專(zhuān)利名稱(chēng)：用于牙齒表面形狀及色調(diào)成像的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及診斷成像領(lǐng)域并且更具體地涉及用于牙齒及其它結(jié)構(gòu)的表面的 組合的三維形狀以及顏色色調(diào)(Shade)成像的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
精確地對(duì)牙齒的形狀以及顏色色調(diào)兩者建模對(duì)于提供修復(fù)牙科學(xué)及有關(guān)服務(wù)是 重要的功能。常規(guī)地，確定牙齒輪廓并且匹配牙齒色調(diào)的功能已作為獨(dú)立的操作被執(zhí)行。這 使得難以將色調(diào)信息配準(zhǔn)或者關(guān)聯(lián)到形狀信息。顏色色調(diào)判定特別地易于受到人為誤差的 影響并且總的精確度常常取決于專(zhuān)業(yè)人員的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)。隨著數(shù)字成像技術(shù)的到來(lái)，已經(jīng)使多種工具可用于從牙齒得到表面輪廓數(shù)據(jù)或者 顏色色調(diào)信息。已經(jīng)被適用于得到牙齒輪廓的一種技術(shù)是條紋投影成像。條紋投影成像使 用圖案化的或者結(jié)構(gòu)化的光來(lái)得到各種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)的表面輪廓信息。在條紋投影成像中， 將干涉條紋或者光柵的線條的圖案從給定的方向朝對(duì)象的表面投影。來(lái)自該表面的被投影 的圖案接著從另一個(gè)方向作為輪廓圖像被觀察，利用三角測(cè)量法以基于輪廓線條的外觀來(lái) 分析表面信息。典型地將相位偏移用作條紋投影成像的一部分，在相位偏移時(shí)在空間上遞 增地移動(dòng)該投影圖案用于在新的位置獲得另外的測(cè)量，其被使用以便完成表面的輪廓映射 并且增加輪廓圖像中的總的分辨率。條紋投影成像已被用于固態(tài)的、高度不透明的對(duì)象的表面輪廓成像并且已被用于 對(duì)人體的一些部分的表面輪廓進(jìn)行成像以及用于得到關(guān)于皮膚結(jié)構(gòu)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。然而，多 個(gè)技術(shù)障礙已經(jīng)妨礙了牙齒的條紋投影成像的有效使用。關(guān)于牙齒表面成像的一個(gè)挑戰(zhàn)涉 及牙齒的半透明性。半透明或者不完全半透明材料(semi-translucent) —般而言被認(rèn)為 是特別難以用于條紋投影成像。半透明結(jié)構(gòu)中的子表面散射可能減小總的信噪比(S/N)并 且偏移光強(qiáng)度，產(chǎn)生不精確的高度數(shù)據(jù)。另一個(gè)挑戰(zhàn)涉及各種牙齒表面的高的反射水平。高 度反射的材料，特別是空心的反射結(jié)構(gòu)，可以有效地減小這種類(lèi)型的成像的動(dòng)態(tài)范圍。在條紋投影成像整體中，對(duì)比度典型地差，其中噪聲是顯著的因素。為提高對(duì)比 度，一些條紋投影成像系統(tǒng)采取措施來(lái)減小輪廓圖像中的噪聲量。一般而言，對(duì)于使用條紋 成像技術(shù)的精確的表面幾何測(cè)量，理想的是得到直接從被測(cè)結(jié)構(gòu)的表面所反射的光并且拒 絕從位于表面以下的材料或者結(jié)構(gòu)所反射的光。這是用于對(duì)半透明對(duì)象進(jìn)行3D表面掃描 的方法。從光學(xué)角度來(lái)看，牙齒結(jié)構(gòu)本身對(duì)條紋投影成像提出了多個(gè)另外的挑戰(zhàn)。如前所 述，穿入到牙齒表面以下的光趨向于在半透明的牙齒材料內(nèi)經(jīng)歷顯著的散射。此外，來(lái)自牙 齒表面以下的不透明結(jié)構(gòu)(feature)的反射也可能發(fā)生，增加了使所感測(cè)的信號(hào)衰減的噪 聲并且因此使牙齒表面分析的任務(wù)進(jìn)一步復(fù)雜化。已經(jīng)被嘗試以使條紋投影可用于牙齒的輪廓成像的一個(gè)糾正措施是改變牙齒表 面本身的反射特性的涂層的涂敷。此處，為補(bǔ)償由牙齒的相對(duì)半透明性所引起的問(wèn)題，多種 常規(guī)的牙齒輪廓成像系統(tǒng)在表面輪廓成像之前將涂料或者反射粉末涂敷于牙齒表面。為了條紋投影成像的目的，該增加的步驟增強(qiáng)牙齒的不透明性并且減小或者消除之前所提到的 散射光效應(yīng)。然而，這類(lèi)方法有缺陷。涂敷涂層粉末或者流體的步驟對(duì)牙齒輪廓成像過(guò)程 而言增加了成本和時(shí)間。因?yàn)橥繉颖旧淼暮穸染哂薪o定的厚度并且在整個(gè)牙齒表面上常常 是非一致的，所以測(cè)量誤差容易產(chǎn)生。當(dāng)涂層被涂敷時(shí)，沒(méi)有可用的關(guān)于牙齒的相對(duì)半透明 性的信息。另外，被涂敷的涂層在促進(jìn)輪廓成像的同時(shí)可能趨向于掩蓋關(guān)于牙齒的其它問(wèn) 題并且可能因此減小可以得到的信息總量。即使在涂層或者牙齒的其它類(lèi)型的表面調(diào)節(jié)被 使用的地方，仍然難以提供足夠量的光到所有牙齒表面，并且難以感測(cè)從所有牙齒表面反 射回來(lái)的光。牙齒的不同表面可以相對(duì)于彼此成90度被定向，使得難以為精確地對(duì)牙齒的 所有部分進(jìn)行成像引導(dǎo)足夠的光，無(wú)論涂層是否被涂敷。已經(jīng)有將結(jié)構(gòu)化的光表面輪廓成形技術(shù)用于牙齒結(jié)構(gòu)成像的挑戰(zhàn)的嘗試。舉例 來(lái)說(shuō)，Massen等人的題為“用于牙齒的三維測(cè)量的光探測(cè)器及方法(Optical Probe and Method for the Three-DimensionalSurveying of Teeth) ” 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，372，502 描 述了使用LCD矩陣以形成用于到牙齒表面上的投影的條形圖案。另一個(gè)方法在0' Keefe 等人的題為“用于3D成像相機(jī)的前端(Front End for 3-D ImagingCamera) ”的美國(guó)專(zhuān) 利申請(qǐng)公開(kāi)文本2007/0086762中被描述。Trissel的題為“用于口內(nèi)掃描的偏振復(fù)用器 IkTj^ (Polarizing Multiplexer andMethods for Intra-Oral Scanning)，，白勺美 15專(zhuān)禾 No. 7，312，924描述了用于使用三角測(cè)量以及偏振光對(duì)牙齒表面進(jìn)行輪廓成形的方法，但是 需要熒光涂層的涂敷以用于操作。另外，PfeifTer等人的題為“用于記錄表面結(jié)構(gòu)的3D相 機(jī)，特另丨J是用于牙禾斗目的(3-D Camera for RecordingSurface Structures, In Particular for Dental Purposes)，，的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，885，464公開(kāi)了使用三角測(cè)量的牙齒成像設(shè)備， 但是也需要將不透明的粉末涂敷于牙齒表面用于成像。