[0001] 本实用新型涉及对准状态指示装置及对准状态指示方法(Alignment‑state indicating apparatus and method using thereof)。

[0002] 实现以数字数据设计的文件的3D打印技术已受到诸多关注，与此同时，将现实中存在的物体转换为数字数据的3D扫描技术也在不断发展。3D扫描技术在CAD/CAM系统中起着关键作用，尤其，在扫描患者的口腔内部(用作隐含牙齿、牙龈和颚骨等的含义)以制造符合患者的口腔结构的假体以及在治疗方面得到了频繁应用。

[0003] 然而，当使用口腔三维扫描仪时，用户在扫描患者的口腔内部的同时，还需要反复查看连接到口腔扫描仪的显示屏，以便确认三维模型是否正常成型。此时，口腔扫描仪的用户通常会专注于患者的口腔内部，即会专注于正在扫描的部位，并且用户会以不时地转过头查看显示屏的方式进行扫描。当以这种方式持续进行扫描时，用户的疲惫感会迅速增加，并且在扫描患者的口腔内部的过程中注意力会被分散，因此在获取患者口腔的三维模型时存在数据的准确性下降的风险。实用新型内容

[0004] 技术问题

[0005] 为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种对准状态指示装置，以便用户迅速且直观地意识到对准误差。

[0006] 并且，本实用新型的目的在于提供一种对准状态指示方法，以便使用扫描仪的用户直观地意识到三维数据之间的连接和对齐未正常执行的状态(对准误差)。

[0007] 本实用新型的技术问题不限于以上所提及的技术问题，本领域技术人员可通过以下记载明确理解未提及的其它技术问题。

[0008] 技术方案

[0009] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种对准状态指示装置及通过所述装置实现的对准状态指示方法，所述对准状态指示装置包括：壳体，所述壳体上形成有开口部，所述开口部开口以使得对象体以光的形态入射到其内部；拍摄部，设置在所述壳体的内部，并且容纳通过所述壳体的开口部入射的光以获取原始数据；控制部，执行通过所述拍摄部的拍摄而生成的三维数据之间的数据连接和对齐(对准)，并且判断是否发生对准误差；以及致动器，所述致动器在发生所述对准误差时振动。

[0010] 具体地，为了解决现有技术中不断地查看显示屏才能意识到对准误差的缺点，本实用新型提供一种对准状态指示装置及通过所述装置实现的对准状态指示方法，当发生所述对准误差时，致动器振动，从而可以使得用户直观地意识到对准误差。

[0011] 技术效果

[0012] 根据本实用新型，用户可以追加拍摄通过致动器觉察到振动的部分的周边部分，从而可以使数据缺失最小化，就结果而言，具有可以获得精确的三维模型的优点。

[0013] 另外，在必需持续注视患者的口腔内部以获取扫描数据的情况下，用户可以通过触觉觉察到振动，因此具有扫描仪的用户可以快速应对的优点。

[0040] 在下文中，将参照示例性附图详细描述本实用新型的一些实施例。需要注意的是，在对各个附图的组件添加附图标记时，即使在不同的附图上被示出，但对于相同的组件也尽可能赋予了相同的附图标记。此外，在描述本实用新型的实施例时，当判断相关的公知组件或功能的具体描述干扰对本实用新型实施例的理解时，将省略其详细描述。

[0041] 在描述本实用新型实施例的组件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅仅用于区分其组件与其它组件，而相应组件的本质、次序或顺序等不受这些术语的限制。并且，除非另有定义，否则在本文中使用的包括技术性术语或科学性术语在内的所有术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。诸如在通常使用的词典中被定义的术语应被解释为具有与相关技术的文脉中所具有的含义一致的含义，并且除非在本实用新型中明确定义，否则不应以理想主义或过于形式化的含义来解释。

[0042] 图1和图2是用于描述根据本实用新型的对准状态指示装置的图。

[0043] 参照图1和图2，根据本实用新型的对准状态指示装置A能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，并且可以包括壳体10和拍摄部20，所述壳体10上形成有开口部，所述开口部开口以使得口腔内部的状态通过一端部以光的形态入射到其内部，所述拍摄部20设置在壳体10的内部并且容纳通过壳体10的开口部入射的光以通过内置的图像传感器23获取原始数据(raw data)。

