CN106796727B - 使用光学多线法的3d口腔内测量 - Google Patents

Abstract

一种用于根据表面将传感器像素阵列映射到照明像素阵列的方法通过如下方式形成群组映射：将所述传感器阵列上的每个像素分配给具有由所述照明像素阵列上的p个邻近像素限定的群组宽度的群组，所述分配的方式是通过投影和记录具有第一和第二线图案的第一和第二多群组索引图像来实现。出现在第一图案和第二图案两者中的线隔开第一距离，所述第一距离是群组宽度p的第一倍数，而仅出现在任一个图案中的线均匀地隔开第二距离，所述第二距离超过所述第一距离。投影p个多线图像的子集，每个多线图像在每个群组内投影一条线。将所述多线图像中的一个中的线与来自所述群组索引图像的线相关联，以生成所述群组映射。

Description

使用光学多线法的3D口腔内测量

技术领域

本发明总体上涉及表面形状成像领域，更具体而言涉及使用图案化照明的口腔内表面成像和测量。

发明背景

在医学、工业和其它应用中，已经研发了许多种技术来从各种类型的物体获得表面轮廓信息。光学3维(3D)测量方法使用从定向到表面上的光图案获得的图像提供形状和深度信息。各种类型的成像方法生成一系列光图案，并且使用焦点或三角测量来检测照明区域上的表面形状的变化。

条纹投影成像使用图案化的或结构化的光和三角定位获得各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投影成像中，将干涉条纹或光栅的线图案从给定角度朝物体表面投影。然后从另一个角度作为轮廓图像查看从该表面投影的图案，从而利用三角定位以便基于轮廓线的外观来分析表面信息。一般作为条纹投影成像的一部分应用相移，其中将投影的图案递增地空间位移，以便在新的位置获得另外的测量值，这用于完成表面的轮廓映射并增加轮廓图像中的整体分辨率。

条纹投影成像已经有效地用于实心的、非常不透明的物体的表面轮廓成像，并且已经用于给人体的一些部位的表面轮廓成像和获得关于皮肤结构的详细数据。然而，因为多种技术障碍的存在，让牙齿的条纹投影成像无法有效使用。牙齿表面成像的一个具体的难题涉及牙齿的半透明性。总体上，已知半透明的或部分半透明的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能会降低整体信号-噪声(S/N)比率并改变光强度，从而导致高度数据不准确。另一个问题涉及各种牙齿表面的高反射水平。高反射材料，尤其是中空反射结构，可能会有效地减小这类成像的动态范围。

从光学视角看，牙齿本身的结构对于条纹投影成像也造成了几个另外的难题。牙齿可能在不同时间并且沿着不同的表面和表面部分是湿的或者干的。牙齿形状往往是不规则的，具有锋利的边缘。如上所述，牙齿与光以复杂的方式相互作用。穿透到牙齿表面下面的光往往会在半透明的牙齿材料内发生很大的散射。而且，从牙齿表面下面的不透明特征也有可能发生反射，从而增加了噪声，这样会使感测信号降级并因此使牙齿表面分析任务变得更加复杂。

已尝试过的让条纹投影能用于牙齿轮廓成像的一个校正措施是施加涂层，该涂层改变牙齿表面本身的反射特性。为了补偿牙齿的相对半透明性导致的问题，多个常规的牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像之前先向牙齿表面施加涂料或反射粉末。为了条纹投影成像目的，这个增加的步骤增强牙齿的不透明度并且消除或减轻前述散射光效。然而，这类方法有一些缺点。施加涂层粉末或液体的步骤会增加牙齿轮廓成像处理的成本和时间。因为涂层的厚度在整个牙齿表面上往往是不均匀的，所以容易发生测量误差。更重要的是，施加的涂层虽然有利于轮廓成像，但是可能往往会掩盖牙齿的其它问题，并且因此可能减少可获得的有用信息的总体数量。

然而，即使是在使用涂层或牙齿的其它类型的表面调节的情况下，也可能因为牙齿表面的明显轮廓而导致结果令人失望。可能难以向所有牙齿表面上提供充足量的光和感测从所有牙齿表面反射回来的光。牙齿的不同表面可能相对于彼此成90度定向，这使得难以引导足够的光给牙齿的所有部分精确地成像。

多个问题使得为了精确的表面轮廓测量向传感器电路映射照明阵列变得复杂。因为必须在牙齿处于相同位置的情况下捕获多个图像，所以相机或患者的任何类型的移动都可能使测量任务变复杂或者要求重新成像和额外的测量时间。因此，减少为了精确映射而需要获得的图像数量是有利的。然而，同时，当可以获得多个图像并且这些图像的相应数据能相关起来时，测量会得到改善。鉴于这些相互冲突的考虑因素，可以看出，能从少量图像中获得大量数据的更高效的像素映射技术存在优点。

