CN105358092B - 用于牙齿表面成像设备的基于视频的自动获取 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获得牙齿的轮廓影像的示例性方法，所述方法可至少部分由计算机执行，可通过以下方式检测出口内摄像机的移动：获取包括所述牙齿的第一视频影像帧以及处理所述第一视频影像帧以便检测所述第一视频影像帧中的所述牙齿的一个或多个边缘；以及获取包括所述牙齿的第二视频影像帧以及处理所述第二视频影像帧以便检测所述第二视频影像帧中的所述牙齿的所述一个或多个边缘。所述方法可将所述第一处理的视频影像帧与所述第二处理的视频影像帧之间的对应边缘位置进行比较；以及从所述摄像机将条纹图案照明投影至所述牙齿上，根据所述检测的摄像机移动获取和存储所述条纹图案的一个或多个静止影像。

Description

用于牙齿表面成像设备的基于视频的自动获取

技术领域

本公开大体上涉及使用结构光的诊断成像领域，且更具体地说，涉及用于自动获取牙齿或其它结构表面的三维成像的条纹图案影像的方法。

背景

条纹投影成像使用图案光或结构光来获得各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投影成像中，干涉条纹或光栅的线型图案从给定方向朝向物体的表面投影。来自表面的投影图案然后从另一方向被观察为轮廓影像，利用三角测量以便基于轮廓线的外观分析表面信息。相移通常被应用作为条纹投影成像的一部分，其被使用以便完成表面的轮廓成像并提高轮廓影像的整体分辨率，在所述相移过程中，投影图案在空间上逐步移位以便获得对新的位置处提供额外测量的影像。

条纹投影成像和其它图案光成像技术已经被有效地用于坚实、高度不透明物体的表面轮廓成像，且已经被用于将人体一些部位的表面轮廓特征化以及用于获得关于皮肤结构的详细数据。然而，许多技术障碍使得对牙齿图案光成像的有效使用复杂化。一个具体的挑战在于与牙齿半透明性有关的牙齿表面成像。人们知道，一般来说半透明材料或亚半透明材料对于条纹投影成像特别麻烦。半透明结构中的次表面散射可降低整体信噪(S/N)比和改变光强度，以致于引起不准确的高度数据。另一问题与各种牙齿表面的高水平反射有关。高度反射的材料，尤其是空心反射性结构，可有效地降低这种类型的成像的动态范围。

从光学角度来说，牙齿本身的结构对条纹投影成像提出许多额外的挑战。如前面所指出，在牙齿表面下方穿透的光在半透明牙齿材料内往往经受明显的散射。此外，来自牙齿表面下方的不透明特征的反射也可发生，以致于增加会使感测的信号降级的噪音，且因此进一步使得牙齿表面分析的任务复杂化。

一直在尝试的一种用于使条纹投影可适用于牙齿轮廓成像的纠正措施为：施用一种涂层，该涂层改变牙齿表面本身的反射特性。在这里，为了补偿由牙齿的相对半透明性引起的问题，许多常见的牙齿轮廓成像系统在进行表面轮廓成像之前施用一种涂料或反光粉至牙齿表面。出于条纹投影成像的目的，该增加的步骤提高牙齿的不透明性，并消除或降低前面所指出的散射光效应。然而，这种类型的方法存在缺点。施用涂层粉末或液体的步骤增加了牙齿轮廓成像过程的成本和时间。因为涂层的厚度在整个牙齿表面上通常是不均匀的，所以很容易出现测量误差。更重要的是，虽然施用的涂层有助于轮廓成像，但是往往会掩盖与牙齿有关的其它问题，且因此可能会减少可获得总体信息量。即使为牙齿使用了涂层或其它类型的表面处理，然而由于牙齿表面的明显轮廓，结果可能令人失望。

已经有许多尝试来使结构光表面廓线绘制技术适用于牙齿结构成像的问题。例如，Massen等人的标题为“Optical Probe and Method for the Three-DimensionalSurveying of Teeth”的美国专利No.5,372,502描述使用LCD矩阵来形成条纹图案以便投影至牙齿表面上。一种类似的方法在O’Keefe等人的标题为“Front End for 3-D ImagingCamera”的美国专利公布2007/0086762中描述。Trissel的标题为“PolarizingMultiplexer and Methods for Intra-Oral Scanning”的美国专利No.7,312,924描述一种用于使用三角测量和偏振光对牙齿表面进行廓线绘制的方法，但是该方法需要施用荧光涂层进行操作。类似地，Pfeiffer等人的标题为“3-D Camera for Recording SurfaceStructures,in Particular for Dental Purposes”的美国专利No.6,885,464公开一种使用三角测量的牙科成像设备，但是该设备也需要施用不透明粉末至牙齿表面进行成像。Pfeiffer等人的美国专利6,885,464描述一种口内摄像机，该口内摄像机提供一组光束用于成像。Lim的专利申请WO 2011/145799描述一种使用扫描激光的3-D扫描仪。

