CN110581951A - 口扫机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种口扫机及其控制方法，该方法包含：第一投影装置于完成开灯后，即触发第二投影装置启动开灯；该第一投影装置于启动开灯时，发出第一相机触发信号；第一延迟电路将该第一相机触发信号延迟至该第二投影装置完成开灯；及当第一相机及第二相机收到该延迟后的第一相机触发信号时，该第一相机及该第二相机开始曝光。本发明能够使用多个投影机及相机对口腔进行扫描，以辨识牙齿的正确三维位置资讯，本发明通过增设投影机及相机以增加了扫描区域，减少了扫描时间，从而提高了口扫机的扫描准确性及扫描效率。

Description

口扫机及其控制方法
技术领域
本发明涉及光学扫描技术领域，尤其涉及一种口扫机及其控制方法。
背景技术
口扫机利用激光快速扫描牙齿，再利用软件建立牙齿模型，提供医疗人员做模拟或其他用途。目前口扫机仅使用一个投影机及一个相机扫描多颗牙齿，造成扫描区域小且扫描速度慢。
因此，有必要设计一种新型的口扫机及其控制方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种口扫机及其控制方法，其能够将多组投影机与相机设置于口扫机内以进行口腔扫描。
为达到上述目的，本发明提供了一种口扫机的控制方法，该方法包含：第一投影装置于完成开灯后，即触发第二投影装置启动开灯；该第一投影装置于启动开灯时，发出第一相机触发信号；第一延迟电路将该第一相机触发信号延迟至该第二投影装置完成开灯；及当第一相机及第二相机收到该延迟后的第一相机触发信号时，该第一相机及该第二相机开始曝光，
较佳的，该“第一投影装置于完成开灯后，即触发该第二投影装置启动开灯”包含：该第一投影装置于完成开灯后，即传送第一投影触发信号至该第二投影装置；及当该第二投影装置收到该第一投影触发信号后，该第二投影装置启动开灯。
较佳的，该第一投影装置启动开灯至完成开灯需要第一时段；该第二投影装置启动开灯至完成开灯需要第二时段；及该第一延迟电路延迟该第一相机触发信号的时间大于该第一时段及该第二时段的总和。
较佳的，该方法还包含：当该第一相机及该第二相机完成撷取影像后，关闭该第一投影装置、该第二投影装置、该第一相机及该第二相机；当该第一投影装置关闭时，触发第三投影装置启动开灯；该第三投影装置于完成开灯后，即触发第四投影装置启动开灯；该第三投影装置于启动开灯时，发出第二相机触发信号；第二延迟电路将该第二相机触发信号延迟至该第四投影装置完成开灯；及当第三相机及第四相机收到该延迟后的第二相机触发信号时，该第三相机及该第四相机开始曝光。
较佳的，该第一投影装置投影的第一预设图案与该第三投影装置投影的第三预设图案交错，该第二投影装置投影的第二预设图案与该第四投影装置投影的一第四预设图案交错。
此外，本发明还提供一种口扫机，该口扫机包含：第一投影装置，用以投影；第二投影装置，耦接于该第一投影装置，用以投影；第一延迟电路，耦接于该第一投影装置，用以延迟该第一投影装置发出的第一相机触发信号；第一相机，耦接于该第一延迟电路，用以撷取影像；及第二相机，耦接于该第一延迟电路，用以撷取影像；其中，当该第一投影装置于完成开灯后，会触发该第二投影装置启动开灯，当该第一投影装置于启动开灯时，会发出第一相机触发信号，该第一延迟电路会将该第一相机触发信号延迟至该第二投影装置完成开灯，且当该第一相机及该第二相机收到该延迟后的第一相机触发信号时，该第一相机及该第二相机会开始曝光。
