CN111820853A

CN111820853A - 口腔成像装置及方法

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Publication number: CN111820853A
Application number: CN201910320828.8A
Authority: CN
Inventors: 万元芝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-21
Filing date: 2019-04-21
Publication date: 2020-10-27

Abstract

本发明公开了一种口腔成像装置，包括目标定位器、反光镜、凸透镜、摄像模块，其中目标定位器指示一块矩形或者圆形区域，反光镜位于所述目标定位器一侧，并对所述目标定位器所指示的区域进行投影，投影产生的虚像与所述目标定位器所指示的区域近似垂直，所述凸透镜的一侧朝向所述虚像，所述凸透镜的另一侧朝向所述摄像模块。本发明还公开了一种口腔成像方法，使用上述口腔成像装置对口腔内感兴趣区域的各个局部小区域依次拍摄图像，所述局部小区域的尺寸与所述目标定位器的尺寸相同，相邻的局部小区域具有重叠，据此使用图像拼接技术生成所述感兴趣区域的全景图像，并通过所述图像显示部件展现给用户。本发明的操作简单、成本低廉且口腔舒适度高，适合用于家庭式口腔护理。

Description

口腔成像装置及方法

技术领域

本发明涉及一种数字成像装置和方法，特别地，涉及一种针对口腔内部的成像装置及其操作方法。

背景技术

口腔是消化系统的入口，需要频繁进行食物处理。处理过程包括撕碎和咀嚼食物、消化部分高分子营养物、感知食物的品类等，需要用到坚硬的牙齿、柔软的粘膜、灵敏的味觉神经细胞等。这些组织和器官位于口腔内，直接与外部环境相连，十分容易受到外部环境的影响而发生病变。对口腔进行合理的清洁和护理是避免口腔病变的重要方法，包括家庭式口腔护理和医院的专业口腔护理。我们知道，医院的专业口腔护理可以使用各种观测设备，对口腔内每个角落进行清理和治疗；家庭式口腔护理一般仅限于使用牙刷刷牙、使用清水漱口。由于缺乏口腔内部的观测设备，家庭式口腔护理存在视觉盲区，常常在口腔内某些角落（例如磨牙的外侧）出现护理不足，进而导致龋齿等病变。

口腔成像技术能够从各个角度对口腔内部进行观察，减少视觉盲区，从而提高家庭式口腔护理的水平。申请号为CN201010240823和CN201611267716的专利申请分别公开了一种可视牙刷技术，通过在牙刷前端增加基于数字摄像技术的观测仪，能够在刷牙时观测到各个角度的数字影像。这类技术的不足在于，由于内部包含了额外的数字摄像装置、影像传输装置、影像处理装置，增加了牙刷的成本和使用复杂度。申请号为CN201620239505的专利申请公开了一种具有口腔检测功能的手机显微镜技术，将手机、显微镜筒和口腔内窥镜组合成可对口腔内部角落进行成像的装置。由于具有摄像及相关功能的手机普及率较高，该技术只需增加显微镜筒、口腔内窥镜和固定装置即可实现口腔成像，成本较低。该技术的不足在于，显微镜和口腔内窥镜采用外置的可拆式连接，显微镜和口腔内窥镜的前端之间存在较大的间隔，显微镜的视野易于被牙齿、嘴皮等部位遮挡；口腔内窥镜与口腔为点接触的方式，在拍摄时稳定性较差容易引起抖动和对焦困难。这些都使得该技术的操作难度较大，因此不适于家庭式口腔护理。

发明内容

本发明针对现有技术方案存在的问题，提供一种口腔成像装置及方法，其操作简单、成本低廉且口腔舒适度高，适合用于家庭式口腔护理。具体来说，本发明包含前端、中端和后端三个基本组成部分。其中前端能够对目标成像区域进行限定和定位，降低了用户使用过程的对准口腔指定区域的难度；中端为光学元件和小孔径的镜筒，使用过程中不需要大幅度撑开口腔，舒适度较高；后端利用大部分家庭都已普及的智能手机或者平板电脑的摄像装置，无需新增成本即可获得较高的成像质量、影像处理和显示功能。