发明概要

本申请的一方面是要全部或部分地解决相关领域中的至少前述缺点和其它缺点。

本申请的另一个方面是要全部或部分地提供至少本文中描述的优点。

本申请的另一个方面是要改善牙齿成像领域。

本发明的一个目标是改进牙齿和相关口腔内结构的表面轮廓检测领域。本发明的实施例通过用光图案布置照明牙齿表面，借此提供关于牙齿的3-D表面信息，该光图案有助于将数字成像阵列上的像素位置与来自照明装置的像素位置更紧密地匹配。有利地，本发明可以用于已知的照明和成像组件布置，并且适配成与常规的轮廓检测方法相比时减少感测图案的模糊度。

这些目标只是作为说明性示例提供的，并且这样的目标可以示例说明本发明的一个或更多个实施例。通过本发明内在实现的其它期望目标和优点可以由本领域的技术人员想到，或者对于本领域的技术人员变得显而易见。随附权利要求书限定本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种用于根据表面将传感器像素阵列映射到照明像素阵列的方法，所述方法至少部分地在计算机上执行，并且可以包含通过将传感器阵列上的多个像素中的每个像素分配给群组的有序集合中的对应群组而形成群组映射，其中每个群组具有由照明像素阵列上的p个邻近像素的集合限定的群组宽度，并且有序集合具有k个群组，这是通过如下方式来实现：投影和记录具有第一线图案的第一多群组索引图像和具有第二线图案的第二多群组索引图像，其中存在出现在所述第一和第二图案两者中的线，并且其中在第一和第二图案中都出现的线相互均匀地隔开第一距离，所述第一距离是群组宽度p的第一倍数，其中，所述第一倍数是大于1的整数，并且仅仅出现在所述第一图案或所述第二图案中的线相互均匀地隔开第二距离，所述第二距离是群组大小的第二倍数，并且超过所述第一距离；将p个多线图像的集合的子集投影和记录到所述表面上，其中每个多线图像在每个群组内投影一条线，并且其中所述p个多线图像的子集中的每一个中的所述投影的线均匀地间隔开p个像素的群组宽度；以及使所述记录的多线图像中的一个中的线与来自所述第一和第二多群组索引图像的线相关联，以便生成所有k个群组的群组映射，并且在计算机可存取存储器中存储所述关联性。

附图简要说明

通过下文对附图中示出的本发明的实施例的更具体的说明，将容易理解本发明的前述及其它目标、特征和优点。图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。

图1是示出了根据表面向照明阵列映射传感器像素阵列的示意图。

图2A示出了用单线光照明牙齿表面。

图2B示出了用多线光照明牙齿表面。

图3是示出根据本发明的实施例的用于获得表面轮廓图像数据的序列的逻辑流程图。

图4是示出成像设备的示意图。

图5是示出成像传感器阵列上的一行像素的一部分的示意图。

图6示出了根据本公开的实施例的用于群组映射的两个群组索引图像。

图7A示出了用于形成多线图像的照明阵列的一部分。

图7B示出了用于形成多线图像的照明阵列的另一个部分。

图8是示例性多线图像的平面图。

图9是在牙齿上投影的多线图像的平面图。

图10是在牙齿上投影的多线图像的另一个平面图。

图11A示出了在群组索引图像中投影的照明图案的一部分。

图11B示出了使用图11A的照明图案获得的牙齿图像。

图12A示出了在多线图像中投影的照明图案。

图12B示出了使用图12A的照明图案获得的牙齿图像。

具体实施方式

下面是示例性实施例的详细说明，其中参照附图，附图中用相同的参考标号表示几张图中的每张图中的相同结构元件。

在使用“第一”、“第二”等等术语的情况下，这些术语不一定是表示任何顺序、次序或优先关系，而是简单地用于更清楚地区分一个元件或一组元件与另一个元件或另一组元件。

在本公开的上下文中，“查看者”、“操作者”和“使用者”这些术语被视为是等效的，并且是指在显示监视器上查看和处理诸如牙齿图像之类图像的看图专业人士或技术人员或其它人。

本文中使用的术语“集合”是指非空的集合，正如基础数学中普遍理解元素或成员的集合的概念。本文中除非另有明确声明，否则“子集”这个术语在本文中用于指代非空的子集，也即指代更大集合的具有一个或更多个成员的子集。对于集合S，子集可以包括完整集合S，其包含所有成员。集合S的“真子集”严格地包含在集合S中，并且不包括集合S的至少一个成员。然而，除非特别指定为真子集，否则本公开的上下文中的子集具有非空的更宽泛的定义，并且包含集合的至少一个或更多个或所有的成员。

