CN111166520B - 一种自动超声洁治器和自动超声洁治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种自动超声洁治器和自动超声洁治方法。其中图像识别和定位单元用于应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位；中央控制单元用于根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；执行单元用于根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动。通过图像识别和三维定位技术对牙齿上的清理对象进行精确定位和重点处理，使得自动超声洁治技术实现了更好的洁治效果。
Description
技术领域
本发明涉及口腔医疗器械领域，尤其涉及一种自动超声洁治器和自动超声洁治方法。
背景技术
牙周疾病目前是我国甚至世界范围内口腔疾病中最为普遍存在的疾患。相对地，口腔医师在我国居民中所占的比例大约是1/10万，而专业的牙周医师数量要更少。随着我国居民物质生活的极大改善，人们对于健康的需求就越来越高，然而我们现有的医疗环境和条件很难满足人们日益增长的健康需求。超声洁治技术的出现缓解了临床医师的劳动强度，但远远不能满足广大患者的需求。北京作为全国医疗条件最好的城市，其中任何一家三甲医院预约洗牙基本上都在1～3个月左右。
现有的超声洁治技术为了降低临床医师的工作强度，通过图像识别等智能技术，提高了超声洁治技术的自动化程度。然而现有的基于图像识别的超声洁治技术仅能识别牙齿的整体外形，对牙齿的每个部位进行无差别的洁治，无法精确的对牙齿上的清理对象重点处理，导致实际洁治效果不佳。
发明内容
本发明实施例提供一种自动超声洁治器和自动超声洁治方法，用以解决现有技术中的自动超声洁治技术洁治效果不佳的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种自动超声洁治器，包括：
中央控制单元、图像识别和定位单元、超声波发生单元和执行单元；所述中央控制单元与所述图像识别和定位单元以及所述执行单元电连接，所述超声波发生单元和所述执行单元电连接；其中，
所述图像识别和定位单元用于应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位；
所述中央控制单元，用于根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；
所述执行单元，用于根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动。
优选地，所述执行单元包括滑动机构和支撑机构，所述滑动机构由两个不同心的弧形滑动轨道组成，所述支撑机构与所述超声波发生单元连接，支撑所述超声波发生单元以供所述超声波发生单元在垂直于所述滑动轨道面的方向移动。
优选地，所述移动控制信号包括驱动信号和制动信号；相应地，所述执行单元还包括驱动机构和制动机构；
所述驱动机构，用于根据所述驱动信号，驱动所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行移动；
所述制动机构，用于根据所述制动信号，对所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行制动。
优选地，所述执行单元还包括摄像装置，所述摄像装置用于拍摄获得所述牙齿图像。
优选地，所述摄像装置为两个摄像头，通过双目视觉算法重建出清理对象的三维定位信息；或
所述摄像头为一深度摄像头，通过所采集的二维图像和深度信息重建出清理对象的三维定位信息。
优选地，所述超声波发生单元包括：
清洁机构，用于对牙齿上的清除对象进行清除处理；
接触传感器，用于检测清洁机构和牙齿之间的接触压力，并向压力控制单元发送位置调整信号；
压力控制单元，与清洁机构和接触传感器连接，响应于接触传感器的发送的位置调整信号，带动清洁机构进行位置调整。
第二方面，本发明实施例提供一种自动超声洁治方法，应用于实施例第一方面所述的自动超声洁治器，包括：
基于所述图像识别和定位单元，应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位，获得空间三维定位信息；
基于所述中央控制单元，根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；