已经阻碍用于牙齿轮廓成像的合适成像设备的设计和发展的难点是：当使用图案光时需要准确且精确的空间配准。这需要解决与以下有关的逻辑问题：将摄像机定位在患者口腔内的所需位置处，并在需要获取一个或多个图案光影像时将摄像机保持在所需的位置处静止不动。在一些情况下，必须获取当牙齿和摄像机相对于彼此处于相同的固定位置处时的两个或更多个静止影像。

因此，可看出的是需要改进的方法，所述改进的方法用于使用口内摄像机来为表面轮廓特征化提供静止影像获取。

概要

本发明的目标是改善用于表面轮廓特征化的牙科成像技术。本发明的特征是，其使用来自视频影像帧的信息以便检测摄像机和成像牙齿的相对移动，且可基于该检测触发轮廓影像获取。

本发明提供的设备和方法的优点在于：无需增加摄像机组分的轮廓成像自动化影像获取，以及牙齿表面的改进成像。

这些目标仅借助于说明性实例的方式给出，且这些目标可为本发明的一个或多个实施方案的实例。本领域技术人员可想到或明确地知道公开的方法能够自然地实现的其它合乎需要的目标和优点。本发明由所附权利要求进行定义。

根据本公开的一个方面，提供一种用于获得牙齿轮廓影像的方法，该方法至少部分由计算机执行，且该方法包括：

通过以下方式检测口内摄像机的移动：

(i)获取包括牙齿的第一视频影像帧以及处理该第一视频影像帧以便检测该第一视频影像帧中的牙齿的一个或多个边缘；

(ii)获取包括牙齿的第二视频影像帧以及处理该第二视频影像帧以便检测该第二视频影像帧中的牙齿的一个或多个边缘；

(iii)将该第一处理的视频影像帧与该第二处理的视频影像帧之间的对应边缘位置进行比较；

以及

从摄像机将条纹图案照明投影至牙齿上，并根据检测的摄像机移动获取和存储条纹图案的一个或多个静止影像。

附图简述

根据以下对本发明的实施方案的更为具体的描述，如附图中所进行的说明，本发明的前述和其它目标、特征和优点将显而易见。

附图的元素相互之间不一定成比例。一些夸大可能是必要的，以便强调基本结构关系或操作原理。实施描述的实施方案将需要的一些常见组分(诸如像用于提供电力、用于包装以及用于安装和保护系统光学器件的支持性组分)未在附图中示出，以便简化描述。

图1A示出用于牙齿的轮廓成像的口内成像设备。

图1B为示出具有视频和轮廓成像功能的口内摄像机的透视图。

图1C为示出口内摄像机以及与口内成像设备的相关组分的互连的透视图。

图1D和图1E示出对轮廓成像的手动或自动模式的操作员选择。

图2A示出使用摄像机来获得用于牙齿轮廓成像的条纹图案。

图2B为示出投影图案的平面视图。

图2C示出牙齿模型上的投影图案。

图2D示出使用条纹图案结果计算出的示例性牙齿表面。

图3为示出用于视频和轮廓成像的成像设备的组分的示意性框图。

图4为示出关于口内摄像机的手动模式操作步骤和自动模式操作步骤的逻辑流程图。

图5为示出根据本公开的实施方案的自动运动检测和条纹图案影像获取的逻辑流程图。

图6为示出在处理视频影像内容过程中使用的以便支持结构光影像获取的功能性组分的流程图。

图7示出用于确定摄像机移动的功能性组分的关系。

图8A示出示例性过滤牙齿影像。

图8B示出从过滤牙齿影像生成的示例性边缘图像。

图9示出用于对边缘图像进行比较以便确定移动的定时关系。

示例性实施方案详述

本申请要求2013年7月12日以Yingqian Wu等人的名义临时提交的标题为“ANAPPARATUS OF VIDEO-BASED AUTO-CAPTURE FOR INTRA-ORAL CAMERA”的美国临时申请美国序列No.61/845,440的利益，所述临时申请整体并入本文。