粉末或者其它表面涂層的使用可以幫助促進(jìn)輪廓成像，但是其同時(shí)妨礙得到顏色 色調(diào)信息。因此，顏色色調(diào)信息和表面輪廓信息必須單獨(dú)地被得到，使得難以將色調(diào)和形狀 信息彼此配準(zhǔn)。用于從使用共焦成像的一個(gè)設(shè)備得到形狀和色調(diào)信息兩者的方法在Babyoff的 題為“用于對(duì)三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行彩色成像的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for Colour Imaging a Three-DimensionalStructure) ” 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 7，319，529 中被描述。如最佳 理解的那樣，以遞增的焦點(diǎn)距離拍攝牙齒的數(shù)百?gòu)垐D像并且對(duì)于牙齒表面上的多個(gè)點(diǎn)相對(duì) 像素強(qiáng)度被用作表面輪廓的測(cè)量。由此得到的顏色和深度數(shù)據(jù)接著被組合以得到和顯示牙 齒的形狀和顏色色調(diào)。雖然共焦成像方法可能具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是使用這種方法也有缺點(diǎn)。取決于所使 用的像素分辨率，使用這種方法可能需要相當(dāng)可觀的圖像處理資源。當(dāng)在被連接的主機(jī)或 者處理器上外部地進(jìn)行這種處理時(shí)，對(duì)于共焦裝置可能有由被傳輸?shù)街鳈C(jī)者處理器所需要 的數(shù)據(jù)量所引起的相當(dāng)可觀的開(kāi)銷(xiāo)。也有與光部件和設(shè)計(jì)有關(guān)的缺點(diǎn)。光徑要求在對(duì)于形 狀測(cè)量有效和有利的那些與有效地測(cè)量牙齒顏色色調(diào)所需要的那些之間有差別。共焦成像 需要遠(yuǎn)心照射及成像路徑，因此限制了成像裝置的視場(chǎng)?？梢岳斫獾氖翘峁┭例X的精確表面輪廓成像和顏色色調(diào)數(shù)據(jù)兩者的設(shè)備和方法 將有助于促進(jìn)重構(gòu)牙科技術(shù)并且可以有助于降低常規(guī)方法的固有的成本及不便，諸如用于 得到用于牙冠、植入物或者其它修復(fù)結(jié)構(gòu)的鑄型(cast)或者其它表面輪廓的那些方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高診斷成像技術(shù)，特別是對(duì)于口內(nèi)成像應(yīng)用?；诖四康?，本發(fā) 明提供了 口內(nèi)成像設(shè)備，其包括包括空間光調(diào)制器的照射場(chǎng)生成器，該空間光調(diào)制器可致 動(dòng)地形成照射光束，在該空間光調(diào)制器接收來(lái)自第一光源的入射光時(shí)形成該照射光束具有 輪廓條紋投影圖案以及在該空間光調(diào)制器接收來(lái)自第二光源的入射光時(shí)該照射光束具有 大體上一致的照射場(chǎng)；偏振器，其在從該照射場(chǎng)生成器所發(fā)射的照射光束的路徑上并且具 有第一偏振透射(transmission)軸；投影透鏡，其被布置為將經(jīng)偏振的照射光束作為入射 照射引向牙齒表面；成像透鏡，其被布置為沿檢測(cè)路徑引導(dǎo)至少一部分從該入射照射在該 牙齒表面處被反射和散射的光；偏振選擇元件，其沿該檢測(cè)路徑被布置并且具有第二偏振 透射軸；至少一個(gè)檢測(cè)器，其被沿該檢測(cè)路徑布置用于從通過(guò)該偏振選擇元件所提供的光 得到圖像數(shù)據(jù)；以及控制邏輯處理器，其響應(yīng)被編程的指令以按順序交替地激勵(lì)該第一光 源和第二光源并且從該至少一個(gè)檢測(cè)器得到輪廓條紋投影數(shù)據(jù)以及彩色圖像數(shù)據(jù)兩者。優(yōu)選地，本發(fā)明的上述成像設(shè)備還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器被耦合到所述偏振器 或者所述偏振選擇元件并且可激勵(lì)地用于將耦合的偏振器或者偏振選擇元件旋轉(zhuǎn)到兩個(gè) 各自正交的位置中的一個(gè)。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述成像設(shè)備中，所述偏振選擇元件是分析器。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述成像設(shè)備中，所述偏振選擇元件是偏振光束分離器并且 其中所述至少一個(gè)檢測(cè)器包括被布置為接收被透射通過(guò)所述偏振光束分離器的光的第一 檢測(cè)器以及還包括被布置為接收從所述偏振光束分離器反射的光的第二檢測(cè)器。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述成像設(shè)備中，所述空間光調(diào)制器取自從由數(shù)字微鏡裝置 和液晶裝置構(gòu)成的組。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述成像設(shè)備中，所述第一光源和所述第二光源中的至少一 個(gè)包括發(fā)光二極管。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述成像設(shè)備中，所述第二光源包括多個(gè)固態(tài)光源。優(yōu)選地，本發(fā)明的上述成像設(shè)備還包括濾光器，所述濾光器被沿所述檢測(cè)路徑布 置并且可透射350-500納米范圍中的光。本發(fā)明還提供一種用于口內(nèi)成像的方法，其包括形成照射光束，在從第一光源發(fā)射光時(shí)所述照射光束具有輪廓條紋投影圖案并且 在從第二光源發(fā)射光時(shí)所述照射光束具有一致的照射場(chǎng)；沿第一偏振透射軸使所述照射光束偏振；將經(jīng)偏振的照射光束作為入射照射引向牙齒表面；沿檢測(cè)路徑引導(dǎo)至少一部分從所述入射照射在所述牙齒表面處被反射和散射的 光；沿具有第二偏振透射軸的檢測(cè)路徑布置偏振選擇元件；以及按順序交替地激勵(lì)所述第一光源和所述第二光源并且從通過(guò)所述偏振選擇元件 所提供的光得到輪廓條紋投影圖像數(shù)據(jù)以及彩色圖像數(shù)據(jù)兩者。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，所述第一光源發(fā)射從350到500納米范圍中的光。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，形成所述照射光束包括激勵(lì)空間光調(diào)制器。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，還包括將所述輪廓條紋投影數(shù)據(jù)與所述彩色圖 像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，形成具有所述輪廓條紋投影圖案的照射光束還 包括增加對(duì)應(yīng)于所述牙齒表面的所述條紋投影圖案中的一個(gè)或者多個(gè)部分的強(qiáng)度。