基于所述执行单元，根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动。
优选地，所述方法还包括：
使用食品级染色剂对所述清理对象进行染色处理。
优选地，所述方法还包括：
根据所述清理对象的类型，设置所述超声波发生单元的工作功率。
优选地，所述清理对象的类型包括牙菌斑、牙石、牙渍、食物残渣。
本发明实施例提供的自动超声洁治器和自动超声洁治方法，通过图像识别和三维定位技术对牙齿上的清理对象进行精确定位和重点处理，使得自动超声洁治技术实现了更好的洁治效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自动超声洁治器实施例结构示意图；
图2为本发明自动超声洁治器执行单元实施例结构示意图；
图3为本发明自动超声洁治器执行单元实施例中滑动机构结构示意图；
图4为本发明自动超声洁治器超声波发生单元实施例结构示意图；
图5为本发明自动超声洁治方法实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例提供的一种自动超声洁治器进行描述，详细结合附图1进行说明，自动超声洁治器包括：
中央控制单元11、图像识别和定位单元12、超声波发生单元13和执行单元14；所述中央控制单元11与所述图像识别和定位单元12以及所述执行单元14电连接，所述超声波发生单元13和所述执行单元14电连接；其中，
所述图像识别和定位单元12用于应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位；
所述中央控制单元11，用于根据所述图像识别和定位单元12发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元14；
所述执行单元14，用于根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元13进行移动。
本实施例中的中央控制单元11是整个自动超声洁治器的控制核心，用于为与其电连接的功能单元执行其功能发送相应的控制信号、接收来自其他功能单元的响应信号以及处理一些计算任务，其硬件上可以是PC机、智能手机、智能平板等常见终端设备；
图像识别和定位单元12是具有计算能力的功能模块，内部集成有响应的图像识别算法和空间三维定位算法，其主要功能是对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位，计算得到清理对象的三维定位信息，并将清理对象的三维定位信息以三维坐标的数据形式发送至中央控制单元11；
超声波发生单元13可以为现有的独立超声波洗牙设备，也可以为专门为本实施例所设计的具备超声波洗牙功能的物理模块，其原理都是通过超声波的高频震荡作用去除牙石、菌斑和色泽并磨光牙面，以延迟菌斑和牙石的再沉积；
执行单元14是本实施例中自动超声洁治器的位于口腔中的主要结构单元，一方面执行单元14对超声波发生单元13进行支撑并控制超声波发生单元13的移动，另一方面执行单元14是中央控制单元11所生成的移动控制信号的接收者。
本实施例中的自动超声洁治器能够通过图像识别和三维定位技术对牙齿上的清理对象进行精确定位和重点处理，实现了更好的洁治效果。
下面对本发明实施例提供的自动超声洁治器中的执行单元14进行描述，详细结合附图2进行说明，自动超声洁治器中的执行单元包括：
滑动机构141，由两个不同心的弧形滑动轨道组成。滑动机构141的功能是通过支撑机构142携带超声波发生单元在轨道上运动。如附图3所示，考虑到上牙列和下牙列在水平方向上的轮廓为不同心的弧形，因此将滑动轨道的形状设计为两个不同心的弧形轨道301和弧形轨道302，根据患者的牙列实际形状在清理上牙面和下牙面时分别使用两条滑动轨道，使得在滑动轨道上滑动的超声波发生单元能够触及整个弧形的牙面，完成清理操作。
支撑机构142，与所述超声波发生单元连接，支撑所述超声波发生单元以供所述超声波发生单元在垂直于所述滑动轨道面的方向移动。支撑机构142是执行单元14直接与超声波发生单元13连接的机械部件。此外，由于牙齿和滑动轨道的形状并非完全一致，超声波发生单元在轨道上不同位置时，与牙齿的距离是不同的，故需要对该距离进行调整。因此，超声波发生单元除了在滑动机构141所在的平面上移动外，也可以在支撑机构142的控制下在垂直于所述滑动轨道面的方向移动。
