CN115937418A - 结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法，属于三维重建技术领域。所提出的结构光编码方法包括生成第一图案，反码操作得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；得到第一图像序列；生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案；去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，反码操作，得到对应的格雷码反码图案；得到第二图像序列；由第一图像序列、第二图像序列得到第三图像序列。本发明能够高效准确地对结构光进行编码，从而对口腔等物体进行高效准确的三维重建。

Description

结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪及重建方法

技术领域

本发明属于三维重建技术领域，具体涉及一种结构光编码方法、三维重建方法、口腔扫描仪以及口腔三维重建方法。

背景技术

基于结构光的双目立体重建方法是通过主动投射经调制的光源，被双目系统拍摄后，利用三角测量原理获得三维数据的方法，该方法具有精度高、重建速度快等优点，因而被广泛应用在口腔扫描、3C电子重建等领域。

对于基于结构光的三维重建技术而言，结构光的编码方式非常重要。常用的结构光编码方法分为时间编码和空间编码。时间编码是在时间维度上一系列编码图案，这种方式在测量过程中，将一系列编码图案按照一定次序连续的投射到物体表面，这种编码方法具有很高的测量精度，而且易于实现，但时间编码方式由于要投影并采集多张图片，因此对于动态场景并不友好，该方法适用于静止场景的三维测量。空间编码是一张编码图案，每一点的编码方案由其邻域内的信息提供，该编码方法在测量过程中单次仅需投射和采集一张图案，因而采集速度快，比较适合实时动态场景的测量。但编码图案数量的减少也增加了图像的复杂程度，图像内某一点的坐标会受空间邻域内特征点的影响，因此空间编码方法具有抗干扰能力差、解码复杂、分辨率低、测量准确度低的缺点。

在牙齿正畸领域，通常会利用口腔扫描仪对口腔进行三维测量，以获得口腔三维模型。然而，由于口内牙釉质的材质透明度略高，一般的可见光投射到牙齿上，反射回的光强偏低，导致解码过程中误差较大；另一方面，由于口腔的特殊结构，需要口腔扫描仪深入到口腔内部进行动态扫描，也同样造成了误差的累计，从而导致三维测量的不准确，以至于最终不能保证口腔三维重建的精度。

发明内容

为了能够对口腔等物体进行准确三维重建，本发明提供一种结构光编码方法，并基于所提供的结构光编码方法，进一步提供一种物体三维重建方法、口腔扫描仪以及口腔三维重建方法。

针对上述目的，本发明第一方面提供一种结构光编码方法，包括：

生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；

将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案顺序排列，得到第一图像序列；

生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；

去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；

将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；

将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。

在一实施例中，所述结构光编码方法还包括：根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定第一系列的格雷码编码图案的张数，包括如下步骤：

根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度计算第一图案中的条纹数量；

根据第一图案中的条纹数量确定第一系列的格雷码编码图案的张数。

在一实施例中，生成第一系列的格雷码编码图案方法包括：根据二进制转格雷码的编码规则，二进制与格雷码的最高位一致，最高位与次高位异或得到格雷码的次高位，按照规则，依次生成格雷码码字，对应的生成第一系列格雷码编码的黑白条纹图案。

本发明第二方面，提供三维重建的方法，其特征在于，包括：

编码操作，利用上述任一结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列，所述第三图像序列在进行编号时，格雷码编码图案编号在偶数位，对应的格雷码反码图案编号在奇数位；