图1的示意图用单线光L的示例示出了如何使用图案化的光获得表面轮廓信息。当照明阵列10将光图案投影或引导到表面20上时获得映射，并且在成像传感器阵列30上形成反射线L’的对应图像。成像传感器阵列30上的每个像素32根据表面20的调制而映射到照明阵列10上的对应像素12。图1中表示的像素位置的位移得到关于表面20的轮廓的有用信息。可以理解的是，图1中示出的基本图案可以用多种方式实施，其中使用多种照明源和序列来投影图像，并且使用一个或更多个不同类型的传感器阵列30获得或采集图像数据。照明阵列10可以利用用于光调制的多种类型的阵列中的任一种，诸如液晶阵列或数字微镜阵列，诸如使用德克萨斯州达拉斯市的德州仪器公司出品的数字光处理器(Digital LightProcessor)或DLP装置提供的液晶阵列或数字微镜阵列。在照明路径中使用这种类型的空间光调制器来改变映射序列所需要的投影光图案。

图2A和图2B示出了使用图案化的光从人的牙齿获得表面结构信息的常规方法的一个问题的一些方面。图2A示出了用单线光14向牙齿上照明，其中牙齿边缘处的照明明显位移。用这种方式投影单个线(在整个牙齿上扫描并且在扫描过程中在许多点成像)，能够提供关于表面区域的一些部分的精确信息；然而，甚至用这种方法也会丢失一些信息，诸如在线段彼此分开的情况下。图2B示出了使用具有多线光的图案的表面成像。在沿着表面存在突然转变的情况下，可能难以肯定地识别对应于每个投影线的区段，并且可能容易发生错配，从而导致关于表面特性的结论不准确。例如，可能难以确定线段16是否来自与线段18或邻近线段24相同的照明线。

本发明的实施例能使用投影图像序列解决表面轮廓映射的问题，这些投影图像有助于将成像传感器阵列上的像素与从照明阵列投影的线更好地相关。为此目的，本发明的实施例使用二元图像布置以便将成像传感器阵列上的像素与照明像素阵列上的对应像素分组在一起。通过将传感器阵列上的像素分配给有序群组集合，每个群组具有固定数目个像素(例如，相同数目的像素)，借此形成群组映射。可以将群组映射存储为特定数据结构，或者可以否则使用数据表示领域的技术人员众所周知的映射技术，用将每个像素与特定群组结构相关的数据表示群组映射。在本公开的上下文中，“群组图”(group map)和“群组映射”(group mapping)这些术语被视为是等效的，因为像素和群组的关系可以用多种方式中的任一种来表示和存储。

参照图3的流程图，图中示出了根据本公开的实施例的用于表面轮廓检测并且至少部分地在计算机上执行的图像投影、检测和处理步骤的序列。在图像捕获步骤40中，操作者定位成像设备并且捕获一系列图案化的照明图像。所述图像可以包含两个群组索引图像52a和52b、任选地分别是暗和扁平(亮)图像36和38、和数目为p的多线图像54或者由其组成，并且可以用任何顺序捕获这些图像。在替代实施例中，可以使用多于两个群组索引图像。在替代实施例中，可以捕获或使用p个多线图像54的子集。一旦捕获了图像，就执行像素分配步骤44，其中将图像传感器阵列上的像素分配给对应于照明阵列上的像素的群组图或映射。还可以获得另外的没有照明的任选的暗图像36和具有全帧照明的扁平图像38以帮助信号处理，如下所述。

继续图3的用于形成轮廓图像的序列，还获得p个多线图像54的集合，在位置检测步骤50中可以从这个集合中检测峰位置，也即指示表面轮廓的最高强度的位置。替代地，可以获得p个多线图像的集合的真子集以在位置检测步骤50中使用，其中峰位置检测结果的分辨率相应地降低；在这种情况下，可以应用内插法填入每个群组内的未投影的线峰的数据。映射步骤60然后形成、显示轮廓图像并例如在诸如与显示监视器相关联的临时显示存储器的存储器中存储轮廓图像。任选地，还可以显示群组索引图像或多线图像中的一个或更多个。

关于图1，每个群组索引图像52a、52b具有照明阵列10上的一个像素宽的线布置。多线图像还具有照明阵列10上的一个或更多个一个像素宽的亮带。多线图像具有每个像素群组内的至少一个明到暗或暗到明转变。

图4的示意图示出了用于投影和捕捉至少群组索引图像52a和52b和一个或更多个多线图像54的成像设备70。控制逻辑处理器80或其它类型的计算机能够控制照明阵列10和成像传感器阵列30的操作。从成像传感器阵列30获得来自表面20(诸如来自牙齿22)的图像数据并且将该图像数据存储在存储器72中。控制逻辑处理器80处理接收到的图像数据并将映射存储在存储器72中。然后任选地在显示器74上显示来自存储器72的所得图像。存储器72还可以包含显示缓冲器。

