CN113936095A - 扫描仪和扫描方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种扫描仪和扫描方法，该扫描仪包括投影光学系统、第一采集光学系统和第二采集光学系统和数据处理系统；投影光学系统用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标区域；第一采集光学系统用于基于红外光采集第一图像；其中，第一图像为带有条纹图案的图像，第一图像包括面部信息和牙齿信息；第二采集光学系统用于基于可见光采集第二图像；其中，第二图像为彩色纹理图像；数据处理系统用于基于第一图像和第二图像进行数据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。由此提供一种新的扫描仪和扫描方法，其基于具有条纹图案的红外光采集包括面部信息和牙齿信息的第一图像，基于此可直接利用第二图像给第一图像上颜色，以实现彩色扫描。

Description

扫描仪和扫描方法

技术领域

本公开涉及扫描技术领域，尤其涉及一种扫描仪和扫描方法。

背景技术

数字微笑设计(Digital Smile Design，DSD)是将牙齿美学融入口 腔治疗的美齿技术，包括对口扫数据和面部数据进行结合的过程。

用于DSD的扫描方案可为3D方案，其需要将口扫数据和面扫获 取的面部数据对齐到同一个坐标系下；在进行坐标对齐的过程中一般 会存在三个数据，这三个数据除包括口扫数据和面部数据之外，还包括 拼接数据。其中，口扫数据可由口内扫描仪获取，面部数据可由面部扫 描仪获取，拼接数据可由上述口内扫描仪和面部扫描仪的其中一种获 取，用于进行口扫数据和面部数据的拼接。

现有3D方案中，获取拼接数据的方法可包括可见光模式，可见光 模式下可以获取比较清晰的面部数据和部分牙齿数据(用作拼接数据)， 但是由于扫描过程中存在可见光闪烁，其对用户眼睛的刺激较大，在扫 描时会使用户眼睛存在不适，用户体验较差。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公 开提供了一种扫描仪和扫描方法。

本公开提供了一种扫描仪，该扫描仪包括投影光学系统、第一采集 光学系统和第二采集光学系统和数据处理系统；

所述投影光学系统用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光 至目标区域；

所述第一采集光学系统用于基于所述红外光采集第一图像；其中， 所述第一图像为带有条纹图案的图像，所述第一图像包括面部信息和 牙齿信息；

所述第二采集光学系统用于基于所述可见光采集第二图像；其中， 所述第二图像为彩色纹理图像；

所述数据处理系统用于基于所述第一图像和所述第二图像进行数 据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。

在一些实施例中，所述投影光学系统包括三维重建投影光学系统 和纹理光源投影光学系统；

所述扫描仪还包括控制系统，所述控制系统用于同步触发所述三 维重建投影光学系统和所述纹理光源投影光学系统，使所述投影光学 系统同步投射所述可见光和所述红外光至目标区域；

其中，所述三维重建投影光学系统用于将所述红外光投射至目标 区域，所述纹理光源投影光学系统用于将所述可见光投射至目标区域。

在一些实施例中，所述第一采集光学系统包括黑白相机和第一滤 波组件，所述第一滤波组件用于滤除预设波段的光线而仅使红外光进 入所述黑白相机；

和/或

所述第二采集光学系统包括彩色相机和第二滤波组件，所述第二 滤波组件用于截止红外光而使可见光进入所述彩色相机。

在一些实施例中，所述扫描仪还包括一支撑板和设置于支撑板两 侧的支撑立柱；

所述三维重建投影光学系统、所述第一采集光学系统和所述第二 采集光学系统均固定于支撑板上，所述纹理光源投影光学系统固定于 所述支撑立柱上。

在一些实施例中，所述扫描仪还包括散热系统；

所述散热系统用于至少为所述三维重建投影光学系统散热。

在一些实施例中，所述纹理光源投影光学系统包括LED阵列和匀 光板；

所述匀光板设置于所述LED阵列的出光侧，所述匀光板用于将所 述LED阵列发出的光线进行匀光，并向所述目标区域投射。

在一些实施例中，所述三维重建投影光学系统包括红外激光器、具 有条纹图案的透射板和成像镜头；所述红外激光器发出的光源透过所 述透射板之后，通过所述成像镜头将具有条纹图案的红外光投射至目 标区域；