将第三图像序列投射于目标物表面，并目标物反射的图像进行采集；

对采集的图像进行解码操作；所述解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；

根据解码后的信息，进行物体三维重建。

在一实施例中，所述解码操作还包括：

在格雷码转换时，判断图片中间位置是否出现条纹0，当出现条纹0时，在其右侧所有条纹编号相应加0.5倍的第一系列的格雷码编码图案的张数。

在一实施例中，所述对所有编号为偶数的图像作二值化处理的方法为：

在像素坐标(i，j)处，灰度值分别为G₁和G₂，若G₁>G₂，则解码为1，否则解码为0。

在一实施例中，根据解码后的信息，进行物体三维重建的方法是：根据三角测量原理，完成物体三维重建。

本发明第三方面，提供一种口腔扫描仪，包括：

处理模块，用于对结构光进行编码、解码及完成对口腔感兴趣的区域的重建，进行编码时采用上述任一结构光编码方法，得到第三图像序列；

投影模块，用于将第三图像序列投射在口腔感兴趣的区域；

采集模块，用于采集口腔感兴趣的区域反射的图像，并发送给处理模块，进行解码；

处理模块进行解码后，完成口腔感兴趣的区域的三维重建。

在一实施例中，所述采集模块为双目相机或两个相机。

本发明第四方面提供一种口腔重建方法，包括：

手持口腔扫描仪对准口腔中感兴趣的区域；

处理模块执行编码操作，采用所提出的结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列；

投影模块将第三图像序列投射于口腔中感兴趣的区域，并由采集模块对反射的图像进行采集，并将采集的图像回传给处理装置；

处理模块对回传的图像进行解码操作，解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；

基于解码后数据，根据三角测量原理，完成口腔三维重建。

本发明实施例中所提出的结构光编码方法，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，一方面利用格雷码编码，可以降低牙齿等反射回的光强偏低导致的解码过程中误差较大的问题；另一方面，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，减少了格雷码编码图案的数量，从而缩短投影时间，缓解实时性压力，较少动态误差，既能保证高精度的要求，又能高效率的实时重建口腔中牙齿等目标物。所提出的物体三维重建方法、口腔扫描仪以及口腔三维重建方法基于所提出的结构光编码方法，从而能够更加高效准确的对物体进行重建。

附图说明

图1为本发明一实施例中以结构光投射目标物并捕捉并处理目标物反射的结构光的系统示意图；

图2为本发明一实施例中结构光编码的流程图；

图3为本发明一实施例中各图像序列的示意图；

图4为本发明一实施例中生成的第一系列的格雷码编码图案示意图；

图5为本发明一实施例中格雷码与十进制数的转换关系示意图；

图6为本发明一实施例中物体三维重建的方法的流程图；

图7为本发明一实施例中采集装置拍到的格雷码图案以及其二值化后的图案；

图8为本发明一实施例中采集装置拍到的黑白条纹图案以及其二值化后的图案；

图9为本发明一实施例中格雷码图案序列转为十进制数值后的结果示意图；

图10为本发明一实施例中口腔扫描仪的示意图；

图11为本发明一实施例中口腔三维重建方法的流程图；

图12为本发明一实施例中口腔扫描仪对口腔中感兴趣的区域进行扫描的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本发明一实施例中以结构光投射目标物并捕捉并处理目标物反射的结构光的系统100。目标物110可以是任何物体，在本发明的实一施例中，目标物为口腔中的感兴趣区域(如牙齿、牙龈等)。该系统100包括处理装置140、投影装置120以及采集装置130，处理装置140可以通过网络150连接投影装置120和采集装置130，网络150可以是有线或无线网络。

在所提供的实施例中，处理装置140可以与投影装置120以及采集装置130分开设置，通过数据线物理连接。在其他的实施例中，处理装置140可以与投影装置120以及采集装置130整合在单一装置中。

投影装置120可为投影机，能够向目标物110投影二维图像，这些二维图像可以保存在处理装置140的存储器中。采集装置130可以是两个镜头的或单一镜头的照相机(或摄像机)，能够捕捉投射在目标物110表面的图像。对于采用双目测量原理进行三维测量时，采集装置130可以是具有双镜头的双目相机或者是采用两个单目相机组合。

处理装置140可创建由投影装置120投射到目标物上的二维图像，并处理采集装置130所传送的影像，从而对目标物110进行三维测量，重建目标物110的三维模型。在本发明的实施例中，二维图像为编码的结构光图案。

在本发明的第一方面，提供一种结构光编码方法200，以适应于口腔的三维重建。图2示出了本发明一实施例中结构光编码的流程图。此方法可以执行于图1所示的系统100中，主要是由处理装置140完成。结合图2，该方法包括如下步骤：

步骤S210：生成第一图案2011，对第一图案2011执行反码操作，得到对应的第一反码图案2012，所述第一图案2011为黑白条纹图案；将第一图案2011和第一反码图案2012均按行左移或右移0.5倍的第一图案2011的条纹宽度，得到第一移动图案2013和对应的第一移动反码图案2014。

