[发明专利]记录颜色的聚焦扫描装置

说明书

技术领域

本申请涉及物体的表面几何形状和表面颜色的三维(3D)扫描。特定应用在牙科学中，特别是用于口内扫描。

背景技术

3D扫描器在本领域中是众所周知的，并且口内牙科3D扫描器(例如，Sirona Cerec，Cadent Itero，3Shape TRIOS)同样如此。

记录表面颜色的能力在许多应用中是有用的。例如在牙科学中，用户可以区分组织的类型或检测现有的修复物。例如在材料检验中，用户可以检测表面异常，如结晶缺陷或褪色。以上一般都不可能仅仅从表面几何形状信息获得。

WO2010145669提到记录颜色的能力。特别地，每个针对不同颜色(典型地，蓝、绿和红)的照明拍摄的若干顺序图像组合以形成合成彩色图像。因此该方法需要改变光源颜色的装置，如颜色过滤器。此外，在手持使用中，扫描器将在照明序列期间相对于被扫描物体移动，减小合成彩色图像的质量。

US7698068和US8102538(Cadent Inc.)也描述了一种口内扫描器，其用一个或多个图像传感器记录几何形状数据和纹理数据。然而，在颜色和几何形状记录之间分别有微小延迟。US7698068需要不同颜色的顺序照明以形成合成图像，而US8102538提到白光作为一种可能性，然而来自第二照明源或由第二图像传感器记录，第一组用于记录几何形状。

WO2012083967公开了一种扫描器，其用两个独立的照相机记录几何形状数据和纹理数据。当第一照相机关于基于多个图像提供聚焦扫描具有较浅的景度时，第二照相机关于从单个图像提供颜色纹理信息具有较大景深。

颜色记录扫描共焦显微镜也从现有技术获知(例如，Keyence VK9700；也参见JP2004029373)。白光照明系统与彩色图像传感器一起用于记录2D纹理，同时激光束形成点，所述点被扫描，即在表面上移动并且由光电倍增器记录，从多个深度测量提供几何形状数据，点的每个位置进行一次深度测量。移动点的原理需要被测量物体在测量期间不相对于显微镜移动，并且因此不适合于手持使用。

发明内容

本申请的一个方面将提供一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统和方法，并且其中表面几何形状和表面颜色从相同的被捕获2D图像导出。

本申请的一个方面将提供一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统，并且其中所有2D图像使用相同的彩色图像传感器捕获。

本申请的一个方面将提供一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统和方法，其中与表面几何形状和表面颜色相关的信息同时被采集使得不需要与被记录表面几何形状相关的数据和与被记录表面颜色相关的数据的对准以便生成表达物体的颜色和几何形状两者的物体的数字3D表示。

公开一种用于记录物体的表面几何形状和表面颜色的扫描器系统，所述扫描器系统包括：

-多色光源，所述多色光源配置成提供用于物体的照明的多色探测光，

-彩色图像传感器，所述彩色图像传感器包括用于捕获从所述物体接收的光的一个或多个2D图像的图像传感器像素的阵列，以及

-数据处理系统，所述数据处理系统配置成至少部分地从由所述彩色图像传感器记录的一个2D图像导出所述图像传感器像素的块的表面几何形状信息和表面颜色信息两者。

公开一种记录物体的表面几何形状和表面颜色的方法，所述方法包括：

-获得扫描器系统，所述扫描器系统包括多色光源和包括图像传感器像素的阵列的彩色图像传感器；

-用来自所述多色光源的多色探测光照明所述物体的表面；

-使用所述彩色图像传感器捕获所述物体的一系列2D图像；以及

-至少部分地从一个被捕获2D图像导出所述图像传感器像素的块的表面几何形状信息和表面颜色信息两者。

在本申请的上下文中，短语“表面颜色”可以指的是物体表面的表观颜色，并且因此在一些情况下，例如对于半透明或部分透明物体(如牙齿)，由来自物体表面和/或在物体表面下方的材料(如在物体表面正下方的材料)的光导致。

在本申请的上下文中，短语“至少部分地从一个2D图像导出”指的是图像传感器像素的指定块的表面几何形状信息至少部分地从一个2D图像导出并且相应表面颜色信息至少部分地从相同2D图像导出的情形。该短语也涵盖图像传感器像素的指定块的表面几何形状信息至少部分地从一系列被捕获2D图像的多个2D图像导出并且相应表面颜色信息至少部分地从该一系列被捕获2D图像的相同2D图像导出的情况。