驱动机构143，用于根据所述驱动信号，驱动所述超声波发生单元13在所述滑动轨道上进行移动。制动机构144，用于根据所述制动信号，对所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行制动。中央控制单元11根据所述图像识别和定位单元12发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元14，该移动控制信号具体为让超声波发生单元13在所述滑动轨道上进行移动的驱动信号，或对所述超声波发生单元13在所述滑动轨道上进行制动的制动信号，实现对超声波发生单元13运动的精确控制。
摄像装置145，所述摄像装置用于拍摄获得所述牙齿图像。由于图像识别和定位单元12需要利用所拍摄到的图像进行清理对象位置的三维重建，因此摄像装置可以是如下两种情况：
所述摄像装置为两个摄像头，通过双目视觉算法重建出清理对象的三维定位信息；或
所述摄像头为一深度摄像头，通过所采集的二维图像和深度信息重建出清理对象的三维定位信息。
通过摄像装置拍摄图像的另一使用场景为，通过摄像装置对自动超声洁治器的工作过程进行监控，具体对超声波发生单元13的全域位置进行判读，在可能产生的超声波发生单元13的出轨情况，通过中央控制单元11发送制动信号，避免伤及患者。
本实施例中的自动超声洁治器的执行单元14具体设置了滑动机构141、支撑机构142、驱动机构143、制动机构144和摄像装置145等多个子功能机构，实现了执行单元14响应中央控制单元的控制指令、支撑超声波发生单元13并控制其运动、拍摄图像等具体功能。
下面对本发明实施例提供的自动超声洁治器中的超声波发生单元13进行描述，详细结合附图3进行说明，自动超声洁治器中的超声波发生单元包括：
清洁机构131，用于对牙齿上的清除对象进行清除处理。根据前文所描述，可以为现有的独立超声波洗牙设备，也可以为专门为本实施例所设计的具备超声波洗牙功能的物理模块。可以理解的是，清洁机构131为超声波洗牙设备或具备超声波洗牙功能的物理模块的主体结构，其通常包含主机、工作头、变压器、供水管等部件，本实施例不作特殊的限定。
接触传感器132，用于通过检测清洁机构131和牙齿之间的接触压力，对超声波发生单元13的位置进行微调。可以理解的是，接触传感器132的设置表示实际使用的超声波发生单元13是带有接触传感器功能的超声波发生单元，将检测到的接触压力转换为电信号，反馈为对超声波发生单元13的位置进行微调，保证清洁机构131以合适的接触压力接触清除对象。
压力控制单元133，与清洁机构131和接触传感器132连接，响应于接触传感器的发送的位置调整信号，带动清洁机构进行位置调整。可以理解的是，压力控制单元133是一个中间结构，将接触传感器132输出的位置调整信号，反馈到清洁机构131中，实现清洁机构131和牙齿之间的接触压力的调整。
本实施例中的自动超声洁治器的超声波发生单元13具体设置了清洁机构131、接触传感器132和压力控制单元133等三个子功能机构，实现了超声波发生单元13以合适的接触压力接触清除对象并完成清洁工作。
下面对本发明实施例提供的自动超声洁治方法进行描述，详细结合附图4进行说明，自动超声洁治方法应用于前文任一实施例所述的自动超声洁治器，包括：
S51、基于所述图像识别和定位单元，应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位，获得空间三维定位信息；
本实施例中所提到的图像识别方法根据实际使用场景的不同，可以是基于图像特征提取的传统图像识别算法，也可以是以神经网络为代表的、基于分类器训练的智能算法，本实施例不作具体限定。
本实施例中所提到的空间三维定位方法根据所拍摄图像的不同，也可以采用不同的算法。当图像是使用两个摄像头拍摄的两幅图像时，可以使用基于双目视觉的三维重建算法来计算清理对象的三维定位信息；当图像是使用深度摄像头拍摄的带有深度信息的单幅图像时，可以使用基于深度信息的三维视觉重建算法来计算清理对象的三维定位信息。本步骤输出至中央控制单元的三维定位信息的数据形式为一组三维坐标的序列。
S52、基于所述中央控制单元，根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；
在本实施例中，中央控制单元负责精确控制超声波发生单元的工作状态。具体而言，中央控制单元根据图像识别和定位单元发送的三维坐标序列和超声波发生单元的当前位置，确定超声波发生单元需要继续沿轨道运动或停下来执行清理工作，从而生成相应的移动控制信号发送给执行单元，通过执行单元来控制超声波发生单元的工作状态。
S53、基于所述执行单元，根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动；