或者所述三维重建投影光学系统包括数字光处理投影仪。

在一些实施例中，所述条纹图案包括多条亮暗相间的条纹；

条纹占空比的取值范围为10％-50％；

本公开还提供了一种扫描方法，其应用上述任一种扫描仪执行，所 述扫描方法包括：

所述投影光学系统同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目 标区域；

所述第一采集光学系统采集第一图像；其中，所述第一图像为带有 条纹图案的图像，所述第一图像包括面部信息和牙齿信息；

所述第二采集光学系统采集第二图像；其中，所述第二图像为彩色 纹理图像；

所述数据处理系统基于所述第一图像和所述第二图像进行数据处 理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。

在一些实施例中，所述基于所述第一图像和所述第二图像进行数 据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据，包括：

基于所述第一图像，确定条纹序列，并拼接融合以构建所述被测物 体的彩色三维数据；

基于所述第二图像，确定针对所述被测物体的带有彩色纹理的纹 理图；

将所述纹理图映射到所述三维数据上，以确定所述被测物体。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的扫描仪和扫描方法中，扫描仪包括投影光学 系统、第一采集光学系统和第二采集光学系统和数据处理系统；投影光 学系统用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标区域；第 一采集光学系统用于基于红外光采集第一图像；其中，第一图像为带有 条纹图案的图像，第一图像包括面部信息和牙齿信息；第二采集光学系 统用于基于可见光采集第二图像；其中，第二图像为彩色纹理图像；数 据处理系统用于基于第一图像和第二图像进行数据处理，以获得被测 物体的彩色三维模型数据。由此，通过设置投影光学系统将可见光和红 外光同步投射至目标区域，例如用户面部区域，可在扫描过程中，不必 切换红外光与可见光，即可见光和红外光均常亮，从而避免了可见光闪 烁的问题，改善了对用户眼睛的刺激，有利于提高扫描过程中的用户体 验；同时，红外光为具有条纹图案的红外光，其被投射至目标区域，对 应地，第一采集光学系统基于具有条纹图案的红外光获取第一图像，由 于红外光呈条纹状，其在牙齿表面即使被扩散也还能够被提取，从而第 一图像可同时包括面部信息和牙齿信息，相当于能够基于红外光同时 采集到拼接数据和面部数据；且，第二采集光学系统能够基于可见光获 取彩色纹理图像；基于此，在数据处理系统中，基于第一图像和第二图 像直接进行数据处理，例如包括重建、拼接、融合等步骤，即能够将色 彩数据补充到第一图像中，从而获取到被测物体的彩色三维模型数据， 实现对被测物体的扫描。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符 合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开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简单地介绍，显而 易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种扫描仪的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种条纹图案的排布示意图；

图3为本公开实施例提供的另一种扫描仪的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的另一种扫描仪的结构示意图；

图5为图4示出的扫描仪的正视结构示意图；

图6为图4示出的扫描仪的俯视结构示意图；

图7为本公开实施例提供的又一种扫描仪的结构示意图；

图8为本公开实施例提供的一种扫描方法的流程示意图。

其中，10、扫描仪；101、支撑板；102、支撑立柱；110、投影光 学系统；111、三维重建投影光学系统；112、纹理光源投影光学系统； 120、第一采集光学系统；121、黑白相机；122、第一滤波组件；130、 第二采集光学系统；131、彩色相机；132、第二滤波组件；140、数据 处理系统；150、控制系统；160、散热系统。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对 本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本 公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但 本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中 的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本公开实施例提供了一种基于具有条纹图案的红外光获取拼接数 据的扫描仪和扫描方法，由于具有条纹图案的红外光在被牙齿扩散后 还能提取，由此能够采集到包括牙齿信息的第一数据，即将获取面部数 据和拼接数据简化为同一个步骤，该拼接数据可为牙齿数据；同时，可 见光和红外光同步触发，二者之间不需要切换，从而避免了可见光闪烁，改善了对用户眼睛的刺激，提高了用户体验。

下面结合图1-图8，对本公开实施例提供的扫描仪和扫描方法进 行示例性说明。

在一些实施例中，如图1所示，为本公开实施例提供的一种扫描 仪的结构示意图。参照图1，该扫描仪10可包括投影光学系统110、第 一采集光学系统120和第二采集光学系统130和数据处理系统140；投 影光学系统110用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标 区域；第一采集光学系统120用于基于红外光采集第一图像；其中，第 一图像为带有条纹图案的图像，第一图像包括面部信息和牙齿信息；第 二采集光学系统130用于基于可见光采集第二图像；其中，第二图像 为彩色纹理图像；数据处理系统140用于基于第一图像和第二图像进 行数据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。