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，增加所述強(qiáng)度維持所述條紋投影圖案的空間頻率。優(yōu)選地，在本發(fā)明的上述方法中，從所述第二光源發(fā)射光包括連續(xù)地從兩個(gè)或者 更多個(gè)固態(tài)光源中的每一個(gè)固體光源發(fā)射光，其中所述固態(tài)光源發(fā)射不同波段的光本發(fā)明的特征在于其將具有合適的偏振和波長(zhǎng)的光與具有變化的亮度的條紋投 影圖案化一起應(yīng)用于牙齒輪廓成像的任務(wù)。由本發(fā)明的設(shè)備和方法所提供的優(yōu)點(diǎn)涉及改進(jìn)的牙齒表面成像以及與常規(guī)的輪 廓成像方法相比以較低的成本得到牙齒色調(diào)信息。不同于常規(guī)的方法，沒(méi)有粉末或者其它 不透明物質(zhì)必須被涂敷于牙齒作為輪廓成像的準(zhǔn)備步驟。這些目的僅通過(guò)示意性舉例的方式來(lái)給出，并且這種目的可能是本發(fā)明的一個(gè)或 者多個(gè)實(shí)施例的示范。通過(guò)被公開(kāi)的本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的固有的其它理想的目的和優(yōu)點(diǎn)可以被 本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到或者對(duì)于他們變得顯而易見(jiàn)。本發(fā)明由隨附的權(quán)利要求來(lái)定義。


如附圖所示，根據(jù)下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例更具體的描述本發(fā)明的前述以及其它目 的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。附圖的元件不一定相對(duì)彼此成比例。圖1是示出本發(fā)明的成像設(shè)備和方法在用于提供牙齒假體裝置(prosthetic appliance)的順序中的功能的工作流程圖。圖2A是示出入射在牙齒上的照射的取決于波長(zhǎng)的穿入的圖示。圖2B是示出具有不同波長(zhǎng)的被反射和散射的光的相對(duì)強(qiáng)度的示意圖。圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的口內(nèi)成像系統(tǒng)的部件的框圖。圖4是用于得到牙齒或者其它結(jié)構(gòu)的組合的形狀和顏色色調(diào)信息的邏輯流程圖。圖5是一個(gè)實(shí)施例中用于得到合成的形狀和顏色色調(diào)信息的成像設(shè)備的示意圖。圖6A是示出分析器的使用的框圖，其中該分析器的偏振軸平行于偏振條紋投影 成像設(shè)備的偏振器。圖6B是示出分析器的使用的框圖，其中該分析器的偏振軸與偏振條紋投影成像 設(shè)備的偏振器正交。圖7A是示出入射在牙齒上的照射的取決于偏振的反射和散射的圖示。圖7B是示出來(lái)自入射照射的被反射的和散射的光的相對(duì)強(qiáng)度的圖示。圖8A示出在檢測(cè)共偏振光時(shí)所得到的光的成分。圖8B示出在檢測(cè)交叉偏振光時(shí)所得到的光的成分。圖9是在使用多個(gè)檢測(cè)器的實(shí)施例中用于得到組合的形狀和顏色色調(diào)信息的成 像設(shè)備的示意圖。圖10是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的照射場(chǎng)生成器的示意圖。
圖11A-11C是示出增加的亮度可以怎樣被應(yīng)用于具有輪廓表面(contoured surface)的一部分成像場(chǎng)上的改進(jìn)的成像的示意圖。圖12A和12B示出一個(gè)實(shí)施例中為輪廓成像所生成的示范性投影光圖案。圖13是示出用于得到輪廓被補(bǔ)償?shù)膱D像的順序的邏輯流程圖。
具體實(shí)施例方式參考2009年4月16日提交并且共同受讓的題為“使用偏振條紋投影的牙齒表面 成像(Dental Surface Imaging Using Polarized FringeProjection) (Liang)，，的美國(guó)序 列號(hào)為12/424，562的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。在本文中所提供的附圖被給出以示出根據(jù)本發(fā)明的操作原理以及部件沿它們各 自的光路徑的關(guān)系并且不是意圖要顯示實(shí)際的大小或者比例而被畫(huà)出。一些放大可能是必 要的以強(qiáng)調(diào)基本的結(jié)構(gòu)關(guān)系或者操作原理。對(duì)于所描述的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)所需要的一些常規(guī) 部件，舉例來(lái)說(shuō)諸如被用于提供動(dòng)力、用于包裝以及用于裝配及保護(hù)系統(tǒng)光學(xué)器件的支持 部件，沒(méi)有在附圖中被示出以簡(jiǎn)化對(duì)發(fā)明本身的描述。在附圖以及下面的文本中，相同的部 件用相同的參考編號(hào)標(biāo)明，并且已經(jīng)描述地與部件以及部件的布置或者相互作用有關(guān)的類(lèi) 似描述被省略。在本公開(kāi)內(nèi)容的上下文中，術(shù)語(yǔ)“條紋圖案照射”被用于描述被用于條紋投影成像 或者“輪廓”成像的結(jié)構(gòu)化的照射的類(lèi)型。作為圖案特征，條紋圖案本身可以包括以給定的 周期重復(fù)出現(xiàn)的多個(gè)線條、圓周、曲線或者分布在被照射的區(qū)域上并且具有預(yù)先確定的空 間頻率的的其它幾何形狀。結(jié)構(gòu)化的照射的圖案中的光的線條或者其它特征的兩個(gè)部分在它們的投影線條 寬度在該線條的長(zhǎng)度上是相同地在不大于+/-15%以?xún)?nèi)時(shí)，可以被認(rèn)為是大體上“尺寸上一 致”。如隨后將更詳細(xì)地描述的那樣，結(jié)構(gòu)化的照射的圖案的尺寸一致性是需要的，以保持 一致的空間頻率。在本公開(kāi)內(nèi)容的上下文中，“大體上一致的”光束在其場(chǎng)不顯現(xiàn)視覺(jué)上可感知的強(qiáng)
度變化。工作流程為了更充分地理解本發(fā)明所解決的問(wèn)題，考慮本發(fā)明的設(shè)備和方法如何在用于設(shè) 計(jì)、制作以及安裝牙冠或者其它顏色匹配的牙齒假體的整個(gè)工作流程中起作用是有指導(dǎo)意 義的。參考圖1的工作流程圖，該過(guò)程從圖像捕獲步驟S160開(kāi)始，該圖像捕獲步驟S160得 到用于確定已有的牙齒結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)?shù)男螤詈蜕{(diào)的圖像。條紋投影圖像被用于在形狀構(gòu)建 步驟S164中生成3D形狀信息。具有不同照射波長(zhǎng)的單色圖像或者彩色圖像被用于提供在 色調(diào)提取步驟S168中所需要的顏色信息。彩色3D圖像生成步驟S170接著使用組合的色 調(diào)以及形狀數(shù)據(jù)來(lái)形成彩色圖像。假體規(guī)定步驟S174則使用該信息以及其它信息用于規(guī) 定牙冠或者其它牙齒假體的材料以及其它特征。原型構(gòu)造步驟S178允許假體裝置的可視 化，舉例來(lái)說(shuō)諸如在彩色顯示器上。隨后是顧客核準(zhǔn)步驟S180，其中牙科專(zhuān)業(yè)人員核準(zhǔn)原 型。一旦被核準(zhǔn)，制作步驟S184開(kāi)始進(jìn)行，使用色調(diào)和形狀數(shù)據(jù)以及根據(jù)其所生成的原型 構(gòu)造信息。隨后是安裝步驟S188，其中牙冠或者其它牙齒裝置被裝入病人并且做出任何必 要的微小調(diào)整。最后，執(zhí)行檢查步驟S190。