[0044] 壳体10可以是对准状态指示装置A中的扫描仪1的外观，所述扫描仪1通过扫描过程获取患者口腔内部的形状信息、模样信息、颜色信息等，并且根据获取的信息生成口腔内部数据。壳体10使得扫描仪1的组件设置在其内部，从而可以保护所述组件免受外部环境的影响。壳体10可以包括本体壳体11和尖端壳体14。作为示例，本体壳体11可以包括下部壳体12和上部壳体13，所述下部壳体12构成本体壳体11的下端，所述上部壳体13构成本体壳体
11的上端。通过下部壳体12与上部壳体13的结合，可以保护设置在本体壳体11内部的扫描仪1的组件免受外部环境的影响。此外，尖端壳体14的一侧具有开口部，用于将入射到内部的光引导至拍摄部20，并且尖端壳体14保护设置在其内部的组件免受外部环境的影响，以便将光引导至拍摄部20。另一方面，用户可以通过按压形成在本体壳体11上的按钮15来执行扫描过程。

[0045] 扫描仪1可以形成为手持式(handheld)形态。通过使用手持式扫描仪1，用户可以以自由的角度和距离对对象体执行扫描，并且可以针对扫描不充分的部分进行追加扫描。

[0046] 另一方面，在本说明书中，将患者的实际口腔作为扫描对象体的示例进行了描述，然而扫描对象体不限于此。即，扫描对象体不仅可以是上述的口腔，还可以替代地使用例如石膏模型、印模模型、戴有牙冠或种植牙等口腔假体的口腔或石膏模型等各种可扫描的物体。

[0047] 在下文中，将描述设置在扫描仪1的壳体10内部的具体组件。

[0048] 拍摄部20可以包括从形成在壳体10的一端的开口部获取被容纳的光的摄像头21，构成拍摄部20的摄像头21可以是单个摄像头，也可以是两个或更多个的多摄像头。作为示例，拍摄部20可以包括两个或更多个摄像头21，通过以类似于人的眼球的方式从不同角度和/或距离拍摄同一点，可以获得更精确的数据。

[0049] 另一方面，拍摄部20可以包括投影仪22，所述投影仪22形成在摄像头21的一侧并通过开口部发射光。投影仪22可以产生特定形态的光，此时产生的光可以根据用户的需要以各种形态形成。作为示例，投影仪22产生的光可以具有可见光区域中的波长。并且，投影仪22可以将结构光照射到口腔内部，以便将拍摄部20获取的原始数据转换为具有预定体积的三维数据。作为示例，结构光可以是亮部和暗部交替出现的条纹图案，但不限于此。

[0050] 从投影仪22产生并朝向对象体(例如，患者的口腔内部)照射的光在对象体的表面反射，从对象体的表面反射的光通过扫描仪1的开口部入射并被容纳在前述的摄像头21中。形成在成像板上的图像传感器23通过容纳在摄像头21中的光获取原始数据。作为示例，图像传感器23可以是CCD传感器、CMOS传感器等，但不限于此，可以是用于从被容纳的光获取原始数据的任何传感器。此时，所述原始数据可以是为生成三维模型而获取的二维图像或三维图像数据。作为示例，原始数据可以是在使用扫描仪1扫描对象体时由包括在扫描仪中的摄像头21获取的数据(例如，二维数据)。

[0051] 并且，尖端壳体14一端的内部可以形成光学元件30，所述光学元件30将入射到扫描仪1中的光传输到拍摄部20。光学元件30可以由能够折射和反射光的材料形成，作为示例，光学元件30可以是镜子或棱镜(prism)。通过光学元件30传输到拍摄部20的光可以是从对象体反射的光，并且所述光可以是从投影仪22发射的光在到达对象体的外表面后反射的光。通过光学元件30容纳在摄像头21中的光通过图像传感器23生成为原始数据的过程如上所述。

[0052] 另外，通过拍摄部20的操作获得的原始数据可以被发送到与扫描仪1间隔形成的数据处理装置2以被转换成三维数据。此时，三维数据可以是基于多个原始数据生成的数据。并且，三维数据可以是基于多个原始数据而生成且通过执行三维数据之间的数据连接和对齐(对准)而生成的三维模型。上述对准过程可以通过各种方式执行，作为示例，可以使用迭代最近点(ICP，Iterative Closest Point)方法来执行。