以下为参考附图对优选实施方案的详细描述，其中在若干附图的每一个中，相同参考数字指示相同的结构元素。

当在本公开的情境中使用时，术语“第一”、“第二”等不一定表示任何次序、顺序或优先关系，而是仅用于更为清楚地区分一个步骤、一个元素或一组元素，除非另有规定。

如本文所使用，术语“可激发”与装置或一组组分有关，所述装置或一组组分在接收电力后以及任选地在接收启动信号后执行指示的功能。

在本公开的情境中，术语“条纹图案照明”被用于描述用于将牙齿形状特征化的条纹投影成像或“轮廓”成像的结构照明的类型。条纹图案本身的图案光特征可包括一个或多个线条、圆圈、曲线或其它几何形状，所述形状分布在被照亮的区域中且具有预先确定的空间和时间频率。被广泛用于轮廓成像的一种示例性类型的条纹图案为投影至目标表面上的均匀隔开的光线条图案。

在本公开的情境中，术语“结构光影像”和“轮廓影像”被视为等效形式，且指代在被用于将牙齿轮廓特征化的光图案的投影期间获取的影像。

对于结构照明图案中的两个光线条、一个光线条的数个部分或其它特征，当其在整个线条长度上的线条宽度相同(在+/-15％的范围内)时，可被视为大致上“具有尺寸均一性”。如随后更为详细地描述，结构照明图案的尺寸均一性被用于维持均一的空间频率。

在本公开的情境中，术语“光学器件”一般用于指代用于对光束进行整形的透镜或其它折射、衍射和反射组分。

在本公开的情境中，术语“观察员”、“操作员”和“使用者”被视为等效形式，且指代进行观察的从业员、技术员或在监控器上观察和操纵影像(诸如，牙科影像)的其它人员。“操作员指令”或“观察员指令”从由观察员输入(诸如，通过点击摄像机上的按钮，或通过使用计算机鼠标或通过触屏或键盘输入)的显式命令获得。

在本公开的情境中，短语“呈信号通信”指示两个或更多个装置和/或组分能够通过在某些类型的信号路径上传播的信号进行彼此通信。信号通信可为有线的或无线的。信号可为通信信号、电力信号、数据信号或能量信号。信号路径可包括第一装置和/或组分与第二装置和/或组分之间的物理、电气、磁性、电磁、光学、有线和/或无线连接。信号路径还可包括第一装置和/或组分与第二装置和/或组分之间的额外装置和/或组分。

如在前面的背景部分中所指出，由于正在执行影像获取的从业员的移动或由于患者的移动，用于条纹投影成像的常见方法在将牙齿结构特征化时常常会产生令人失望的结果。在本公开的情境中，摄像机相对于正在被成像的一个或多个牙齿的相对移动被简称为“摄像机移动”；应理解，短语“摄像机移动”指代摄像机与成像目标之间的相对移动，且在一些情况下可由于患者且因此目标牙齿的移动而产生，而不是由于摄像机的移动而产生。当摄像机静止或固定时，则视为无摄像机移动。如随后将描述，对阈值进行了计算，以便确定感知的摄像机移动是否超出预先确定的容差或阈值。在实践中，当摄像机静止或固定时，可获得牙齿的结构光影像，且可计算牙齿特征的轮廓成像。

本发明的设备和方法解决了摄像机移动检测的问题并提供示例性方法，所述方法当可确定成像的牙齿与摄像机的相对位置大致上固定时允许自动化影像获取。本公开的实施方案解决对口内摄像机的摄像机移动进行检测的问题，该口内摄像机被配置以便获取视频影像和静止影像，如随后更为详细地描述。

参考图1A，示出用于对一个或多个牙齿20进行视频和轮廓成像的口内成像设备10，该设备10包括呈探针形式的口内摄像机18。摄像机18通过有线或无线数据通信信道与计算机40通信，该计算机40从投影的条纹图案获得影像。计算机40处理影像并提供输出影像数据，所述输出影像数据可存储为数据文件，且在显示器42上显示。

图1C的透视图示出口内摄像机18，其被设计成供手持式使用，且具有视频和轮廓成像功能。在示出的实施方案中，摄像机18具有数据电缆C1，该数据电缆C1具有电力电缆C2连接。数据电缆C1连接至计算机40以用于影像处理、存储和显示功能。

图1D和图1E示出任选开关16的操作员选择，该开关16可被促动以便选择手动模式或自动模式进行轮廓成像。在自动模式中，摄像机可在无需来自操作员的具体指令的情况下连续地获取结构光影像。在手动模式中，操作员提供关于每个轮廓影像获取的指令；否则无法启动结构光照明。

如图2A中所示，摄像机18包括投影仪，该投影仪沿牙齿20的表面扫描线条58的发射图案54或其它特征，如插图B中所示。摄像机18然后在扫描期间定期获取影像，以便获得可被组合用于示出关于牙齿表面的轮廓信息的一个或多个影像。本公开的轮廓成像组分可并入摄像机中，该摄像机也提供使用反射率影像的标准视频成像或其它类型的成像，诸如荧光成像。