为了解释下面的群组和像素映射：

(1)假设照明物线的数字标号在成像传感器阵列上从右向左增加；单调规则表明群组编号必须沿着一行从右向左增加；并且

(2)假设对于每个照明物阵列像素存在多个(至少2个或3个)成像传感器阵列，但是可以使用单个像素。

应当强调的是，数字标号的顺序可以替代地从左向右增加，说明也相应改变。

形成群组映射

图5到图8的示意图示出了根据本发明的实施例的用于形成群组图的处理的各种方面。图5示出了成像传感器阵列30上的一行像素32，对应于表面20上的一些位置。每个群组具有预定数目p个邻近像素32，其中在所示出的示例映射中，每个群组有八个像素32。数目p也可以是构成群组的某个其它数目的像素，诸如10个或12个像素。图5中的垂直虚线表示群组边界。在群组边界处，其中，每个群组具有p个像素，从0,1,2,…(p-1)开始编号，一个群组的第(p–1)个像素邻近于该行中的下一个或邻近群组的第0个像素；这两个邻近像素之间的空间(两个邻近群组中的每一个群组中有一个像素)限定群组边界。群组边界被视为由两个邻近群组“共用”。每个群组还具有中心像素34，图5中用阴影示出。中心像素34是编号为(p/2)的像素。因此，在像图5的示例中一样群组具有8个像素(p＝8)的情况下，中心像素是编号为4的像素。参照本公开，图5中示出的布置(其中每个群组内照明p/2像素)被称为居中的多线图像76。因此，在一个实施例中，居中的多线图像76是多线图像中仅有的一个用于像素映射和群组映射两者的多线图像，如图3中所表示并且如后面更具体地描述的。

在几何上，对于某些示例性实施例，当从图像的一侧沿着一行像素移动到另一侧时，群组编号必须单调地改变。(不同行上的编号可能并不对准，但是在每一行内，编号是单调的。)这样使得有可能“校对”每一行上的群组编号，舍弃噪声干扰了群组编号的预期单调增加的位置。

使用照明并且投影从一个或更多个群组中所选择的像素(例如，中心像素)的图像生成群组图。当对于一个或更多个群组使用中心像素时，这些图像可以称为“中线”图像。在一个实施例中，往回参考图3的逻辑流程图，这可以包含群组索引图像52a和52b中的每一个和p个多线图像中的对应一个，具体而言是居中的多线图像76。

群组索引图像

群组索引图像52a和52b中的每一个优选地是投影对应于照明阵列中的一些中心像素的线图案的中线图像。图6中示出使用两个群组索引图像52a和52b的示例性布置。图像52a和52b左对准。对于这个示例，总共有40个群组，编号从0到39。这里，仅对于奇数群组(1、3、5、7、...)投影中线；不在群组索引图像52a和52b中投影偶数群组(0、2、4、6、8、...)的中线，而是通过多线图像中的一个提供其中线，如下所述。

在图6的示例中，群组索引图像52a对于奇数群组1、5、7、9、...37、39投影中线。群组索引图像52b对于奇数群组1、3、5、9…35、37投影中线。虚线在群组索引图像52a和52b两者中的相同群组的中线之间延伸。因此，例如，这两个图像对于群组1、5、9…37在相同的位置具有中线。这些共同投影的中线之间的距离D1的宽度是4个群组。可以看出，共同中线相互等距隔开第一距离D1，这是群组大小的第一倍数。

在图6的布置中，点线表示仅在群组索引图像52a中不在群组索引图像52b中具有中线的群组。在这个示例中，这些是用于群组7、15、23、31和39的中线。类似地，点线从仅在群组索引图像52b中但不在群组索引图像52a中具有中线的群组向外延伸。在这个示例中，这些是用于群组3、11、19、27和35的中线。在投影的群组索引图像52a和52b中的每一个内，不共用的这些中线相互间隔开第二距离D2，第二距离D2是群组大小的第二倍数。如图6所示，第二距离D2是宽度为8个群组的距离。

在图6中示出的布置将中线间隔开(其中一些中线是共用的，一些中线不是共用的)，具有可能不容易发现的优点。8个群组的更宽间隔是群组大小的第二倍数，其大于共用中线之间使用的群组大小的第一倍数。非共用中线之间的这个更宽的间距有助于减少群组识别中的模糊性。例如，对于某个p，当中线图像序列大小l足够大时，任何一个中线图像(例如，具有p×l个照明像素)上的任何邻近2个中线的距离将足够大，足以将每个记录的中线图像中的检测到的中线峰明确地分配给对应群组，并且假设表面深度相对于焦点位置在预设范围内。因此，可以检验这些非共用线的中线峰在图像52a和52b中的一个图像中的存在和在另一个图像中的不存在。