其中，投影光学系统110能够将可见光和具有条纹图案的红外光 同步投射至目标区域，其中不存在可见光和红外光的切换，从而可避免 可见光闪烁对用户眼睛的刺激，改善用户眼睛的不适感，提升用户体验。 同时，目标区域可为用户的面部区域，其可包括用户的牙齿区域，具有 条纹图案的红外光被投射至用户的面部，部分投射至用户的牙齿区域，相当于将红外光进行了线投射，由此即使牙齿会对红外光进行扩散，但 扩散后的红外光仍然能提取，得到能够还原牙齿形貌的牙齿信息，其作 为拼接数据；同时，第一图像中的面部信息对应于面部数据，由此，通 过第一图像和第二图像的后续处理，例如包括重建、融合、拼接等步骤， 以利用第二图像给第一图像上颜色，从而实现彩色扫描。

能够理解的是，目标区域还可为其他待扫描的被测物体的部分区 域或全部区域，在此不限定。

其中，第一采集光学系统120能够基于具有条纹图案的红外光采 集第一图像，该第一图像中包括牙齿信息和面部信息，可实现同步采集 拼接数据和面部数据。

其中，第二采集光学系统130能够基于可见光采集第二图像，即 彩色纹理图像，其对应于纹理数据，用于为第一图像上颜色。

其中，数据处理系统140也可称为软件算法系统，其能够基于第 一图像和第二图像，提取其中的数据，并进行数据处理，例如包括重建、 融合拼接以及纹理贴图等过程，如此可以确定被测物体的彩色三维模 型数据，即实现对被测物体的彩色扫描。

本公开实施例提供的扫描仪10包括投影光学系统110、第一采集 光学系统120和第二采集光学系统130和数据处理系统140；其中，投 影光学系统110将可见光和红外光同步投射至目标区域，例如用户面 部区域，由此可在扫描过程中，不必切换红外光与可见光，即可见光和 红外光均常亮，从而避免了可见光闪烁的问题，改善了对用户眼睛的刺 激，有利于提高扫描过程中的用户体验；同时，红外光为具有条纹图案 的红外光，其被投射至目标区域，对应地，第一采集光学系统120基于 具有条纹图案的红外光获取第一图像，由于红外光呈条纹状，其在牙齿 表面即使被扩散也还能够被提取，从而第一图像可同时包括面部信息 和牙齿信息，相当于能够基于红外光同时采集到拼接数据和面部数据； 且，第二采集光学系统130能够基于可见光获取彩色纹理图像；基于 此，在数据处理系统140中，基于第一图像和第二图像直接进行数据 处理，即能够实现纹理数据和面部数据的拼接，以获取到被测物体的彩 色三维模型数据。

在一些实施例中，条纹图案包括多条亮暗相间的条纹；条纹占空比 的取值范围为10％-50％。

可选的，条纹线宽的取值范围为10μm-20μm。

其中，条纹占空比可理解为一条亮纹的宽度与相邻的亮纹和暗纹 的宽度之和的比值，条纹线宽即为亮纹的线宽。

如此设置，第一方面，可使条纹图案为编码图案，从而可实现基于 第一图像的彩色三维重建过程，以构建被测物体的彩色三维形貌；例如， 构建用户面部的彩色三维形貌；第二方面，通过设置条纹线宽的取值范 围为10μm-20μm，可使投射到用户面部的条纹图案中，亮纹能够落在 牙齿上而不覆盖完整的单个牙齿，且不落在齿缝中，从而确保第一图像中能够写到较准确的牙齿信息；且可携带较准确的面部信息，便于实现 较精准的彩色三维重建过程；第三方面，结合条纹占空比的设置，具体 地条纹占空比的取值范围为10％-50％，能够使条纹的数量较恰当，以 在实现精准扫描的同时，提高扫描效率。

示例性地，如图2所示，条纹图案由多根等间距的101010101…条 纹组合而成，条纹占空可比20％，条纹线宽可为15um；其中，0代表 黑，1代表白。示例性地，条纹图案中的条纹数量可为100根或其他数 量，可基于扫描仪的需求设置。

