具体实施方式

本发明提供了一种牙模3D建模装置、方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。

还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在现有的修牙补牙技术中，一般要求病人咬合一个硅胶牙胶以完整留下牙模孔洞，然后通过围膜、灌胶获得牙齿的模型，需要制作两个牙齿模型，一个作为参考牙模，另一个作为修正牙模。获得修正牙模后，需要在修正牙模上进行细致的修正，以获得修牙和补牙所需要的正确的牙齿形态；在这个过程中为了确认修正是否正确不仅需要不断的参考参考牙模，还需要利用修膜刀具不断切削、填补修正牙模；若在修正过程中出现不可挽回的错误修补，则需要重新制作修正牙模，因此，牙模修正是一项相当繁琐细致的工作，如何实现准确、高效的修正牙模，以及减轻修正牙模工作难度成为目前亟待解决的问题。为了克服上述问题，本发明提出如下实施例。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供一种牙模3D建模装置，包括：牙模100，所述牙模3D建模装置包括：动力组件，旋转组件300，支撑组件400以及拍摄组件500。所述动力组件上设置有旋转台，所述旋转组件300设置在旋转台上，所述支撑组件400设置在所述旋转组件300上，并连接于所述旋转组件300，所述支撑组件400上设置有所述牙模100，所述拍摄组件500设置在所述支撑组件400的上方，并用于拍摄所述牙模100。通过上述设置，所述旋转组件300在旋转过程中带动所述支撑组件400上的所述牙模100旋转，所述拍摄组件500按照一定时间间隔不停的拍照，最后将所有拍摄的照片拼接成完整3D数据的修正牙模，同时修正牙模的相关切削和填补工作均可在CAD等3D建模和处理工具中实现，不仅大幅减轻了牙模修正的工作环境，减轻了修正工作难度，还可以有效的与原始牙模对比和数据分析，实现更加准确、高效的修膜。

上述方案中，通过在所述动力组件上设置旋转台，并将所述旋转组件300设置在旋转台上，将所述支撑组件400设置在所述旋转组件300上，并连接于所述旋转组件300，再在所述支撑组件400上设置所述牙模100，并将所述拍摄组件500设置在所述支撑组件400的上方，用于拍摄所述牙模100，使得形成完整3D数据的修正牙模100，避免了牙模修正的工作环境，减轻了修正工作难度，还可以随时有效的与原始牙模对比和数据分析，处理修正牙模的3D数据更加方便，实现更加准确、高效的修膜。此外，还能够将原始牙模和修正牙模的数据数字化保存，有利于病人病历档案保存和修牙补牙后的医后诊察。很好的解决了现有技术在牙模修正过程中不可避免的出现不可挽回的错误修补带来的问题，以及牙模修正不够准确高效，以及修正牙模工作难度较大的问题。

实施例二：

在实施例一的基础上，如图1所示，在本发明具体的实施例中，所述旋转组件300包括：转盘310和旋转编码器。所述转盘310设置在所述旋转台上，所述支撑组件设置在所述转盘上，所述转盘310通过所述动力组件的驱动而带动所述支撑组件400旋转，且所述转盘310为高精度转盘310，所述转盘310上设置有高精度旋转编码器，所述旋转编码器可用于实时获取所述转盘310的旋转角度。通过上述设置，所述转盘310不停的转动，能够获取所述牙模100不同角度的照片，保证能够拍摄到所述牙模100不同角度的照片，有效避开细小遮挡造成的点云丢失；而设置高精度旋转编码器，实时获取所述转盘310旋转角度，能够将每张照片与相应的角度对应上，比较精确的还原3D牙模100数据，保证了准确的修膜。