如图3中第4行为一实施例中生成的黑白条纹相间的第一图案2011以及经反码操作后得到的第一反码图案2012，所谓反码操作，就是将第一图案2011中的白色条纹变成黑色条纹，将第一图案2011中的黑色条纹变成白色条纹。第一图案2011和第一反码图案2012构成一对图案。

第一图案2011的条纹宽度为人为设定，记为P(像素)，因此，按行左移或右移0.5倍的第一图案2011的条纹宽度，即P/2。则得到与第一移动图案2011和对应的第一移动反码图案2012。对于第一图案2011中的条纹数量N，可以根据第一图案2011的条纹宽度P和投影图案宽度W计算得到，即N＝int(W/P+0.5)，其中int()为取整函数。在本发明的实施例中，投影宽度W由投影机在宽度方向的分辨率决定，是指宽度方向上的像素数。

图3中第5行所示的分别为第一移动图案2013和第一移动反码图案2014，两张图案中，条纹的宽度和第一图案2011的条纹宽度一致。

步骤S220：按第一图案2011、第一反码图案2012、第一移动图案2013、第一移动反码图案2014依次排列，得到第一图像序列201。在一实施例中，得到的第一图像序列由图3中第4行和第5行按相应顺序组成。

步骤S230：生成第一系列的格雷码编码图案202，所述格雷码编码图案202为黑白条纹图案；所述第一系列的格雷码编码图案202的张数根据第一图案2011的条纹宽度和投影图案宽度确定。

根据二进制转格雷码的编码规则，二进制与格雷码的最高位一致，最高位与次高位异或得到格雷码的次高位，按照规则，依次生成格雷码码字，对应的生成第一系列格雷码编码图案202。格雷码编码图案是由一系列的黑白条纹图案组成。但说明的是，在后续的说明中，黑白条纹图案指代的是第一图像序列201中的图案。

在一些实施例中，格雷码的位数主要由根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定，然后根据格雷码的位数，确定得到第一系列的格雷码编码图案202的张数。为了得到格雷码的位数，首先根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度计算第一图案中的条纹数量，即N＝int(W/P+0.5)，其中int()为取整函数。然后，根据第一图案中的条纹数量确定第一系列的格雷码编码的黑白条纹图案的张数。对于N条条纹，最多需要K位二进制数值进行唯一标识，其中K＝log₂N，也就是需要K张图像组成第一系列的格雷码编码图案。在本发明的一实施例中，N为16，则计算出的K为4。如4示出了4为格雷码二进制编码图案的示例。

步骤S240：去除第一系列的格雷码编码图案202中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案203，对第二系列的格雷码编码图案203执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案204。

如图4所示，条纹最宽的图案为第一张格雷码编码图案，即图案2020。去掉图案202后，则剩余的格雷码编码图案构成第二系列的格雷码编码图案203，如图3中第1列图像的1-3行，包括图案2021、2022和2023。第二系列的格雷码编码图案203可以表示3位的格雷码。图5示出了十进制数转换至3为格雷码的表格。

对第二系列的格雷码编码图案203执行反码操作，即将黑色条纹变成白色条纹，白色条纹变成黑色条纹。

步骤S250：将第二系列的格雷码编码图案203和对应的格雷码反码图案204的依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列205。图3中的前三行图像给出了本发明一实施例中第二图像序列的示意图，按行查看，其中第一列为第二系列的格雷码编码图案203，第二列为对应的格雷码反码图案204，然后排列时为图案2021、2041、2022、2042、2023、2043。

步骤S260：将第一图像序列201、第二图像序列205依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列206，整个第三图像序列包括2K+2张图案。

图3给示出了本发明一实施中的第三图像序列206，其中第1列1-3行为第二图像序列，第4-5行为第一图像序列。则编号后的图案顺序为2021、2041、2022、2042、2023、2043、2011、2012、2013、2014，将上述图案序列从0开始进行编号，共编号到9。