较佳的，该口扫机还包含：反相器，耦接于该第一投影装置；第三投影装置，耦接于该反相器，用以投影；第四投影装置，耦接于该第三投影装置，用以投影；第二延迟电路，耦接于该第三投影装置，用以延迟该第三投影装置发出的一第二相机触发信号；第三相机，耦接于该第二延迟电路，用以撷取影像；及第四相机，耦接于该第二延迟电路，用以撷取影像；其中，当该第一投影装置关闭时，该反相器触发该第三投影装置启动开灯，该第三投影装置于完成开灯后，即触发该第四投影装置启动开灯，该第三投影装置于启动开灯时，发出该第二相机触发信号，该第二延迟电路将该第二相机触发信号延迟至该第四投影装置完成开灯，且当该第三相机及该第四相机收到该延迟后的第二相机触发信号时，该第三相机及该第四相机开始曝光
较佳的，该第一投影装置投影的第一预设图案与该第三投影装置投影的第三预设图案交错，该第二投影装置投影的第二预设图案与该第四投影装置投影的第四预设图案交错。
较佳的，该第一投影装置启动开灯至完成开灯需要第一时段；该第二投影装置启动开灯至完成开灯需要第二时段；及该第一延迟电路延迟该第一相机触发信号的时间大于该第一时段及该第二时段的总和。
较佳的，该第一投影装置的投影频率小于或等于该第一时段、该第二时段及该第一相机曝光时段的总和的倒数。
与现有技术相比，本发明提供的口扫机及其控制方法能够使用多个投影机及相机对口腔进行扫描，以辨识牙齿的正确三维位置资讯，本发明通过增设投影机及相机以增加了扫描区域，减少了扫描时间，从而提高了口扫机的扫描准确性及扫描效率。
附图说明
图1为本发明实施例的提供的口扫机的方块图；
图2为本发明实施例提供的口扫机中选定信号的时序图；
图3为本发明实施例提供的口扫机的控制方法的流程图；
图4为本发明另一实施例提供的口扫机的方块图；
图5为本发明另一实施例提供的口扫机中选定信号的时序图；
图6为本发明另一实施例提供的口扫机的控制方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的口扫机中延迟电路的电路图；
图8为本发明实施例提供的口扫机中反相电路的电路图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
图1为本发明实施例中一种口扫机1的方块图。口扫机1可使用二个投影装置及二个相机以辨识待测物的三维位置资讯，同时增加扫描区域及减少扫描时间。
口扫机1可包含投影装置10、12、相机16、18及延迟电路14。投影装置10可耦接于投影装置12及延迟电路14。延迟电路14可分别耦接于相机16、18。当口扫机1运作时，投影装置10、12可分别投影预定图案内相邻的第一部份及第二部份至待测物，例如多颗牙齿上。相机16、18可分别撷取预定图案中第一部份及第二部份投射在待测物上的影像。投影装置10可触发投影装置12进行投影及同步相机16、18进行取像，以确保投影装置10、12投影同一张预定图案及相机16、18正确撷取投影的预定图案。预定图案可为结构光图案，例如格纹、条纹、圆形、交叉图案、灰度编码图案、颜色编码图案、其他编码图案或随机图案。预定图案投射到具有不同形状、纹路及/或深度的待测物的表面上时会产生形变，相机16、18撷取的影像可分别显示形变的预定图案中的第一部份及第二部份。口扫机1可比较相机16、18撷取的影像及原始的预定图案以得出待测物表面的三维位置资讯。
当收到初始信号Sini后，投影装置10可启动开灯并发出相机触发信号Stric1至延迟电路14。当投影装置10完成开灯后，可传送投影装置触发信号Strip1以触发投影装置12启动开灯。延迟电路14可将相机触发信号Stric1延迟至投影装置12完成开灯，且当相机16、18收到延迟后的相机触发信号Stric1’时，相机16、18可开始曝光。在投影时，投影装置10启动开灯至完成开灯可需要第一时段，投影装置12启动开灯至完成开灯可需要第二时段。当投影装置10及投影装置12实质上相同时，第一时段的长度可实质上等于第二时段的长度。延迟电路14延迟相机触发信号Stric1的时间可大于第一时段及第二时段的总和。在取像时，相机16、18可需要曝光时段进行曝光以撷取投影的预定图案中各自第一部份及第二部份。当相机16及相机18实质上相同时，相机16、18所需要之曝光时段可实质上相同。当相机16及相机18不同时，相机16、18所需要的曝光时段可等于相机16、18中各自所需曝光时段中较大者。