如图1所示，在本发明具体的实施例中，所述支撑组件400包括：契形块410和牙模固定板420。所述契形块410设置在所述转盘310上，并固定连接于所述转盘310，所述牙模固定板420设置在所述契形块410上，并朝向所述拍摄组件500的方向设置，所述牙模固定板420上设置有多个标记点430，所述标记点430用于所述拍摄组件500拍摄时的基准点，所述牙模固定在所述牙模固定板上。需要说明的是，所述契形块一方面用于将牙模倾斜放置，另一方面用于垫高所述牙模，均是为了使所述牙模以最大角度朝向所述拍摄组件，扫描出最清晰的牙模图像，所述契形块410可以设置不同坡面角度，这样可为所述牙模固定板420提供多种摆放角度，3D数据获取工作人员可根据实际的需要自由调整，以便获得最佳的牙模3D数据，所述契形块410还可以实现本发明所述牙模100的多角度拍摄。具体的，多个标记点430至少设置为两个，多个所述标记点430位于所述牙模100的圆弧面一端，并分别沿所述牙模固定板420的长度方向设置在所述牙模100两侧。易于想到，为了更精确的标记所述牙模的具体位置，多个所述标记点430可以设置为四个。使用牙模固定板420上的标记点430，可实现自动的多角度牙模100数据对准配准，可有效支撑更多角度、更细致的所述牙模3D数据采集，并能可随时观测点云数据是否扫描充分，以及如何变换角度实现针对性拍摄和点云补充，从而构建完整精确地研磨3D数据。

如图1所示，在本发明具体的实施例中，所述拍摄组件500包括：运动机构510和3D相机520。所述3D相机520朝向所述牙模固定板420的方向设置，并连接在所述运动机构510上，所述3D相机520根据牙模位置调整好拍摄角度后，所述3D相机520位置固定，且在拍摄过程中不跟随所述运动机构510运动。具体的，所述3D相机520为线激光3D相机520，所述线激光3D相机520可以一次只获取一条线上的3D数据，相比普通3D相机520能够一次采集一个平面的3D数据，更容易通过调整视角获得无遮挡的3D数据，更方便半圆分布状态的牙模100，可有效避开细小遮挡造成的点云丢失，获得最佳的拍摄视角。所述运动机构510为高精度运动机构510，为了获得完整准确的牙模3D，本发明还通过变换牙模100的摆放角度，或通过所述运动机构510的位置变换线激光3D相机520拍摄角度，获得不同视角拍摄的牙模3D数据，然后通过拼接实现完整的牙模3D数据获取，为牙模100的3D数字化提供了可行、优异的方法，可为基于数字化的假齿修正、建模、生产提供支撑。

实施例三：

在实施例一和实施例二的基础上，如图6所示，本发明还提供一种牙模3D建模方法，具体包括如下步骤：

步骤S100、将待测量3D数据的牙模固定在所述牙模固定板上，且保证所述牙模不能遮挡所述牙模固定板上的所述标记点。

具体实施时，本发明将待测量3D数据的牙模固定在所述牙模固定板上，用于固定所述牙模的位置，保证在拍摄过程中所述牙模的位置固定不变，便于同一基准拍摄，保证了拍摄图像的精确性。同时还需要保证所述牙模不能遮挡所述牙模固定板上的所述标记点，这样不仅能在拍摄图像时，以所述标记点为基准点，控制拍摄的图像在基准点的范围内，保证了拍摄效率，还能在后面步骤中将拍摄的图片进行拼接时，以标记点为基准点，便于图像重合，得到最佳的3D模型。

进一步地，所述步骤S100具体包括：

步骤S110、选用不同的所述牙模固定板，并将所述牙模固定板放置在不同坡面角度的所述契形块上。

具体的，根据所述牙模的结构状况选择合适的牙模拍摄角度，需要选用所述牙模固定板以及其下方的不同坡面角度的所述契形块，从而使得所述牙模在合适的倾斜角度，多种不同坡面角度的所述契形块能够提供多种摆放角度，为获取3D模型提供了方便。