對(duì)于圖1所略述的工作流程，本發(fā)明本身主要與圖像捕獲步驟S160、形狀構(gòu)建步 驟S164、色調(diào)提取步驟S168以及隨后的彩色3D圖像生成步驟S170有關(guān)。一般而言，對(duì)于形狀構(gòu)建步驟S164從牙齒得到輪廓信息的問(wèn)題需要運(yùn)行與用于 在色調(diào)提取步驟S168中得到彩色圖像的要求相反的技術(shù)和方法。舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)檩喞上?使用灰度級(jí)輸出，其用單色光源最好而不是多色源效果；舉例來(lái)說(shuō)，將窄波段用于結(jié)構(gòu)化的 光圖案簡(jiǎn)化了條紋圖案檢測(cè)并且固有地減小了例如雜散的環(huán)境光的影響。特別地對(duì)于牙齒 成像，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于牙齒的輪廓成像而言較短波長(zhǎng)的光優(yōu)于其它光，原因在于牙齒半透明 性以及因其而來(lái)的散射，散射隨波長(zhǎng)變化。條紋投影成像和顏色色調(diào)成像之間的另外的差 別涉及光強(qiáng)度的一致性，這對(duì)于每種類(lèi)型都是有利的，如隨后將更詳細(xì)地描述的那樣。對(duì)于牙齒波長(zhǎng)對(duì)光散射的影響在圖2A的圖以及圖2B的對(duì)應(yīng)的曲線圖中被表示。 圖2A示出被引向牙齒的三個(gè)不同波長(zhǎng)λ 1、λ 2以及λ 3。以λ 1的最短波長(zhǎng)穿入牙齒最 短距離。以λ 2的第二長(zhǎng)的波長(zhǎng)穿入牙齒額外的距離。最后，以λ 3的最長(zhǎng)的波長(zhǎng)穿入牙 齒最遠(yuǎn)的距離。圖2Β的曲線圖示出散射如何影響來(lái)自每個(gè)波長(zhǎng)的在牙齒表面上的光的軌 跡(footprint)。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，軌跡越大，導(dǎo)致更大的測(cè)量誤差。波長(zhǎng)λ 1可以是例如在350 到500納米范圍中的近UV或者藍(lán)色光。波長(zhǎng)λ 2可以是例如在500到700納米范圍中的 綠色光。波長(zhǎng)λ 3可以是例如在700納米或者更高的范圍中的紅色或者IR光。因此，由于 在350-500納米范圍中的藍(lán)色或者近UV光提供到牙齒表面中的最少的穿入，其證明是在一 個(gè)實(shí)施例中對(duì)于條紋投影成像合適的光源，。圖3的示意圖示出具有成像設(shè)備100的口內(nèi)成像系統(tǒng)42，該成像設(shè)備100具有用 于為一個(gè)或者多個(gè)牙齒20形成表面輪廓以及顏色色調(diào)的圖像的探測(cè)器120。主處理器134 典型地是計(jì)算機(jī)工作站或者其它專(zhuān)用邏輯處理器，其收集并且處理來(lái)自成像設(shè)備100的數(shù) 據(jù)并且典型地在顯示器38上提供這個(gè)信息。手持探測(cè)器120可以容易地被放置在病人的 口腔內(nèi)，只有很少或者沒(méi)有不適感。探測(cè)器120通過(guò)有線的或者無(wú)線的數(shù)據(jù)通信信道與主 處理器134通信。圖4的邏輯流程圖示出在一個(gè)實(shí)施例中被用于獲取表面輪廓和顏色色調(diào)的組合 圖像的步驟。在放置步驟S200中，操作員將探測(cè)器120(圖3)放置在病人的口腔中。形狀 成像步驟S210以及色調(diào)成像步驟S220接著迅速連續(xù)地被執(zhí)行以得到可以彼此配準(zhǔn)的顏色 和輪廓信息。兩種類(lèi)型的圖像的彼此配準(zhǔn)可以使用熟悉成像領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的多種 技術(shù)中的任何一種并且可能包括例如在該兩種類(lèi)型的圖像的每一種中被清楚地?cái)喽ǖ幕?者容易地可標(biāo)識(shí)的特征的檢測(cè)。仍然參考圖4，可以任一次序來(lái)執(zhí)行步驟S210和S220。在一個(gè)實(shí)施例中，色調(diào)成 像步驟S220首先被執(zhí)行并且其結(jié)果被用于調(diào)節(jié)緊跟在后的形狀成像步驟S210的性能。這 種特定類(lèi)型的順序的使用隨后將更詳細(xì)地被描述。在組合步驟S230中，來(lái)自先前步驟的色 調(diào)和形狀信息被組合使得可以在顯示及存儲(chǔ)步驟S240中得到、顯示并且存儲(chǔ)具有輪廓和 顏色色調(diào)數(shù)據(jù)兩者的單個(gè)圖像。圖5的示意性框圖示出成像設(shè)備100的實(shí)施例，其被配置用于得到條紋投影和顏 色色調(diào)圖像兩者。照射場(chǎng)生成器112可激勵(lì)用于形成對(duì)于條紋投影和彩色成像兩者所需要 的照射。對(duì)于條紋投影成像，照射場(chǎng)生成器112生成特征圖案，該特征圖案也可以具有可變 的強(qiáng)度。對(duì)于彩色成像，照射場(chǎng)生成器112生成具有寬帶頻譜的大體上一致的場(chǎng)，或者可替換地，生成具有不同波長(zhǎng)的兩個(gè)或者更多個(gè)順序的并且一致的場(chǎng)。照射場(chǎng)生成器112的內(nèi) 部部件及操作隨后將更詳細(xì)地被描述。仍然參考圖5，來(lái)自照射場(chǎng)生成器112的照射被引導(dǎo)通過(guò)偏振器14并且作為入射 照射通過(guò)投影透鏡16被引導(dǎo)到牙齒20。從牙齒20被反射和散射的光通過(guò)成像透鏡22以 及諸如分析器28的偏振選擇元件，被提供給檢測(cè)器30。檢測(cè)器30沿檢測(cè)路徑88被布置， 處于成像透鏡22的像平面中?？刂七壿嬏幚砥?4接受并且處理來(lái)自檢測(cè)器30的圖像數(shù) 據(jù)并且將該圖像數(shù)據(jù)傳遞到主處理器134(圖3)并且可以使用該圖像數(shù)據(jù)以控制其本身的 操作，如隨后將更詳細(xì)地描述的那樣。條紋投影成像成像設(shè)備100被用于在步驟S210 (圖4)中執(zhí)行條紋投影成像，緊跟在彩色成像之 前或者之后。控制邏輯處理器34(圖5)將成像設(shè)備100的部件配置用于該功能并且在檢 測(cè)器30處得到來(lái)自牙齒的輪廓圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，被用于條紋投影成像的照射是 藍(lán)色光，在350-450納米的范圍中?？刂七壿嬏幚砥?4在條紋投影成像期間的一個(gè)功能是漸增地偏移條紋的位置并 且觸發(fā)檢測(cè)器來(lái)捕獲接著被用于計(jì)算關(guān)于牙齒表面的三維信息的圖像。對(duì)于相位偏移條紋 投影方法，典型地需要至少三個(gè)圖像以便為計(jì)算對(duì)象的三維信息提供足夠的信息。這三個(gè) 投影圖像的條紋的相對(duì)位置典型地被偏移三分之一條紋周期?？