一種穩定快速的腔內物體表面3D成像系統技術方案

一種穩定快速的腔內物體表面3D成像系統，該成像系統可以測量物體表面的三維結構信息。該成像系統由于使用了分組格雷碼結構光技術和空間相位展開技術，在同樣精度要求下，這就大大減少了投影結構光的次數，并且降低對投影儀投影光度線性的依賴，進而提升系統的成像速度和精度。系統結構簡單，計算簡單，結果穩定，測量精度高，特別適應于牙科領域的光學數字印模應用，也可應用在其他領域的腔內光學3D數字印模獲取。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利描述了一種穩定快速的腔內物體表面3D成像系統，可適應于牙科領域3D成像。
技術介紹
在牙科領域，牙齒的3D模型的獲取是牙齒修復手術一個關鍵的步驟。現在一些通用方法有牙齒印模技術或者牙齒光學印模技術。牙齒印模技術有很多缺點，例如使用不便，給患者造成不適感，精度很難保證等。牙齒光學印模采用光學測量技術進行牙齒印模獲取，不需要直接接觸物體，精度高，這種技術逐漸成為主流技術。牙齒光學印模技術一般采用主動三角測量原理，該技術通過計算兩束光線的交點來計算對應點的三維位置。在牙科光學印模領域，處于領先地位的是西諾德公司，其主要原理是主動三角測量，其使用線偏振光束來對所測量物體進行照射進而進行測量，但是由于其線偏振光束使用電磁壓力機械結構或者LCD來驅動來獲得參考圖像模式，由于機械結構精度存在精度有限的問題，并且其使用的LCD對比度低、線性度差，所以存在測量精度低、測量結果不穩定的問題。后來，西諾德公司為了改善LCD照明的線性度差的問題，提出來使用多次測量，平均測量結果，來降低測量時的周期性干擾，但是該方法會要求多次照明取像，所以測量時間長，并且存在計算誤差大的問題，出錯率高，還有測量器和用戶的相對運動等因素，導致測量失敗，這對于實際操作將帶來很多不便。本專利技術專利描述了一種穩定快速物體表面3D成像系統，該成像系統利用投影儀產生多幀格雷碼結構光，結構光經過投影光學光路，照射目標物體。該格雷碼圖像是經過特定設計的圖像序列。光反射后，經過成像光學光路，進入相機，相機獲取物體的圖像。利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結構信息，計算簡單，結果穩定。
技術實現思路
為克服牙科光學印模系統存在的系統穩定性差，系統獲取光學印模時間長的問題，本專利技術專利描述了一種穩定快速的物體表面3D成像系統。首先根據要求設計特定的格雷碼圖像序列，格雷碼圖像序列輸入到投影儀中，投影儀產生多幀格雷碼結構光，結構光經過投影光學系統，照射目標物體；光經過反射后，經過成像光路，進入相機，進而獲取物體的圖像；利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結構信息。該系統結構簡單，計算簡單，結果穩定。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案是：(1) 根據需要產生格雷碼圖像序列：p1,p2,……pn，每個格雷碼圖像都是由多組格雷碼圖像組成；(2) 利用投影儀將格雷碼圖像p1轉換為結構光，經過投影光學系統照射到物體上；(3) 利用相機拍攝物體圖像；(4) 重復步驟（2）（3）獲得物體的格雷碼序列圖像；(5) 利用格雷解相技術獲得圖像的相對相位；(6) 利用空間相位展開技術獲得圖像的絕對相位；(7) 利用標定的相機和投影儀數據，使用三角測量原理獲得物體的光學3D印模；(8) 如果一次光學印模不能覆蓋要求的物體表面，可以調整取像角度，重復（2）-（7），獲得另一個角度的光學3D印模；(9) 通過配準、融合技術，將多次獲得的3D光學印模生成一個完整的物體光學3D印模。本專利技術專利的有益效果是，該物體表面3D成像系統，由于利用了格雷碼空間解相技術，計算簡單，并且對于投影儀的光照性能要求低，系統結構簡單，計算簡單，結果穩定，測量精度高。