CN107072530A - 使用激光投影的牙齿表面成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于获得牙齿的轮廓图像的口内成像设备，所述口内成像设备具有条纹图案发生器，所述条纹图案发生器可激励来发出条纹图案照射。所述条纹图案发生器具有：(i)至少一个结构化光源，所述结构化光源可激励来发出图案化光束；(ii)至少一个反射元件，所述反射元件处于所述所发出的图案化光束的路径中，并且可致动而围绕轴线旋转以沿牙齿表面扫描所述所发出的图案化光束作为条纹图案照射。检测器被配置为从所述牙齿表面获取所述条纹图案照射的一个或多个图像。控制逻辑处理器被配置为控制所述条纹图案发生器来照射所述牙齿并获取和处理由所述检测器获取的所述一个或多个图像。

Description

使用激光投影的牙齿表面成像设备
技术领域
本公开大体上涉及使用结构化光的诊断成像的领域，并且更具体地涉及一种用于使用来自扫描结构化光源的条纹图案投影的牙齿和其它结构的表面的三维成像的方法。
发明背景
条纹投影成像使用图案化或结构化光来获得对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的图案从给定方向朝对象表面投影。来自该表面的投影图案随后从另一方向作为轮廓图像被查看，从而利用三角测量以便基于轮廓线的外观分析表面信息。典型地将相位偏移施加作为条纹投影成像的一部分，其被使用以便完成对表面的轮廓映射并且增加轮廓图像中的总分辨率，在相位偏移时空间上递增地移位投影图案用于在新的位置处获得额外测量。
条纹投影成像已有效地用于固态、高度不透明的对象的表面轮廓成像，并且已用于为人体的一些部分成像表面轮廓并且用于获得有关于皮肤结构的详细数据。然而，多个技术障碍已妨碍了牙齿的条纹投影成像的有效使用。对牙齿表面成像的一个特定挑战涉及牙齿半透明性。半透明或不完全半透明(semi-translucent)材料通常被认为对条纹投影成像来说是特别麻烦的。半透明结构中的子表面散射可以减小总信噪(S/N)比并使光强转变，从而导致不准确的高度数据。另一问题涉及各种牙齿表面的高度的反射。高度反射材料，尤其空心反射结构可有效地减小这种类型的成像的动态范围。
从光学角度看，牙齿本身结构呈现对条纹投影成像的多个额外挑战。如前所述，穿过牙齿表面下方的光趋于在半透明的牙齿材料内经历显著散射。此外，也会发生从牙齿表面下方的不透明特征来进行的反射，从而增加使所感测的信号衰减的噪声并且因此使牙齿表面分析的任务进一步复杂化。
一种已尝试来使条纹投影可用于牙齿轮廓成像的纠正措施是涂敷改变牙齿表面本身的反射特性的涂层。在此，为了补偿由牙齿的相对半透明性所导致的问题，多个常规牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像前，将涂料或反射粉末施加到牙齿表面上。出于条纹投影成像目的，该增加的步骤增强牙齿不透明度并消除或减小更早前指出的散射光效应。然而，该类型的方法存在缺陷。施加涂层粉末或液体的步骤增加牙齿轮廓成像过程的成本和时间。因为涂层厚度在整个牙齿表面上常是不均匀的，所以易于造成测量误差。更重要地，在所施加的涂层促进轮廓成像的同时，其会趋于掩盖有关于牙齿的其它问题，并且可能因此减小可获得的信息的总量。
然而，即使在牙齿的涂层或其它类型表面修整被使用的地方，由于牙齿表面的明显的轮廓，结果可能是令人失望的。可能难以提供足量的光到所有牙齿表面上并且感测从所有牙齿表面反射回的光。牙齿不同表面可定向为相对于彼此成90度，使得难以引导足够的光用于准确地使牙齿所有部分成像。另外，难以从足够紧凑以配合到患者口部中的相机将清晰地聚焦的图案投影到牙齿表面上。