响应于中央控制单元发送的移动控制信号，执行单元控制超声波发生单元移动。具体而言，该移动控制信号具体为让超声波发生单元在所述滑动轨道上进行移动的驱动信号，或对所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行制动的制动信号，从而实现对超声波发生单元运动的精确控制。
进一步的，本实施方法还包括使用食品级染色剂对所述清理对象进行染色处理，使得清理对象在图像识别过程中更好地被识别出来。
进一步的，本实施例方法还包括根据所述清理对象的类型，设置所述超声波发生单元的工作功率。所述清理对象的类型包括牙菌斑、牙石、牙渍、食物残渣。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种自动超声洁治器，其特征在于，包括：中央控制单元、图像识别和定位单元、超声波发生单元和执行单元；所述中央控制单元与所述图像识别和定位单元以及所述执行单元电连接，所述超声波发生单元和所述执行单元电连接；其中，
所述图像识别和定位单元用于应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位；
所述中央控制单元，用于根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；
所述执行单元，用于根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动；所述执行单元包括滑动机构和支撑机构，所述滑动机构由两个不同心的弧形滑动轨道组成，所述支撑机构与所述超声波发生单元连接，支撑所述超声波发生单元以供所述超声波发生单元在垂直于所述滑动轨道面的方向移动；
所述三维定位信息包括三维坐标的序列；
所述中央控制单元根据所述图像识别和所述定位单元发送的三维坐标序列和所述超声波发生单元的当前位置，确定所述超声波发生单元需要继续沿轨道运动或停下来执行清理工作；
所述弧形滑动轨道基于上牙列和下牙列在水平方向上的轮廓确定；
两个所述不同心的弧形滑动轨道的平面构成滑动轨道面；所述超声波发生单元在所述滑动轨道面所在的平面上移动；
所述自动超声洁治器用于口腔洁治。
2.根据权利要求1所述的自动超声洁治器，其特征在于，所述移动控制信号包括驱动信号和制动信号；相应地，所述执行单元还包括驱动机构和制动机构；
所述驱动机构，用于根据所述驱动信号，驱动所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行移动；
所述制动机构，用于根据所述制动信号，对所述超声波发生单元在所述滑动轨道上进行制动。
3.根据权利要求1所述的自动超声洁治器，其特征在于，所述执行单元还包括摄像装置，所述摄像装置用于拍摄获得所述牙齿图像。
4.根据权利要求3所述的自动超声洁治器，其特征在于，所述摄像装置为两个摄像头，通过双目视觉算法重建出清理对象的三维定位信息；或
所述摄像头为一深度摄像头，通过所采集的二维图像和深度信息重建出清理对象的三维定位信息。
5.根据权利要求1至3任一所述的自动超声洁治器，其特征在于，所述超声波发生单元包括：
清洁机构，用于对牙齿上的清除对象进行清除处理；
接触传感器，用于检测清洁机构和牙齿之间的接触压力，并向压力控制单元发送位置调整信号；
压力控制单元，与清洁机构和接触传感器连接，响应于接触传感器的发送的位置调整信号，带动清洁机构进行位置调整。
6.一种自动超声洁治方法，应用于权利要求1至5任一所述的自动超声洁治器，其特征在于，包括：
基于所述图像识别和定位单元，应用图像识别方法对拍摄到的牙齿图像中的清理对象进行识别，并对所述清理对象进行空间三维定位，获得空间三维定位信息；
基于所述中央控制单元，根据所述图像识别和定位单元发送的空间三维定位信息，生成移动控制信号并发送给所述执行单元；
基于所述执行单元，根据所述移动控制信号带动所述超声波发生单元进行移动。
7.根据权利要求6所述的自动超声洁治方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用食品级染色剂对所述清理对象进行染色处理。
8.根据权利要求6所述的自动超声洁治方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述清理对象的类型，设置所述超声波发生单元的工作功率。
9.根据权利要求6至8任一所述的自动超声洁治方法，其特征在于，所述清理对象的类型包括牙菌斑、牙石、牙渍、食物残渣。
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