刂七壿嬏幚砥?4可以是 計(jì)算機(jī)、微處理器或者執(zhí)行被編程的指令的其它專(zhuān)用邏輯處理設(shè)備。圖5的口內(nèi)成像設(shè)備100將偏振光用于牙齒20的表面成像。偏振器14將來(lái)自照 射場(chǎng)生成器112的條紋圖案照射提供為線偏振光。在一個(gè)實(shí)施例中，分析器28的透射軸平 行于偏振器14的透射軸。使用這種布置，只有具有與條紋圖案相同的偏振的光被提供給檢 測(cè)器30。在另一個(gè)實(shí)施例中，在到檢測(cè)器30的反射光的路徑中，分析器28根據(jù)需要被致動(dòng) 器18旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)方位中的任意一個(gè)(a)與偏振器14相同的偏振透射軸。在該“共偏振”位置，檢測(cè)器30得到從牙齒 20表面被反射的鏡面(specular)光，和從牙齒的琺瑯質(zhì)表面的表面層被散射和反射的大 部分光以及從牙齒的表面下的部分(sub-surface portion)散射回來(lái)的一些光。分析器28 的軸的共偏振方位在圖6A中被示出。平行偏振或者共偏振與其它配置相比提供改進(jìn)的對(duì) t匕貞。(b)相對(duì)于偏振器14的正交偏振透射軸。使用正交偏振或者交叉偏振有助于減小 來(lái)自牙齒表面的鏡面成分并且得到更多來(lái)自牙齒的內(nèi)部部分的散射光。分析器28的軸的 交叉偏振方位在圖6B中被示出。當(dāng)用成像系統(tǒng)和傳感器對(duì)牙齒進(jìn)行成像時(shí)，供傳感器可用的光可以是(i)從牙齒 頂面反射的光；(ii)從牙齒的近表面塊或者部分散射或者反射的光；以及(iii)在牙齒內(nèi) 部散射的光。在本公開(kāi)內(nèi)容的上下文中，牙齒的“近表面塊”是位于距表面不大于數(shù)百微米 以?xún)?nèi)的牙齒結(jié)構(gòu)的部分。已知的是從牙齒表面反射的光(i)，即鏡面光，保持入射光的偏振狀態(tài)。隨著入射 光進(jìn)一步傳播到牙齒中，光逐漸地被去偏振。不利地，用于輪廓圖案的某部分光(i)可能入射在牙齒表面的更高度反射的部分 上，甚至引起削弱光檢測(cè)的一定量的飽和。與使用來(lái)自牙齒的所有光的常規(guī)方法相比，本發(fā)明的方法使用鏡面光(i)和近表面反射光(ii)兩者的至少部分，并且避免在牙齒內(nèi)部深處 被散射的光(iii)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)是近表面光(ii)，特別地對(duì)于藍(lán)色光及更短的波長(zhǎng)，仍然大體 上是偏振的。因此，舉例來(lái)說(shuō)，從牙齒琺瑯質(zhì)的表面層被散射和反射的大部分光也具有與入 射光以及與鏡面光(i)相同的偏振狀態(tài)。圖7A和圖8A示出本發(fā)明的設(shè)備和方法為何使用來(lái)自恰好在牙齒表面以下的散射 近表面光。圖8A和8B示出使用平行偏振和交叉偏振之間的差別。當(dāng)具有小尺寸的偏振光 PO照射牙齒時(shí)，一些光Pl以鏡面形式從牙齒表面被反射并且具有與照射光PO相同的偏振 狀態(tài)。照射光PO的其它部分進(jìn)入牙齒，經(jīng)受散射并且去偏振。一些散射光P2離開(kāi)接近照 射區(qū)域的牙齒表面并且可以到達(dá)檢測(cè)器30(圖5)。顯著地，涉及諸如線條粗度的結(jié)構(gòu)化的光的圖案特征的尺寸的散射光P2的空間 “軌跡”示出在反射光Pl的對(duì)應(yīng)的空間軌跡上的增加。舉例來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)化的光圖案由給 定粗度的光的平行線條構(gòu)成的情況下，來(lái)自這些圖案特征的反射光Pl具有與被投影的圖 案大體上相同的粗度的線條。然而，散射光P2被檢測(cè)為具有稍微增加的粗度的線條。就是 說(shuō)，由于光P2已經(jīng)在牙齒內(nèi)部被散射，在牙齒表面上的被投影的軌跡比鏡面反射光的軌跡 更寬，該鏡面反射光與作為入射光被投影的照射光束大小相同。圖7B的曲線圖示出來(lái)自牙 齒表面的光(Pl)以及來(lái)自牙齒內(nèi)部的光(P2)的軌跡之間的差別。為減小可能產(chǎn)生的測(cè)量 誤差，從牙齒內(nèi)部檢測(cè)到的光應(yīng)當(dāng)被最小化。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了偏振提供了有效的鑒別器 用于將來(lái)自牙齒表面的鏡面光(Pl)與來(lái)自牙齒內(nèi)部的散射光分開(kāi)，同時(shí)仍然利用一部分 散射光(P2)。對(duì)于圖5的實(shí)施例，一個(gè)或者多個(gè)空間光調(diào)制器可以被用作照射場(chǎng)發(fā)生器112的 部件用于為偏振條紋投影成像提供所需要的偏移運(yùn)動(dòng)，如隨后將更詳細(xì)地描述的那樣。條 紋圖案本身在成像期間被偏移到至少一個(gè)另外的可替代的位置，更優(yōu)選地為被偏移到兩個(gè) 或者更多個(gè)可替代的位置。光圖案的這種偏移可以由獨(dú)立的致動(dòng)器(未在圖5中示出)引 起，諸如壓電的或者其它類(lèi)型的致動(dòng)器，該致動(dòng)器為照射場(chǎng)生成器112的部件用于實(shí)現(xiàn)精 確增量移動(dòng)?？商鎿Q地，在照射場(chǎng)生成器112使用空間光調(diào)制器的情況下，這種偏移可以電 子地被執(zhí)行，而不用照射場(chǎng)生成器112內(nèi)的部件的機(jī)械移動(dòng)。另外，另一個(gè)致動(dòng)器18可以 被放置用于為偏振器14或者分析器28 (諸如圖5所示)提供90度旋轉(zhuǎn)以得到共偏振和交 叉偏振圖像兩者。在使用IXD空間光調(diào)制器時(shí)偏振也可以被旋轉(zhuǎn)到各自正交的位置。顏餼餼調(diào)成像緊跟在條紋投影成像之前或者之后，成像設(shè)備100也得到彩色圖像或者具有不同 照射波長(zhǎng)的多個(gè)單色圖像以形成彩色圖像，使用參考圖5所描述的的相同的光路徑部件。 照射場(chǎng)生成器112形成大體上一致的照射場(chǎng)而不是輪廓特征的圖案。光是多色的，由紅色 (從大約630到700納米)、藍(lán)色(從大約440到480納米)以及綠色(從大約500到540 納米)光源形成。這種照射再次地被偏振器14偏振并且被投影到牙齒20上。從牙齒20返 回的光被引導(dǎo)通過(guò)分析器28，該分析器28可以被放置在交叉偏振方位上，就是說(shuō)，使其偏 振透射軸與偏振器14的偏振透射軸正交，如參考圖6B和8B所描述的那樣。這種方位是有 利的，因?yàn)槠溆兄跍p小可能引起檢測(cè)器飽和的鏡面光。可替換地，分析器28可以被放置 在共偏振方位上，就是說(shuō)，使其偏振透射軸平行于偏振器14的偏振透射軸，如參考圖6A和 8A所描述的那樣。