根据本发明，提供一种口腔成像装置，包括目标定位器、反光镜、凸透镜、摄像模块，其中目标定位器指示一块矩形或者圆形区域，反光镜位于所述目标定位器一侧，并对所述目标定位器所指示的区域进行投影，投影产生的虚像与所述目标定位器所指示的区域近似垂直，所述凸透镜的一侧朝向所述虚像，所述凸透镜的另一侧朝向所述摄像模块。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述反光镜是凸面镜，对所述目标定位器进行投影所需的面积小于平面镜所需的面积，所述目标定位器靠近反光镜一侧设置有光源，光源直接照射到目标定位器所指示区域。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的虚像到所述凸透镜的距离小于所述凸透镜的一倍焦距，使得摄像模块观测到放大的虚像。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的凸透镜还可以是凸透镜组的形式，凸透镜组至少包含两片凸透镜，其中，一号凸透镜到所述虚像的距离为该凸透镜的一倍焦距以上，从而在该凸透镜的另一侧形成所述目标定位器所指示的口腔区域的实像，并使得所述实像位于一号凸透镜和二号凸透镜之间，二号凸透镜到所述实像的距离小于二号凸透镜的一倍焦距。

根据本发明的一个示例性实施方式，使用镜筒固定所述凸透镜、所述反光镜和所述目标定位装置的相对位置，使用固定模块固定所述镜筒与所述摄像模块直接的相对位置，使得摄像模块的成像距离保持稳定，所述镜筒具有可旋转结构，通过所述旋转结构可改变所述目标定位器的朝向。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的摄像模块内部设置有摄像和网络传输的硬件和软件，还可以设置图像处理、图像显示部件。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的摄像模块可利用具有摄像、图像处理、图像显示和网络传输功能的手机或者平板电脑，所述镜筒除了固定有所述凸透镜、所述反光镜和所述目标定位装置，还具有便于拆卸的固定模块，该固定模块在进行口腔成像时可以固定所述镜筒与所述摄像模块的相对位置，在完成口腔成像时可以将所述镜筒与所述摄像模块分离。

根据本发明，提供一种口腔成像方法，使用上述装置对口腔内感兴趣区域的各个局部小区域依次拍摄图像，所述局部小区域的尺寸与所述目标定位器的尺寸相同，相邻的局部小区域具有重叠，据此使用图像拼接技术生成所述感兴趣区域的全景图像，并通过所述图像显示部件展现给用户。

根据本发明的一个示例性实施方式，在用于口腔内牙齿成像时，每颗牙齿需从三个视角进行拍摄，包括外侧、内侧和牙冠侧。

根据本发明的一个示例性实施方式，使用图像处理技术从全景图像中找出牙齿上的深色斑点或者食物残渣区域，并使用线条对所述区域进行标识。

附图说明

当结合附图阅读下文对示范性实施方式的详细描述时，这些以及其它目的、特征和优点将变得显而易见。

图1. 口腔成像装置的整体结构示意图。

图2. 口腔成像装置的分拆结构示意图。

图3. 口腔成像装置的光线传播路径示意图。

具体实施方式

下面将参考附图中的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和方法。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，口腔成像装置包括口腔探头模块（10）、放大模块（20）、固定模块（30）和摄像模块（40）。图2详细标示了各个模块包含的基本部件和位置。

口腔探头模块（10）包括光源（101）、目标定位器（102）、反光镜（103）和探头镜筒（104）。优选地，光源（101）采用贴片形式的LED灯，位于目标定位器（102）与探头镜筒（104）之间，其照射范围为目标定位器（102）所指示的区域。LED电源可安装于固定模块或者摄像模块之上，也可与摄像模块共用电源。电源与LED之间的连线外裹防水胶，使得光源（101）部件达到IP67级别的防水功能。

目标定位器（102）的前端为一个长为1.5cm、宽为1cm的矩形框，在进行口腔成像时指示并接触口腔内的一片目标区域。目标定位器（102）更好地保持了口腔成像装置与目标区域之间的相对位置，从而减少因抖动等原因导致的成像模糊问题。目标定位器（102）的边缘还可以设置均匀的刻度线，包括平行于边缘和垂直于边缘两种，刻度线的间距为0.5mm，用于评估和校正成像畸变问题，以及评估牙齿上的孔洞或者缝隙的深度。