图2为口扫机1使用的一些选定信号的时序图，上述选定信号可包含投影装置10、12的开灯信号及相机16、18的曝光信号。在时间t1，投影装置10收到初始信号Sini，投影装置10的开灯信号开始爬升。经过一段时间X后在时间t2，投影装置10完成开灯及投影预定图案的对应部分，并传送投影装置触发信号Strip1以触发投影装置12启动开灯，因此投影装置12的开灯信号开始爬升。时间X大于或等于投影装置10的第一时段。经过一段时间Y后在时间t3，投影装置12也完成开灯及投影预定图案的对应部分，相机16、18响应于相机16、18之的曝光信号开始曝光。时间Y大于或等于投影装置12的第二时段。经过一段时间Z后在时间t4，相机16、18完成曝光及撷取投影的预定图案，投影装置10的开灯信号、投影装置12的开灯信号及相机16、18的曝光信号被重设以关闭投影装置10、12及相机16、18。时间Z大于或等于相机16、18的曝光时段。口扫机1可需要时间X、Y、及Z的总和以完成投影及撷取预定图案。换句话说，投影装置10、12的投影频率小于或等于第一时段、第二时段及相机16、18的曝光时段总和的倒数。
图3显示口扫机1的控制方法3的流程图。控制方法3包含步骤S300至S308，用于同步第一组投影装置10、12进行投影及相机16、18进行取像。步骤S302用于触发投影装置12启动开灯，步骤S300、S304、S306用于同步相机16、18的取像，步骤S308用于关闭投影装置10、12及相机16、18。需要说明的是，任何合理的技术变更或是步骤调整都属于本发明所揭露的范畴。步骤S300至S308如下：
步骤S300，投影装置10于启动开灯时，发出相机触发信号Stric1；
步骤S302，投影装置10于完成开灯后，即触发投影装置12启动开灯；
步骤S304，延迟电路14将相机触发信号Stric1延迟至投影装置12完成开灯；
步骤S306，当相机16、18收到延迟后的相机触发信号Stric1’时，相机16、18开始曝光；
步骤S308，当相机16、18完成撷取影像后，关闭投影装置10、12及相机16、18。
步骤S300至S308的说明已于前文中详述，在此将不再赘述。藉由步骤S300至S308，投影装置10可触发投影装置12进行投影及同步相机16、18进行取像，因此可以正确辨识待测物的三维位置资讯，同时能够增加扫描区域及减少扫描时间。
较优地，口扫机1不受限于仅使用二个投影装置及相机，也可使用超过二个投影装置及相机。例如当口扫机1使用三个投影装置及相机时，投影装置10仍可于完成开灯后发出投影装置触发信号Strip1以同步其他2个投影装置进行投影，及于启动开灯时发出相机触发信号Stric1以同步3个相机的取像。口扫机1及控制方法3可藉由投影装置10触发投影装置12进行投影及同步相机16、18进行取像，不需搭载运算单元即可正确辨识待测物的三维位置资讯，同时能够增加扫描区域及减少扫描时间。
图4为本发明另一实施例中口扫机4的方块图，口扫机4可包含投影装置10、12、40、42、相机16、18、46、48、延迟电路14、44及反相电路49。投影装置10、12、40、42、相机16、18、46、48及延迟电路14、44可分为两组，轮流进行关于预定图案的二组交错(interleaved)图案的操作。投影装置10、12、相机16、18及延迟电路14可属于第一组，投射及取像预定图案中第一组交错图案；投影装置40、42、相机46、48及延迟电路44可属于第二组，投射及取像预定图案中第二组交错图案。第一组交错图案可包含第一预设图案及第二预设图案，及第二组交错图案可包含第三预设图案及第四预设图案。第一预设图案与第三预设图案交错，及第二预设图案与第四预设图案交错。第一组及第二组可透过反相电路49耦接。口扫机4中的投影装置10、12、相机16、18及延迟电路14的连接及运作和口扫机1相同，在此不再赘述。