已有使结构化光表面轮廓成形技术适于牙齿结构成像问题的许多尝试。例如，Massen等人的名称为“用于牙齿的三维测量的光探头和方法(Optical Probe and Methodfor the Three-Dimensional Surveying of Teeth)”的美国专利号5,372,502描述使用LCD矩阵以形成用于投影到牙齿表面上的条形图案。类似方法在O’Keefe等人的名称为“用于3D成像相机的前端(Front End for 3-D Imaging Camera)”的美国专利申请公开2007/0086762中描述。Trissel的名称为“用于口内扫描的偏振复用器和方法(PolarizingMultiplexer and Methods for Intra-Oral Scanning)”的美国专利第7,312,924号描述用于使用三角测量和偏振光对牙齿表面轮廓成形的方法，但是需要施加荧光涂层进行操作。类似地，Pfeiffer等人的名称为“尤其出于牙科目的的用于记录表面结构的3D相机(3-DCamera for Recording Surface Structures,in Particular for Dental Purposes)的美国专利号6,885,464公开使用三角测量但也需要将不透明的粉末施加到牙齿表面以用于成像的牙科成像设备。Pfeiffer等人的美国专利6,885,464描述提供一组光束以用于成像的口内相机。Lim的专利申请WO 2011/145799描述一种使用扫描激光器光的3D扫描仪。
可以了解，提供对牙齿的准确表面轮廓成像而不需要为此目的施加牙齿表面的增加涂层或其它修整的设备和方法将有助于加速可重构牙科学并且可有助于减少常规方法的固有成本和不便，诸如用于获得牙冠、植入物或其它修复结构的铸件或其它表面轮廓的那些。
发明概要
本发明的目标在于改进用于口内评估的牙科成像的技术。本发明的特征在于它施加光，该光具有良好聚焦并且亮度足以进行牙齿轮廓成像任务。
由本发明的设备和方法提供的优点涉及经改进的牙齿表面成像，并且相较常规轮廓成像方法来说成本较低。不像常规方法，例如，无需向牙齿施加粉末或其它不透明的物质作为轮廓成像准备步骤。
这些目标仅借助于说明性实例给出，并且此类目标可为本发明的一个或多个实施方案的示例。本领域的技术人员可想出或清楚固有地由本发明实现的其它期望的目标和优点。本发明由随附的权利要求书限定。
根据本公开的一个方面，提供一种用于获得牙齿的轮廓图像的口内成像设备，所述设备包括：
条纹图案发生器，所述条纹图案发生器可激励来发出条纹图案照射，所述条纹图案发生器包括：
(i)至少一个结构化光激光二极管，所述结构化光激光二极管可激励来发出图案化光束；
(ii)至少一个反射元件，所述反射元件处于所述所发出的图案化光束的路径中，并且可致动而围绕轴线旋转来沿所述牙齿表面扫描所述所发出的图案化光束作为条纹图案照射；
检测器，所述检测器被配置为从所述牙齿表面获取所述条纹图案来照射的一个或多个图像；
以及
控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器被配置为控制所述条纹图案发生器来照射所述牙齿并获取和处理由所述检测器获取的所述一个或多个图像。
附图简述
如附图中所示，在以下对本发明的实施方案的更具体地的描述中，本发明的前述及其它目的、特征和优点将会显而易见。
各附图的元件并不一定相对于彼此成比例。为了强调基本的结构关系或操作原理，一定程度夸张可能是必需的。为了简化描述，在附图中没有示出实现所描述的实施方案将需要的一些常规部件，诸如用于提供功率、用于封装和用于安装和保护系统光学器件的支持部件。
图1A示出用于牙齿的轮廓成像的口内成像设备。
图1B示出使用相机获得用于牙齿的轮廓成像的条纹图案。
图2是示出根据本公开的实施方案的口内成像设备的示意性方框图，其包括了相机的部件。
图3是示出口内成像设备的示意性方框图，其包括了相机条纹发生器的部件。
图4是相机的剖切图。
图5A是示出投影图案的平面图。
图5B示出牙齿模型上的投影图案。
图6示出扫描设备，所述扫描设备具有可围绕正交轴旋转的镜子。
图7A-7D示出扫描设备，所述扫描设备具有可围绕单个轴线旋转并以多个角度增量中的每者投影出线的镜子。
图8是示出用于在图案生成和成像期间形成每一个线的图像捕获、镜子转位和激光照射的相对定时的时序图。
图9示出使用条纹图案结果来计算的示例性牙齿表面。
图10是示出根据本公开的替代实施方案的口内成像设备的示意图。
图11A-11E示出根据本公开的实施方案的可用于条纹图案投影的替代图案。
详细描述
以下是示例性的实施方案的详细描述，参考附图，其中相同参考数字标识若干附图中的每者中的相同结构元件。
当在本公开上下文中使用它们时，术语“第一”、“第二”等等不一定指任何顺序、序列或优先级关系，而仅用于更清楚地区分各个步骤、元素或元素集合，除非另有指明。
