数字印模口内三维扫描技术研究_精品文档资料下载.pdf

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三维传感；

1：

7内三维扫描；

牙齿扫描；

条纹投影；

光学导管；

光路压缩；

数字印模中图分类号：

R783；

TP391文献标志码：

Adoi：

103724SPJ1249201301060Studyondigitalimpressionforintraoral3DscanningWuQingyang，ZengXiangjun，HuangJinhui，andHeWeiShenzhenKeyLaboratoryofMicro-NanoPhotonicInformationTechnology，CollegeofElectronicScienceandTechnology，ShenzhenUniversity，Shenzhen518060，PRChinaAbstract：

Anoveldigitalimpressiontechniqueforscanningthe3DmorphologyofteethandsofttissueinsidetheoralcavityinrealtimeispresentedUsingalighttubetotransmitimages，thetechniquecompressedtheprojectionraysandimagingraysinlimitedspace，SOthatshadowandlightocclusionoffringeprojection3DprofilometryintheintraoralmeasurementscanbeavoidedAprototypesystemwasfabricatedaccordingtothepresentedprinciples，andexperimentalmeasurementsweremadetoevaluatethefeasibilityandaccuracyofthesystemTheresultsdemonstratethattheproposedtechniqueacquiresgoodrobustnessandgreatprecisionwithadeviationof4ILmin3DimagingKeywords：

computervision；

imageprocessing；

3Dsensor；

intraoral3Dscanning；

dentalscan；

fringeprojection；

lighttube；

lightpathcompression；

digitalimpression随着科学技术的发展，基于计算机辅助设计制作（CADCAM）的口腔修复系统逐渐成为口腔医师重要的治疗手段3牙齿三维数据的测量是Received：

20121018：

Aceepttx!

：

20121224Foundation：

NationalNaturalScienceFoundationofChina（JC200903120031A）十Correspondingauthor：

AssociateprofessorWuQingyangCitation：

WuQingyang，ZengXiangjun，HuangJinhui，etofShenzhenUniversityScienceandEngineering，口腔修复CADCAM系统的重要组成部分，也是进行口腔修复体设计与制作的前提条件根据数据获取的方式，牙齿三维数据测量系统可分为口外扫描（11109052）；

ScienceandTechndogyDevelopmentFundsofShenzhenE-mail：

wuqySZUeducna1Studyondigitalimpressionforintraoral3DscanningJJournal2013，30

（1）：

60-65（inChinese）万方数据第1期吴庆阳，等：

数字印模口内三维扫描技术研究61系统和口内扫描系统剖口外扫描方式需医生先对口腔进行印模获取牙齿的石膏模型，再利用三维扫描设备对石膏牙模进行扫描得到其三维数字模型口内扫描方式则是将探测器伸进口腔直接对牙齿进行扫描从而获得牙齿的三维数字模型该方式操作简单、高效且测量速度快，因而节省了医生的操作时间，又因无需手工印模，亦避免了因制模和翻模引起的误差一10J，所以测量精度较高因此，口内三维扫描技术有望取代口外扫描成为口腔修复CADCAM系统的关键技术基于三角法的光学三维测量技术，因具有非接触、测量速度快及精度高等优点已广泛用于诸多领域卜13J然而，这种测量技术的原理使该系统结构难以微型化4|，限制了该技术在口腔等空间受限领域的应用本研究设计了一种可在狭窄空间进行传像的光学导管结构，和基于硅基液晶（1iquidcrystalonsilicon，LCoS）面板的微型投影系统，用以解决条纹投影三维测量技术在口内三维扫描中受口腔空间制约的问题，实现条纹编码图像在口腔内的投影和采集1相位测量与重建原理条纹投影三维测量，也称结构光投影三维测量，主要测量方法为相位测量轮廓术5。

该测量系统的基本结构由投影系统、成像系统和计算机3部分组成如图1，投影系统将含有相位信息的光栅图像投影到被测物体表面，光栅图像因受到物体表面轮廓的调制而发生变形；

成像系统采集变形的光栅图像数据并将其传输给计算机；

计算机对变形一1wm,一l采集图像，7被测物体光轴芝JJi一一一a图1条纹投影三维测量原理1Principleof3DmmntbasedOnfringeprojection的光栅图像进行处理并计算出表示被测物体高度的相位信息，再根据相位信息和已标定好的系统结构参数重建物体的三维几何信息提取相位信息的方法主要有傅立叶变换法和相移法前者因只需投影一幅光栅条纹图像，测量速度快，但在测量表面复杂的物体时相位展开容易出错；

后者需投影若干幅相位场移相的光栅条纹图像，速度相对较慢但解得的相位稳定性好且准确度高本测量系统采用四步相移法提取相位信息，该方法通过投影4幅依次平移14周期的正弦图像，得到（m）=，（m）+，（m）COS妒（m）+（i一1）a2

（1）其中，i表示投影第i幅正弦图像，在本测量系统中i=1，2，3，4；

（m）为物体表面的光强分布；

，（m）为背景光强分布；

，（m）为条纹对比度；

9（m）为物体表面的绝对相位若令妒（m）=2忌竹+妒（m）表示相位级次，其中k为整数，p（m）为折叠相位，结合式

（1）得妒（m）=arctan（，l_14-，312，1

（2）利用格雷码部分编码【l刨的方法求得条纹级次k的值，并根据k值展开折叠相位得到绝对相位妒（m）三维数据点的重建是基于直接线性变换（di-rectlineartransformation，DLT）算法设（z，秽）为被测点的像素坐标，（z，Y，z）为对应的空间三维坐标，9为绝对相位，ai、bi和ci为常量系数则像素点和对应空问点之间的映射关系用多项式表达为菇=口lu3+口2秽3+a3tp3+a4u2移+a5u29+a6v2u+口7t72妒+n8妒2u+口9妒2移+口loH2+口ll秽2+012妒2+a13u秽+口14妒+口15t审+a16uvtp+口17u+口18tJ+a19tP+口20（3）Y=6l“3+62影3+b3p3+64H2移+65z2妒+66t72+67秽2妒+68妒2u+bgtp2秽+6lou2+6ll口2+b12tp2+b13u秽+b14M妒+615口妒+b16l埘妒+bit“+blsv+b19自o+620（4）z=C1M3+c2口3+c393+c42移+C5u2妒+C6