步骤S200、将固定好所述牙模的所述牙模固定板固定在所述契形块上，并将所述契形块放置在所述转盘上。

具体实施时，将固定好所述牙模的所述牙模固定板固定在选择好坡面角度的所述契形块上，并将所述契形块放置在所述转盘上，所述契形块随着所述转盘转动，便于所述3D相机拍摄所述牙模的不同旋转角度的图像。

步骤S300、启动转盘并实时获取所述转盘的旋转角度。

具体实施时，实时获取所述转盘的旋转角度，并持续的触发拍摄旋转的牙模。例如：当转动0.1度触发一次3D相机拍摄，且牙模占据旋转扇面角度为120度，则可对牙模进行1200次不同位置的拍摄。进一步，所述图像拍摄模块在拍摄时要求每个拍摄的角度都正好位于磨牙内弧中心，这样可获得牙模高精度的3D数据，考虑牙模自身的立体结构对所述3D相机的遮挡，至少需要从牙模内侧和外侧分别拍摄，从而获得被遮挡的牙模外侧3D数据，使得所述牙模的3D数据更加完整。

进一步地，步骤S310、将所述旋转编码器设置在所述转盘上，通过所述旋转编码器实时获取转盘的旋转角度。

具体实施时，需要使用旋转编码器实时获取所述转盘的旋转角度，然后根据获得旋转角度确定拍摄的频率，所述旋转编码器为高精度旋转编码器，将所述旋转编码器设置在所述转盘上，便于实时读取所述转盘的旋转角度。

步骤S400、转盘旋转到达一系列固定角度时，触发3D相机间隔拍摄旋转的牙模。

具体实施时，在获取图像的过程中，所述转盘不停的旋转，转盘旋转到达一系列固定角度时，间隔性的触发3D相机拍摄正在旋转的所述牙模，具体的，可以设置当转动0.1度触发一次3D相机拍摄，获取不同的所述牙模图像。

步骤S500、将不同旋转角度时的3D相机获取的拍摄数据进行拼接，获得整个牙模的3D模型。

具体实施时，以所述标记点为基准，将不同旋转角度时的3D相机获取的拍摄数据进行拼接，获得整个牙模的3D模型，使得所述牙模的3D模型更加精确。

进一步地，步骤S510、获取每一旋转角度的拍摄数据，其中所述拍摄数据为3D点云数据。

具体实施时，获取每次设定拍摄时间拍摄的数据，所述拍摄数据为3D点云数据，其中，所述3D点云数据是指在一个三维坐标系统中的一组向量的集合，一般以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标。

进一步地，步骤S520、将每一时刻所拍摄的3D点云数据依次拼接，获得整个牙模的3D数据。

具体实施时，如图2左图所示，所述3D相机在第一时刻获得了第一标线610标注的3D点云数据，所述牙模在所述转盘的作用下转动，如图2右图所示，转动后在第二时刻拍摄获得了第二标线620标注的3D点云数据，图2中第一时刻第一标线610标注的3D点云数据是由于转盘转动发生了位置转换，其转换为转盘旋转轴向和转动角度所确定，转盘的转动轴向可根据系统的需要选择，转动角度由所述旋转编码器得出，这样，在此转盘旋转轴向和转动角度两个参量已知的条件下，可获得第一时刻点云数据变换的位置；然后与第二时刻获得点云数据拼接在一起即可，然后持续拍摄，最后持续不断拼接，获得整个牙模的3D数据。

步骤S600、通过调整所述契形块的坡面角度或者改变所述运动机构的位置带动所述3D相机进行拍摄角度和位置变换，获取多角度拍摄的牙模3D模型。

具体实施时，通过调整所述契形块的坡面角度或者改变所述运动机构的位置带动所述3D相机进行拍摄角度和位置变换，可实现对所述牙模相对相机位置的多角度拍摄，从而建立多个牙模的3D模型。具体的，所述3D相机固定在所述运动机构上，所述3D相机随着所述运动机构运动而运动，带动所述3D相机实现拍摄角度和位置变换，所述运动机构为高精度运动机构，可带动所述3D相机进行非常精细的运动，使得所述3D相机拍摄的图像角度相差更小，使得后续步骤中拼接出的3D模型更加精密。

