[发明专利]用于牙科3D扫描仪的纹理映射的设备和方法

说明书

一种用于利用单色传感器阵列对牙齿进行颜色纹理成像的方法根据来自所述牙齿的视图的图像数据来获得表示表面轮廓图像的3D网格。针对每个视图，记录图像数据生成具有至少三个单色明暗度图像的集合。组合每个组合的所述单色明暗度图像以生成2D颜色明暗度图像，所述2D颜色明暗度图像对应于所述视图中的一个。将所述网格中的每个多边形表面分配给所述视图的子集中的一个视图。将分配给同一视图的多边形表面分组成纹理片段。根据顶点到与每个纹理片段相关联的所述视图上的投射，确定所述纹理片段中的所述3D网格表面的图像坐标。利用对应于每个纹理片段的所述2D颜色明暗度图像中的纹理值呈现所述3D网格，以生成颜色纹理表面轮廓图像。

发明领域

本发明大体涉及表面形状成像领域，并且更具体地涉及在口内应用中的3D彩色图像的表面成像和显示。

背景

表面轮廓信息可以对牙齿状况的评估特别有用，并且有助于各种类型的牙科手术，诸如有助于修复牙科学。已经开发了用于在医疗、工业和其他应用中从各种类型的对象获得表面轮廓信息的许多技术。光学三维(3D)测量方法使用以各种方式引导到表面上的光来提供形状和深度信息。用于轮廓成像的各种类型的成像方法中包括：生成一系列光图案并且使用焦点或三角测量来检测照明区域上的表面形状变化的那些方法。

条纹投射成像使用图案化或结构化的光和三角测量来获得各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投射成像中，从给定角度朝向对象表面投射线图案。然后从另一个角度将来自表面的投射图案看做轮廓图像，从而利用三角测量法以便基于轮廓线的外观分析表面信息。其中使投射图案在空间上递增地偏移以便在新位置处获得附加测量值的相移通常用作条纹投射成像的一部分，用来完成表面的轮廓映射并且增加轮廓图像中的总分辨率。

彩色传感器阵列比单色传感器阵列更昂贵并且更复杂。此外，直接生成RGB数据的传感器阵列固有地是效率较低的，并且对于低亮度级条件(诸如在口内成像中常见的那些条件)较不敏感。

尽管成本较高，但是可以理解，为了诊断和美学目的，提供彩色的3D表面轮廓图像将是有价值的。对这个成像问题的已知解决方法提供了使颜色与体积图像区域相关联的方式。然而，这些方法不能满足提供忠实再现颜色纹理的彩色体积图像所需要的要求。通常，表面纹理涉及详细表面结构，并且在成像情况下提供了光如何从表面反射的更准确表示。颜色纹理还包括图像中颜色的空间排列和强度。颜色纹理的属性可以基于反射光或透射光的定向分布，通常由例如有光泽的、闪亮对比暗淡的、无光泽的、清晰的、浑浊的、独特的、或与微表面结构相关(诸如粗糙度或光滑度、明暗度(shading)和其他属性)的属性描述。例如，颜色纹理表示与边缘的改进定义相关，并且允许更清楚地显现口内的特征和(更一般地)解剖学特征。

在已提出的用于提供对3D图像的颜色信息的测量的解决方案中包括：例如在Franetzki的题为“Process and Device for Computer-Assisted Restoration ofTeeth”的专利公开EP 0837659中描述的解决方案，这种解决方案使用颜色检测器以常规方式获得颜色数据，并且然后在显示3D体积图像时将2D红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)或RGB彩色图像叠加到3D体积图像上。然而，这种类型的模拟彩色解决方案不提供真正的3D彩色图像数据。假设在被叠加到3D表面图像上时可被正确地缩放并与体积图像数据对齐，如EP0837659中所描述的同时显示和叠加的彩色内容将仅在单个视角上是准确的。3D表面的任何其他视图将不具有叠加的彩色图像内容。

因此，可以理解，需要一种图像处理方法，所述图像处理方法使用单个图像捕获设备(其采用单色传感器阵列)来提供示出颜色以及颜色纹理内容的牙齿3D图像数据。

概述

本申请的目的是，提高牙齿和相关口内结构的表面轮廓检测技术。

本申请的方法和/或设备实施方案可以解决对颜色纹理的改进表示的需要，所述颜色纹理与从患者获取的体积图像相关。