三維掃描中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【專(zhuān)利說(shuō)明】三維掃描中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開(kāi)通常涉及牙科治療領(lǐng)域。更具體地，本公開(kāi)涉及用于三維掃描的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 的方法、裝置和系統(tǒng)。
[0002] 牙科治療可能包括，例如，恢復(fù)性和/或矯正過(guò)程?；謴?fù)性過(guò)程可以設(shè)計(jì)成將義齒 (例如，牙冠、橋鑲嵌物、高嵌體、貼面等）種入病人的口中。矯正過(guò)程可以包括將錯(cuò)位的牙 齒重新定位和改變咬合構(gòu)造，以改善外觀和/或牙齒功能。例如，能夠通過(guò)在一定時(shí)期內(nèi)將 控制力應(yīng)用到一個(gè)以上的牙齒來(lái)完成矯正重新定位。
[0003] 作為一個(gè)實(shí)例，可以通過(guò)使用用于重新對(duì)齊牙齒的定位裝置的牙科過(guò)程來(lái)提供矯 正重新定位。這樣的裝置可以采用稱(chēng)為"調(diào)整器"的具有彈性特性的材料的薄殼，其通常與 病人的牙齒一致但是與當(dāng)前的牙齒構(gòu)造稍微不對(duì)齊。
[0004] 將這樣的裝置放置在牙齒上可以在特定位置提供控制力，以逐漸使牙齒移入新的 構(gòu)造。利用漸進(jìn)的構(gòu)造的連續(xù)裝置重復(fù)該過(guò)程能夠使牙齒通過(guò)一系列的中間布置移動(dòng)到最 終期望的布置。
[0005] 這樣的系統(tǒng)通常采用重量輕和/或透明的材料，以提供作為能夠連續(xù)使用的一組 裝置，使得隨著牙齒移動(dòng)，能夠采用新的裝置以進(jìn)一步移動(dòng)牙齒。
[0006] 可以使用掃描系統(tǒng)以獲得表示病人的處于其當(dāng)前（即，掃描時(shí)）位置的牙齒的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)，在這里將考慮該數(shù)據(jù)作為表示初始的牙齒布置的初始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組（IDDS)。該IDDS 可以以各種方式得到。這能夠用于牙科記錄或治療的目的。
[0007] 例如，可以直接或間接（例如，通過(guò)使用模型或印模）對(duì)病人的牙齒成像，從而使 用直接和/或間接的結(jié)構(gòu)光、X射線、三維X射線、激光、有損掃描、計(jì)算裝置輔助的層析圖像 或數(shù)據(jù)組、磁共振圖像、口內(nèi)掃描技術(shù)、攝影重建和/或其它成像技術(shù)來(lái)獲得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。該 IDDS能夠包括整體口腔牙齒布置、一些牙齒但不是口腔中的所有牙齒，和/或該IDDS可以 包括單個(gè)牙齒。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1A-1B圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的口內(nèi)掃描儀的選擇性透視圖。
[0009] 圖2是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的掃描儀相對(duì)于掃描對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的圖。
[0010] 圖3是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的掃描儀的圖。
[0011] 圖4是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的使用3D和2D數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ?流程圖。
[0012] 圖5是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的使用3D數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧鞒?圖。
[0013] 圖6圖示出根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的3D掃描中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 例如，可以使用X光、激光掃描儀、有損掃描儀、結(jié)構(gòu)光和/或其它范圍采集系統(tǒng)掃 描病人的單個(gè)牙齒或多個(gè)牙齒的正模型和/或負(fù)印模，以產(chǎn)生IDDS。由范圍采集系統(tǒng)產(chǎn)生 的數(shù)據(jù)組可以轉(zhuǎn)換為其它格式，以與用于操控?cái)?shù)據(jù)組內(nèi)的圖像的軟件兼容，如在這里所述。
[0015] 是否直接掃描病人的齒列、或掃描病人的齒列的模型或印模，期望地在使掃描儀 相對(duì)于牙齒移動(dòng)的同時(shí)支持掃描。這樣的支持能夠?qū)σ曨l掃描（例如，連續(xù)序列的圖像） 和點(diǎn)和拍攝掃描（例如，一些離散的圖像）都有益。
[0016] 利用點(diǎn)和拍攝掃描，使用者可以觸發(fā)掃描。在觸發(fā)掃描之后，快速掃描能夠有益于 降低掃描時(shí)的在慢速掃描期間（例如，在掃描開(kāi)始和完成之間的時(shí)間期間）可能產(chǎn)生的可 能由于掃描儀的運(yùn)動(dòng)而引起的失真。因?yàn)槭褂谜咴噲D使掃描儀保持穩(wěn)定，所以合理的是：假 設(shè)與點(diǎn)和拍攝掃描相關(guān)的運(yùn)動(dòng)比較?。ɡ?，與視頻掃描期間的運(yùn)動(dòng)相比）（例如，與視頻 掃描期間的運(yùn)動(dòng)相反）。
[0017] 在掃描期間，慢速掃描能夠?qū)е聮呙鑳x相對(duì)于對(duì)象的大移動(dòng)，這將導(dǎo)致掃描結(jié)果 的運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)模糊）。作為在這里使用的，慢速掃描不是指掃描期間的長(zhǎng)曝光。而是，慢速 掃描可以表示：相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段用于在單個(gè)3D掃描期間采集多個(gè)單個(gè)圖像。從而，其需要 相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間（例如，250-400毫秒（msec))來(lái)獲取3D掃描。每個(gè)圖像自身都可能或不可 能遭受運(yùn)動(dòng)模糊。然而，在包括3D掃描的掃描過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)的影響可以是原始圖像之間的 相對(duì)位置未知，從而引起幾何失真（例如，由于原始圖像的說(shuō)明，這可以假設(shè)圖像之間的特 定相對(duì)位置）。然而，快速掃描儀更難以完成（例如，可能要求更昂貴和/或高級(jí)的硬件、并 且要求相對(duì)于慢速掃描儀的更多和/或更快的計(jì)算能力）。除非另外說(shuō)明，否則將在這里使 用的術(shù)語(yǔ)掃描認(rèn)為是視頻掃描以及點(diǎn)和拍攝掃描中的任一者或兩者。