如在圖5的實(shí)施例中所示出的單個(gè)檢測(cè)器30的使用是有利的，因?yàn)槠涞偷牟考?shù) (low parts count)以及對(duì)于條紋投影和顏色色調(diào)成像兩者使用相同的圖像路徑和部件。 然而，在一些情況下這個(gè)實(shí)施例可能在一定程度上對(duì)環(huán)境光敏感。圖9的示意性框圖示出口內(nèi)成像設(shè)備140的實(shí)施例，其得到條紋投影和彩色圖像 兩者并且得到兩種偏振狀態(tài)的光而不需要在圖像捕獲之間旋轉(zhuǎn)偏振器14或者分析器28。 不需要單獨(dú)的分析器。偏振光束分離器36在檢測(cè)路徑88中起偏振選擇元件的作用并且 將反射光和散射光分開(kāi)，將交叉偏振的光反射到檢測(cè)器30b并且將共偏振光透射到檢測(cè)器 30a。因?yàn)槠淇梢允褂脙煞N偏振狀態(tài)的光，口內(nèi)成像設(shè)備140可以為形狀和色調(diào)測(cè)量?jī)烧叩?到更多信息。透射藍(lán)光的濾光器90是可選的并且在環(huán)境光照沒(méi)有另外地從檢測(cè)路徑88被 阻擋時(shí)可能被需要。在一個(gè)實(shí)施例中，濾光器90可透射350-500納米范圍中的光。本文中所描述的實(shí)施例中的檢測(cè)器30、30a或者30b可以是多種類(lèi)型的圖像感測(cè) 陣列的任一個(gè)，舉例來(lái)說(shuō)諸如CCD裝置。偏振器和分析器可以是線柵(wire-grid)偏振器， 或者其它偏振器類(lèi)型。照射場(chǎng)牛成器112圖10示出照射場(chǎng)生成器112的實(shí)施例，該照射場(chǎng)生成器112用于形成被用于輪廓 成像的條紋投影圖案以及被用于顏色色調(diào)成像的一致的照射場(chǎng)兩者。在圖10的實(shí)施例中， 光源80被用作條紋投影成像的光源。單色光源80可以是固態(tài)光源，諸如發(fā)光二極管(LED) 或者激光器、或者可以是燈或者其它光源。350-400納米范圍中的藍(lán)色或者近UV光被用于 提供來(lái)自牙齒的近表面部分的可用的圖像內(nèi)容，如前所述。二向分色表面92將來(lái)自光源80 的350-400納米的光透射到透鏡或者其它光元件82。多色光源78，在圖10的實(shí)施例中被 示出為包括光源81r、81g以及81b，為顏色色調(diào)成像提供了所需要的多色照射。在一個(gè)實(shí)施 例中，光源81r、81g以及81b分別是紅色、藍(lán)色以及綠色LED，同時(shí)或者按順序被激勵(lì)用于得 到彩色圖像?？商鎿Q的顏色或者不同數(shù)量的彩色光源，諸如具有不同波段的固態(tài)光源，可以 被用在其它實(shí)施例中?？商鎿Q地，諸如白光LED、燈、有機(jī)LED(OLED)的單個(gè)白色光源，或者 一個(gè)或者多個(gè)激光器或者其它固態(tài)光發(fā)射器或者其它光源可以被用于提供來(lái)自光源78的 多色照射。二向分色表面92將來(lái)自光源78的多色光反射向光元件82。應(yīng)當(dāng)注意到光源80可以可替換地是寬帶光源，具有提供在照射路徑中或者沿檢 測(cè)路徑88或者沿照射和檢測(cè)路徑兩者的濾光器用于得到條紋投影圖像。在可替換的實(shí)施 例中，單個(gè)寬帶光源被用于條紋投影和彩色成像兩者，可移動(dòng)的濾光器在條紋投影成像期 間通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)或者其它致動(dòng)器被放置就位并且在彩色成像期間被從照射路徑上移除。仍然參考圖10，空間光調(diào)制器84被提供用于形成照射光束。在一個(gè)實(shí)施例中，空 間光調(diào)制器84是數(shù)字微鏡裝置(digital micromirrordevic^DMD)，舉例來(lái)說(shuō)諸如來(lái)自德 州達(dá)拉斯的德州儀器(Texaslnstrument，Dallas TX)的數(shù)字光處理器(DLP )。可替換地， 可以使用液晶裝置(LCD)或者其它電子控制光調(diào)制器。對(duì)于條紋投影成像，空間光調(diào)制器 84使用來(lái)自單色光源80的照射形成結(jié)構(gòu)化的光的特征條紋投影圖案。對(duì)于彩色成像，空間 光調(diào)制器84形成光的大體上一致的場(chǎng)，該光接著被引向牙齒?？臻g光調(diào)制器(SLM)提供了用于使照射光束成形以及形成輪廓條紋圖案的多個(gè) 優(yōu)點(diǎn)。作為一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，SLM對(duì)光強(qiáng)度基于像素的控制允許對(duì)被投影的光束或者圖案的非一致 性的糾正。這種能力允許SLM補(bǔ)償光源的非一致性，舉例來(lái)說(shuō)諸如由于老化所引起的。SLM可以針對(duì)輪廓成像或者色調(diào)成像動(dòng)態(tài)地改變被投影的照射圖案。舉例來(lái)說(shuō)，使用與被用于 得到輪廓數(shù)據(jù)的圖案相同或者不同的圖案，形成用于色調(diào)測(cè)量的圖案化的照射光束可能是 有利的。SLM也可以被用于提供光的一個(gè)或多個(gè)線條或者一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)光源，其對(duì)于半透明 性測(cè)量可能是有利的。自適應(yīng)條紋投影成像如在之前所給出的背景材料中所提到的那樣，牙齒的顯著輪廓包括相對(duì)于彼此陡 峭地傾斜的表面，這使將足夠的光引導(dǎo)到每個(gè)表面上的任務(wù)復(fù)雜化。結(jié)果，牙齒的一些表面 可能不提供足夠的3D信息。參考圖11A-11C，相對(duì)于牙齒20的背面26表示該問(wèn)題。來(lái)自 成像設(shè)備10的圖案化的光生成輪廓檢測(cè)條紋圖案44到牙齒20上，如圖IlB所示。條紋圖 案44對(duì)于在頂面46上得到3D圖像內(nèi)容是足夠亮的，該頂面46如在區(qū)域52上所畫(huà)出的那 樣；然而，對(duì)應(yīng)于牙齒20的背面26并且被畫(huà)出為較深的區(qū)域54的后表面區(qū)域非常模糊地 被照亮。這最多僅允許對(duì)背面26的輪廓的粗估計(jì)。為了補(bǔ)償使用常規(guī)的條紋投影圖案化技術(shù)的這種亮度不足，本發(fā)明的實(shí)施例選擇 性地增加在給定區(qū)域上的被投影的條紋圖案照射的光強(qiáng)度。在圖lie中，條紋圖案50被示 出為具有兩個(gè)不同區(qū)域，由它們的相對(duì)光強(qiáng)度來(lái)區(qū)分。在條紋圖案50中，第一強(qiáng)度56被提 供用于諸如頂面46的對(duì)于輪廓成像更容易地可達(dá)到的表面的條紋投影成像。第二強(qiáng)度58， 對(duì)于所示出的示例高于第一強(qiáng)度56并且在圖1IC中由較深的線條指示，被提供用于牙齒的 后表面區(qū)域。應(yīng)當(dāng)觀察到在該示例中作為圖案特征的投影輪廓線條的實(shí)際圖案特征間隔和 粗度在該實(shí)施例中沒(méi)有被改變。條紋圖案50的相同的空間頻率被維持。這意味著輪廓圖 案，即條紋圖案50，在尺寸上保持一致，單個(gè)線條或者其它圖案特征僅在強(qiáng)度上而不是在尺 寸或者間隔(周期)上變化。只有在一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域上的條紋圖案照射的相對(duì)強(qiáng)度在需 要的情況下被增加。舉例來(lái)說(shuō)，沿結(jié)構(gòu)化的光條紋圖案50內(nèi)的任何一個(gè)線條可能有多個(gè)強(qiáng) 度，諸如圖IlC所示的作為第一強(qiáng)度和第二強(qiáng)度56和58的兩個(gè)。條紋圖案內(nèi)的線條粗度 不改變；條紋圖案的空間頻率被維持。保持條紋圖案的尺寸一致性以及空間頻率對(duì)于輪廓成像是有利的，因?yàn)槠湓谡麄€(gè) 圖像場(chǎng)上提供了一致的分辨率。