一个采集的2D图像。

54.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括纹理编织，所述纹理编织包括基于所述2D数字表示的纹理数据在相邻2D图像之间将所述一个或多个特征编织在一起。

55.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括用于采集包括几何数据的所述3D数字表示的光的激光调制。

56.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中借助于第一光源执行采集所述几何数据，并且借助于第二光源执行采集所述纹理数据。

57.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中第二光源包括二极管的阵列，其中所述二极管的阵列包括多个第一二极管、多个第二二极管和多个第三二极管，其中第一、第二二极管和第三二极管适合于分别发射处于第一、第二和第三波长的光。

58.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中第二光源包括布置成提供发射光的漫射的漫射器，例如从白光源或从红光、绿光和蓝光二极管的阵列发射的光的漫射的漫射器。

59.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述定位单元至少包括双轴运动系统，使得在包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间，至少借助于所述双轴运动系统自动地执行所述位置的定位。

60.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括提供患者的脸部扫描以便于可视化所述3D对象的建模的结果。

61.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中借助于3D脸部扫描，获得包括所述位置的几何数据的所述3D数字表示和/或包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示。

62.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法适合于在牙科学中用于3D建模。

63.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中牙科学包括修复物，植入物，正畸学，例如托架定位器和矫治器，以及可摘局部义齿。

64.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法适合于用于助听装置的3D建模。

65.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特征限定所述助听装置的内面或外面的边界、孔的位置或横截面形状或所述助听装置的识别标签。

66.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述信息由操作者从包括几何数据和纹理数据的可视化的组合3D表示提取。

67.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法在包括程序代码装置的计算机程序产品上执行，当所述程序代码装置在数据处理系统上运行时，所述程序代码装置用于使数据处理系统执行前述权利要求中的任一项所述的方法。

68.一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的方法，其中所述方法包括以下步骤：

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据；

其中通过相对于彼此重定位所述位置和采集装置执行包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的采集，以用于获得所述位置的期望覆盖；

-对准并且组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-当3D建模所述3D对象时，应用来自包括所述位置的纹理数据的所述2D数字表示的一个或多个特征的信息。

69.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在包括纹理数据的所述2D数字表示的采集期间并且在包括几何数据的所述3D数字表示的采集期间，相对于采集单元自动地重定位所述位置，使得从多个不同视点自动地采集所述数字表示中的至少一个并且获得所述期望覆盖。

70.一种包括程序代码装置的计算机程序产品，当所述程序代码装置在数据处理系统上运行时，所述程序代码装置用于使数据处理系统执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。

71.根据前述权利要求所述的计算机程序产品，其包括具有存储在其上的程序代码装置的计算机可读介质。

72.一种用于适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的系统，其中所述系统包括：

-照明单元，配置成用于照明所述系统的扫描体积的至少一部分；

-采集单元，配置成用于采集布置在所述扫描体积中的位置的包括纹理数据的2D数字表示和包括几何数据的3D数字表示；

-第一数字信号处理器单元，配置成用于：

·分析所述被采集2D数字表示和3D数字表示；

·对准所述2D数字表示和所述3D数字表示；以及

·组合所述2D数字表示的至少一部分和所述3D数字表示，以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示；

-可视化装置，用于可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示；以及

-第二数字信号处理器单元，配置成用于3D建模所述3D对象，使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴，其中所述3D建模包括应用来自所述被采集2D数字表示的信息。

73.根据权利要求72所述的系统，其中所述系统的部分，例如采集单元、定位单元以及第一和第二光源，设在3D扫描器中。

74.根据权利要求72或73所述的系统，其中第一和/或第二信号处理器单元被配置成用于从所述2D数字表示提取所述一个或多个特征的信息。

75.根据权利要求72至74中的任一项所述的系统，其中第一和第二数字处理器单元是数字信号处理装置的整体部分。

76.根据权利要求72至75中的任一项所述的系统，其中所述采集单元包括：

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；以及

-用于采集布置在所述扫描体积中的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括所述位置的纹理数据。

77.根据权利要求72至76中的任一项所述的系统，其中所述采集单元包括布置成接收来自扫描体积的光并且从位置采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示的第一组照相机。

78.根据权利要求72至77中的任一项所述的系统，其中所述照明单元包括适合于提供用于采集位置的几何数据的光的第一光源，以及适合于提供用于采集纹理数据的光的第二光源。