投影装置10耦接于反相电路49。反相电路49耦接于投影装置40。投影装置40可耦接于投影装置42及延迟电路44。延迟电路44可分别耦接于相机46、48。第一组的投影装置10可通过反相电路49触发第二组的投影装置40进行投影。投影装置40可触发投影装置42进行投影及同步相机46、48进行取像以同步第三预设图案及第四预设图案的投影及取像。投影装置40、42可分别投影第三预设图案及第四预设图案至待测物上。相机46、48可分别撷取第三预设图案及第四预设图案投射在待测物上的影像。
当投影装置10关闭时，投影装置10可发送触发信号Stri2至反相电路49，例如在投影装置10关闭后即在触发信号Stri2中设定上升边缘或下降边缘。反相电路49可产生反相触发信号Stri2’，例如产生在触发信号Stri2中下降边缘或上升边缘以触发投影装置40启动开灯。投影装置40于完成开灯后，即可触发投影装置42启动开灯。当收到反相触发信号Stri2’后，投影装置40可启动开灯及发出相机触发信号Stric2至延迟电路44，延迟电路44可将相机触发信号Stric2延迟至投影装置42完成开灯。当相机46、48收到延迟后的相机触发信号Stric2’时，相机46、48可开始曝光。在投影时，投影装置40启动开灯至完成开灯可需要第三时段，投影装置42启动开灯至完成开灯可需要第四时段。当投影装置40及投影装置42实质上相同时，第三时段的长度可实质上等于第四时段的长度。延迟电路44延迟相机触发信号Stric2的时间可大于第三时段及第四时段的总和。在取像时，相机46、48可需要曝光时段进行曝光以撷取投影的第三预设图案及第四预设图案。当相机46及相机48实质上相同时，相机46、48所需要的曝光时段可实质上相同。当相机46及相机48不同时，相机46、48所需要的曝光时段可等于相机46、48中各自所需曝光时段中的较大者。
图5为口扫机4使用的一些选定信号的时序图，上述选定信号包含投影装置10、12、40、42的开灯信号及相机16、18、46、48的曝光信号。图5中的投影装置10、12的开灯信号及相机16、18的曝光信号的时序和图2相同，在此不再赘述。在时间t4，投影装置10关闭且反相电路49可通过反相触发信号Stri2’触发投影装置40启动开灯。当投影装置40收到反相触发信号Stri2’后，投影装置40的开灯信号开始爬升。经过一段时间X’后在时间t5，投影装置40完成开灯及投影第三预设图案，并传送投影装置触发信号Strip2以触发投影装置42启动开灯，因此投影装置42的开灯信号开始爬升。时间X’大于或等于投影装置40的第三时段。经过一段时间Y’后在时间t6，投影装置42也完成开灯及投影第四预设图案，相机46、48响应于相机46、48的曝光信号开始曝光。时间Y’大于或等于投影装置42的第四时段。经过一段时间Z’后在时间t7，相机46、48完成曝光及撷取第三预设图案及第四预设图案，投影装置40的开灯信号、投影装置42的开灯信号及相机46、48的曝光信号被重设以关闭投影装置40、42及相机46、48。时间Z’大于或等于相机46、48的曝光时段。口扫机4可需要时间X、Y、Z、X’、Y’、及Z’的总和以完成投影及撷取预定图案。换句话说，投影装置10、12、40、42的投影频率小于或等于第一时段、第二时段、第三时段、第四时段及相机16、18、46、48的曝光时段总和的倒数。