[0053] 另一方面，扫描仪1还包括通信部40。通信部40可以将通过扫描仪1获得的原始数据发送到数据处理装置2。当扫描仪1与数据处理装置2有线连接时，通信部40将通过所述有线连接将存储在扫描仪1中的原始数据发送到数据处理装置2。当扫描仪1与数据处理装置2无线连接时，通信部40将通过诸如Wifi或Zigbee的通信方法将存储在扫描仪1中的原始数据发送到数据处理装置2。

[0054] 尽管图中未示出，但是扫描仪1还可以包括存储部。当从拍摄部20获得原始数据时，所获得的原始数据可以暂时存储在存储部中。当扫描仪1与数据处理装置2连接时，存储在存储部中的原始数据可以通过通信部40传输。

[0055] 所述数据处理装置2可以通过扫描仪1的通信部40通过有线或无线通信网络连接。数据处理装置2可以是笔记本电脑、智能手机(smart phone)、台式电脑、PDA或平板电脑等计算设备，但不限于此。

[0056] 并且，所述数据处理装置2可以包括控制部100和显示部200。更具体地，所述控制部100可以通过执行三维数据之间的连接和对齐来确定对准误差并控制致动器50振动。显示部200可以可视地显示用户界面(UI)，并且显示被转换为三维数据以示出患者的口腔内部的数据。并且，当在执行对准的过程中发生误差时，可以直观地显示发生误差的部分。

[0057] 另一方面，尽管在图1和图2中示出了控制部100与扫描仪1为独立的构件，但是本实用新型不限于此，并且可以包括在扫描仪1中。作为示例，当数据处理装置2判断出对准误差并向扫描仪1发送信号时，形成在扫描仪内部的控制部(未图示)可以控制致动器50振动。

[0058] 并且，本实用新型的对准状态指示装置A可以包括致动器50。此时，致动器50可以是通过旋转操作产生振动的构造。致动器50可以执行由拍摄部20拍摄产生的三维数据之间的数据连接和对齐(对准)，并且当在执行对准的过程中发生误差时，致动器50可以振动。在本说明书中，对准误差可以表示三维数据之间的连接和对齐不连续的状态。当连接三维数据时没有重叠部分，或者三维数据之间形成的重叠部分的数据可靠性低时，可能会出现对准误差。

[0059] 在下文中，将与数据处理装置2的操作一起详细描述致动器50的操作。数据处理装置2的控制部100可以将从扫描仪1接收的原始数据转换为三维数据，并且使用三维数据之间的重叠部分来执行对准过程。在执行对准的过程中，当三维数据之间没有共同的点或者共同的点的可靠性低时，将判断相应的部分为对准误差。控制部100可以通过扫描仪1的通信部40向致动器50施加控制信号，以便向用户通知被判断为对准误差的点。致动器50可以基于从控制部100获得的控制信号间歇地或连续地振动。作为示例，当数据处理装置2的控制部判断三维数据之间的数据连接和对齐异常时，致动器50可以工作以在预定时间期间振动一次。或者，当数据处理装置2的控制部判断三维数据之间的数据连接和对齐未正常执行时，致动器50可以在振动一次后停止工作。

[0060] 致动器50可以是能够内置在壳体10内部的任何形状，当扫描仪1是手持型时，致动器50可以形成为靠近对患者的口腔内部进行扫描的用户所握持的部分，即形成为靠近前述的本体壳体11的内部。通过将致动器设置在本体壳体11的内部，可以避免在尖端壳体14部分被引入口腔内部并执行扫描时由于振动而对患者的口腔内部造成意外冲击，从而可以避免给患者带来不便。