根据结构化光系统设计和对象牙齿表面，来自群组索引图像52a和52b的每个记录的中线定位于2个邻近者之间。例如，对于给定其中1<m<40的示例，第m个中线位于第(m-1)个中线的左侧，并且在第(m+1)个中线的右侧。一旦成功地分配了非共用的第3个、第7个、第11个、第15个、第19个、第23个、第27个、第31个、第35个和第39个中线，就有可能通过双重相邻者参考来分配共用的第1个、第5个、第9个、第13个、第17个、第21个、第25个、第29个、第33个、第37个群组的中线峰。例如，可以容易并且明确地将位于第15个分配的中线与第19个分配的中线之间的未分配的中线峰分配给群组17。

从第一群组索引图像与第二群组索引图像获得的群组映射形成映射群组的第一集合。对于图6中给出的示例，映射群组的第一集合全部由奇数群组组成。在映射了奇数群组之后，然后使用多线图像中的一个(具体而言是居中的多线图像76)映射偶数群组。如上所述，这是p多线图像中具有与用于群组索引图像相同的中线布置的一个多线图像，例如，如上文参照图5所述，每个群组中有像素p/2被照明。这个图像是下文描述的p个多线图像的子集中的一个。

根据本公开的替代实施例，使用群组索引图像52a和52b将偶数群组映射成映射群组的第一集合，其中对应的间距遵照图6中描述的基本图案。然后，使用多线图像映射奇数群组。

多线图像

如相对于图3中示出的序列所述，除了群组索引图像52a和52b之外，还将p个多线图像的集合投影到所述表面上。使用多线图像中的至少一个来生成群组映射和像素水平分辨率；其它多线图像仅提供像素水平的分辨率以获得表面轮廓信息。群组映射所需要的单个多线图像可以是居中的多线图像76，如图3的逻辑流程图中所表示的。

在多线图像中，一次照明每个群组的一个像素。图7A的示意图对于以扩大部分E示出的具有群组G5、G6、G7和G8的单行照明阵列10示出了第一多线图像54a的一部分，在这个部分中，每个群组中的最左边的像素被照明以形成线。图7B示出了另一个多线图像54b，其中每个群组中的下一个像素被照明。如本文中示出的示例中，在每个群组具有8个像素的情况下，这个序列重复，使得至少存在8个多线图像，每个群组中的每个像素各一个多线图像。从暗到亮或从亮到暗的转变只是相对于多线图像中的单个像素宽度；每个形成线的光的亮带的宽度是单个像素。每个多线图像在每个群组内投影单个线。总的来说，在每个群组具有p数目个邻近像素的情况下，至少p/2个多线图像的子集被投影到表面上并且被记录以用于表面轮廓成像。另外，可以用循环或其它顺序布置来投影和记录多于8个多线图像。每个多线图像54中的照明像素之间的群组宽度距离D3在p个像素上延伸。

在替代实施例中，投影p个多线图像的集合的子集以获得表面轮廓测量值以在每个群组内投影减少的数目的线。可以应用数据内插以填入每个群组中的未投影的各个线的数据。例如，在一个实施例中，使用群组索引图像52a和52b和多线图像中的一个生成群组映射；剩余的p-1个多线图像仅仅提供像素水平的分辨率以获得表面轮廓信息。

图8示出了从照明阵列10投影的具有每个群组内的一条线84的多线图像54。图9和图10分别示出了投影到表面20上并且通过成像传感器阵列30记录的示例性多线图像54。图9中的虚线Q表示成像传感器阵列30上的一行像素。

根据本公开的实施例，作为独立行的集合分析多线图像中的每一个以定位该行中的每个强度峰。这在两个步骤中执行。首先，平滑滤波器与区分滤波器的组合定位存在峰信号的像素。然后，将抛物线与识别的像素周围的观察点拟合，以便以子像素精度定位峰。还估计峰周围的背景以提供关于相对峰高度的另外的信息。如果一个候选峰太弱或者离另一个峰太近，则可以从峰的列表中丢弃这个候选峰。分析结果是观察到强度峰的精确位置的长的峰列表(对于典型的成像传感器阵列是30,000到100,000)。

对于群组映射，具有每个群组(其中p/2像素被照明)的中线的特定多线图像54形成居中的多线图像76。居中的多线图像76提供映射并非从群组索引图像52a和52b获得的剩余群组中线所需要的信息。对于前述示例性实施例，这意味着可以使用具有每个群组的中线(其中p/2像素被照明)的多线图像54映射剩余偶数群组。使用这种技术，在群组索引图像52a和52b识别每个奇数群组的情况下，居中的多线图像76识别交错的偶数群组。在替代实施例中，使用类似的逻辑，在群组索引图像52a和52b识别每个偶数群组的情况下，居中的多线图像76识别剩余交错奇数群组。为了帮助解析模糊性，用于群组识别的处理可以使用双重相邻者参考，其随着群组识别的继续而具有更精细的分辨率。