利用系统100，处理装置140上述的编码方法，对结构光进行编码后，通过投影装置120投影到目标物110上，然后采集装置130对目标物110反射的对图像进行采集，再传送给处理装置140，在处理装置中处理得到目标物210的三维信息，从而根据三维信息进行目标物的三维重建。

本发明实施例中所提出的结构光编码方法，采用格雷码编码图案(第二图像序列)与黑白条纹图案(第一图像序列)组合编码的方式，一方面利用格雷码编码，可以降低牙齿等反射回的光强偏低导致的解码过程中误差较大的问题；另一方面，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，减少了格雷码编码图案的数量，从而缩短投影时间，缓解实时性压力，较少动态误差，既能保证高精度的要求，又能高效率的实时重建口腔中牙齿等目标物。

在本发明的一个方面中，在一实施例中提供了一种物体三维重建的方法300。图6示出了一实施例中物体三维重建的方法300的流程图，利用上述的系统100可根据该方法完成对目标物的三维重建。参考图6，该方法包括以下步骤：

步骤S310：编码操作，利用所提出的任一的结构光编码方法200对结构光进行编码，得到第三图像序列206，该步骤中，第三图像序列206在进行编号时，格雷码编码图案编号在偶数位，对应的格雷码反码图案编号在奇数位，即如图3中，编号后的图案顺序为2021、2041、2022、2042、2023、2043、2011、2012、2013、2014，将上述图案序列从0开始进行编号，共编号到9。

编码时，处理装置140根据执行如下步骤：生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案的条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案依次排列，得到第一图像序列；生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。在一实施例中，得到如图3示意的第三图像序列206。

步骤S320：将第三图像序列206投射于目标物210表面，并对目标物反射的图像进行采集。处理装置140通过投影装置120将编号后第三序列图像206投影到目标物210表面，然后采集装置130将目标物210表面反射的图像进行采集，并将采集的图像回传给处理装置140。对于投影装置和采集装置的动作，也可由处理装置控制。

步骤S330：对采集的图像进行解码操作；解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系(图5)，将其转换为十进制，得到对应条纹编号。

在一实施例中，对所有编号为偶数的图像作二值化处理的方法为：在像素坐标(i，j)处，灰度值分别为G₁和G₂，若G₁>G₂，则解码为1，否则解码为0。例如在图3所示的实施例中，图案2021、2022、2023、2011和2013均编号为偶数，所以对上述五张图像进行二值化处理。由于2021、2022、2023是格雷码编码图案，因此，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；而2011和2013为黑白条纹图案，无需进行与十进制数的转换。

参阅如图7，采集装置130采集的目标物反射的格雷码图像为第1、2行，第3行为二值化后的格雷码图案。参阅图8，采集装置130采集的目标物反射的黑白条纹图案为第1、2列，第3列为二值化后的图案。在图7和图8中，目标物210为牙齿。

在对黑白条纹图案二值化后，可以得到每个0和1跳变处的像素坐标，根据该像素坐标，可以用于采集装置的图像匹配。在一实施例中，采集装置130为双目或两个相机，对左右相机同时拍摄到的格雷码和黑白条纹图图案完成解码后，此时得到十进制数值组成的图片与条纹0、1跳变的像素坐标，并且每个0、1跳变的像素坐标处都可以查到同坐标位置的十进制数值。根据双目相机系统的位置关系，可以确定左图像中的任何一个像素，在右图像中都有唯一的匹配点，并且该匹配点位于一条直线上，这条直线称为外极线。左图像中任意0、1跳变的像素坐标，均可在右图像的外极线上找到对应的匹配点，该匹配点同样也是0、1跳变处，并且拥有同样的十进制数值。再次说明的是，黑白条纹图案指的是第一图像序列中的图案。

步骤S340：根据解码后的信息，进行物体三维重建。

处理装置140对采集的图像进行解码后，因为投影装置和采集装置的参数和位置都是确定的，因此可根据三角测量原理，测出目标物的三维坐标，并生产点云数据，然后将点云数据重建为三维模型。