[0061] 更具体地，参照图3，所述致动器50可以设置在形成壳体10的下端的下部壳体12的内侧一端。作为示例，致动器50可以设置在下部壳体12的内侧一端中的与尖端壳体14邻近的一端。用户可以握持设置有致动器50的位置处的下部壳体12的外表面。致动器50靠近用户握持扫描仪1的位置形成，因此具有用户可以在发生对准误差时快速地意识到误差的优点。即，由于用户通常用拇指包裹上部壳体13的一端且用剩余的手指(食指、中指、无名指和小指)握住下部壳体12的一端，因此用户可以容易地觉察到设置在下部壳体12的一端的致动器50的振动。并且，由于致动器50设置在下部壳体12的内侧端部中的与尖端壳体14邻近的一端，因此具有与致动器50产生的振动形成在下部壳体12内侧的另一端时相比，可以最小化致动器50产生的振动对患者的口腔内部产生无意冲击的效果。

[0062] 并且，所述致动器50的外周的至少一部分被形成在下部壳体12的内侧的框架16覆盖。框架16可以形成为弯曲形状以覆盖致动器50的外周的一部分，但不限于此。由于框架16覆盖致动器50外周的一部分，因此通过致动器50产生的振动通过框架16减弱，并且用户握持的下部壳体12的振动强度也可以随之减弱，从而具有在扫描过程中最大限度地减少对患者口腔内部的意外冲击的效果。并且，所述框架16可起到减振器的作用，因此具有可以最小化振动对拍摄部20的影响并且获得明确的原始数据和三维数据的优点。另一方面，框架16可以由金属材料形成以有效地减少致动器50的振动。

[0063] 图4是用于描述根据本实用新型的对准状态指示装置中采用了手柄部70的扫描仪的图。

[0064] 参照图4，构成对准状态指示装置A的扫描仪1可以形成为枪(gun)的形态，所述扫描仪1还包括手柄部70，所述手柄部70联接到壳体10的外表面并且一体地形成。在这种情况下，手柄部70可以包括触发器(trigger)73，所述触发器73被用户的至少一根手指按压以执行扫描过程的开始/停止(on/off)操作。触发器73形成为扳机的形态，当按压触发器时，可执行扫描处理，当停止按压时，可以使得扫描过程停止。例如，当用户用食指按压触发器的外表面时，可以执行扫描，并且当用户不按压(停止按压)时，则可以停止扫描。

[0065] 另一方面，手柄部70可以包括覆盖部71和握持部72，所述覆盖部71覆盖壳体10的外表面的一部分，所述握持部72形成为从壳体10的外表面沿一个方向延伸，并且按压触发器73的手指以外的手指包裹其外表面。可以用未放在触发器73上的其他手指包握握持部72。例如，当用户使用食指操作触发器73时，用户的剩余手指(拇指、中指、无名指和小指)可以包裹握持部72的外表面。如上所述，由于进一步形成了包括触发器73和握持部72的手柄部70，因此用户可以通过在握持手柄部70的同时按压触发器73来执行扫描。触发器73可以执行与上述按钮15相同的作用。通过形成手柄部70，用户无需直接握持扫描仪1的壳体10本体即可容易地瞄准对象体，因此具有可以进行精确的扫描操作的优点。

[0066] 此外，手柄部70可以进一步包括触发器保护部74，所述触发器保护部74与触发器73的外表面间隔开并且形成在覆盖部71与握持部72之间。可以通过触发器保护部74与触发器73之间形成的内部空间插入和容纳如上所述的用于按压触发器73的用户的至少一根手指(例如，食指)，在这种情况下，触发器73仅根据是否被用户的食指按压来确定执行还是停止扫描。由于形成了触发器保护部74，因此具有防止因其它未预料到的物体按压触发器73而不必要地执行扫描的优点。另一方面，触发器保护部74形成为在垂直于壳体10的长度方向的方向上具有环形空间，从而可以容易地容纳用户的手指。

[0067] 当扫描仪1包括如上所述的枪(gun)形态的手柄部70时，致动器50可以形成为内置在手柄部70的握持部72中。在这种情况下，用户可以通过位于触发器73的一个表面上的手指以外的手指容易地觉察到内置在握持部72中的致动器50的振动，因此用户可以有效地觉察到对准状态(是否发生对准误差)。

[0068] 在下文中，将详细描述根据本实用新型的对准状态指示方法。

[0069] 图5是根据本实用新型的对准状态指示方法的流程图，图6是在根据本实用新型的对准状态指示方法中通过扫描仪执行扫描的概念图，图7是示出在根据本实用新型的对准状态指示方法中由于失去对准而发生数据缺失的状态的概念图。