其它技術(shù)已經(jīng)被建議用于改變圖案尺寸本身，諸如加粗特 定區(qū)域上的圖案線條；然而，因?yàn)樵谑褂眠@樣的技術(shù)時(shí)條紋圖案的空間頻率改變，所得到的 輪廓圖像的結(jié)果的分辨率是非一致的。相對(duì)于圖IlC所給出的示例條紋圖案50，觀察到如 果被指示為第二強(qiáng)度58的區(qū)域?qū)嶋H上使用更粗的線條，則結(jié)果的輪廓圖像將在該區(qū)域上 遭受減小的分辨率是有指導(dǎo)意義的。在該示例中通過(guò)將條紋圖案50的線條保持為尺寸上 一致并且僅增加光的強(qiáng)度來(lái)提供第二強(qiáng)度58，本發(fā)明的實(shí)施例提供增加的照射而在較暗的 區(qū)域上沒(méi)有分辨率的損失。圖11A-11C的示意圖示出其中條紋圖案50通過(guò)使用兩個(gè)不同的強(qiáng)度56和58來(lái) 補(bǔ)償表面陡峭的簡(jiǎn)單情況。圖12A和12B示出使用多于兩個(gè)的光強(qiáng)度的其它可能的布置的 示例。舉例來(lái)說(shuō)，在圖12A中，用于條紋圖案照射的光可以具有第一強(qiáng)度56、第二強(qiáng)度58或 者第三強(qiáng)度66，在這個(gè)示例中該第三強(qiáng)度66被表示為最高強(qiáng)度。在圖9B中，光可以分別具 有第一、第二或者第三強(qiáng)度56、58或者66，或者如所示出的那樣具有還要更高的第四強(qiáng)度 68。光強(qiáng)度可以沿任何單個(gè)的圖案特征變化，諸如沿被投影的條紋圖案50中的單個(gè)線條。除了增加牙齒表面相對(duì)于成型設(shè)備10的位置較暗的區(qū)域上的光強(qiáng)度，也有可能減小其中可能有高度鏡面反射的區(qū)域上的光強(qiáng)度，否則該高度鏡面反射將引起檢測(cè)器的飽 和。再次，必須強(qiáng)調(diào)的是改變的是被投影的光圖案的一個(gè)或者多個(gè)部分上的光強(qiáng)度；線條粗 度和間隔兩者都與空間頻率有關(guān)，它們對(duì)于不同的強(qiáng)度都保持相同。返回參考圖5或者9的框圖，在被投影的圖案上的光強(qiáng)度可以通過(guò)借助于響應(yīng)于 被編程的指令來(lái)自控制邏輯處理器34的命令以及借助于從控制邏輯處理器34提供給有關(guān) 的控制部件的信號(hào)來(lái)控制照射場(chǎng)生成器112而被改變。然后，可以通過(guò)使用脈寬調(diào)制(PWM) 增加DMD的可旋轉(zhuǎn)鏡的有效占空比來(lái)增加被投影的條紋圖案50的任何部分上的強(qiáng)度，使得 源照射在條紋圖案的特定部分上被提供合適的時(shí)間量。對(duì)于LCD以及其它透射及發(fā)射空 間光調(diào)制器照射強(qiáng)度調(diào)整的其它方法將適用，使用成像領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的光調(diào)制技 術(shù)。返回參考圖5和9，以指令對(duì)控制邏輯處理器34進(jìn)行編程，該指令根據(jù)成像條件自 動(dòng)地調(diào)整條紋圖案50中的線條或者其它特征的局部強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，首先執(zhí)行牙齒 的彩色成像，并且分析該彩色圖像以確定照射的哪些部分要增強(qiáng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，捕獲 并且檢查初始的條紋投影圖像來(lái)確定要增加或者減小強(qiáng)度的區(qū)域以得到輪廓圖像。接著， 使用該信息捕獲實(shí)際的輪廓圖像。圖13的邏輯流程圖示出在一個(gè)實(shí)施例中被用于自適應(yīng)條紋投影成像的步驟的順 序。在初始步驟S60中，得到第一參考圖像。參考圖像可以是輪廓圖像，通過(guò)將結(jié)構(gòu)化的光 投影到牙齒表面上來(lái)形成?？商鎿Q地，參考圖像可以是從光的一致的場(chǎng)到牙齒表面的投影 所得到的常規(guī)的二維圖像。所得到的參考圖像可以處于全分辨率；可替換地，因?yàn)樵搮⒖紙D 像沒(méi)有直接被用于成像而代替地被用于確定在每個(gè)表面區(qū)域上所返回的光的總量，所以該 參考圖像可以是處于較低的分辨率。仍然參考圖13，隨后是分析步驟S64，其中來(lái)自被感測(cè)的參考圖像的不是足夠亮 的區(qū)域被標(biāo)識(shí)。對(duì)于牙齒成像應(yīng)用，分析步驟S64可以利用關(guān)于牙齒結(jié)構(gòu)的已知數(shù)據(jù)。舉 例來(lái)說(shuō)，操作員可以用數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)牙齒或者提供被用在分析步驟S64中的其它信息。映射 生成步驟S70接著被執(zhí)行，其中更大或者更小強(qiáng)度的區(qū)域根據(jù)第一參考圖像被定義。就圖 12A和12B而言，步驟S70接著建立(set up)可變強(qiáng)度的條紋圖案50。圖像獲取步驟S74 接著將所生成的條紋圖案50用于得到具有增加的亮度的輪廓圖像，如參考圖11A-11C所描 述的那樣。圖像獲取步驟S74之后可以是可選的循環(huán)步驟S76，其重復(fù)映射生成步驟S70的 分析以生成第二或者其它額外的映射使得被投影的結(jié)構(gòu)化的照射圖案可以通過(guò)強(qiáng)度的適 當(dāng)?shù)淖兓黄埔淮位蛘叨啻?。這種偏移被進(jìn)行以使用條紋圖案投影技術(shù)得到牙齒輪廓的 更精確的評(píng)估。使用在成像領(lǐng)域中眾所周知的技術(shù)組合單獨(dú)地被得到的輪廓圖像以得到表 面結(jié)構(gòu)信息。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像獲取步驟S74也包括激勵(lì)致動(dòng)器18(圖5)以使用共偏 振(如圖6A所示)以及交叉偏振(圖6B)兩者得到圖像。應(yīng)當(dāng)注意到在可替換的實(shí)施例中，輪廓條紋圖案線條的粗度或者其它圖案元素的 相對(duì)大小可以被改變以在牙齒的部分上提供額外的光或者減少光。然而，輪廓成像數(shù)據(jù)將 以減小的分辨率并且形狀(shape)計(jì)算處理更復(fù)雜。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)利用光的性質(zhì)以及空間光調(diào)制器的能力來(lái)為牙齒提供彩色 成像以及改進(jìn)的輪廓成像，其中該光的性質(zhì)以及空間光調(diào)制器用于形成自適應(yīng)條紋投影圖 案?？臻g光調(diào)制器的使用使得可變強(qiáng)度的條紋圖案以及用于彩色成像的一致的照射場(chǎng)得以形成。單獨(dú)的條紋投影以及彩色圖像可以迅速連續(xù)地被拍攝，使關(guān)于配準(zhǔn)形狀和色調(diào)內(nèi)容 的問(wèn)題最小化以提供牙齒或者其它結(jié)構(gòu)的精確的彩色3D圖像。本發(fā)明的設(shè)備和方法通過(guò) 將短波長(zhǎng)的光用于條紋投影成像并且通過(guò)將偏振光的原理用于條紋投影和彩色成像兩者 來(lái)補(bǔ)償與牙齒的半透明性相關(guān)的問(wèn)題。