反光镜（103）采用凸面反光镜结构，从探头镜筒（104）的角度进行观测，所述目标区域内的口腔内组织在反光镜（103）内投影形成缩小50%到90%的虚像。优选地，对反光镜（103）的表面进行防雾处理（例如喷防雾剂，或者使用热风预热）以防止口腔内温湿空气在镜面上产生水雾而影响所产生的虚像的清晰度。此外，还可以将光源（101）安装于反光镜（103）镜面的后侧，并使得光源（101）与反光镜（103）接触，将光源（101）发光时产生的热量传导到所述反光镜，用于减少所述反光镜镜面的雾气。

探头镜筒（104）为圆形空筒结构，朝向反光镜（103）所形成的虚像，远离反光镜（103）一端的外表面设置螺纹，用于与放大模块（20）对接。

放大模块（20）包括一号凸透镜（201）、放大镜筒（202）和二号凸透镜（203）。放大镜筒（202）为由细到粗的圆筒，两端均设置螺纹，较大的一端螺纹设置于内侧，较小的一端螺纹设置于外侧。较小的一端通过螺纹与探头镜筒（104）连接和固定，并形成可旋转结构，通过旋转可以使得目标定位器（102）朝向不同的方向。一号凸透镜（201）设置于放大镜筒（202）的较小一端的内侧，二号凸透镜（203）设置于放大镜筒（202）的较大一端的内侧。其中一号凸透镜（201）的一侧朝向上述反光镜（103）内的虚像。此处，放大模块（20）与探头镜筒（104）之间通过螺纹连接，螺纹的螺距设置为较小的值（优选0.3mm），使得一号凸透镜（201）到反光镜（103）的距离不会因为调整目标定位器（102）的朝向而发生明显变化（小于0.3mm），螺纹的圈数设置为较多的值（例如10圈），使得旋转不会明显降低两个部件之间的稳定性。

固定模块（30）位于放大模块（20）和摄像模块（40）之间，用于固定两者的相对位置。优选地，固定模块（30）采用硬度较大的塑料，形状为U型卡槽，卡槽的厚度比摄像模块（40）略大，能够通过塑料的弹性夹在摄像模块（40）之上。在固定模块（30）上，摄像模块（40）的镜头对应位置设置进光孔（301），进光孔（301）内侧设置螺纹，与放大模块（20）较大一端螺纹衔接。如果固定模块（30）的稳定性不够，还可在进光孔的另一个侧面增加1到2个加紧螺丝（302）。使用加紧螺丝的另一个好处是，同一规格的固定模块（30）可以适应多种厚度的摄像模块（40）。即，摄像模块（40）越薄，加紧螺丝（302）拧得越深，使得不同厚度的摄像模块均能得到较好的固定。

摄像模块（40）包括摄像头（401）和外壳（402），摄像头（401）朝向进光孔（301）的中心，外壳（402）用于支撑固定模块（30）。摄像模块可采用具有摄像功能的智能手机或者平板电脑，也可以使用带有网络传输功能的微型摄像头。使用智能手机或者平板电脑这种方式既可以降低成本，又可以利用其图像处理功能、网络传输和图像显示部件。使用微型摄像头的优势在于更加便捷，但是所产生的图像需要传输到智能手机或者电脑上进行图像处理和图像显示。

图3所示是口腔成像装置的光线传播路径示意图。其中，AB为目标定位器（102）所指示口腔区域的原像，经过凸面反光镜（103）投影形成缩小的虚像A’B’。其中原像AB与虚像A’B’近似垂直。虚像A’B’经过一号凸透镜（201）形成放大的实像A’’B’’，经过二号凸透镜（203）形成虚像A’’’B’’’，最后在摄像头（401）内产生数字影像。

使用上述口腔成像装置进行口腔成像时，需首先将其对口腔内感兴趣区域的各个局部小区域依次拍摄图像，所述局部小区域的尺寸与所述目标定位器的尺寸相同，相邻的局部小区域具有部分重叠（例如30%），据此使用图像拼接技术生成所述感兴趣区域的全景图像，并通过所述图像显示部件展现给用户。优选地，所述图像拼接技术采用基于局部特征点匹配的拼接算法，所述局部特征点通过尺度不变特征变换（SIFT）算法获得。