扫描图案，诸如图2B中示出的均匀隔开的平行光线条84的图案，可以许多方式中的任一种生成。根据本公开的实施方案，图案54通过在二维表面的一部分上扫描来自单个激光二极管的光束而形成。一次扫描在长度L的方向上移动光点；另一次扫描将下一扫描线条的光源位置增加宽度距离w，该宽度距离w垂直于长度L。扫描可为连续的，前提是只要摄像机18被激发，其中扫描的图案仅当操作员发出指令或当被成像系统自动启动时才被获取。根据本公开的可选实施方案，即使当被操作员命令输入启动时，扫描仅当摄像机移动停止时才能被生成和获取。当可见光被用于扫描时，扫描光的光谱特性可在视频影像内察觉。根据本公开的可选实施方案，可见范围之外的光被用于轮廓扫描。一个或多个影像可需要被获取和组合，以便获得特定牙齿的扫描图案的完整图案，诸如图2B中的扫描线条的图案。

在获取扫描图案的需要的影像后，可使用表面成像领域的技术人员所熟知的计算技术来形成轮廓影像。图2C示出牙齿20的模型上的线条84的投影图案54。举例来说，图2D示出使用平行光线条的图案形成的轮廓影像92。

参考图3的示意性框图，更为详细地示出口内成像设备10的实施方案，该设备10用于使用结构光照明获得来自牙齿20的表面轮廓信息。在摄像机18中，条纹图案生成器12被激发来形成结构光作为条纹图案照明并将由此形成的结构光作为入射光投影朝向牙齿20，该结构光具有沿照明路径86的光束方向。条纹图案照明可来自激光，其有利于提供窄束相干光。激光可为激光二极管。可选地，条纹图案照明来自发光二极管(LED)或其它固态光源，使用空间光调制器，诸如微镜阵列、液晶装置(LCD)或其它光调制器。图案光沿牙齿20表面进行扫描。从牙齿20反射和散射的光被通过成像透镜22提供至检测器30。检测器30沿检测路径88设置，设置在成像透镜22的影像平面处。检测器30可用于获得视频影像和结构光影像。控制逻辑处理器34从检测器30接收反馈信息，且响应于所述数据和其它数据，其可被促动来实现图案生成器12的操作，以便改变投影影像的位置以及定期获取影像，如随后更为详细地描述。

在图3中示出的本公开的实施方案中，图案生成器12和照明源94具有沿照明路径86的大致平行输出轴。任选的操作员开关16促成对手动模式设置或自动模式设置进行调整，如随后更为详细地描述。

控制逻辑处理器34的用于条纹投影成像的功能包括：控制从条纹生成器12的条纹图案生成，以及触发检测器30来利用适当的轮廓成像定时获取影像。控制逻辑处理器34可为计算机、微处理器或执行编程指令的其它专用逻辑处理设备。控制逻辑处理器34与具有显示器42的计算机40呈信号通信。计算机40与显示器42呈信号通信，以便显示牙齿20的视频和轮廓影像内容。

计算机40可执行影像处理功能的至少某些部分，所述部分利用由检测器30和控制逻辑处理器34获得的数据来提供示出牙齿20的表面轮廓和特征的影像。应指出，各种控制逻辑和成像功能可由控制逻辑处理器34或计算机40执行，或可在这些控制逻辑装置之间进行共享。例如，计算机40可执行关于移动检测的影像分析功能，并提供指示条纹投影成像是否可继续进行的一个或多个移动信号。额外的计算机装置可可选地用于支持关于轮廓分析和显示的各种计算功能。

图4的逻辑流程图示出用于轮廓成像的口内摄像机的手动模式操作和自动模式操作的操作步骤。在选择步骤S100中，操作员做出模式选择，该模式选择确定获得轮廓影像的模式。返回参考图3的框图，模式选择可使用开关16做出。操作员选择手动模式或自动模式。在手动模式中，在定位步骤S110中，操作员将摄像机定位靠近目标牙齿以便进行影像获取。在获取启动步骤S120中，操作员输入用于轮廓影像获取的指令，诸如通过点击口内摄像机上的按钮或控制件。作为响应，摄像机执行投影步骤S130并将结构光图案投影至牙齿表面上，然后执行获取步骤S140来获取投影图案的影像。在重新定位步骤S150中，操作员重新定位摄像机，以便重复关于当前目标牙齿或另一牙齿的额外影像获取顺序。视需要重复步骤S120、S130、S140和S150。