在一些实施例中，因为在结构光编码的过程中，由于条纹最宽的格雷码编码图案没有使用，如图4中的图案2020，所以解码出的十进制存在重复的情况，本发明实施例中给出的方法为：在格雷码转换时，判断图片中间位置是否出现条纹0，当出现条纹0时，在其右侧(图像序列由左到右排列)所有条纹编号相应加0.5倍的第一系列的格雷码编码的黑白条纹图案的张数，即N/2，以去除条纹编号歧义，此时在一示例中，格雷码转化为十进制数值后的结果如图9示意。

本发明所提出的物体三维重建的方法300，基于上文中提到的结构光编码方法进行编码，然后进行解码，一方面，采用了格雷码的编码，对于牙齿等反射光强度低的物体，可以有效降低解码误差；另一方面，采用格雷码编码图案与黑白条纹图案组合编码的方式，减少了格雷码编码图案的数量，从而能够快速解码，提高了实时性，有效减低动态误差。该方法在能够保证较高精度，对口腔等目标物进行三维重建。

在口腔三维重建过程中，通常是利用口腔扫描仪直接深入到口腔中，对牙齿、牙龈进行三维扫描，从而对口腔进行三维重建，因此，本发明的一方面提供了一种口腔扫描仪400。图10示出了本发明一实施例中口腔扫描仪400的示意图。口腔扫描仪400可以认为是处理装置140、投影装置120、采集装置130整合在一起的系统。口腔扫模仪400包括处理模块402、投影模块403和采集模块404，处理模块402、投影模块403和采集模块404整合在一按需求设计的形状的壳体401中，投影模块403、采集模块404均与处理模块402物理连接。

口腔扫描仪400前端具有扫描头405，扫描头上开设有扫描口406，投影模块402投射出的编码图案序列由扫描口406投射在口腔中的感兴趣区域上，例如牙齿、牙龈等。

在口腔扫描仪400中，处理模块402可以为一处理器，投影模块403可以采用投影机，采集模块404可以根据结构需求，采用单目或双目相机，或两个相机。在本发明一实施例中，在口腔扫描仪400中，采用了双目相机，因此在口腔三维重建时，根据双目立体匹配原理。对于双目立体匹配原理，为本领域技术人员的公知内容，此处就不再过多说明。

在三维扫描仪400中，处理模块402执行编码操作，利用所提出的结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列206。处理模块402根据执行如下步骤：生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案的条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案依次排列，得到第一图像序列；生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。在一实施例中，得到如图3示意的第三图像序列206。

然后处理模块402将第三图像序列206通过投影模块403投射于口腔感兴趣区域表面，并进行采集。采集模块404将对反射图像进行采集，并将采集的图像回传给处理模块402。

处理模块402对采集的图像进行解码操作；解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系(图5)，将其转换为十进制，得到对应条纹编号。

处理模块402完成解码后，完成对口腔感兴趣区域的三维重建。

对于更具体的解码过程，以及重建的说明，与上文中物体三维重建方法300中的说明一致，此处就不再做多余赘述。

在一实施例中，采集模块404为双目相机，从而能够对口腔中感兴趣区域进行完整扫描，提高口腔三维重建的精度，对于利用双目相机的情况下，解码过程可参见步骤S330中相应说明。

在本发明的第四方面，提供一种口腔重建方法500，主要是利用提出的口腔扫描仪400，对口腔中感兴趣的区域进行三维重建，不如牙齿、牙龈等。图10示出了一实施例中，口腔三维重建方法500的流程图，结合图11所示，包括如下步骤：

步骤S510：手持口腔扫描仪对准口腔中感兴趣的区域501，如图12；

步骤S520：处理模块402执行编码操作，采用所提出的结构光编码方法100对结构光进行编码，得到第三图像序列；

步骤S530：投影模块402将第三图像序列206投射于口腔中感兴趣的区域501，并由采集模块404对反射的图像进行采集，并将采集的图像回传给处理装置402。

步骤540：处理装置402对回传的图像进行解码操作，解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系(图5)，将其转换为十进制，得到对应条纹编号。更具体解码过程可参见上文对物体三维重建方法300的说明，此处就不再做过多赘述。

步骤550：基于解码后数据，根据三角测量原理，完成口腔三维重建。

利用本发明的口腔三维重建方法，由于其编码过程的优越性，可以有效提高口腔三维重建的精度，降低误差。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种结构光编码方法，其特征在于，包括：