如本文所使用，术语“可激励的”涉及在接收功率时并任选地在接收使能信号时执行指示功能的装置或一组部件。术语“可致动的”具有其常规的含义，从而涉及例如能够响应于刺激(诸如响应于电信号)来实现动作的装置或部件。
在本公开上下文中，术语“条纹图案照射”用于描述用于条纹投影成像或“轮廓”成像的结构化照射的类型。条纹图案本身可以包括一个或多个线、圆圈、曲线或其它几何形状作为图案特征，这些线、圆圈、曲线或其它几何形状分布在被照射的区域上并且具有预定的空间和时间频率。用于轮廓成像的一种示例性类型的条纹图案是投影到相关表面上的均匀地间隔的光线的图案。
当结构化照射的图案中的两条光线、光线的一部分或其它特征在它们线宽跨线长为相同(在偏差不超过+/-15％内)时，可以被认为是基本上“尺寸均匀”的。如随后更详细地描述的，结构化照射的图案的尺寸均匀性用于维持均匀空间频率。
在本公开上下文中，如果线的曲率半径小于图像长度或宽度尺寸，那么该线可以被认为是弯曲的线。
术语“结构化光激光器”是指包括用于发出图案化光束的整体光学器件的固态激光发射器，图案化光束会将光的图案投影到表面上，而非扫描由激光器本身产生并沿光轴平行引导所有发出的光的单个、薄的激光射束。一种熟悉类型的结构化光激光器是“线激光器”，这是一种具有光学器件的激光器，这些光学器件包括用于调节射束以投影线输出而非点输出的一个或多个光学元件。该结构化光激光器的光学元件通常会与激光器集成。
当在穿过光轴的横截面中考虑时，来自于激光光源的图案化光束投影有双向图案的输出射束。图案化光束将可见几何图案投影到在射束路径中沿光轴定位的表面上，其中表面至少部分地正交于光轴。所投影的几何图案在不平行于、或正交于光轴的至少一个方向上远离该激光器的光轴延伸。图案化光束可以提供作为线的图案，如随后描述的附图中所示的。或者，例如，图案化光束可以提供作为一组多个线的图案，或者提供作为曲线或一组多条曲线的图案，或者提供作为光点的图案的图案。
在本公开上下文中，术语“光学器件”通常用于指代用于成形光束的透镜和其它折射、衍射和反射部件。
如更早前在背景部分中指出，出于许多原因，用于条纹投影成像的常规方法通常对牙齿组织造成失望结果。本发明的设备和方法通过使用结构化光源和用于条纹图案生成和检测的单轴扫描方法而解决了在使用用条纹图案照射进行的条纹投影成像时获得牙齿的图像的问题。本公开的技术改进通向轮廓分明牙齿表面的光递送。
参考图1A，示出用于一个或多个牙齿20的轮廓成像的口内成像设备10，其包括了呈探头形式的口内相机18。相机18通过有线或无线数据通信信道来与计算机40通信，计算机会从所投影的条纹图案获得图像。计算机40处理图像并且提供可存储为数据文件并显示在显示器42上的输出图像数据。如图1B所示，相机18包括沿牙齿20的表面扫描线58或其它特征的所发出的图案54的投影仪，如插图B所示。相机18接着在扫描过程中周期性地捕获图像，以便获得多个图像，这些图像可组合以显示有关于牙齿表面的轮廓信息。本公开的轮廓成像部件可以结合在还提供使用反射图像或荧光成像的标准成像的相机中。根据本公开的实施方案，所发出的图案化光束沿牙齿表面的扫描是连续的，使得相机18以规则的间隔被致动来获得投影线的连续图像。根据本公开的替代实施方案，采用转位或步进序列，其中扫描图案54通过捕获连续图像形成，其中每个图像在图案投影在短的间隔内在一系列的均匀地间隔的位置中的每个位置处停止时获取。因此，对于图1B的示例扫描图案54，每个线58在不同时间(诸如间隔30毫秒)上分开地投影和成像，并且图像彼此配准并且进行组合。
参考图2的示意性方框图，更详细地示出用于使用结构化光照射从牙齿20获得表面轮廓信息的口内成像设备10的实施方案。在相机18中，条纹图案发生器12被激励以将结构化光形成为条纹图案照射，并且将因此而形成的结构化光来作为入射光朝具有沿照射路径86的射束方向或光轴A0的牙齿20投影。图案化光沿牙齿20的表面扫描。从牙齿20反射和散射的光通过成像透镜22被提供给检测器30。检测器30沿检测路径88安置在成像透镜22的图像平面处。控制逻辑处理器34接收来自于检测器30的反馈信息，并且其响应于该数据和其它数据，可致动而实现图案发生器12的操作，诸如改变所投影的图像的位置并周期性地捕获图像，如随后更详细地描述的。
