2.入口式牙齿扫描系统设计说明书

1、入口式牙齿扫描系统设计说明书设计者:张旭，郑龙玉，冯胜指导教师：尹周平（机械学院）作品内容简介U 前国内医院里使用的数字口腔测量系统大多是传统的间接式口外测量系 统， 这种系统对翻制的石膏牙模测量，间接实现患者牙齿的三维数据获取。山于印制牙模 的过程一般较长，患者等待一周后才能获得印制好的石膏模型，然后再经过扫描牙模 获得患者牙齿的三维数据。但是冷却后的牙模有时会稍有变形，使得患者牙颌三维数 据的精度降低，这对最后的诊断也会造成一定误差。再者，在传统的间接式口外测量 过程中，患者在咬牙模时其实是非常痛苦的。本作品通过实验设计了一套入口式牙齿扫描系统。该项 U 最大创新性与特 色在于 将传统的三

2、维扫描仪加装反射镜片，从而可以对口腔内的牙齿直接进行 扫描。传统的三维测量技术将投影仪和相机固定布置，利用投影仪向物体投影带有信 息的光栅，通过相机拍摄在物体表面发生变形的光栅，利用投影仪和相机间的位置 关系（预先标定）以及山变形光栅求解得到的像点间的对应关系重建出物体表面的 三维模型。投影仪和相机山于体积较大，不能直接进入口腔进行牙齿扫描，我们打算利 用 小型的摄像机和投影仪替代大体积的设备，将摄像机和投影仪布置在口外，将 平面 镜伸入口内，从而达到入口式扫描的 u的。1 研制背景及意义如图 11 所示，我国口腔疾病的患病率非常高，儿乎每个人都不同程度地拥 有 口腔疾病问题。据第三次全国口腔

3、健康流彳亍病学调査资料显示，我国口腔疾病患 病率仍然高达 90%以上。与高患病率形成鲜明对比的是，U前国内口腔疾病患者的就诊率非常低。第三次全国口腔健康流行病学调查资料数据显示，顒齿患病率达到 66%的 5 岁组 儿童, 其中只有 3%进行了治疗；而患病率高达 9& 4%的 65 岁至 74 岁老年人的 治疗率也只 有 9%至22%。进行牙科治疗时，经常需要对患者的牙齿进行取模，从而为患者定制牙齿治 疗方案，U前国内医院里使用的数字口腔测量系统大多是传统的间接式口外测量 系统， 这种系统对翻制的石膏牙模测量，间接实现患者牙齿的三维数据获取。山于印制牙模 的过程一般较长，患者等待一周后才

4、能获得印制好的石膏模型，然后再经过扫描牙模 获得患者牙齿的三维数据。但是冷却后的牙模有时会稍有变形，使得患者牙颌三维数 据的精度降低，这对最后的诊断会造成一定误差，患者咬牙 模时也需忍受较大的痛 苦。本作品设 il了入口式的牙齿扫描仪，免去了打石膏的部分，能够直接得到患 者牙齿的三维模型。2 设计方案2. 1机械部分机械部分设计如图 2.1 所示，相机和投影仪固定在剪义式的升降台上，平 面 镜固定不同年龄段国民口腔健康情况调查65 74岁1X4%厅周健康者思甑率裁齿治疗率14.1%在相机和投影仪的前方，相机和投影仪利用镜片进行反射。图 2. 1相机投影仪和反射平面镜的布置I JL IT设计时考

5、虑的主要问题：(1) 山于三维扫描仪要求相机和投影仪均定焦，因此需要预先确定好相机和投影 仪的实际工作距，并把投影仪和相机焦距锁死。(2) 需要根据相机和投影仪工作的实际需要确定好镜片的尺寸。(3) 山于人的舌头和皮肤的干扰，需要扫描系统的外形具备伸入口腔内部以便扫 描口内全部牙齿的能力。2. 2 软件部分软件利用自行开发的三维扫描系统，基于面结构光三维扫描原理。软件系统应 该包括相机标定，投影仪标定，三维重建，点云拼合四个部分。3 理论设计计算(1)相机镜头焦距的计算：相机视场大小为 52x42mm, CCD芯片大小为 486X3. 62mm,所以放大倍数为 0=二=107,相机工作距为 f

6、=50/，所以相机焦距为4. 861+0 1 + 10.7(2)平面镜尺寸的计算：平面镜到相机的距离为 6, =30mm,所以平面镜的面积为 S= S 枫才 C76 ) 2=52*42* (30/50) 2mm2=786. 24 mm2=31. 2*25. 2 mm)4 工作原理及性能分析 该技术利用双 U视觉的原理，采用光栅投影罪接触武测量方 法，利用格雷码分区加相移法对牙模进行全场拍照式测量从而创建无儿何约束的三 维重建模型，在摄像机一投影仪标定结果的基础上利用三角测距中线面求交的方 法，即通过计算投影仪光心与条纹所确定的平面方程及摄像机光心与像素点所确定 的射线方程 9 山此计算交点坐标

7、。与传统光栅投影法相比，没有光轴相交于一点， 光心连线与 参考平而平行等严格的儿何约朿，因此可以显著降低测量设备在加工装 配方面的精度要求，并保持可黑的精度，从而降低成本。f二一一二nun = 4nun5 创新点及应用1) 直接扫描牙齿，避免了打石膏制牙模的中间过程，节省材料。2) 患者可当场获得扫描结果，免去了等待石膏模制作的过程，节省时间和人力 资源。3) 操作和控制简便，容易地使用它。4) U前全国有众多的牙科病人，使用本系统将大大优化病人的看病体验，视场 前景好。参考文献1陈晓宏健康教育与餉齿预防中国健康教育,2001, 17(12).2于皓计算机辅助设计与计算机辅助制作技术在口腔修复中的应用屆际口腔 医 学朵志,2008, 35(3).郑韵哲汁算机辅助制作技术在口腔修复领域的应用国际口腔医学杂