使用上述口腔成像装置进行口腔内牙齿成像时，每颗牙齿需从三个视角拍摄图像，包括外侧、内侧和牙冠侧。然后对上、下两排牙齿各三个视角的图像分别进行图像拼接，形成六张图像并排显示，每张图像展示一排牙齿的一个侧面，分别为：上牙内侧、上牙冠侧、上牙外侧、下牙内侧、下牙冠侧和下牙外侧。

使用图像处理技术从上述全景图像中找出牙齿上的深色斑点或者食物残渣区域，并使用线条对所述区域进行标识。优选地，所述图像处理技术可以是边缘检测算法，也可以是基于样本标记和监督学习的目标检测技术（参考从照片内检测人脸的技术）。

Claims

1.一种口腔成像装置，其特征在于：包括目标定位器、反光镜、凸透镜、摄像模块，其中目标定位器指示一块矩形或者圆形区域，反光镜位于所述目标定位器一侧，并对所述目标定位器所指示的区域进行投影，投影产生的虚像与所述目标定位器所指示的区域近似垂直，所述凸透镜的一侧朝向所述虚像，所述凸透镜的另一侧朝向所述摄像模块。

2.根据权利要求1所述的口腔成像装置，其特征在于：所述反光镜是凸面镜，对所述目标定位器所指示的区域进行投影所需的面积小于平面镜所需的面积，所述目标定位器靠近反光镜一侧设置有光源，光源直接照射到目标定位器所指示区域。

3.根据权利要求1所述的口腔成像装置，其特征在于：所述虚像到所述凸透镜的距离小于所述凸透镜的一倍焦距，使得摄像模块观测到放大的虚像。

4.根据权利要求1所述的口腔成像装置，其特征在于：所述凸透镜还可以是凸透镜组的形式，凸透镜组至少包含两片凸透镜，其中，一号凸透镜到所述虚像的距离为该凸透镜的一倍焦距以上，从而在该凸透镜的另一侧形成所述目标定位器所指示的口腔区域的实像，并使得所述实像位于一号凸透镜和二号凸透镜之间，二号凸透镜到所述实像的距离小于二号凸透镜的一倍焦距。

5.根据权利要求1所述的口腔成像装置，其特征在于：使用镜筒固定所述凸透镜、所述反光镜和所述目标定位装置的相对位置，使用固定模块固定所述镜筒与所述摄像模块直接的相对位置，使得摄像模块的成像距离保持稳定，所述镜筒具有可旋转结构，通过所述旋转结构可改变所述目标定位器的朝向。

6.根据权利要求1所述的口腔成像装置，其特征在于：所述摄像模块内部设置有摄像和网络传输的硬件和软件，还可以设置图像处理、图像显示部件。

7.根据权利要求5和权利要求6所述的口腔成像装置，其特征在于：所述摄像模块可利用具有摄像、图像处理、图像显示和网络传输功能的手机或者平板电脑，所述镜筒除了固定有所述凸透镜、所述反光镜和所述目标定位装置，还具有便于拆卸的固定模块，该固定模块在进行口腔成像时用于固定所述镜筒与所述摄像模块的相对位置，在完成口腔成像时将所述镜筒与所述摄像模块分离。

8.一种口腔成像方法，其特征在于：使用权利要求1-7所述装置对口腔内感兴趣区域的各个局部小区域依次拍摄图像，所述局部小区域的尺寸与所述目标定位器的尺寸相同，相邻的局部小区域具有重叠，据此使用图像拼接技术生成所述感兴趣区域的全景图像，并通过所述图像显示部件展现给用户。

9.根据权利要求8所述的口腔成像方法，其特征在于：在用于口腔内牙齿成像时，每颗牙齿需从三个视角进行拍摄，包括外侧、内侧和牙冠侧。

10.根据权利要求8所述的口腔成像方法，其特征在于：使用图像处理技术从全景图像中找出牙齿上的深色斑点或者食物残渣区域，并使用线条对所述区域进行标识。