用于条纹投影成像的控制逻辑处理器34的一个功能是递增地从条纹发生器12转变条纹图案位置并且触发检测器30以同步的方式捕获图像。两种基本模式都可用于条纹图案照射：
(i)连续扫描。可以连续扫描条纹图案，其中捕获随着扫描以递增的方式定时。
(ii)开始-停止扫描。或者，可以提供开始-停止定时布置，使得所扫描的图案化光源的递增移动在特定位置处暂时停止光源，从而在每个位置处捕获图像。
所捕获的图像随后彼此配准并组合以形成图案，诸如图5A所示的图案，用于计算有关于牙齿表面的三维信息。对于条纹投影方法，需要以快速连续的方式并利用相对于对象(牙齿)处于固定位置的相机来拍摄的多个图像，以便提供用于计算有关于对象的三维信息的足够信息。对于以上模式(i)或(ii)，使用轮廓成像领域中的技术人员所熟悉的技术，根据预定的条纹空间周期和时间周期来递增地转变所投影的图像的条纹的相对位置。为了获得图案，单独图像彼此配准，然后组合。
控制逻辑处理器34可为执行编程指令的计算机、微处理器或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进行信号通信。计算机40执行图像处理功能，图像处理功能利用由控制逻辑处理器34获得的数据提供展示牙齿20的表面轮廓和特征的图像。应当注意，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，或者可在这些控制逻辑装置之间共享。可替代地使用额外计算机装置(例如，本地或远程)来支持用于轮廓分析的各种计算功能。轮廓分析本身可以使用3D成像领域中的技术人员所熟悉的技术来以多种方式中的任一方式实现。
图3的示意性方框图更详细地示出相机18的条纹图案发生器12部件。结构化光激光器70可激励来沿光轴A0发出图案化激光束而穿过在图3中示意性地表示为透镜的任选射束成形光学器件28到达反射扫描元件32(诸如MEMS(微机电系统)调制器26)。可作为激光二极管24的一部分提供的集成透镜可以提供在结构化光激光器70中的激光成形光学器件28的功能。光成形光学器件可集成到激光二极管；或者，用于该光成形目的的光学部件可与激光二极管24分开。激光驱动器50控制激光器致动和定时，包括在使用先前所描述的开始/停止模式(ii)时，在扫描序列期间的适当点上打开和关闭结构化光激光器70。激光驱动器50会与控制逻辑处理器34信号通信。根据本公开的实施方案的MEMS调制器26(即，单轴镜子)用作反射扫描元件32，并以轮廓表征所需要的图案沿牙齿20的表面扫描激光射束。在一个实施方案中，激光二极管发出在400-700nm范围内的激光照射线。
根据本公开的实施方案，单轴扫描镜子的旋转轴基本上平行于所发出的激光射束线输出的长度尺寸，其中基本上平行的表示在偏差不超过约+/-20度的范围内平行。例如，激光射束线输出可垂直于保存图3的纸张。换句话说，所发出的线输出通过使用单轴扫描镜子进行扫描生成，单轴扫描镜子可激励来围绕基本上正交于光轴A0的轴线旋转以沿牙齿20表面引导所发出的光束作为条纹图案照射。在替代实施方案中，单轴扫描镜子的旋转轴不平行于所发出的激光射束线输出的长度尺寸。
根据本公开的替代实施方案，MEMS调制器26具有多反射器件的阵列，例如微镜阵列。MEMS调制器26可以控制成组微镜器件以利用这种布置来更改所投影的照射图案或其放置。
相机18是插入患者口部中的手持装置。图4的剖切侧视图示出根据本公开的实施方案的相机18的部件。控制逻辑处理器34是电子板44的一部分，电子板包括用于供电、使能和定时功能的其它支持电路。激光投影仪48包括结构化光激光器70和支撑电路，以及用于形成照射图案的光学器件部件。传感器组件36包含检测器30和相关部件。探头38包括放置在待成像的牙齿上方的光学部件，并且可以包括MEMS调制器26作为反射扫描元件32，如图所示。
常规条纹图案成像序列将一组多个平行光线投影到对象上。借助实例，图5A示出投影到牙齿上的照射线84的常规图案54。每个线84具有均匀长度尺寸L和非常小的射束宽度w。图5B示出由扫描的线图案54照射的牙齿20的一个实例。