步骤S700、根据每个3D模型上的标记点进行多个牙模3D模型对准，并将所述多个牙模3D模型融合在一起，获取完整的牙模3D数据。

具体实施时，由于每个3D模型均包含所述牙模固定板上设置的所述标记点，因此可根据所述标记点对3D数据进行多个3D模型对准，从而将多个3D模型融合在一起，因此通过选择合适的所述契形块以及调整所述运动机构变换3D相机视角，可获得完整的牙模3D数据。

实施例四：

在实施例一、实施例二和实施例三的基础上，如图7所示，本发明还提供一种牙模3D建模系统，所述牙模3D建模系统包括：牙模固定模块，牙模旋转模块，旋转角度获取模块，图像拍摄模块以及数据拼接模块。所述牙模固定模块用于将待测量3D数据的牙模固定在所述牙模固定板上，且保证所述牙模不能遮挡所述牙模固定板上的所述标记点。所述牙模旋转模块用于将固定好所述牙模的所述牙模固定板固定在所述契形块上，并将所述契形块放置在所述转盘上。所述旋转角度获取模块用于启动转盘并实时获取所述转盘的旋转角度。转盘旋转到达一系列固定角度时，所述图像拍摄模块用于触发3D相机间隔拍摄旋转的牙模。所述数据拼接模块用于将不同旋转角度时的3D相机获取的拍摄数据进行拼接，获得整个牙模的3D模型。通过上述设置，可将牙模数据转化为数字化的3D数据，实现在3D制图工具中对牙模进行虚拟修补和填充，使得能够利用3D打印技术实现假牙的快速制作，提供了一套可行、优异的牙模3D建模系统，为基于数字化的假齿修正、建模、生产提供，以及术后诊察和跟进提供支撑。

在本发明具体的实施例中，所述牙模固定模块具体包括：契形块选型子模块，所述契形块选型子模块用于选用不同的所述牙模固定板，并将所述牙模固定板放置在不同坡面角度的所述契形块上。所述契形块选型子模块选用不同坡面角度的所述契形块，与精度的所述运动机构配合，实现所述牙模的多角度拍摄，能够更加精确的拍摄出所述牙模各个角度的照片，以便最后拼接成完整精确的所述牙模的3D模型。

在本发明具体的实施例中，所述旋转角度获取模块具体包括：旋转编码器子模块，所述旋转编码器子模块用于将所述旋转编码器设置在所述转盘上，通过所述旋转编码器实时获取转盘的旋转角度。所述旋转编码器子模块可在所述转盘转动时，编码器实时输出的所述转盘旋转角度，持续的触发所述3D相机按照旋转一定角度转动频率进行拍摄正在旋转的所述牙模。

在本发明具体的实施例中，所述数据拼接模块具体包括：图像获取子模块和图像拼接子模块。所述图像获取子模块用于获取每一旋转角度的拍摄数据，其中所述拍摄数据为3D点云数据。所述图像拼接子模块用于将每一时刻所拍摄的3D点云数据依次拼接，获得整个牙模的3D数据。所述图像获取子模块获取每次设定拍摄时间拍摄的数据，所述拍摄数据为3D点云数据，其中，所述3D点云数据是指在一个三维坐标系统中的一组向量的集合，一般以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标。所述图像拼接子模块用于获取第一时刻和第二时刻的3D点云，并将第一时刻和第二时刻的3D点云拼接在一起，持续不断拼接所有时刻的点云，获得对整个牙模的3D数据。具体的，如图2左图所示，所述3D相机在第一时刻获得了第一标线610标注的3D点云，所述牙模在所述转盘的作用下转动，如图2右图所示，转动后在第二时刻拍摄获得了第二标线620标注的3D点云，图2中第一时刻第一标线610标注的3D点云是由于转盘转动发生了位置转换，其转换为转盘旋转轴向和转动角度所确定，转盘的转动轴向可根据系统的需要选择，转动角度由所述旋转编码器得出，这样，在此转盘旋转轴向和转动角度两个参量已知的条件下，可获得第一时刻点云变换的位置；然后与第二时刻获得点云拼接在一起即可，然后持续拍摄，最后持续不断拼接，获得对整个牙模的扫描。