图4的右侧示出自动模式的可选操作顺序。定位步骤S210在操作员定位摄像机的同时执行。视频影像在定位步骤S210期间得到连续获取和显示。在帧比较步骤S220中对两个连续视频影像帧(例如，最新的和/或按顺序)进行比较，以便确定摄像机移动的相对量，例如如随后更为详细地描述。当根据来自控制逻辑处理器34或可选地来自计算机40(图3)的移动信号确定摄像机相对于一个或多个目标牙齿静止、处于固定位置处时，操作继续进行。在投影步骤S230中结构光图案被投影，且在获取步骤S240中影像被立即获取。为了继续关于轮廓成像的影像获取，执行重新定位步骤S250，其中操作员移动摄像机以便将其定位至当前目标牙齿的可选部位或定位至一个或多个不同的牙齿。视需要重复步骤S210、S220、S230、S240和S250。

结构光图案可包括具有不同条纹图案照明的一组轮廓影像，所述一组轮廓影像从用于目标牙齿的一个部位的口内摄像机的单个位置处取得。例如，所述一组轮廓影像可用于生成目标牙齿的所述部位的单个3D视图，该视图对应于所述一组轮廓影像。在一个实施方案中，所述整组轮廓影像可在摄像机保持静止(例如，步骤S220操作)或所述牙齿的所述部位的单个3D视图优选地未生成时取得。在一个实施方案中，牙齿的所述部位的多个单个3D视图被用于生成图2D中示出的示例性牙齿表面。

参考图4，步骤S210、S220、S230、S240和S250的自动模式使用视频影像数据，以便确定摄像机是否合理地静止、处于适合于准确轮廓成像的位置处。图5的逻辑流程图示出根据本公开的实施方案的自动模式中的用于自动运动检测和条纹图案影像获取的示例性数据处理步骤。在视频影像获取步骤S300中，口内摄像机获取第一视频帧。牙齿边缘在边缘检测步骤S310中检测出。在第二视频影像获取步骤S320中，获取随后的视频帧(例如，下一视频帧)。关于该第二视频帧的牙齿边缘在边缘检测步骤S330中检测出。比较步骤S340然后将第一视频影像帧与第二视频影像帧之间的对应边缘位置进行比较。在判定步骤S350中，该比较确定摄像机是否移动。过度摄像机移动可阻碍随后步骤中的轮廓影像投影和获取。当存在过度移动时，操作返回至步骤S300以便重复影像获取和评估。如果，另一方面，比较步骤S340指示摄像机大致上处于静止位置处，那么判定步骤S350提供该结果以用于执行投影步骤S360，该投影步骤S360将结构光图案投影至目标牙齿上。获取步骤S370获取投影的结构光图案的一个或多个影像，所述一个或多个影像任选地在显示步骤S390中显示。轮廓影像生成步骤S380然后使用获取的条纹图案影像形成牙齿的轮廓影像。轮廓影像在显示步骤S390中显示。

根据本公开的可选实施方案，自动模式影像获取包括与摄像机18的操作员的某些进一步互动。如果在步骤S220中第一视频影像帧和第二视频影像帧未示出明显摄像机移动，那么启用关于图案投影和影像获取的操作员指令，以便执行图案投影步骤S230和获取步骤S240。操作员按下按钮获得影像获取。然而，如果存在过度摄像机18移动，那么可禁用步骤S230和步骤S240中的一个或两个，直至察觉的摄像机移动降至低于预先确定的阈值。

在一个实施方案中，投影步骤S360中的结构光图案可包括具有恒定或不同条纹图案照明的一组轮廓影像(例如，4个、8个或更多)，所述一组轮廓影像从在获取步骤S370中获取的目标牙齿(例如，或目标牙齿的一个部位)的单个取向上取得。例如，所述一组轮廓影像在轮廓影像生成步骤S380中可用于生成目标牙齿的所述部位的单个3D视图，该视图对应于可在显示步骤S390中显示的所述一组轮廓影像。在一个实施方案中，轮廓影像的一个或多个或获取的整组轮廓影像可在显示步骤S390中显示。在一个实施方案中，牙齿的所述部位的多个单个3D视图被用于生成图2D中示出的这种示例性牙齿表面。

应注意，当被比较的第一视频影像帧和第二视频影像帧暂时相邻时，也就是当第二视频影像帧紧随第一视频影像帧之后被获取时，使用相关于图5所描述的技术的运动检测效果最佳。可选地，第二视频帧可至少位于第一视频影像帧的不超过三个视频帧以内。