在常规系统中，可以多种方式(诸如使用提供二维光图案的空间光调制器)形成图案54，使得同时投影多个照射线(如图5A所示)。在常规实践中，激光通常并不用于提供光线或提供的其它照射作为同时图案，因为激光器是点光源。为了利用点激光源形成图案54或其它类型的二维图案，需要沿两个轴线的扫描。沿第一轴线的扫描形成光线，诸如通过使用图5A的布置从顶部到底部快速扫描激光射束；为形成线，这个第一扫描轴线是正交于线长。沿正交于第一轴线的第二轴线来扫描递增扫描位置，以便形成平行于第一线的每个连续的照射线。两个互正交的扫描连续执行，其中一个扫描周期被认为是生成每个单独的线所需要的沿每个轴线的扫描移动。可理解地，这种双轴扫描序列使扫描光学器件的设计变得复杂，其中反射用于提供扫描功能。定时也很复杂，因为形成线的扫描活动必须在检测器的捕获周期内发生。也就是说，在使用单个镜子或其它反射表面的情况下，镜子或反射扫描表面必须能够相对于两个正交轴来枢转或旋转。如前所述，获得并且组合各个图像。
用于提供图5A的扫描的平行线的一个替代方案是使用两个反射表面来扫描点光源。图6示出了使用在相对于互正交的轴线旋转的一对单轴镜子56a和56b之间的反射来形成照射图案54的替代布置。激光二极管24朝相对于轴线A1旋转的镜子56a发出射束。轴线A1平行于图案54中的线58的长度方向。光从镜子56a反射到镜子56b。镜子56b在正交于轴线A1的轴线A2上旋转。正如单个镜子情况那样，图6布置是复杂的，因为使用了点光源，即，激光二极管24。镜子56a和56b必须正确地定位和对准，以便生成适当照射图案54。当点激光源与在正交轴上旋转的多个镜子一起使用时需要精确定时。
为了避免提供镜子的围绕两个正交轴进行的协调移动的复杂性，本公开的实施方案结合线激光器或其它类型的结构化光激光器70而解决了使用单轴反射器来生成图案54的问题。线激光器通过在激光输出端处使用合适光学器件来从激光源生成激光照射线。如前指出，所发出的光线沿正交于光轴A0的方向延伸。
对于本公开的实施方案，可以使用单线激光源投影图5A的图案54，其中激光线沿牙齿表面的反射递增地转变以捕获多个图像并且结合由此而获得的多个图像。在这个实施方案中，单个线84以分开地投影和捕获每个线的快速重复序列一次成像。在该成像期间，相机被保持在固定位置。接着，将已获取的多个单线图像组合以形成图5A中所示的那样作为复合图像。在一种形式中，连续捕获多个照射线，并且配准图像，并且接着将图像组合以提供图5A的多线图像图案54。然而，用于捕获多个线或其它照射图案的替代布置是可能的，如随后更详细地描述的。
图7A、图7B、图7C和图7D的示意图示出作为线激光器的结构化光激光器70，其将光线引向单轴镜子，即，MEMS调制器26的反射扫描元件32。反射扫描元件32将光线反射到待成像的对象的表面60上，诸如牙齿表面。反射扫描元件32的在轴线A2上的递增旋转与结构化光激光器70的对应开/关循环同步。在图7A-7D中示出连续地旋转到相对于轴线A2的角度θ0、θ1、θ2、θ3。这个序列一次形成图案54的一个线，如由连续的线84a、84b、84c和84d所示。
扫描定时
通过激光驱动器50(图3)执行用于条纹图案照射的结构化光激光器70定时和反射扫描元件32旋转的控制和协调。可以了解，对于参考图7A-7D来描述的一般序列来说，许多变化是可能的。可以针对成像序列适当调整结构化光激光器70激励和来自于检测器30的图像捕获的定时。例如，可有效地相继一次或多次地连续扫描牙齿，并且以任何顺序来获得图像并对它们进行分组以供处理，只要为轮廓成像计算而获得足够数量图像即可。
根据本公开的实施方案，参考7A-7D来描述的扫描序列非常快地执行，使得由检测器30捕获的单个图像能够包括多个线58，或甚至是包括图案54的所有的投影线58。对于这个序列，操作人员将相机18定位在待成像的牙齿20附近，并且发出获得轮廓图像以用于分析的指令。图7A-7D中所示的扫描序列非常快地执行，使得具有多个投影的照射线的牙齿的单个图像是由相机18在该位置获取。因此，例如，作为单个指令结果，单个图像捕获可以包括50个或更多个扫描线。或者，可以获得多个图像，使得每个所捕获的图像具有单个投影线或具有两个或更多个投影的照射线58。在需要多个图像情况下，用于多个图像的配准的方法对于成像领域中的技术人员是熟悉的。