在替代实施例中，可以对于群组的第一集合(例如，奇数群组)使用第一群组索引图像52a和52b，并且可以对于群组的第二集合(例如，偶数群组)使用另外的或第二群组索引图像，以便生成群组映射。然后，可以使用多线图像54提供像素水平的分辨率以便获得表面轮廓信息。

在扁平图像38(图3)中存在某个水平的信号(“截断点”)，其可能对于精确的比较而言过低了。这个水平可以简单地设置成处理软件的参数。也可以通过找到多线图像中的所有峰(如下所述)并标注那些峰位置的“扁平”值，借此自适应地计算这个水平。水平在这个截断点以下的像素简单地被宣布为不确定的，具有未知的状态，并且不做进一步处理。

组合群组图与峰列表

在没有噪声或误差的情况下，通过峰列表驱动群组与峰数据的组合，峰列表中包含用x和y表示的峰位置(例如，沿着行的像素位置和行号)、峰高度、峰宽度和其起源图像(多线图像1到p)。对于每个峰，检索来自群组映射中的最接近像素的群组编号。组合群组编号与图像编号以计算480线图像中的照明体上的线1到480。这样就得到了峰的三个基本“像素位置”：成像器上的x和y位置，以及照明体上的x位置，就像从单个投影点获得的一样。

然后可以使用三个像素位置和校准参数计算牙齿或其它表面上的点的近似位置。使用通过校准已知的信息处理这些近似位置，以确定牙齿或其它物体表面上的精确位置(x,y,z)。可以使用所有这些位置形成点云，这是组合算法的最终输出。

任选的暗图像和扁平图像

如图3的序列中所述，任选地获得暗场图像和扁平场图像36和38。可以为这些图像求平均值，以提供强度量度，该强度量度用作阈值以区分亮强度与暗强度，从而帮助在像素分配步骤44(图3)中改善信号映射。

应当注意，对于本发明的方法，可以用任何合适的顺序执行图像投影和记录序列。而且，多线图像和群组索引图案可以散置，而不是用任何固定的顺序获得。

形成群组映射有助于解析深度测量中的潜在模糊性。本发明的实施例有助于提供群组映射的稳固的方法，并且无需过多数目的二元图像的投影、检测和处理。

图11A示出了在群组索引图像52中的一个中投影的照明图案。举例而言，图11B示出了从群组索引图像102的投影获得的对应牙齿图像112的一部分。

图12A示出了在多线图像54中的一个中投影的照明图案。举例而言，图12B示出了从多线图像54的投影获得的对应牙齿图像116。

本发明的实施例可以使用不同的群组大小和布置，包含关于在任何一个时间哪些群组集合有像素被照明的规定。为了简单起见，在下面对于图像图案的说明中，使用8个像素的任意群组大小。描述16个群组中的128个像素的表现，其中每个群组8个像素。用本文中使用的术语表达，16个群组形成有序集合。可以理解的是，在本发明的范围内，可以对有序集合中的成员的群组大小或群组数目进行改变。本文中提出的说明使用这些示例性值来区分群组索引图像与多线图像。

每个图像的光强度可以是相同的；然而，针对不同的图像类型改变强度可能是有利的。合适的强度调整例如可能有助于减小散射光的影响。

根据本发明的实施例，计算机用存储的指令执行程序，存储指令对从电子存储器存取的图像数据执行。图像处理领域的技术人员可以理解，本发明的实施例的计算机程序可以由合适的通用计算机系统(诸如个人计算机或工作台)以及微处理器或其它专用处理器或可编程逻辑装置利用。然而，许多其它类型的计算机系统可以用于执行本发明的计算机程序，包含联网处理器。用于执行本发明的方法的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。这个介质可以包括例如：磁性存储介质，诸如磁盘(诸如硬驱动器)或磁带或其它便携型磁盘；光学存储介质，诸如光盘、光带或机器可读条形码；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)；或者任何其它用于存储计算机程序的物理装置或介质。用于执行本发明的方法的计算机程序也可以存储在计算机可读存储介质上，该计算机可读存储介质通过因特网或其它通信介质连接至图像处理器。本领域的技术人员将容易认识到，也可以在硬件中构造这样的计算机程序产品的等效物。

将理解的是，本发明的计算机程序产品可以利用众所周知的各种图像处理算法和进程。将进一步理解，本发明的计算机程序产品实施例可以具体实施本文中未具体示出或描述的对于实施方案有用的算法和进程。这样的算法和进程可以包含属于图像处理领域的一般技能内的常规工具。这样的算法和系统的另外的方面和用于产生和以其它方式处理图像或与本发明的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件未在本文中具体示出或描述，并且可以从本领域已知的这样的算法、系统、硬件、组件和元件中选择。