进一步，当转动0.1度触发一次3D相机拍摄，且牙模占据旋转扇面角度为120度，则可对牙模进行1200次不同位置的拍摄。具体的，所述图像拍摄模块在拍摄时要求每个拍摄的角度都正好位于磨牙内弧中心，这样可获得牙模高精度的3D数据，考虑牙模自身的立体结构对所述3D相机的遮挡，至少需要从牙模内侧和外侧分别拍摄，从而获得被遮挡的牙模外侧3D数据，使得所述牙模的3D数据更加完整。

在本发明具体的实施例中，所述牙模3D建模系统还包括：多个3D模型获取模块和多个3D模型融合模块。所述多个3D模型获取模块用于通过调整所述契形块的坡面角度或者改变所述运动机构的位置带动所述3D相机进行拍摄角度和位置变换，获取多角度拍摄的牙模3D模型。所述多个3D模型融合模块根据根据每个3D模型上的标记点进行多个牙模3D模型对准，并将所述多个牙模3D模型融合在一起，获取完整的牙模3D数据。具体的，通过选择不同坡面角度的所述契形块或通过3D相机运动机构调整，可实现对所述牙模相对相机位置的多角度拍摄，从而建立多个牙模的3D模型，由于每个3D模型均包含所述牙模固定板上设置的所述标记点，因此可根据所述标记点对3D数据进行多个3D模型对准，从而将多个3D模型融合在一起，因此通过选择合适的所述契形块以及调整所述运动机构变换3D相机视角，可获得完整的牙模3D数据。

具体的，多角度拍摄是处理遮挡的有效方式，线激光相机具有良好的柔性，可有效处理多角度拍摄的问题，如图3所示，在正常拍摄不遮挡的情况下，每次拍摄只获得一条线上的3D数据，通过有效调整相机和所述牙模的相对位置，使得每条线都具有最佳视角，获得最清晰的3D数据，然后通过旋转，使得所述牙模在相对相机旋转过程中，均能保持良好的视角，当旋转拍摄的角度间隔足够小时，只能获得所述牙模某一侧的高精度的3D数据；如图4所示，当从牙模内侧拍摄的时，由于遮挡的原因，所述牙模外侧不可见，无法获得完整的3D数据；如图5所示，通过调整相机位置，以及调整所述契形块的倾斜角度，进而调整所述牙模的倾斜角度，可使得所述牙模外侧可拍摄到，此时牙模内侧不可见，也无法获得完整的3D数据。因此，需要进行多角度拍摄。根据所述标记点对3D数据进行多个3D模型对准，融合成完整的3D模型。

综上所述，本发明通过在所述动力组件上设置旋转台，并将所述旋转组件设置在旋转台上，将所述支撑组件设置在所述旋转组件上，并连接于所述旋转组件，再在所述支撑组件上设置所述牙模，并将所述拍摄组件设置在所述支撑组件的上方，用于拍摄所述牙模，使得形成完整3D数据的修正牙模，避免了牙模修正的工作环境，减轻了修正工作难度，还可以随时有效的与原始牙模对比和数据分析，处理修正牙模的3D数据更加方便，实现更加准确、高效的修膜。此外，还能够将原始牙模和修正牙模的数据数字化保存，有利于病人病历档案保存和修牙补牙后的医后诊察。很好的解决了现有技术在牙模修正过程中不可避免的出现不可挽回的错误修补带来的问题，以及牙模修正不够准确高效，以及修正牙模工作难度较大的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。