可以执行图7A-7D中示出的序列，以便形成相邻线58；然而，线58可以任何顺序生成，使得两条在空间上相邻的线58可能不以时间相继方式形成。根据本公开的实施方案，以随机的方式生成线58，使得线1,2...n不会相继生成。例如，该类型的布置可以用于帮助减少噪声影响，或者帮助补偿患者移动。根据本发明的替代实施方案，在第一图像(例如，线1,3,5,7...(n-1))中生成和捕获每隔一行的线；接着，在第二图像(例如，线2,4,6,8,...(n))中生成和捕获该系列的交替的线。然后，第一图像和第二图像可以彼此配准并组合和用于轮廓图像处理。
图8的时序图示出用于在图案生成和成像期间形成每一条线58的图像捕获、镜子转位和激光照射的相对定时。在时序图90中，在时间t0，激励(开)激光器，并且激光线照射反射扫描元件32；当已经激励激光器并且记录第一个线58时，启用(开)图像捕获。在时间t1，将激光器去激励(关)，并且MEMS调制器26通过转位信号致动(开)将反射扫描元件32旋转到其用于形成下一个线58的位置。在时间t2，重新激励激光器以为下一个线提供照射。这个相同循环重复按照需要重复数次，以便形成用于条纹图案照射的线58的图案54。
根据本公开的替代实施方案，图像捕获序列包括用于在扫描成像序列期间检测患者移动的逻辑。可以多种方式执行移动检测，例如，包括通过在成像周期期间对相同图像内容的重复的投影和捕获。
基于所投影的图案54的所获取的图像，计算机40接着生成有关于牙齿的轮廓信息，如图9的轮廓图像实例中所示。
检测器30被配置为从牙齿表面获取条纹图案照射的一个或多个图像。本文所述实施方案中的检测器30可为多种类型图像感测阵列中的任何一种。例如，检测器30可为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。相机光学器件还可包括处于投影或检测路径中的滤光器、偏振器和其它部件。
在本发明的一个实施方案中，成像设备以手持探头的形式封装，其可容易定位在患者口部中，而很少或没有不舒适感。
应当注意，结构化光激光器70因通常集成到激光器封装的激光成形光学器件而具有线激光器形式。激光成形光学器件可以包括各种类型透镜、孔和用于调节激光输出射束的形状的其它装置。根据本公开的替代实施方案，激光成形光学器件用于将激光射束形成为包括跨射束长度的宽度尺寸的变化的图案。例如，也可跨其长度中断射束，诸如生成虚线或其它图案。
根据本发明的替代实施方案，可以使用多个激光二极管光源来为表面轮廓成像提供照射。参考图10，示出具有两个结构化光激光器70a和70b的相机18的实施方案，可交替地或同时地激励两个结构化光激光器以向有不同特性的照射路径86提供图案化照射。激光驱动器50交替地或同时地激励结构化光激光器70a和70b，以便通过分束器46来将它们各自的光线或光的其它图案引向MEMS调制器26。在图10中所示的实施方案中，分束器46透射从激光器70a发出的光波长并且反射来自于激光器70b的光。可以类似方式组合多于两个激光二极管，以便提供彩色光或用于成像的其它有用特性。
结构化光激光器70可以提供输出射束，输出射束沿投影表面来提供单个光线，如本文中参考图3所述。然而，其它图案是可能的，并且可利用一些类型结构化光激光二极管来提供。图11A-11D示出可提供的许多可能投影图案中的几个投影图案。图11A示出虚线图案76a。图11B示出具有同时地投影的多条线的图案76b。图11C示出具有两个正交线的十字图案76c。图11D示出同心圆的图案76d，这是一个具有弯曲的线的图案的实例；在此，圆圈的段可以被认为是逐段地平行的。图11E示出具有两个或更多个点的二维图案76e。
使用本发明的设备和方法来获得的表面轮廓图像可以多种方式来处理和使用。轮廓数据可以显示出来，并且可以输入到系统中来处理和生成修复结构，或者可以用于检验牙科器具的实验室技术员或其它制造人员的工作。这种方法可以用作减少或消除对在一些条件下获得印模的需要的系统或程序的一部分，从而减少总体牙齿护理费用。因此，使用该方法和设备来执行的成像可以帮助实现优异装配假体装置，这种装配假体装置需要很少或不需要牙科医师来调节或装配。从另一方面看，本发明的设备和方法可以用于对牙齿、支撑结构和咬合状况的长期跟踪，以有助于诊断和防止更严重的健康问题。总体上，使用这种系统所产生的数据可以用于帮助改进在患者和牙科医师之间以及在牙科医师、工作人员和实验室设施之间的通信。
有利地，本发明的设备和方法提供用于对牙齿和其它牙齿特征的3D成像的口内成像系统，这种口内成像系统无需使用特殊粉末或对牙齿表面施加一些其它临时涂层。在一个实施方案中，系统提供在25-50μm范围内的高分辨率。