示例性地，条纹占空比可为10％、20％、25％、30％、45％、50％ 或其他百分比数值，条纹线宽可为10μm、15μm、18μm、20μm或其他 宽度值，可基于扫描仪的需求设置，在此不限定。

示例性地，条纹占空比和条纹线宽可为内置于扫描仪中的固定值， 或为可调节的数值，例如可由用户识别用户的输入而实现调节，或者由 扫描仪基于扫描结果的准确性实现反馈调节，在此不限定。

能够理解的是，条纹图案还可设置为本领域技术人员可知的其他 类型的编码图案，在此不限定。

在一些实施例中，如图3所示，为本公开实施例提供的另一种扫 描仪的结构示意图。结合图1和图3，该扫描仪10中，投影光学系统 110包括三维重建投影光学系统111和纹理光源投影光学系统112；扫 描仪10还包括控制系统150，控制系统150用于同步触发三维重建投 影光学系统111和纹理光源投影光学系统112，使投影光学系统110同 步投射可见光和红外光至目标区域；其中，三维重建投影光学系统111 用于将红外光投射至目标区域，纹理光源投影光学系统112用于将可 见光投射至目标区域。

其中，控制系统150能够同步触发三维重建投影光学系统111和 纹理光源投影光学系统112，使其同时投射出光线，从而实现投影光学 系统110用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标区域。

示例性地，控制系统150可为时序控制电路，时序电路的输出端 分别连接三维重建投影光学系统111和纹理光源投影光学系统112，以 实现同步触发，将红外光和可见光同步投射至目标区域。

在一些实施例中，继续参照图3，第一采集光学系统120包括黑白 相机121和第一滤波组件122，第一滤波组件122用于滤除预设波段的 光线而仅使红外光进入黑白相机121；和/或，第二采集光学系统130包 括彩色相机131和第二滤波组件132，第二滤波组件132用于截止红外 光而使可见光进入彩色相机131。

其中，预设波段的光线为除红外光之外的其他波段的光线，第一滤 波组件122仅允许红外光进入黑白相机121；同时，第二滤波组件132 用于截止红外光，第二滤波组件132能够滤除红外光而使可见光进入 彩色相机131。由此，通过设置第一滤波组件122和第二滤波组件132， 实现了红外光和可见光的分离，使其分别进入黑白相机121和彩色相 机131。进一步地，基于此，相当于在空间上实现了红外光和可见光的 分离，从而无需再在时间上将二者进行分离，即无需进行红外光和可见 光的切换，从而避免了可见光闪烁，避免了对用户眼睛的刺激，提升了 用户体验。

示例性地，黑白相机121的数量可为三个，其也可称为三维相机； 彩色相机131也可称为纹理相机，黑白相机121和彩色相机131均可 为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor， CMOS)相机，在此不限定；第一滤波组件122可包括滤光片或者其他 光学件或光学组件，第二滤波组件132可为截止片或者其他光学件或 光学组件，在此不限定。

在一些实施例中，继续参照图3，控制系统150还连接第一采集光 学系统120和第二采集光学系统130。由此，单帧三维数据只需要1个 时刻的触发信号，同时采集第一图像和第二图像，第一图像对应于重建 图，第二图像对应于纹理图，由此重建图与纹理图不存在时间差，能够 满足手持式三维扫描仪需要的带彩色纹理的彩色三维重建的条件。

示例性地，控制系统150触发投影光学系统110，使其中的彩色三 维重建投影光学系统111将具有条纹图案的红外光投射到被测物体(面 部和牙齿)上，同时纹理光源投影光学系统112将可见光投射到被测 物体(面部和牙齿)上。同时，控制系统150还控制第一采集光学系统 120和第二采集光学系统130分别基于红外光和可见光采集第二图像； 示例性地，黑白相机121的感光波段与三维重建投影光学系统111的 红外光的波段对应，在黑白相机121的镜头前设置红外滤光片，仅使 红外光通过；且，彩色相机131的感光波段与纹理光源投影光学系统 112的可见光的波段对应，在彩色相机131的镜头前设置红外截止片， 以滤除红外光而仅使可见光通过。由此，第一采集光学系统120和第 二采集光学系统130能够在同一时间分别快速获取带有条纹图案的被 测物体图像(即第一图像)和带有彩色纹理图像的被测物体图像(即第 二图像)；第一图像和第二图像分别传输至数据处理系统140，数据处 理系统140基于第一图像和第二图像进行数据处理，以获得被测物体 的彩色三维模型数据，具体拼接过程，在后文中结合方法进行示例性说 明。