随着口内摄像机18的位置改变，用于轮廓特征化的所需的条纹投影影像的相对位置也可改变。摄像机18的软件可检测位置改变，并根据移动的方向和幅度，通过对用于随后影像获取的投影条纹图案照明的位置进行移位来对检测的位置改变进行一定量的补偿。用于测量空间位置改变的技术和用于根据检测的位置改变调整投影的光图案位置的方法对于轮廓成像领域中的技术人员而言是已知的。例如，通常用于影像变形的技术可应用于该问题。

图6的逻辑流程图示出软件支持口内摄像机18的功能性组分，其中所述功能性组分在处理视频影像内容的过程中被用于支持结构光影像获取。在事件检测器60中，场景变化检测器62对视频帧进行取样，对其进行处理以便检测边缘，并将其与先前视频帧进行比较以便确定摄像机是否静止或移动。结果前往存储每个处理的帧的事件缓存管理器64，并且前往指示静止或移动状态的事件生成器66。操作生成器68基于软件逻辑的当前状态生成一个或多个最终操作指令。操作缓存管理器70记录关于轮廓成像获取的信息。

图7更为详细地示出事件检测器60的组分。在预处理器72中，每个输入视频帧被过滤和重新定大小以便进行更为高效的处理，诸如通过缩放至较低分辨率。边缘提取器74然后处理缩放的、处理的视频帧，以便检测边缘。边缘检测在影像处理领域中为熟知的，且可例如使用突出边缘细节的许多数字过滤器中的任一个。用于边缘检测的算术方法为所谓的Canny边缘检测、加博过滤器和各种方法，所述方法使用例如微分几何分析和处理影像梯度。根据本公开的实施方案，高斯空间滤波的2-D偏差可用于为每个影像帧导出二进制边缘图像。

继续图7中示出的处理，斜面匹配过程78然后将从边缘图像缓存管理器76获得的每个影像的边缘检测与前一影像的边缘检测进行比较，以便估计摄像机移动。短暂过滤/判定过程80然后确定摄像机位置是否静止，或是否存在可观的摄像机移动。短暂过滤可例如使用无限冲击响应(IIR)过滤器。

图8A示出预处理和边缘检测之前的示例性过滤牙齿影像56。图8B示出从过滤牙齿影像生成的示例性边缘图像52。

斜面匹配是用于为影像之间的边缘相关性提供度量标准的熟知技术。给出相同对象的两个边缘影像，斜面匹配使用各种技术来寻找相应边缘图像之间的最佳比对。对于边缘比对来说高效且可靠的斜面匹配可缩短或减小参考影像和测试影像上的两组边缘点之间的广义距离。Ming-Yu Liu、Oncel Tuzel、Ashok Veeraraghavan和Rama Chellappa在2010年6月于加利福尼亚州旧金山的Proceedings of the IEEE Conference on ComputerVision and Pattern Recognition(CVPR'10)上发表的标题为“Fast DirectionalChamfer Matching”的论文第1696至1703页中给出关于斜面匹配的参考。

图9中给出的差异图像96的比对图形部分和相关图形98、100示出用于对边缘图像进行比较以便确定移动的定时关系。所述图形示出使用对超过300个连续视频帧进行取样的方法对实例进行边缘检测和相关处理。该处理将当前视频帧与其前一视频帧进行比较。根据本公开的实施方案，差异图像96代表可识别边缘特征的对应像素之间或相邻影像的特征之间的平均欧几里得距离的差异。当该距离超出预先确定的阈值T1时，指示过度摄像机移动；轮廓影像投影和获取因此被暂停，直至平均距离降至低于阈值T1。曲线中的高峰值代表连续帧之间的高差异，这意味着正常牙齿场景中发生快速摄像机移动。在借助于IIR过滤器对当前帧的斜面匹配进行短暂过滤之后，将过滤斜面匹配值与固定阈值进行比较，以便生成二进制判定，如图形98中所示。如果匹配值超过阈值，那么判定为‘移动’，否则判定为‘静止’。对关于当前帧和关于前N个帧的判决进行总结。如果有足够的帧将生成‘移动’，那么分配至当前帧的最终事件为‘事件-移动’；否则分配的最终事件为‘事件-静止’。

图形98将差异图像96的差异操作转换为二进制表示法，诸如像事件E1、E2、E3、E4、E5和E6。因此，这些事件的值处于阈值T2处指示活跃的摄像机移动时间段。当图形98的值为零时，摄像机位置被视为是静止的，因此将允许轮廓成像。事件过渡在图形100中示出，该图形100示出例如最终操作A1、A2、A3、A4、A5和A6。最终操作基于差异图像96和图形98中反映的对应计算指示影像可被获取的时间。