如之前相對(duì)于圖1所描述的那樣，使用本發(fā)明的設(shè)備和方法得到圖像數(shù)據(jù)可 以被用于改進(jìn)牙冠以及其它牙齒假體的制作的精確度和及時(shí)性。這可以有助于減小或 者消除在一些情況下用于得到印模(impression)的需要，減小牙齒護(hù)理的整體花費(fèi)。 因此，使用該方法和設(shè)備所執(zhí)行的成像可以有助于實(shí)現(xiàn)高級(jí)裝配假體裝置(superior fittingprosthetic device)，由牙醫(yī)很少調(diào)整或者不用調(diào)整地來(lái)進(jìn)行安裝。從另一方面來(lái) 看，本發(fā)明的設(shè)備和方法可以被用于對(duì)牙齒、支持結(jié)構(gòu)以及咬合情況(bite condition)的 長(zhǎng)期跟蹤，有助于診斷和預(yù)防更嚴(yán)重的健康問(wèn)題。整體而言，使用該系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù)可以 被用于幫助改進(jìn)病人和牙醫(yī)之間以及牙醫(yī)、工作人員以及實(shí)驗(yàn)室設(shè)施之間的溝通。有利地，本發(fā)明的設(shè)備和方法提供口內(nèi)成像系統(tǒng)用于牙齒及其它牙齒特征的3D 成像而不需要針對(duì)牙齒表面使用特殊的粉末或者涂敷一些其它臨時(shí)涂層。該系統(tǒng)提供高分 辨率，在一個(gè)實(shí)施例中在25-50微米的范圍中。已經(jīng)具體地參考當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是將被理解的是變化 和改動(dòng)可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，任何多種不同類(lèi)型的空間光調(diào) 制器可以被用作照射場(chǎng)發(fā)生器的一部分。在各個(gè)示意圖中被示為單個(gè)部件的透鏡16和22 可以是具有一個(gè)或者多個(gè)折射或者反射元件的更復(fù)雜的布置。部件列表
10成像設(shè)備14偏振器16透鏡18致動(dòng)器20牙齒22透鏡26背面28分析器30，30a，30b檢測(cè)器34控制邏輯處理器
權(quán)利要求
一種口內(nèi)成像設(shè)備，其包括照射場(chǎng)生成器，其包括可致動(dòng)地形成照射光束的空間光調(diào)制器，在所述空間光調(diào)制器接收來(lái)自第一光源的入射光時(shí)所述照射光束具有輪廓條紋投影圖案以及在所述空間光調(diào)制器接收來(lái)自第二光源的入射光時(shí)所述照射光束具有大體上一致的照射場(chǎng)；偏振器，其在從所述照射場(chǎng)生成器所發(fā)射的照射光束的路徑并且具有第一偏振透射軸；投影透鏡，其被布置為將經(jīng)偏振的照射光束作為入射照射引向牙齒表面；成像透鏡，其被布置為沿檢測(cè)路徑引導(dǎo)至少一部分從所述入射照射在所述牙齒表面處被反射和散射的光；偏振選擇元件，其被沿所述檢測(cè)路徑布置并且具有第二偏振透射軸；至少一個(gè)檢測(cè)器，其被沿所述檢測(cè)路徑布置用于從通過(guò)所述偏振選擇元件所提供的光得到圖像數(shù)據(jù)；以及控制邏輯處理器，其響應(yīng)被編程的指令以按順序交替地激勵(lì)所述第一光源和所述第二光源并且從所述至少一個(gè)檢測(cè)器得到輪廓條紋投影數(shù)據(jù)以及彩色圖像數(shù)據(jù)兩者。
2.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器被耦合到所述偏振器 或者所述偏振選擇元件并且可激勵(lì)地用于將耦合的偏振器或者偏振選擇元件旋轉(zhuǎn)到兩個(gè) 各自正交的位置中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述偏振選擇元件是偏振光束分離器并且其中 所述至少一個(gè)檢測(cè)器包括被布置為接收被透射通過(guò)所述偏振光束分離器的光的第一檢測(cè) 器以及還包括被布置為接收從所述偏振光束分離器反射的光的第二檢測(cè)器。
4.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述空間光調(diào)制器取自從由數(shù)字微鏡裝置和液 晶裝置構(gòu)成的組。
5.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述第一光源和所述第二光源中的至少一個(gè)包 括發(fā)光二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述第二光源包括多個(gè)固態(tài)光源。
7.如權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其還包括濾光器，所述濾光器被沿所述檢測(cè)路徑布 置并且可透射350-500納米范圍中的光。
8.一種用于口內(nèi)成像的方法，其包括形成照射光束，在從第一光源發(fā)射光時(shí)所述照射光束具有輪廓條紋投影圖案并且在從 第二光源發(fā)射光時(shí)所述照射光束具有一致的照射場(chǎng)； 沿第一偏振透射軸使所述照射光束偏振； 將經(jīng)偏振的照射光束作為入射照射引向牙齒表面；沿檢測(cè)路徑引導(dǎo)至少一部分從所述入射照射在所述牙齒表面處被反射和散射的光； 沿具有第二偏振透射軸的檢測(cè)路徑布置偏振選擇元件；以及按順序交替地激勵(lì)所述第一光源和所述第二光源并且從通過(guò)所述偏振選擇元件所提 供的光得到輪廓條紋投影圖像數(shù)據(jù)以及彩色圖像數(shù)據(jù)兩者。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成具有所述輪廓條紋投影圖案的照射光束還包括 增加對(duì)應(yīng)于所述牙齒表面的所述條紋投影圖案中的一個(gè)或者多個(gè)部分的強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中從所述第二光源發(fā)射光包括連續(xù)地從兩個(gè)或者更2多個(gè)固態(tài)光源中的每一個(gè)固體光源發(fā)射光，其中所述固態(tài)光源發(fā)射不同波段的光。
全文摘要
一種具有照射場(chǎng)生成器的口內(nèi)成像設(shè)備，該照射場(chǎng)生成器在接收來(lái)自第一光源的光時(shí)形成具有輪廓條紋投影圖案的照射光束并且在接收來(lái)自第二光源的光時(shí)具有大體上一致的照射場(chǎng)。在該照射光束的路徑上的偏振器具有第一偏振透射軸。投影透鏡將經(jīng)偏振的照射光束引向牙齒表面并且成像透鏡沿檢測(cè)路徑引導(dǎo)至少一部分來(lái)自該牙齒表面的光。沿該檢測(cè)路徑被布置的偏振選擇元件具有第二偏振透射軸。至少一個(gè)檢測(cè)器從通過(guò)該偏振選擇元件被提供的光得到圖像數(shù)據(jù)?？刂七壿嬏幚砥黜憫?yīng)于被編程的指令以按順序交替地激勵(lì)該第一光源和該第二光源并且得到輪廓條紋投影數(shù)據(jù)以及彩色圖像數(shù)據(jù)兩者。
文檔編號(hào)A61C19/04GK101904773SQ20101020052
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
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