79.根据权利要求72至78中的任一项所述的系统，其中第一光源的光轴和第二光源的光轴在扫描体积中交叉。

80.根据权利要求72至79中的任一项所述的系统，其中第一光源包括发射处于第一激光波长的光的单色激光器。

81.根据权利要求72至80中的任一项所述的系统，其中第一激光波长在波长的绿光范围内、在波长的红光范围内、或在波长的蓝光范围内、或在波长的红外范围内。

82.根据权利要求72至81中的任一项所述的系统，其中第二光源包括宽带光源，例如白光源。

83.根据权利要求72至82中的任一项所述的系统，其中所述采集单元被配置成用于采集位置的N个不同特征的纹理数据，其中每个特征具有唯一颜色或颜色代码，并且用于基于所述颜色或颜色代码在所述N个不同特征之间进行区分。

84.根据权利要求72至83中的任一项所述的系统，其中所述第二光源被配置成用于发射光，所述光允许基于从第二光源发射的光的波长从被采集2D数字表示识别具有唯一颜色或颜色代码的特征。

85.根据权利要求72至84中的任一项所述的系统，其中第二光源包括二极管的阵列，其中所述二极管的阵列包括多个第一二极管、多个第二二极管和多个第三二极管，其中第一、第二二极管和第三二极管适合于分别发射处于第一、第二和第三二极管波长的光。

86.根据权利要求72至85中的任一项所述的系统，其中第二光源包括布置成提供发射光的漫射的漫射器。

87.根据权利要求72至86中的任一项所述的系统，其中第一组照相机中的照相机的至少一个包括在配置成检测电磁信号的感光元件的前面以拜耳式布置进行布置的滤色器阵列（CFA）。

88.根据权利要求72至87中的任一项所述的系统，其中第一组照相机中的照相机的至少一个是单色照相机。

89.根据权利要求72至88中的任一项所述的系统，其中所述系统包括扫描板，所述扫描板布置成使得布置在所述扫描板上的位置定位在所述扫描体积中。

90.根据权利要求72至89中的任一项所述的系统，其中所述系统包括定位单元，所述定位单元配置成用于相对于所述采集单元将所述位置定位在多个不同位置和/或取向。

91.根据权利要求72至90中的任一项所述的系统，其中所述定位单元被配置成用于所述扫描板的至少双轴运动，使得可以自动地执行从多个不同视点采集包括几何数据的所述3D数字表示和包括纹理数据的所述2D数字表示。

92.根据权利要求72至91中的任一项所述的系统，其中所述系统包括配置成用于控制所述二极管的阵列和所述定位单元的控制单元。

93.根据权利要求72至92中的任一项所述的系统，其中所述控制单元被配置成使得第一、第二和第三二极管顺序地发射光，使得发射光信号的序列。

94.根据权利要求72至93中的任一项所述的系统，其中所述序列是第一波长、第二波长和第三波长。

95.根据权利要求72至94中的任一项所述的系统，其中所述控制单元被配置成使得所述序列重复多次，例如光学组件和扫描板的每个相对布置有一次。

96.根据权利要求72至95中的任一项所述的系统，其中第一、第二和第三二极管根据拜耳布置进行布置。

97.根据权利要求72至96中的任一项所述的系统，其中数字信号处理器被配置成用于实时分析被采集2D数字表示和3D数字表示。

98.一种用于执行适合于插入患者中或由患者穿戴的3D对象的3D建模的系统，其中所述系统包括：

-用于采集所述3D对象适合于布置的位置的至少一部分的3D数字表示的装置，其中所述3D数字表示包括所述位置的几何数据；

-用于采集所述对象适合于布置的位置的至少一部分的2D数字表示的装置，其中所述2D数字表示包括与所述位置的一个或多个特征相关的纹理数据；

其中通过从相对于所述位置的多个不同视点采集包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的每一个，获得所述位置的期望覆盖；

-用于对准包括纹理数据的所述2D数字表示和包括几何数据的所述3D数字表示的装置；

-用于组合包括纹理数据的所述2D数字表示的至少一部分和包括几何数据的所述3D数字表示以获得包括所述位置的几何数据和纹理数据的组合3D数字表示的装置；

-用于可视化包括所述位置的几何数据和纹理数据的所述组合3D表示的装置；以及

-用于3D建模所述3D对象使得被建模3D对象适合于插入患者中或由患者穿戴的装置，其中所述3D建模应用来自包括纹理数据的所述被采集2D数字表示的所述一个或多个特征的信息。

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