当前帧的最终事件被输入至操作生成器68，该过程将当前事件和先前事件整合，以便判定是否获取影像。对于‘事件-静止’事件，其指示静止摄像机条件，生成‘获取操作’。当足够数量的连续帧输出‘获取操作’时，最终为当前帧输出‘获取操作’。口内摄像机然后被触发，以便对轮廓影像进行投影和获取。除此之外，如果前一‘获取操作’尚未生成成功的获取，那么输出其它额外的‘获取操作’命令。摄像机的存储的获取操作事件和相关影像处理参数的数量被预先确定，且可选地，可根据成像条件或操作员偏好而变化。

根据本公开的可选实施方案，影像获取顺序包括在扫描成像顺序期间用于检测患者移动的逻辑。移动检测可以多种方式来执行，包括例如在成像周期期间重复投影和获取相同影像内容。

基于投影图案54的获取影像，计算机40然后生成关于牙齿的轮廓信息，如图2D的实例中所示。

本文所描述的实施方案中的检测器30可为许多类型的影像感测阵列中的任一种。检测器30可例如为CMOS(互补金属氧化物半导体)成像传感器或CCD(电荷耦合器件)传感器。摄像机光学器件还可包括过滤器、偏光器和投影或检测路径中的其它组分。

在本发明的一个实施方案中，成像设备包装成手持式探针的形式，其可容易地定位在患者的口腔内，只有很小的不舒适或者无不舒适。

使用本发明的设备和方法获得的表面轮廓影像可以许多方式进行处理和使用。轮廓数据可显示，且可输入至系统中以便进行处理和生成恢复性结构，或可用于检验牙科器具的实验室技术员或其它制作者的工作。该方法可用作系统或程序的一部分，该系统或程序减少或消除某些条件下对获得印象的需要，从而降低牙科护理的总体费用。因此，使用该方法和设备执行成像可有助于实现极好的配合修复器件，所述器件很少需要或不需要来自牙科医生的调整或配合。从另一方面来说，本发明的设备和方法可用于牙齿、支撑性结构和咬合条件的长期跟踪，有助于诊断和预防更为严重的健康问题。总的来说，使用该系统生成的数据可用于帮助改善患者与牙科医生之间以及牙科医生、工作人员与实验室设施之间的交流。

有利地，本发明的设备和方法提供用于牙齿和其它牙科特征的3-D成像的口内成像系统，无需为牙齿表面使用特殊粉末或施用某些其它临时涂层。该系统提供高分辨率，在一个实施方案中，分辨率在25μm至50μm范围内。

与本发明的实施方案相一致，计算机程序利用存储的指令执行从电子存储器存取的影像数据。如影像处理领域的技术人员可了解，用于操作本发明的实施方案中的成像系统的计算机程序可被合适的、通用计算机系统(诸如，个人计算机或工作站)利用。然而，许多其它类型的计算机系统可用于执行本发明的计算机程序，所述其它类型的计算机系统例如包括网络处理器的布置。用于执行本发明的方法的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中。该介质可包括例如；诸如磁盘的磁性存储介质，诸如硬盘或可移动装置或磁带；光学存储介质，诸如光盘、光学磁带或机器可读光学编码；固态电子存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或被采用来存储计算机程序的任何其它物理装置或介质。用于执行本发明的方法的计算机程序还可存储在计算机可读存储介质上，该计算机可读存储介质借助于互联网或其它网络或通信介质连接至影像处理器。本领域技术人员将进一步容易地认识到，这种计算机程序产品的等效形式还可构建在硬件中。

应注意，在本公开的情境中，术语“存储器”等同于“计算可存取存储器”，可指代任何类型的临时或更持久的数据存储工作空间，该工作空间用于存储和操作影像数据且可由计算机系统进行存取，该工作空间包括例如数据库。存储器可为非易失性的，使用例如长期存储介质(诸如，磁性存储设备或光学存储设备)。可选地，存储器可更具有易失性性质，使用电子电路，诸如随机存取存储器(RAM)，其被微处理器或其它控制逻辑处理器装置用作临时缓冲器或工作空间。显示数据例如通常存储在临时存储缓冲器中，该临时存储缓冲器直接与显示装置相关联，且视需要定期刷新以便提供显示的数据。如该术语在本公开中所使用，该临时存储缓冲器还被视为一种类型的存储器。存储器还被用作用于执行和存储计算和其它处理的中间和最终结果的数据工作空间。计算机可存取存储器可为易失性的、非易失性的或易失性和非易失性类型的混合组合。

