一種用于牙頜模型的顏色信息掃描裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔呙柩b置及方法，尤其涉及一種僅用投影儀與黑白相機(jī)即可獲得消除光影差異的牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔⒌膾呙璺椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔⒒蛘呒y理信息是數(shù)字化義齒修復(fù)中重要輔助信息，例如醫(yī)生在牙頌石膏模型上留下的筆記。傳統(tǒng)對于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾涗浲ǔ＠酶咔逦鷶z像機(jī)拍攝進(jìn)行，隨著光學(xué)測量、計算機(jī)視覺、三維幾何處理技術(shù)的發(fā)展，利用三維掃描獲取牙頌?zāi)Ｐ偷娜S曲面信息已成為牙齒修復(fù)中形狀設(shè)計的主流方式。三維掃描是集光、機(jī)、電和計算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對被掃描物體空間外形和結(jié)構(gòu)，以獲得該物體表面的空間坐標(biāo)。利用三維掃描技術(shù)制備的三維掃描儀(3D Scanner)作為一種快速的立體測量設(shè)備，因其測量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而成為將物體三維建模的重要工具，得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]一般的三維掃描儀采用投射條紋到物體表面，再用黑白相機(jī)采集圖像，通過計算條紋在物體表面的變形，從而獲得的物體三維輪廓信息。現(xiàn)實中要求測量的物體大多是彩色的，如一些彩色的文物，不僅要求能準(zhǔn)確獲取物體的三維輪廓信息，而且希望保留盡可能真實的表面顏色紋理信息。
[0004]現(xiàn)有的獲取彩色紋理的方法有二種:一種是把一般三維掃描儀的相機(jī)改為彩色相機(jī)，這樣會增加噪聲，使得數(shù)據(jù)質(zhì)量變差。另一種獲得彩色信息的辦法是，通過在一般的掃描儀上額外增加了一個彩色相機(jī)，如單反相機(jī)。這樣保證輪廓信息和較好的顏色紋理效果，然而，卻增加了不少成本。因此，有必要提供一種能夠用黑白相機(jī)獲取牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔⒌膾呙璺椒?，以解決現(xiàn)有彩色三維掃描儀成本較高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、效果佳的用于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔呙柩b置及方法。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種用于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔呙柩b置，包括投影儀、控制系統(tǒng)以及至少一臺黑白相機(jī)，控制系統(tǒng)與上述投影儀、所有黑白相機(jī)均分別相連，所述的投影儀僅投射紅、綠、藍(lán)三種單色光。
[0008]應(yīng)用該裝置進(jìn)行牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔呙璧姆椒?，包括如下步驟:
[0009]I)控制系統(tǒng)控制投影儀向牙頌?zāi)Ｐ屯渡浼t、綠、藍(lán)單色光中的一種，在每種單色光下均采用黑白相機(jī)從不同角度拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌?，并傳輸至控制系統(tǒng)；
[0010]2)將牙頌?zāi)Ｐ陀谕唤嵌扰臄z的:紅色光下采集的圖像的灰度值作為紅色通道的值，綠色光下采集的圖像的灰度值作為綠色通道的值，藍(lán)色光下采集的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，組合三通道的值獲得在該拍攝角度下牙頌?zāi)Ｐ偷膯纹瑪?shù)據(jù)；
[0011]3)對不同角度的單片數(shù)據(jù)上的顏色信息進(jìn)行融合，消除方向光造成的光影差異。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述的步驟I)中可以采用一臺黑白相機(jī)從不同角度拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌?或者采用多臺分布于牙頌?zāi)Ｐ椭車煌嵌鹊暮诎紫鄼C(jī)分別同時拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌?br>[0013]所述的步驟3)具體如下:利用幾何拼接算法將多片數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合，構(gòu)建空間八叉樹結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中計算頂點(diǎn)的顏色差異屬性信息，利用泊松方程求解差異擴(kuò)散標(biāo)量場，最終將差異信息反加到單片顏色數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)邊界顏色差異的過渡，消除不同單片數(shù)據(jù)之間的光影差異，獲得融合后的顏色。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案，通過僅采用黑白相機(jī)分別獲取被掃描物體被紅、綠、藍(lán)三色光投射時的圖像，即可得到被掃描物體的彩色圖像，大大降低了設(shè)備成本。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是牙頌?zāi)Ｐ皖伾诤锨昂蟮男Ч麍D。
【具體實施方式】
[0017]以下基于附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅作為實施例，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]如圖1所示，本實施例的用于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔呙柩b置包括控制系統(tǒng)，投影機(jī)101，兩個黑白相機(jī)102，以及目標(biāo)牙頌?zāi)Ｐ?03。
[0019]所述投影儀101能夠向被掃描牙頌103投射紅、綠、藍(lán)三種單色光，所述單色光均為結(jié)構(gòu)光。所述黑白相機(jī)102包括黑白感光元件，所述感光元件可為電子耦合器件(CCD)，也可為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(COMS)感光元件。當(dāng)所述投影儀101向被掃描物體103投射每種單色光時，黑白相機(jī)102從不同角度分別拍攝被掃描物體103的多張圖像。以投影儀101投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體103不同角度的彩色圖像。然后，根據(jù)所述被掃描物體多個角度的彩色圖像通過計算機(jī)多目視覺成像原理即可重建出被掃描物體103的立體彩色模型。