根据本发明的实施方案，计算机程序利用对从电子存储器存取的图像数据执行的所存储的指令。如图像处理领域中的技术人员可了解，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由合适通用计算机系统(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都可用于执行本发明的计算机程序，例如，包括联网处理器布置。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。这种介质可以包括例如：磁性存储介质，诸如磁盘，诸如硬盘驱动器或可移动装置货磁带；光学存储介质，诸如光盘、光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)；或者用于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也可存储在计算机可读存储介质上，计算机可读存储介质借助于因特网或其它网络或通信介质连接到图像处理器。本领域的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物也可在硬件中构建。
应当注意，在本公开上下文中，等效于“计算机可存取存储器”的术语“存储器”可指用于存储和操作图像数据并可由计算机系统访问的任何类型临时或更持久数据存储工作空间，包括数据库。存储器可以是非易失性的，使用例如长期存储介质，诸如磁性存储器或光学存储器。或者，在使用电子电路(诸如随机存取存储器(RAM)，RAM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)时，存储器可以具有更易失性性质。显示数据例如通常存储在临时存储缓冲器中，临时存储缓冲器直接地与显示装置关联，并且按照需要周期性地刷新以便提供所显示的数据。如术语在本公开中使用的那样，该临时存储缓冲器也被认为是一种类型的存储器。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、非易失性或易失性和非易失性类型的混合组合。
将会理解，本发明的计算机程序产品可以利用众所周知的各种图像操纵算法和过程。将进一步理解，本发明的计算机程序产品实施方案可以实施对实现方案有用的在本文中未具体地示出或描述的算法和过程。此类算法和过程可以包括属于图像处理领域中的普通技术内的常规实用程序。此类算法和系统的额外方面、以及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作的硬件和/或软件在本文中未具体地示出或描述，并且可从本领域已知的此类算法、系统、硬件、部件和元件。
在一个实施方案中，一种用于获得牙齿的轮廓图像的口内成像设备可以设备包括：条纹图案发生器，所述条纹图案发生器可激励来发出条纹图案照射，所述条纹图案发生器包括：(i)至少一个结构化光激光器，所述结构化光激光器可激励来发出图案化光束；(ii)至少一个反射元件，所述反射元件处于所述所发出的图案化光束的路径中，并且可致动而围绕轴线旋转来朝牙齿表面扫描在至少一个方向上重复地移位的所述所发出的图案化光束作为条纹图案照射；检测器，所述检测器被配置为从所述牙齿表面获取所述条纹图案照射的一个或多个图像；以及控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器被配置为控制所述条纹图案发生器照射所述牙齿并获取和处理由所述检测器获取的所述一个或多个图像。在一个实施方案中，至少一个反射元件可以旋转、回旋或移位以扫描所发出的图案化光束。
虽然已相对于一个或多个实现方案示出了本发明，但是在不背离随附的权利要求书的精神和范围的情况下，可对所示实例做出改变和/或修改。例如，反射扫描元件32(图3)可以是棱镜或其它类型反射部件。另外，虽然已相对于若干实现方案中的一者而公开了本发明的特定特征，但是此类特征可与其它实现方案中的一个或多个其它特征组合，如对任何给定或特定的功能来说可为期望且有利的那样。术语“中的至少一个”用于表示可以选择所列的项中的一个或多个。术语“约”指示所列的值可以稍作更改，只要更改不会导致过程或结构与所示实施方案不一致。最后，“示例性”表示描述用作实例，而非暗示描述是理想的。因此，目前所公开的实施方案在所有方面中都被认为是说明性的而不是限制性的。在考虑到本文所公开的本发明的说明书和实践的情况下，本发明的其它实施方案将对本领域的技术人员是显而易见的。本发明的范围是由随附的权利要求书指示，并且在其等效物的含义和范围内出现的所有变化旨在都涵盖在其中。