能够理解的是，黑白相机121和彩色相机131在扫描前需要进行 位置标定，以将纹理图和三维数据进行对应；具体标定位置的方式可为 本领域技术人员可知的任一种方式，在此不赘述也不限定。

在一些实施例中，三维重建投影光学系统111包括红外激光器、具 有条纹图案的透射板和成像镜头；红外激光器发出的光源透过透射板 之后，通过成像镜头将具有条纹图案的红外光投射至目标区域。

其中，三维重建投影光学系统111可采用透射投影的方式，由一个 红外激光器作为光源，该红外激光器发出的光线透过条纹图案，通过成 像镜头将投射出去，例如投射到目标区域。如此，可实现三维重建投影 光学系统111将具有条纹图案的红外光投射至目标区域。

在一些实施例中，三维重建投影光学系统111包括数字光处理 (Digital LightProcessing，DLP)投影仪。

如此设置，还可采用红外DLP投影仪来实现具有条纹图案的红外 光的投射。

在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他方式实 现对具有条纹图案的红外光的投射，在此不限定。

在一些实施例中，纹理光源投影光学系统112包括LED阵列和匀 光板；匀光板设置于LED阵列的出光侧，匀光板用于将LED阵列发出 的光线进行匀光，并向目标区域投射。

其中，纹理光源的投影光学系统采用LED阵列加上匀光板，以投 射白光(即可见光)到面部区域。

在其他实施方式中，还可采用本领域技术人员可知的其他方式将 可见光均匀投射至目标区域，在此不限定。

在一些实施例中，图4为本公开实施例提供的另一种扫描仪的结 构示意图，图5为图4示出的扫描仪的正视结构示意图，图6为图4 示出的扫描仪的俯视结构示意图。参照图4-图6，扫描仪10还包括散 热系统160；散热系统160用于至少为三维重建投影光学系统111散 热。

其中，扫描仪10工作时，三维重建投影光学系统111在投射红外 光时，其产热较多；通过利用散热系统160为其散热，可使三维重建投 影光学系统111工作在适宜的温度下，从而确保其具有较好的性能，以 确保扫描仪具有较高的扫描精准性。

示例性的，散热系统160设置于三维重建投影光学系统111的背 侧，能够理解的是，该背侧即为与出光侧相背离的一侧。在其他实施方 式中，散热系统160还可环绕三维重建投影光学系统111的侧面设置， 或采用本领域技术人员可知的其他方式设置，在此不限定。

示例性地，散热系统160可包括阵列排布的散热片结构，或者散 热系统160可采用本领域技术人员可知的其他散热结构，在此不限定。

在其他实施方式中，散热系统160还可用于为控制系统150、第一 采集光学系统120和第二采集光学系统130散热，或者散热系统160 可用于为三维重建投影光学系统111、纹理光源投影光学系统112、第 一采集光学系统120、第二采集光学系统130、数据处理系统140以及 控制系统150中的至少一个散热，可基于扫描仪的性能需求以及结构 需求设置，在此不限定。

在一些实施例中，图7为本公开实施例提供的又一种扫描仪的结 构示意图。参照图7，扫描仪10还包括一支撑板101和设置于支撑板 101两侧的支撑立柱102；三维重建投影光学系统111、第一采集光学 系统120和第二采集光学系统130均固定于支撑板101上，纹理光源 投影光学系统112固定于支撑立柱102上。

其中，三维重建投影光学系统111、第一采集光学系统120、第二 采集光学系统130均设置于支撑板101上，纹理光源投影光学系统112 设置于支撑立柱102上，一方面实现扫描仪10中各结构部件的合理设 置；另一方面，使得在能够实现较好的扫描效果的同时，能够使扫描仪 10的结构较紧凑，便于实现扫描仪10的小型化设计。