[0070] 参照图5，根据本实用新型的对准状态指示方法可以包括：扫描步骤S2，通过扫描仪扫描作为对象体的口腔内部；原始数据获取步骤S3，形成在扫描仪内部的拍摄部通过在扫描步骤S2中入射到扫描仪内部的光来形成原始数据；三维数据转换步骤S4，由原始数据生成三维数据；对准步骤S5，执行在三维数据转换步骤中生成的三维数据之间的数据连接和对齐；对准检查步骤S6，判断三维数据之间的连接和对齐是否执行正常；以及反馈步骤S7，当在对准检查步骤中判断三维数据之间数据连接和对齐未正常执行时，通过内置于扫描仪的致动器的操作来指示对准误差状态。在下文中，将详细描述每个步骤。

[0071] 扫描步骤S2可以是通过扫描仪扫描作为对象体T的口腔内部的步骤。参照图6，扫描仪的用户(通常来讲，诊断和治疗患者的牙科医生可以是用户)可以用手握持手持式(handheld)扫描仪并对作为扫描对象体T的患者的口腔内部进行扫描。可以从一个方向朝向另一个方向整体连续地扫描形成在患者的口腔内部的牙齿，如果需要，可以追加扫描执行不充分的部分。当执行扫描步骤S2时，如果需要，扫描仪可以朝向对象体照射特定的光(光照射步骤S1)。朝向对象体照射的光可以由内置在扫描仪的投影仪产生，所产生的光的类型如上文所述。

[0072] 并且，原始数据获取步骤S3可以是拍摄部通过在前述的扫描步骤S2中入射到扫描仪内部的光形成原始数据(例如，二维图像)的步骤。另外，如上所述，拍摄部可以包括形成在本体壳体内部的至少一个摄像头。在本说明书中，“至少一个摄像头”可以是由一个摄像头构成的单个摄像头，也可以是由两个或更多个摄像头构成的多摄像头。并且，拍摄部可以包括通信连接到摄像头的图像传感器。图像传感器具有通过分析通过摄像头入射的光来生成原始数据的作用。

[0073] 并且，三维数据转换步骤S4可以是将在前述的原始数据获取步骤S3中获取的原始数据转换成三维数据的步骤。具体地，为了将所拍摄的口腔内部的二维图像转换为具有体积的三维数据，可以使用二维图像所具有的每个像素的亮度值。并且，可以在光照射步骤S1中朝向对象体照射具有结构光形态的光，以便从二维图像收集用于转换成三维数据时所需的信息。

[0074] 此外，对准(align)步骤S5可以是将获得的三维数据重叠并对齐以使得重叠部分彼此连接的步骤。通过如上所述的连续拍摄和数据采集，可以分别获取患者的上颌、下颌及咬合数据，并且通过上颌、下颌及咬合数据的相互连接和对齐，最终可以完成一个三维模型。

[0075] 并且，对准检查步骤S6可以是确认是否存在三维数据彼此重叠的部分以及所述数据是否彼此连接和对齐的步骤。

[0076] 并且，反馈步骤S7可以是在对准检查步骤S6判断三维数据之间数据连接和对齐未正常执行时通过扫描仪1指示误差状态的步骤。在这种情况下，本实用新型中的反馈(feed back)可以意指发出通知以使得扫描仪1的用户意识到对准误差状态的步骤，例如，可以通过致动器的振动使得用户意识到对准误差状态。

[0077] 在下文中，将详细描述执行反馈步骤S7的过程。具体地，当判断三维数据之间的数据连接和对齐(对准)未正常执行时，致动器可以在反馈步骤S7中操作为持续振动。即，当发生对准误差时，致动器可以操作为持续振动，并且当扫描仪发生振动时，用户可以意识到出发生了对准误差。因此，用户可以在执行扫描步骤S2时对产生振动的部分执行进一步扫描。通过进一步扫描重新判断三维数据之间的数据连接和对齐(对准)执行正常时，致动器可以停止振动，就结果而言，用户可以稳定地扫描患者的口腔内部并获得可靠性高的口腔三维模型。