应理解，本发明的计算机程序产品可利用熟知的各种影像处理算法和过程。应进一步理解，本发明的计算机程序产品实施方案可体现本文未具体示出或描述的算法和过程，所述算法和过程对实现方式有利。这些算法和过程可包括在影像处理领域的普通技术范围内的常见实用程序。这些算法和系统的额外方面以及用于产生和以其它方式处理影像或与本发明的计算机程序产品协作的硬件和/或软件在本文中未具体示出或描述，且可从本领域中已知的这些算法、系统、硬件、组分和元素中进行选择。

已经详细描述本发明，且可能已经具体参考合适的或当前优选的实施方案描述本发明，但是应理解，可在本发明的精神和范围内实现变化和修改。因此，当前公开的实施方案在各方面被视为是说明性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，且在本发明的等效形式的含义和范围内的所有变更均意在涵盖于其中。

虽然已经相关于一个或多个实现方式对本发明进行说明，但是可在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下对说明的实例做出变化和/或修改。除此之外，虽然可能已经相关于若干实现方式中的一个公开本发明的特定特征，但是这种特征可与其它实现方式的一个或多个其它特征组合，因为这对于任何给定或特定功能可能是需要的和有利的。术语“...中的至少一个”用于表示列出的项目中的一个或多个可被选择。术语“约”指示列出的值可有些许改变，只要该改变不会导致说明的实施方案的过程或结构的不一致。最终，“示例性”指示描述被用作实例，而不是暗示其是理想的。鉴于本文所公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。意图是，本说明书和实例仅被视为是示例性的，并且本发明的真实范围和精神由以下权利要求指示。

Claims (9)

1.一种用于获得牙齿的轮廓影像的方法，所述方法至少部分由计算机执行，且所述方法包括：

通过以下方式使用来自口内摄像机中的视频成像系统的视频影像检测所述口内摄像机的移动：

(i) 获取包括所述牙齿的第一视频影像帧以及处理所述第一视频影像帧以便检测所述第一视频影像帧中的所述牙齿的一个或多个边缘；

(ii) 获取包括所述牙齿的第二视频影像帧以及处理所述第二视频影像帧以便检测所述第二视频影像帧中的所述牙齿的所述一个或多个边缘；

(iii) 将所述第一处理的视频影像帧与所述第二处理的视频影像帧之间的对应边缘位置进行比较，以便输出移动信号；

以及

当基于所述第一处理的视频影像帧和所述第二处理的视频影像帧中的所述检测的口内摄像机移动而获取的移动信号低于阈值时，从所述摄像机将条纹图案照明投影至所述牙齿上，并获取和存储所述条纹图案的一个或多个静止影像。

2.如权利要求1所述的方法，其中将对应边缘位置进行比较包括使用斜面匹配过程。

3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括沿所述牙齿表面对所述投影条纹图案照明的位置进行移位并重复根据所述检测的摄像机移动对所述条纹图案照明进行投影的步骤以及获取和存储所述条纹图案的所述一个或多个静止影像。

4.如权利要求1所述的方法，其进一步包括使用所述条纹图案的所述一个或多个静止影像形成和显示所述牙齿表面的三维影像。

5.如权利要求1所述的方法，其进一步包括接收操作员指令以便自动地投影、获取和存储所述一个或多个静止影像。

6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：计算需要的条纹图案影像并自动地确定口内摄像机位置，以及随着所述摄像机位置变更获取投影图案影像。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一视频帧与所述第二视频帧暂时相邻。

8.如权利要求1所述的方法，其中将对应边缘位置进行比较包括缩放所述第一处理的视频影像帧和所述第二处理的视频影像帧，其中所述条纹图案照明包括激光，且其中将对应边缘位置进行比较包括计算至少一个欧几里得距离值。

9.一种用于对牙齿进行成像的设备，其包括：

口内摄像机，其具有：

(i) 检测器，其获取关于所述牙齿的视频影像或条纹图案影像的影像数据；

(ii) 开关，其可被促动以便启动所述牙齿的轮廓成像；

(iii) 第一照明源，其用于将光投影朝向所述牙齿以获得所述视频影像；以及

(iv) 条纹图案生成器，其可被激发以便根据指示摄像机移动的移动信号扫描激光束至所述牙齿上以用于轮廓成像；

计算机，其与所述口内摄像机呈信号通信，以便接收所述检测器所需要的所述影像数据以及生成所述牙齿的轮廓影像；

控制逻辑处理器，其位于所述口内摄像机内部或位于所述计算机上，其中所述控制逻辑处理器分析视频影像以便提供所述移动信号，所述移动信号指示相对于所述牙齿的摄像机移动；

以及

显示器，其与所述计算机呈信号通信，以便显示所述视频影像和轮廓影像。