[0018] 利用連續(xù)掃描，掃描儀能夠在特定量的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行特定數(shù)量的掃描（例如， 每秒X數(shù)量的掃描）。合理的是：假設(shè)掃描儀速度是大致每秒（sec)五毫米。然而，即使利 用50msec的快速掃描，這仍能夠包括在一些實(shí)施中的250微米的掃描儀偏移。從而，即使 對(duì)于快速掃描的視頻掃描，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償也是有益的。
[0019] 作為在這里使用的，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是指確定掃描儀是否相對(duì)于物體顯著移動(dòng)。在一些 實(shí)施例中，能夠拒絕帶有檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)的掃描。作為在這里使用的，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是指糾正由于 掃描儀的運(yùn)動(dòng)而引起的掃描中的失真。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)例能夠包括：估計(jì)掃描儀的空間軌跡 (例如，掃描儀在空間中如何移動(dòng)），作為在每個(gè)單個(gè)掃描持續(xù)時(shí)間中的時(shí)間的函數(shù)（例如， 作為每個(gè)掃描的時(shí)間的功能）。這樣的信息能夠用于補(bǔ)償掃描中的失真。在一些實(shí)施例中， 3D掃描的結(jié)果能夠是表示掃描對(duì)象（例如，病人的齒列）的點(diǎn)云。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠應(yīng)用于點(diǎn) 云，以糾正的掃描時(shí)產(chǎn)生的失真。
[0020] 在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)可能產(chǎn)生的一些困難包括復(fù)雜運(yùn)動(dòng)（例如，掃描儀可能以六自由度 和/或不穩(wěn)定的速度移動(dòng)）。這對(duì)于手持掃描儀來(lái)說(shuō)尤其真實(shí)，手持掃描儀可能接觸病人 的牙齒，其中摩擦和/或碰撞能夠引起突然加速。其他困難包括在掃描期間病人的頒移動(dòng)。 本公開(kāi)的一些實(shí)施例包括掃描儀中的位置跟蹤裝置（例如，加速計(jì)和/或陀螺儀、以及其他 的慣性裝置、無(wú)線裝置、或其它裝置）的使用，以幫助掃描儀的測(cè)量移動(dòng)，但是這樣的裝置 不能處理病人的頒的移動(dòng)。另一個(gè)困難可以包括病人的軟組織（例如，舌頭、嘴唇、面頰） 的運(yùn)動(dòng)，這可能使用于計(jì)算掃描儀相對(duì)于牙齒的運(yùn)動(dòng)的一些光學(xué)方法混亂。
[0021] 本公開(kāi)提供了計(jì)算裝置實(shí)施方法、計(jì)算裝置可讀介質(zhì)和用于三維掃描的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠包括：接收齒列的三維（3D)掃描、估計(jì)從一次掃描到另一次掃描的 運(yùn)動(dòng)軌跡、和通過(guò)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)軌跡而計(jì)算糾正的掃描。估計(jì)運(yùn)動(dòng)軌跡可以包括以下的一個(gè)以 上：注冊(cè)（registering) -次掃描到另一次掃描，并且確定掃描之間的移動(dòng)量是否在注冊(cè) 閾值內(nèi)；基于在掃描期間采集的連續(xù)的二維（2D)圖像之間的局部運(yùn)動(dòng)來(lái)確定光流，使用光 流估計(jì)并且改善掃描中的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且基于位置追蹤裝置的輸入估計(jì)掃描期間的3D 掃描儀的移動(dòng)量作為剛體變換。
[0022] 在一些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠包括：接收利用3D掃描儀采集的齒列的3D掃描的 在第一參考系中的第一數(shù)據(jù)、和接收在齒列的3D掃描期間利用2D成像器采集的齒列的二 維（2D)圖像的在第二參考系中的第二數(shù)據(jù)，第二參考系相對(duì)于第一參考系固定，各個(gè)2D圖 像與3D掃描中的各個(gè)時(shí)間相關(guān)聯(lián)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠包括：基于2D圖像中的連續(xù)圖像之間的 局部運(yùn)動(dòng)確定光流、估計(jì)3D掃描中的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡、并且使用光流來(lái)改善估計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡 以評(píng)估估計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性?？梢允褂酶纳频墓烙?jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡補(bǔ)償3D掃描期間的運(yùn) 動(dòng)。
[0023] 在一些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)能夠包括：掃描模塊，該掃描模塊包括口內(nèi)3D 掃描儀和結(jié)合到3D掃描儀的至少一個(gè)位置追蹤裝置。該系統(tǒng)還可以包括處理模塊，該處理 模塊結(jié)合到掃描模塊以基于至少一個(gè)位置追蹤裝置的輸入來(lái)估計(jì)3D掃描期間的3D掃描儀 的移動(dòng)量作為剛體變換，并且通過(guò)將逆剛體變換應(yīng)用到包括3D掃描的多個(gè)點(diǎn)來(lái)補(bǔ)償移動(dòng) 量。
[0024] 在本公開(kāi)的詳細(xì)描述中，參考了附