在本公开的上下文中，“记录图像”的动作是指在某种类型的存储器电路中存储图像数据以便使用这个图像数据进行后续处理。记录的图像数据本身可以更永久地存储，或者一旦进一步处理时不再需要就被丢弃。“有序集合”具有它在集合理论中使用的常规意义，是涉及元素具有非模糊排序的集合，诸如例如以升序排序的自然数字的集合。

应当指出，“存储器”这个术语在本公开的上下文中等效于“计算机可存取存储器”，可以指代用于存储图像数据和对图像数据执行操作并且可由计算机系统存取的任何类型的临时或更持久的数据存储工作空间。存储器可以是非易失性的，例如使用诸如磁性或光学存储装置的长期存储介质。替代地，存储器可以具有更加易失的性质，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区或工作空间。显示数据例如典型地存储在临时存储缓冲区中，临时存储缓冲区与显示装置直接相关联，并且按需要周期性地刷新，以便提供所显示的数据。这个临时存储缓冲区也可以视为是存储器，按照该术语在本公开中使用的定义。存储器也用作数据工作空间，用于执行和存储计算和其它处理的中间和最终结果。计算机可存取存储器可以是易失性、非易失性或易失性与非易失性类型的混合组合。各种类型的计算机可存取存储器提供在系统各处的不同的组件上，以用于存储、处理、传递和显示数据和用于其它功能。

在一个实施例中，图4中示出的设备70，口腔内相机等等，可以在硬件或控制逻辑中实施相对于图3示出或描述的功能性和/或操作。虽然本文中描述为宽度为1个像素，但是在某些示例性实施例中群组索引图像52a和52b可以使用宽度为两个或更多个像素的线。

在一个实施例中，提供一种用于根据表面将传感器像素阵列映射成照明像素阵列的方法和/或设备，其至少部分地在计算机上执行，并且可以包含通过将传感器阵列上的多个像素中的每个像素分配给照明像素阵列上的群组的有序集合中的对应群组而形成群组映射，其中，每个群组具有由照明像素阵列上的p个邻近像素的集合限定的群组宽度，并且有序集合具有k个群组，这是通过如下方式来实现：将具有第一线图案的第一多群组索引图像和具有第二线图案的第二多群组索引图像投影到所述表面上，并且记录所述第一多群组索引图像和所述第二多群组索引图像，其中，在第一线图案和第二线图案中出现在相同位置的线相互均匀地隔开第一距离，所述第一距离是群组宽度p的第一倍数，其中，所述第一倍数是大于1的整数，并且仅仅出现在第一线图案或第二线图案中的线相互均匀地隔开第二距离，所述第二距离是群组大小的第二倍数，并且超过第一距离；将具有第三线图案的第三多群组索引图像和具有第四线图案的第四多群组索引图像投影到所述表面上，并且记录所述第三多群组索引图像和所述第四多群组索引图像，其中在第三线图案和第四线图案中出现在相同位置的线相互均匀地隔开第一距离，并且仅仅出现在第三线图案或第四线图案中的线相互均匀地隔开第二距离，所述第二距离超过第三距离；以及使第一多群组索引图像和第二多群组索引图像中的线与第三多群组索引图像和第四多群组索引图像中的线相关联，以生成用于所有的k个群组的群组映射，并且将所述关联性存储在计算机可存取存储器中。

本申请与共同转让的授予James Milch的美国第13/293,308号，名称为3-DINTRAORAL MEASUREMENTS USING OPTICAL MULTILINE METHOD(使用光学多线法的3D口腔内测量)相关，该专利的全文通过引用结合在此。

虽然相对于一个或更多个实施方案说明了本发明，但是可以对所说明的示例进行更改和/或修改，而并不偏离随附权利要求书的精神和范围。另外，虽然本发明的特定特征可能是相对于几个实施方案中的一个公开的，但是这样的特征可以与可能对于任何给定或特定功能期望的和有利的其它实施方案的一个或更多个其它特征组合。“中的至少一个”这个术语是用于表示可以选择列出的项目中的一个或更多个。“大约”这个术语是指列出的值可以在一定程度上更改，只要该更改不会导致所述处理或结构不符合所说明的实施例即可。最后，“示例性”是指该说明是用作一个示例，而不是暗示它是理想的。本领域的技术人员通过考虑说明书和实践本文中公开的本发明，将容易明白本发明的其它实施例。因此，这里公开的实施例在所有方面视为说明性而不是限制性的。本发明的范围通过随附权利要求书指示，并且属于随附权利要求书的等效物的含义和范围内的所有改变都意在包含于其中。

Claims (15)