附圖說明下面結合附圖和實施對本專利技術進一步說明。圖1描述了一種根據三角測量原理的3D成像系統；圖1中，1表示測量物體；2表示投影光；3反射光。圖2描述了腔內物體表面3D光學成像系統的結構圖；圖2中，1表示投影儀；2表示相機；3反射鏡；4表示測量物體。圖3描述了格雷碼解相獲得的相位圖；圖3中，a表示相對相位圖；b表示絕對相位圖。具體實施方式本專利技術專利描述了一種穩定的物體3D成像系統，該成像系統可以測量物體表面的三維結構信息，特別是針對牙科領域的光學數字印模應用。該成像系統利用投影儀產生多幀格雷碼結構光，該結構光通過投影光路照射目標物體，通過成像光學光路，相機獲取物體的圖像，利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結構信息。在圖1中，描述了一種根據三角測量原理的3D成像系統。圖1中2表示投影光，投影光由投影儀產生，投影光經過投影光路照射到圖1中物體1。圖1中3表示物體的反射光，反射光經過成像光路進入相機中，相機成像。經過投影序列結構光和相機多次成像，根據三角測量原理可以計算物體的三維結構，進而進行三維成像。圖2表示了腔內3D光學成像系統的結構圖。投影儀4根據輸入圖像生成結構光，經過投影光路，經過反射鏡3照射到被測量物體1上。物體的反射光線經過反射鏡3，經過成像光路，在相機2上成像。經過多次投影結構光序列和多次成像，獲得對應的結構光照射物體的結構光圖像，利用三角測量原理，就可以獲得當前物體的3D結構信息。圖3表示經過格雷碼解相技術獲得的物體相位。圖3.a表示相對相位，該示例中使用了8個分組，也可以根據需求使用不同數目的分組。圖3.b表示絕對相位。絕對相位是由相位相對經過空間相位展開技術獲得的。由于測量的口腔最大的容忍精度大概是100微米，由于測量過程中其他步驟可能帶來不確定因素，所以牙科用3D成像系統的精度若能達到25微米，那么是滿足口腔應用的。由于測量的物體存在各種彎曲和不平坦表面，為了兼顧精度和光線遮擋，投影光路中心光路和成像光路中心光路的夾角一般要求小于十度，該測量夾角如圖2中的α。測量夾角直接和測量精度有關，一個可以接受的測量夾角范圍是2度到10度。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案是：(1) 根據需要產生格雷碼圖像序列：p1,p2,……pn，每個格雷碼圖像都是由多組格雷碼圖像組成；(2) 利用投影儀將格雷碼圖像pi{i=1,2,……n本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種穩定快速的物體表面3D成像系統，根據要求設計特定的格雷碼圖像序列，格雷碼圖像序列輸入到投影儀中，投影儀產生多幀格雷碼結構光照射目標物體，光經過反射后，經過成像光路，進入相機，進而獲取物體的圖像，利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結構信息，該系統結構簡單，計算簡單，結果穩定。

【技術特征摘要】
1. 一種穩定快速的物體表面3D成像系統，根據要求設計特定的格雷碼圖像序列，格雷碼圖像序列輸入到投影儀中，投影儀產生多幀格雷碼結構光照射目標物體，光經過反射后，經過成像光路，進入相機，進而獲取物體的圖像，利用主動三角測量原理進行計算，進而獲得物體的3D結構信息，該系統結構簡單，計算簡單，結果穩定。2.根據權利要求1所描述的系統，其特征在于該系統包含投影光路和成像光路，也就是說包含兩套光學系統：投影光學系統和成像光學系統。3.根據權利要求1所描述的系統，其特征在于該系統為了達到測量口腔內物體表面結構的目的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王輝，
申請(專利權)人：王輝，
類型：發明
國別省市：四川;51