[0078] 并且，致动器可以设置为在预定时间期间振动一次。在这种情况下，可以将致动器振动的时间设置为将用户在执行扫描时受到的振动带来的影响减小到最低的长度。并且，可以将致动器振动的时间设置为不会因为所述致动器的振动而给牙齿带来冲击等的对患者不造成不便的长度。致动器在反馈步骤S7中振动以通知对准误差的时间可以是大约1秒以内的瞬时振动。作为示例，当在反馈步骤S7中发生对准误差时，致动器可以在初始的0.2秒期间振动一次。可选地，在这种情况下，致动器在预定时间期间振动一次后，当判断三维数据之间数据连接和对齐执行正常时，可以停止振动。因此，当感觉到扫描仪振动时，用户可以容易地意识到发生了对准误差。

[0079] 根据另一个实施例，在扫描步骤S2中也可以通过致动器的操作指示扫描执行是否正常以及三维数据之间的数据连接和对齐是否在执行。作为示例，在扫描步骤S2中，致动器可以以预定的周期间歇地振动。这样的预定周期间隔可以是用户可以意识到的任何周期的间隔。例如，在扫描步骤S2中，致动器可以以大约0.1秒到0.5秒的振动时间和大约2秒到5秒的静止时间间歇地振动，用户可以由此容易地意识到正常的扫描执行状态。

[0080] 根据如上所述的振动特性，当扫描和对准执行正常时，致动器会间歇性地具有预定的周期间隔地振动，而当扫描和对准出现问题时，致动器会连续或间歇性地振动，因此用户可以很容易地识别是否在正常地扫描口腔内部。

[0081] 另一方面，也可以将致动器设置为，与正常执行扫描和对准时相比，在扫描过程和对准过程中发生问题时更强和/或更长地振动，以便用户更明确地意识到对准误差等。如上所述，可以根据用户的需要，选择性地应用通过致动器的振动反馈对准误差的方式，并且可以在用于执行扫描过程的应用软件(程序)的用户界面上设置是否打开/关闭在发生对准误差时使制动器振动的功能。

[0082] 参照图6和图7，用户可以用手握持手持式口腔扫描仪以对患者的口腔内部进行扫描，即对扫描对象体T进行扫描。扫描仪1可以连续地接收患者口腔内部的图像，并且可以通过数据处理装置将接收到的图像转换为三维数据。另一方面，在扫描对象体T的过程中，如果对象体没有被充分地扫描，则会出现数据之间的连接不清楚的部分，并且所述部分将成为数据缺失B。

[0083] 如上所述，当出现数据缺失B时，出现数据缺失B之后的扫描数据不能与出现数据缺失B之前的扫描数据连接和对齐。作为示例，当扫描仪1沿扫描方向进行扫描时，如果用户在扫描路径的中间点未能周密地进行扫描，则会产生数据缺失B。即，三维数据之间的连接和对准可能已经正常执行到第一扫描区域SC1，但是出现数据缺失B之后扫描的第二扫描区域SC2与第一扫描区域SC1之间的数据连接关系不明确，因此难以进行进一步的扫描。如上所述，当发生对准误差时，致动器发生振动，用户则可以通过握持扫描仪1的手上的触觉快速直观地意识到致动器的振动。另一方面，当通过致动器的振动通知对准误差时，可以使用各种振动强度或振动周期(可以包括连续振动或间歇振动的情况)等。

[0084] 当通过对准检查步骤S6和反馈步骤S7消除对准误差时，重复扫描(重复步骤S8)。重复扫描可以意味着连续执行扫描步骤S2，用户可以通过收集关于对象体的充足的数据来获取精确的三维模型数据。

[0085] 以上描述仅仅是对本实用新型的技术构思的示例性描述，本实用新型所属技术领域的普通技术人员均可以在不脱离本实用新型的本质特性的范围内进行多种修改及变形。

[0086] 因此，本实用新型所公开的实施例仅用于描述而不是限定本实用新型的技术构思，本实用新型的技术构思的范围不限于这些实施例。本实用新型的保护范围应由所附的权利要求书进行解释，与其等同的范围内的所有技术构思应被解释为包括在本实用新型的权利范围之内。

[0087] 工业实用性

[0088] 本实用新型旨在提供一种对准状态指示装置和对准状态指示方法，以便使用扫描仪的用户直观地意识到三维数据之间的连接和对齐未正常执行的状态(对准误差)。