生成第一图案，对所述第一图案执行反码操作，得到对应的第一反码图案，所述第一图案为黑白条纹图案；将所述第一图案和第一反码图案均按行左移或右移0.5倍的第一图案的条纹宽度，得到第一移动图案和对应的第一移动反码图案；

将第一图案、第一反码图案、第一移动图案、第一移动反码图案依次排列，得到第一图像序列；

生成第一系列的格雷码编码图案，所述格雷码编码图案为黑白图案，所述第一系列的格雷码编码图案的张数根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定；

去除第一系列的格雷码编码图案中条纹最宽的图案，得到第二系列的格雷码编码图案，对第二系列的格雷码编码图案执行反码操作，得到对应的格雷码反码图案；

将第二系列的格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案依次排列，其中格雷码编码图案和对应的格雷码反码图案交叉，得到第二图像序列；

将第一图像序列、第二图像序列依次排列，并进行编号，按编号顺序，形成第三图像序列。

2.根据权利要求1所述的结构光编码方法，其特征在于，所述结构光编码方法还包括：根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度确定第一系列的格雷码编码图案的张数，包括如下步骤：

根据第一图案的条纹宽度和投影图案宽度计算第一图案中的条纹数量；

根据第一图案中的条纹数量确定第一系列的格雷码编码图案的张数。

3.根据权利要求2所述的结构光编码方法，其特征在于，生成第一系列的格雷码编码图案方法包括：根据二进制转格雷码的编码规则，二进制与格雷码的最高位一致，最高位与次高位异或得到格雷码的次高位，按照规则，依次生成格雷码码字，对应的生成第一系列格雷码编码的黑白条纹图案。

4.一种三维重建的方法，其特征在于，包括：

编码操作，利用权利要求1-3任一项所述的结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列，所述第三图像序列在进行编号时，格雷码编码图案编号在偶数位，对应的格雷码反码图案编号在奇数位；

将第三图像序列投射于目标物表面，并对目标物反射的图像进行采集；

对采集的图像进行解码操作；所述解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；

根据解码后的信息，进行物体三维重建。

5.根据权利要求4所述的三维重建方法，其特征在于，所述解码操作还包括：

在格雷码转换时，判断图片中间位置是否出现条纹0，当出现条纹0时，在其右侧所有条纹编号相应加0.5倍的第一系列的格雷码编码图案的张数。

6.根据权利要求5所述的三维重建方法，其特征在于，所述对所有编号为偶数的图像作二值化处理的方法为：

在像素坐标(i，j)处，灰度值分别为G₁和G₂，若G₁>G₂，则解码为1，否则解码为0。

7.根据权利要求6所述的三维重建方法，其特征在于，根据解码后的信息，进行物体三维重建的方法是：根据三角测量原理，完成物体三维重建。

8.一种口腔扫描仪，其特征在于，包括：

处理模块，用于对结构光进行编码、解码及完成对口腔感兴趣的区域的重建，进行编码时采用权利要求1-3任一项所述的结构光编码方法，得到第三图像序列；

投影模块，用于将第三图像序列投射在口腔感兴趣的区域；

采集模块，用于采集口腔感兴趣的区域反射的图像，并发送给处理模块，进行解码；

处理模块进行解码后，完成口腔感兴趣区域的三维重建。

9.根据权利要求8所述的口腔扫描仪，其特征在于，所述采集模块为双目相机或两个相机。

10.一种口腔重建方法，其特征在于，包括：

手持口腔扫描仪对准口腔中感兴趣的区域；

处理模块执行编码操作，采用权利要求1-3任一所述的结构光编码方法对结构光进行编码，得到第三图像序列；

投影模块将第三图像序列投射于口腔中感兴趣的区域，并由采集模块对反射的图像进行采集，并将采集的图像回传给处理装置；

处理模块对回传的图像进行解码操作，解码操作包括：对所有编号为偶数的图像作二值化处理，其中，将二值化处理后的格雷码编码图案，根据格雷码与十进制之间的转换关系，将其转换为十进制，得到对应条纹编号；

基于解码后数据，根据三角测量原理，完成口腔三维重建。

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