图6显示口扫机4的控制方法6的流程图。控制方法6包含步骤S600至S620，其中步骤S600至S606用于同步第一组投影装置10、12进行投影及相机16、18进行取像，步骤S608用于关闭投影装置10、12及相机16、18，步骤S610至S618用于同步第二组投影装置40、42进行投影及相机46、48进行取像，步骤S620用于关闭投影装置40、42及相机46、48。需要说明的是，任何合理的技术变更或是步骤调整都属于本发明所揭露的范畴。步骤S600至S620如下：
步骤S600，投影装置10于启动开灯时，发出相机触发信号Stric1；
步骤S602，投影装置10于完成开灯后，即触发投影装置12启动开灯；
步骤S604，延迟电路14将相机触发信号Stric1延迟至投影装置12完成开灯；
步骤S606，当相机16、18收到延迟后的相机触发信号Stric1’时，相机16、18开始曝光；
步骤S608，当相机16、18完成撷取影像后，关闭投影装置10、12及相机16、18；
步骤S610，当投影装置10关闭时，反相电路49触发投影装置40启动开灯；
步骤S612，投影装置40于启动开灯时，发出相机触发信号Stric2；
步骤S614，投影装置40于完成开灯后，即触发投影装置42启动开灯；
步骤S616，延迟电路44将相机触发信号Stric2延迟至投影装置42完成开灯；
步骤S618，当相机16、18收到延迟后的相机触发信号Stric1’时，相机16、18开始曝光；
步骤S620，当相机46、48完成撷取影像后，关闭投影装置40、42及相机46、48。
步骤S600至S620的说明已于前文中详述，在此将不再赘述。藉由步骤S600至S620，投影装置10可控制第一组投影装置12进行投影及相机16、18进行取像与第二组投影装置40、42进行投影及相机46、48进行取像，不需搭载运算单元即可正确辨识待测物的三维位置资讯，同时能够增加扫描区域及减少扫描时间。
较优地，口扫机4及不受限于仅使用二组投影装置及相机，也可使用超过二组投影装置及相机。在一些实施例中，当口扫机4使用三组投影装置及相机时，投影装置10可于完成第一组投影装置及相机的投影及取像后关闭并同时触发第二组投影装置及相机的投影及取像，投影装置40可于完成第二组投影装置及相机的投影及取像后关闭并同时触发第三组投影装置及相机的投影及取像，第一组、第二组及第三组投影装置及相机分别投影及取像的第一组、第二组及第三组预定图案可互相交错。
图7为口扫机1或4中的延迟电路14或44的电路图。延迟电路14或44由计时器芯片70实现。计时器芯片70可接收触发信号Sin，并延迟触发信号Sin一段延迟时间后产生延迟后的触发信号Sout。延迟时间的时间长度可由电阻72的电阻值R及电容74的电容值C的乘积决定。在一些实施例中，延迟时间的时间长度T可为1.1*R*C，即在收到触发信号Sin经过时间长度T之后，计时器芯片70可产生延迟后的触发信号Sout。
图8为口扫机4中的反相电路49的电路图，反向电路49可包含晶体管80、电阻82、84、供电电压端86及共同电压端88。晶体管80可为设置为共射极放大器中的双极性接面型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)，其可包含控制端、第一端及第二端。晶体管80的控制端通过电阻82接收输入信号A。晶体管80的第一端可通过电阻82接收供电电压端86，及输出反相的输入信号A作为输出信号OUT。晶体管80的第二端可耦接于共同电压端88。供电电压端86可提供供电电压。共同电压端88可提供接地电压。
综上所述，口扫机1、4及其控制方法3、6使用口扫机1、4中的投影装置10同步其他投影装置及相机进行投影及取像，不需搭载运算单元即可正确辨识待测物的三维位置资讯，同时能够增加扫描区域及减少扫描时间。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种口扫机的控制方法，其特征在于，该方法包含：
第一投影装置于完成开灯后，即触发第二投影装置启动开灯；
该第一投影装置于启动开灯时，发出第一相机触发信号；