Claims (10)

1.一种用于获得牙齿的轮廓图像的口内成像设备，所述设备包括：
条纹图案发生器，所述条纹图案发生器可激励来发出条纹图案照射，所述条纹图案发生器包括：
(i)至少一个结构化光激光器，所述结构化光激光器可激励来发出图案化光束；
(ii)至少一个反射元件，所述反射元件处于所述所发出的图案化光束的路径中，并且可致动而围绕轴线旋转来朝牙齿表面扫描所述所发出的图案化光束作为条纹图案照射；
检测器，所述检测器被配置为从所述牙齿表面获取所述条纹图案照射的一个或多个图像；以及
控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器被配置为控制所述条纹图案发生器照射所述牙齿并获取和处理由所述检测器获取的所述一个或多个图像。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述图案化光束在所述牙齿表面上形成线。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述所发出的图案化光束形成同时具有两条或更多条基本上平行的线或具有两条或更多条弯曲的线的二维图案。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述所发出的图案化光束形成具有两个或更多个点的二维图案。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述反射元件是微机电系统装置或棱镜，并且其中所述检测器包括CMOS检测器和CCD检测器中的一者。
6.一种用于获得牙齿的轮廓图像的口内成像设备，所述设备包括：
条纹图案发生器，所述条纹图案发生器可激励来发出条纹图案照射，所述条纹图案发生器包括：
(i)至少第一激光二极管，所述第一激光二极管可激励来沿着光轴发出光束；
(ii)光学器件，所述光学器件处于来自所述第一激光二极管的所发出的光的路径中，其中所述光学器件使所述所发出的光束成形以提供线输出，其中所述线在正交于所述光轴的方向上延伸；
(iii)反射元件，所述反射元件处于所述所发出的线输出的路径中，并且可激励来围绕基本上正交于所述光轴的轴线旋转来沿牙齿表面引导所述所发出的光束作为条纹图案照射；
检测器，所述检测器被配置为从所述牙齿表面形成所述条纹图案照射的一个或多个图像；以及
控制逻辑处理器，所述控制逻辑处理器被配置为控制所述条纹图案发生器来照射所述牙齿并获取和处理由所述检测器获取的所述一个或多个图像。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述反射元件是微机电系统装置或棱镜，并且其中所述光学器件包括透镜。
8.如权利要求6所述的设备，其还包括：第二激光二极管，所述第二激光二极管可激励而以不同于所述第一激光二极管的波长的波长发出光束；以及分束器，所述分束器被安置来组合来自所述第一激光二极管和所述第二激光二极管的光以形成所述所发出的光束。
9.一种获得牙齿的轮廓图像的方法，所述方法至少部分地由计算机执行并且包括：
激励结构化光激光二极管以发出图案化光束；
沿牙齿表面扫描所述图案化光束作为条纹图案照射；
从所述牙齿表面形成所述条纹图案照射的一个或多个图像；
分析所述条纹图案照射的所述图像以得到牙齿轮廓信息；以及
根据所述分析显示所述牙齿轮廓信息。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述扫描所述图案化光束包括使至少一个单轴反射元件在所述所发出的图案化光束的路径中旋转以递增地转变所述所发出的图案化光束的反射，以便沿所述牙齿表面扫描所述所发出的图案化光束作为条纹图案照射。
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