示例性地，图7中仅示例性地示出了纹理光源投影光学系统112包 括两个整体呈方形的照明灯，以实现从相对的两侧实现照明，从而减弱 单侧照明时的阴影干扰，便于第二采集光学系统130较精准地获取目 标区域的被测物体对应的第二图像。但是，其并不构成对本公开实施例 提供的扫描仪10的限定。在其他实施方式中，纹理光源投影光学系统112中的照明灯的数量、形状以及空间位置还可采用采用本领域技术人 员可知的其他方式设置，在此不限定。

示例性地，结合图3和图7，第一采集光学系统120可包括3个黑 白相机121，每个黑白相机121均配置对应的第一滤波组件122；第二 采集光学系统130可包括1个彩色相机131，该彩色相机131对应配置 第二滤波组件132；且，支撑板101上沿其长度方向依次设置5个通 孔，三维重建投影光学系统111由中间的通孔固定，彩色相机131由 与中间的通孔相邻的一通孔固定，黑白相机121分别由剩余的三个通 孔一一对应固定，各黑白相机121的固定角度可基于扫描需求设置， 能够满足三维重建的需求即可。

在其他实施方式中，支撑板101上的各结构部件还可采用本领域 技术人员可知的其他空间布局方式设置，在此不限定。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种扫描方法， 其应用上述任一种扫描仪执行，可实现对应的有益效果。

在一些实施例中，如图8所示，为本公开实施例提供的一种扫描 方法的流程示意图。参照图8，该扫描方法可包括如下步骤。

S601、投影光学系统同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至 目标区域。

结合上文，投影光学系统可包括三维重建投影光学系统和纹理光 源投影光学系统，其可由控制系统痛处触发，从而同步投射出红外光和 可见光，以实现由投影光学系统同步投射可见光和红外光。

示例性地，具有条纹图案的红外光也可称为具有编码图案的红外 光，其可用于后续三维重建过程中，便于实现面部数据和牙齿数据的提 取。

示例性地，可见光可为白光，或采用其他单一波段的可见光，能够 满足采集第二图像的需求即可，在此不限定。

示例性地，以将该扫描仪应用于DSD场景下为例，目标区域可为 包括用户面部区域的一个区域。在其他场景中，目标区域还可为满足获 取被测物体的需求的其他区域，在此不限定。

S602、第一采集光学系统采集第一图像。

其中，第一图像为带有条纹图案的图像，第一图像包括面部信息和 牙齿信息。

由此，对应于DSD场景，第一图像中可包括面部数据和拼接数据。

S603、第二采集光学系统采集第二图像。

其中，第二图像为彩色纹理图像。

由此，对应于DSD场景，第二图像中可包括纹理数据。

S604、数据处理系统基于第一图像和第二图像进行数据处理，以获 得被测物体的彩色三维模型数据。

由此，可通过基于第一图像和第二图像的数据处理，实现基于拼接 数据对面部数据和纹理数据的拼接，从而实现利用第二图像为第一图 像上颜色，以确定被测物体的彩色三维模型数据，例如可获得DSD场 景下的用户面部和牙齿的完整数据。

本公开实施例提供的扫描方法中，通过设置投影光学系统将可见 光和红外光同步投射至目标区域，例如用户面部区域，可在扫描过程中， 不必切换红外光与可见光，即可见光和红外光均常亮，从而避免了可见 光闪烁的问题，改善了对用户眼睛的刺激，有利于提高扫描过程中的用 户体验；同时，红外光为具有条纹图案的红外光，其被投射至目标区域， 对应地，第一采集光学系统基于具有条纹图案的红外光获取第一图像， 由于红外光呈条纹状，其在牙齿表面即使被扩散也还能够被提取，从而 第一图像可同时包括面部信息和牙齿信息，相当于能够基于红外光同 时采集到拼接数据和面部数据；且，第二采集光学系统能够基于可见光 获取彩色纹理图像；基于此，在数据处理系统中，基于第一图像和第二图像直接进行数据处理，即能够实现纹理数据和面部数据的拼接。

在一些实施例中，基于第一图像和第二图像进行数据处理，以获得 被测物体的彩色三维模型数据，包括：

基于第一图像，确定条纹序列，并拼接融合以构建被测物体的彩色 三维数据；

基于第二图像，确定针对被测物体的带有彩色纹理的纹理图；

将纹理图映射到三维数据上，以确定被测物体的彩色三维模型数 据。

本公开实施例中，基于数据处理系统中内置的软件算法，一方面处 理第二采集光学系统(例如1个CMOS彩色相机)采集到的第二图像， 以获取被测物体带彩色纹理的彩色三维数据；另一方面，处理第一采集 光学系统(例如3个CMOS黑白相机)获取的第一图像，确定条纹序 列，再利用条纹三维重建算法和拼接融合算法构建被测物体的彩色三 维数据，确定被测物体的彩色三维形貌；最后，并利用事先标定好的黑 白相机和彩色相机的位置关系，将纹理图映射到三维数据上，以确定被 测物体。