第一延迟电路将该第一相机触发信号延迟至该第二投影装置完成开灯；及
当第一相机及第二相机收到该延迟后的第一相机触发信号时，该第一相机及该第二相机开始曝光。
2.如权利要求1所述的口扫机的控制方法，其特征在于，该“第一投影装置于完成开灯后，即触发该第二投影装置启动开灯”包含：
该第一投影装置于完成开灯后，即传送第一投影触发信号至该第二投影装置；及
当该第二投影装置收到该第一投影触发信号后，该第二投影装置启动开灯。
3.如权利要求1所述的口扫机的控制方法，其特征在于，该第一投影装置启动开灯至完成开灯需要第一时段；
该第二投影装置启动开灯至完成开灯需要第二时段；及
该第一延迟电路延迟该第一相机触发信号的时间大于该第一时段及该第二时段的总和。
4.如权利要求1所述的口扫机的控制方法，其特征在于，该方法还包含：
当该第一相机及该第二相机完成撷取影像后，关闭该第一投影装置、该第二投影装置、该第一相机及该第二相机；
当该第一投影装置关闭时，触发第三投影装置启动开灯；
该第三投影装置于完成开灯后，即触发第四投影装置启动开灯；
该第三投影装置于启动开灯时，发出第二相机触发信号；
第二延迟电路将该第二相机触发信号延迟至该第四投影装置完成开灯；及
当第三相机及第四相机收到该延迟后的第二相机触发信号时，该第三相机及该第四相机开始曝光。
5.如权利要求4所述的口扫机的控制方法，其特征在于，该第一投影装置投影的第一预设图案与该第三投影装置投影的第三预设图案交错，该第二投影装置投影的第二预设图案与该第四投影装置投影的一第四预设图案交错。
6.一种口扫机，其特征在于，该口扫机包含：
第一投影装置，用以投影；
第二投影装置，耦接于该第一投影装置，用以投影；
第一延迟电路，耦接于该第一投影装置，用以延迟该第一投影装置发出的第一相机触发信号；
第一相机，耦接于该第一延迟电路，用以撷取影像；及
第二相机，耦接于该第一延迟电路，用以撷取影像；
其中，当该第一投影装置于完成开灯后，会触发该第二投影装置启动开灯，当该第一投影装置于启动开灯时，会发出第一相机触发信号，该第一延迟电路会将该第一相机触发信号延迟至该第二投影装置完成开灯，且当该第一相机及该第二相机收到该延迟后的第一相机触发信号时，该第一相机及该第二相机会开始曝光。
7.如权利要求6所述的口扫机，其特征在于，该口扫机还包含：
反相器，耦接于该第一投影装置；
第三投影装置，耦接于该反相器，用以投影；
第四投影装置，耦接于该第三投影装置，用以投影；
第二延迟电路，耦接于该第三投影装置，用以延迟该第三投影装置发出的一第二相机触发信号；
第三相机，耦接于该第二延迟电路，用以撷取影像；及
第四相机，耦接于该第二延迟电路，用以撷取影像；
其中，当该第一投影装置关闭时，该反相器触发该第三投影装置启动开灯，该第三投影装置于完成开灯后，即触发该第四投影装置启动开灯，该第三投影装置于启动开灯时，发出该第二相机触发信号，该第二延迟电路将该第二相机触发信号延迟至该第四投影装置完成开灯，且当该第三相机及该第四相机收到该延迟后的第二相机触发信号时，该第三相机及该第四相机开始曝光。
8.如权利要求7所述的口扫机，其特征在于，该第一投影装置投影的第一预设图案与该第三投影装置投影的第三预设图案交错，该第二投影装置投影的第二预设图案与该第四投影装置投影的第四预设图案交错。
9.如权利要求6所述的口扫机，其特征在于，该第一投影装置启动开灯至完成开灯需要第一时段；
该第二投影装置启动开灯至完成开灯需要第二时段；及
该第一延迟电路延迟该第一相机触发信号的时间大于该第一时段及该第二时段的总和。
10.如权利要求9所述的口扫机，其特征在于，该第一投影装置的投影频率小于或等于该第一时段、该第二时段及该第一相机曝光时段的总和的倒数。
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