1.一种用于根据表面将传感器阵列映射到照明像素阵列的方法，所述方法至少部分地在计算机上执行并且包括：

通过将所述传感器阵列上的多个像素中的每个像素指派给所述照明像素阵列上的群组的有序集合中的对应群组而形成群组映射，其中每个群组具有由所述照明像素阵列上的p个邻近像素的集合限定的群组宽度，并且所述有序集合具有k个群组，这是通过如下方式来实现：

将具有第一线图案的第一多群组索引图像和具有第二线图案的第二多群组索引图像投影到所述表面上，并且记录所述第一多群组索引图像和所述第二多群组索引图像，其中，在所述第一线图案和所述第二线图案中出现在相同位置的线相互均匀地隔开第一距离，所述第一距离是群组宽度p的第一倍数，其中，所述第一倍数是大于1的整数，并且仅仅出现在所述第一线图案或所述第二线图案中的线相互均匀地隔开第二距离，所述第二距离是群组大小的第二倍数，并且超过所述第一距离；

将p个多线图像的集合的子集投影到所述表面上，并且记录该子集，其中每个多线图像在每个群组内投影一条线，并且其中所述p个多线图像的子集中的每一个中的所述投影的线均匀地间隔开p个像素的群组宽度；以及

使所述记录的多线图像中的一个中的线与来自所述第一和第二多群组索引图像的线相关联，以便生成所有k个群组的所述群组映射，并且在计算机可存取存储器中存储所述关联性。

2.如权利要求1所述的方法，其中使线相关联包括：

使所述第一多群组索引图像中的线与所述第二多群组索引图像中的线相关联以生成映射群组的第一集合；以及

使所述映射群组的第一集合的线与所述记录的多线图像的子集的至少一个成员中的线相关联。

3.如权利要求2所述的方法，还包括检验在所述记录的多线图像中的一个或更多个中的预定位置处的线的存在和在所述映射群组的第一集合中的其它位置处的线的不存在。

4.如权利要求1所述的方法，还包括显示所述第一多群组索引图像、所述第二多群组索引图像或所述记录的多线图像中的一个或更多个。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二距离是所述第一距离的两倍。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述照明像素阵列是液晶装置或数字微镜阵列装置。

7.如权利要求1所述的方法，其中形成所述群组图还包括投影和记录至少一个暗场图像和至少一个扁平场图像。

8.如权利要求1所述的方法，还包括根据所述记录的多线图像和所有k个群组的所述群组映射计算和显示表面轮廓数据。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述p个多线图像的集合的所述子集由单个多线图像组成。

10.一种用于提供表面轮廓图像的方法，所述方法至少部分地通过计算机执行并且包括：

通过将传感器阵列上的多个像素中的每个像素指派给照明像素阵列上的群组的有序集合中的对应群组而形成群组映射，其中每个群组具有由所述照明像素阵列上的p个邻近像素的集合限定的群组宽度，并且所述有序集合具有k个群组，这是通过如下方式来实现：

投影和记录具有第一线图案的第一多群组索引图像和具有第二线图案的第二多群组索引图像，其中存在有在所述第一线图案和所述第二线图案中出现在相同位置的线，并且其中在第一图案和第二图案中都出现的线相互均匀地隔开第一距离，所述第一距离是群组宽度p的第一倍数，其中，所述第一倍数是大于1的整数，并且仅仅出现在所述第一图案或所述第二图案中的线相互均匀地隔开第二距离，所述第二距离是群组大小的第二倍数，并且超过所述第一距离；

投影和记录p个多线图像的集合的子集，其中每个多线图像在每个群组内投影一条线，并且其中所述p个多线图像的子集中的每一个中的所述投影的线均匀地间隔开p个像素的宽度；

使所述多线图像中的一个中的线与来自所述第一和第二多群组索引图像的线相关联，以便生成所有k个群组的所述群组映射，并且在计算机可存取存储器中存储所述关联性；

从p个多线图像的所述投影的子集中检测峰位置，并且根据所述峰位置和群组映射形成所述表面轮廓图像；以及

显示所述表面轮廓图像。

11.如权利要求10所述的方法，其中使线相关联包括：

使所述第一多群组索引图像中的线与所述第二多群组索引图像中的线相关联以生成映射群组的第一集合；以及

使所述映射群组的第一集合的线与所述记录的多线图像中的所述一个多线图像中的线相关联。

12.如权利要求10所述的方法，还包括检验所述记录的多线图像中的所述一个多线图像上的线的存在和所述映射群组的第一集合中的线的不存在。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述照明像素阵列是液晶装置或是数字微镜阵列装置。

14.如权利要求10所述的方法，其中形成所述群组图还包括获得和记录至少一个暗场图像和至少一个扁平场图像。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述p个多线图像的集合的所述子集由单个多线图像组成。

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