能够理解的是，上述算法可采用本领域技术人员可知的任一种算 法，以实现对应的彩色三维重建或者拼接融合的过程，在此不赘述也不 限定。同时，上述事先标定相机的位置的方式可采用本领域技术人员可 知的任一种位置标定方式实现，在此不限定。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系 术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而 不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或 者顺序。且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排 他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不 仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括 为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情 况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素 的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理 解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说 将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精 神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制 于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特 点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种扫描仪，其特征在于，包括投影光学系统、第一采集光学系统和第二采集光学系统和数据处理系统；

所述投影光学系统用于同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标区域；

所述第一采集光学系统用于基于所述红外光采集第一图像；其中，所述第一图像为带有条纹图案的图像，所述第一图像包括面部信息和牙齿信息；

所述第二采集光学系统用于基于所述可见光采集第二图像；其中，所述第二图像为彩色纹理图像；

所述数据处理系统用于基于所述第一图像和所述第二图像进行数据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。

2.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，所述投影光学系统包括三维重建投影光学系统和纹理光源投影光学系统；

所述扫描仪还包括控制系统，所述控制系统用于同步触发所述三维重建投影光学系统和所述纹理光源投影光学系统，使所述投影光学系统同步投射所述可见光和所述红外光至目标区域；

其中，所述三维重建投影光学系统用于将所述红外光投射至目标区域，所述纹理光源投影光学系统用于将所述可见光投射至目标区域。

3.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，所述第一采集光学系统包括黑白相机和第一滤波组件，所述第一滤波组件用于滤除预设波段的光线而仅使红外光进入所述黑白相机；

和/或

所述第二采集光学系统包括彩色相机和第二滤波组件，所述第二滤波组件用于截止红外光而使可见光进入所述彩色相机。

4.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，还包括一支撑板和设置于支撑板两侧的支撑立柱；

所述三维重建投影光学系统、所述第一采集光学系统和所述第二采集光学系统均固定于支撑板上，所述纹理光源投影光学系统固定于所述支撑立柱上。

5.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，还包括散热系统；

所述散热系统用于至少为所述三维重建投影光学系统散热。

6.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，所述纹理光源投影光学系统包括LED阵列和匀光板；

所述匀光板设置于所述LED阵列的出光侧，所述匀光板用于将所述LED阵列发出的光线进行匀光，并向所述目标区域投射。

7.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，所述三维重建投影光学系统包括红外激光器、具有条纹图案的透射板和成像镜头；所述红外激光器发出的光源透过所述透射板之后，通过所述成像镜头将具有条纹图案的红外光投射至目标区域；

或者所述三维重建投影光学系统包括数字光处理投影仪。

8.根据权利要求1-7任一项所述的扫描仪，其特征在于，所述条纹图案包括多条亮暗相间的条纹；

条纹占空比的取值范围为10％-50％。

9.一种扫描方法，其特征在于，应用权利要求1-8任一项所述的扫描仪执行，所述扫描方法包括：

所述投影光学系统同步投射可见光和具有条纹图案的红外光至目标区域；

所述第一采集光学系统采集第一图像；其中，所述第一图像为带有条纹图案的图像，所述第一图像包括面部信息和牙齿信息；

所述第二采集光学系统采集第二图像；其中，所述第二图像为彩色纹理图像；

所述数据处理系统基于所述第一图像和所述第二图像进行数据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据。

10.根据权利要求9所述的扫描仪，其特征在于，所述基于所述第一图像和所述第二图像进行数据处理，以获得被测物体的彩色三维模型数据，包括：

基于所述第一图像，确定条纹序列，并拼接融合以构建所述被测物体的彩色三维数据；

基于所述第二图像，确定针对所述被测物体的带有彩色纹理的纹理图；

将所述纹理图映射到所述三维数据上，以确定所述被测物体的彩色三维模型数据。

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