[0020]應(yīng)用上述裝置進(jìn)行牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔呙璧姆椒òㄒ韵虏襟E:
[0021]I).采用投影儀101向被掃描物體103投射紅色光，采用一個黑白相機(jī)102從多個角度分別拍攝被掃描物體103的多張圖像；
[0022]采用投影儀101向被掃描物體103投射綠色光，采用一個黑白相機(jī)102從上述各角度分別拍攝被掃描物體103的多張圖像；
[0023]采用投影儀101向被掃描物體103投射藍(lán)色光，采用一個黑白相機(jī)102從上述各角度分別拍攝被掃描物體103的多張圖像；
[0024]當(dāng)所述投影儀101向被掃描物體103投射每種單色光時，可以采用一個黑白相機(jī)102從一個角度拍攝被掃描物體103的圖像后，再移動到另一個或多個角度拍攝被掃描物體103的圖像。當(dāng)所述投影儀向101被掃描物體103投射每種單色光時，也可以采用多個黑白相機(jī)102從多個角度同時拍攝被掃描物體103的圖像。
[0025]2).對于每個角度三種光下的照片，以投影儀101投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到相應(yīng)角度下的單片數(shù)據(jù)。
[0026]3).對不同角度的單片數(shù)據(jù)上的顏色信息進(jìn)行融合，消除方向光造成的光影差異。對所述被掃描物體103多個角度的彩色圖像通過計算機(jī)多目視覺成像原理重建出被掃描物體103的立體彩色模型:首先利用幾何拼接算法將多片數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合，構(gòu)建空間八叉樹結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中計算頂點(diǎn)的顏色差異屬性信息，再利用泊松方程求解差異擴(kuò)散標(biāo)量場，最終將差異信息反加到單片顏色數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)邊界顏色差異的過渡，消除不同單片數(shù)據(jù)之間的光影差異，獲得融合后的顏色。
[0027]所述顏色融合方法的效果如圖2所示，牙頌?zāi)Ｐ椭械木€條包括輪廓線、醫(yī)生畫筆線、光影過渡線，由圖中可以看到經(jīng)過顏色融合之后，消除了光影過度線。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置及其掃描方法中，通過僅采用黑白相機(jī)分別獲取被掃描物體被紅、綠、藍(lán)三色光投射時的圖像，即可得到被掃描物體的彩色圖像，大大降低了設(shè)備成本。另外，通過該方法獲取的彩色圖像質(zhì)量較好，顏色信息真實準(zhǔn)確，能夠在后續(xù)三維建模中得到真實準(zhǔn)確的立體彩色模型。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于牙頌?zāi)Ｐ偷念伾畔呙柩b置，其特征在于，包括投影儀、控制系統(tǒng)以及至少一臺黑白相機(jī)，控制系統(tǒng)與上述投影儀、所有黑白相機(jī)均分別相連，所述的投影儀僅投射紅、綠、藍(lán)三種單色光。2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔呙璧姆椒ǎ涮卣髟谟?，包括如下步驟: 1)控制系統(tǒng)控制投影儀向牙頌?zāi)Ｐ屯渡浼t、綠、藍(lán)單色光中的一種，在每種單色光下均采用黑白相機(jī)從不同角度拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌鬏斨量刂葡到y(tǒng)； 2)將牙頌?zāi)Ｐ陀谕唤嵌扰臄z的:紅色光下采集的圖像的灰度值作為紅色通道的值，綠色光下采集的圖像的灰度值作為綠色通道的值，藍(lán)色光下采集的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，組合三通道的值獲得在該拍攝角度下牙頌?zāi)Ｐ偷膯纹瑪?shù)據(jù)； 3)對不同角度的單片數(shù)據(jù)上的顏色信息進(jìn)行融合，消除方向光造成的光影差異。3.如權(quán)利要求2所述的牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔呙璺椒?，其特征在于，所述的步驟I)中采用一臺黑白相機(jī)從不同角度拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌?或者采用多臺分布于牙頌?zāi)Ｐ椭車煌嵌鹊暮诎紫鄼C(jī)分別同時拍攝牙頌?zāi)Ｐ驼掌?.如權(quán)利要求2所述的牙頌?zāi)Ｐ皖伾畔呙璺椒?，其特征在于，所述的步驟3)具體如下:利用幾何拼接算法將多片數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合，構(gòu)建空間八叉樹結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中計算頂點(diǎn)的顏色差異屬性信息，利用泊松方程求解差異擴(kuò)散標(biāo)量場，最終將差異信息反加到單片顏色數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)邊界顏色差異的過渡，消除不同單片數(shù)據(jù)之間的光影差異，獲得融合后的顏色。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于牙頜模型的顏色信息掃描裝置及方法，該裝置包括投影儀、控制系統(tǒng)以及至少一臺黑白相機(jī)，控制系統(tǒng)與上述投影儀、所有黑白相機(jī)均分別相連，所述的投影儀僅投射紅、綠、藍(lán)三種單色光?？刂葡到y(tǒng)控制投影儀向牙頜模型投射紅、綠、藍(lán)單色光，在每種單色光下拍攝牙頜模型不同角度照片；將不同單色光下同一角度拍攝的照片組合獲得在該拍攝角度下牙頜模型的單片數(shù)據(jù)；對不同角度的單片數(shù)據(jù)上的顏色信息進(jìn)行融合，消除方向光造成的光影差異。本發(fā)明中的牙頜模型顏色信息掃描方法利用黑白相機(jī)獲取彩色圖像，避免彩色相機(jī)對幾何數(shù)據(jù)測量的影響；利用融合算法消除不同角度測量結(jié)果的光影差異，大大降低了設(shè)備成本。
【IPC分類】A61C19/04, A61C13/34
【公開號】CN105662632
【申請?zhí)枴緾N201610252097
【發(fā)明人】范然
【申請人】杭州師范大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月20日