本发明涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描方法、装置、系统、存储介质和处理器。
背景技术：
目前，国内外市面上已有较多的三维扫描仪产品，通过三维扫描仪产品在口腔内获取牙齿或牙龈表面的三维数据，进而构建牙齿或牙龈的三维模型，便于牙科医生根据构建的三维模型对口腔中的牙齿和牙龈进行准确的治疗。
但是，目前应用于口腔的三维扫描仪产品需要在牙齿表面喷一种对人体无害的粉来减少牙齿或口水本身对光的反射和透射，进而再通过三维扫描仪产品在口腔内获取牙齿或牙龈表面的三维数据。
针对上述由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种三维扫描方法、装置、系统、存储介质和处理器，以至少解决由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种三维扫描方法，包括：将预定图案投影至被测物体，其中，所述预定图案中包括多个圆形图案；采集带有多个所述圆形图案的被测物体图像。
进一步地，在将带有编码信息的预定图案投影至被测物体之前，所述方法还包括：获取所述预定图案，其中，所述圆形图案的颜色与所述预定图案的背景颜色不同，多个所述圆形图案在所述预定图案中随机分布，至少一个所述圆形图案的直径与其他所述圆形图案的直径不同。
进一步地，在将预定图案投影至被测物体之前，所述方法还包括：对所述预定图案中的多个所述圆形图案的直径进行编码，得出带有编码信息的所述预定图案。
进一步地，在采集带有多个所述圆形图案的被测物体图像之后，所述方法还包括：提取所述被测物体图像中所述圆形图案的圆心坐标；将所述圆心坐标作为特征点进行立体匹配，获得立体匹配结果；基于所述立体匹配结果重构所述特征点的三维坐标；根据所述三维坐标构建所述被测物体的三维模型。
进一步地，在所述被测物体为多个的情况下，根据所述三维坐标构建所述被测物体的三维模型包括：获取多个所述被测物体的三维坐标；根据所述三维坐标构建每个所述被测物体对应的密集点云；拼接多个所述被测物体的所述密集点云；根据拼接的所述密集点云构建所述三维模型，其中，所述三维模型包括多个所述被测物体。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种三维扫描装置，包括：投影单元，用于将带有编码信息的预定图案投影至被测物体，其中，所述预定图案中包括多个圆形图案；采集单元，用于采集带有多个所述圆形图案的被测物体图像。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种三维扫描系统，包括：投影装置，用于将带有编码信息的预定图案投影至被测物体，其中，所述预定图案中包括多个圆形图案；摄像头，用于采集带有多个所述圆形图案的被测物体图像。
进一步地，所述系统还包括：模型构建装置，用于根据所述被测物体图像构建所述被测物体的三维模型；时序控制电路，用于在投影装置将所述预定图案投影至所述被测物体的情况下，控制所述摄像头采集带有多个所述圆形图案的被测物体图像；和/或加热装置，用于在所述摄像头采集所述被测物体图像的情况下，加热所述摄像头；和/或散热装置，用于维持所述三维扫描系统的整体温度。
在本发明实施例中，在对被测物体进行三维扫描的情况下，可以将带有多个圆形图案的预定图案投影至被测物体上，并采集带有多个圆形图案的被测物体图像，由于圆形图案在被扩散的情况下仍然可以保持圆形的特征，不存在形变，从而在被测物体存在高反光、透散射光等特性的情况下，将带有多个圆形图案的预定图案投影在被测物体上，然后采集带有圆形图案的被测物体图像，可以在通过识别被测物体图像中的圆形图案来准确确定被测物体的轮廓，从而实现了对存在高反光、透散射光等特性的被测物体的三维扫面，解决了由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描方法的流程图一；
图2是根据本发明实施例的一种可选的投影图案的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描方法的流程图二；
图4是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描装置的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种三维扫描方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描方法的流程图一，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，将预定图案投影至被测物体，其中，预定图案中包括多个圆形图案；
步骤S104，采集带有多个圆形图案的被测物体图像。
通过上述步骤，在对被测物体进行三维扫描的情况下，可以将带有多个圆形图案的预定图案投影至被测物体上，并采集带有多个圆形图案的被测物体图像，由于圆形图案在被扩散的情况下仍然可以保持圆形的特征，不存在形变，从而在被测物体存在高反光、透散射光等特性的情况下，将带有多个圆形图案的预定图案投影在被测物体上，然后采集带有圆形图案的被测物体图像，可以在通过识别被测物体图像中的圆形图案来准确确定被测物体的轮廓，从而实现了对存在高反光、透散射光等特性的被测物体的三维扫面，解决了由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的技术问题。
在步骤S102提供的方案中，圆形图案可以是圆点，预定图案中包括直径不同的多个圆形图案，且预定图案中的多个圆形图案随机分布。在步骤S104提供的方案中，被测物体上被投有多个圆形图案，通过采集带有多个圆形图案的被测物体图像，可以根据该被测物体图像中的圆形图案确定被测物体的轮廓，进而实现对被测物体的三维扫描。
需要说明的是，由于圆形，在被扩散的情况下，仍然可以保持圆形的特征，所以在被测物体存在高反光、透散射光等特性的情况下，通过向被测物体投影并采集带有圆形图案的被测物体图像，可以在被测物体的高反光、透散射光等影响下，仍然能够准确识别出被测物体图像中的圆形图案，从而根据该圆形图案确定被测物体的轮廓，实现对被测物体的三维扫描，而无需通过喷粉等方式来比弥补被测物体的高反光、透散射光等特性，从而能够在不影响被测物体的情况下完成对存在高反光、透散射光等特性的被测物体的三维扫描。
可选地，可以使用包括多个预定图案的图片作为投影图片，进而，将包括多个预定图案的图片投影到被测物体上，然后再采集带有多个圆形图案的被测物体图像来完成对被测物体的三维扫描。
图2是根据本发明实施例的一种可选的投影图案的示意图，如图2所示，在投影图案所在区域的黑色背景中随机分布多个直径不同的白色圆点。
作为一种可选的实施例，在将带有编码信息的预定图案投影至被测物体之前，该实施例还包括：获取预定图案，其中，圆形图案的颜色与预定图案的背景颜色不同，多个圆形图案在预定图案中随机分布，至少一个圆形图案的直径与其他圆形图案的直径不同。
采用本发明上述实施例，在将带有编码信息的预定图案投影至被测物体之前，获取预先设置的预定图案，预定图案中包括多个圆形图案，其中，圆形图案的显色与预定图案的背景颜色不同，便于在预定图案中准确识别出圆形图案；并且在预定图案中随机分布多个直径不同的圆形图案，可以在扫描被测物体的过程中，减少被测物体对预定图案的干扰，加强对被测物体扫描的准确度。
可选地，在将预定图案投影至被测物体之前，需要对三维扫描仪进行标定，其中，在对三维扫描进行标定的过程中，可以对投影出的预定图案进行编码。
作为一种可选的实施例，在将预定图案投影至被测物体之前，该实施例还包括：对预定图案中的多个圆形图案的直径进行编码，得出带有编码信息的预定图案。
采用本发明上述实施例，在将预定图案投影至被测物体之前，可以对预定图像中的多个圆形图案的直径进行编码，得出带有编码信息的预定图案，进而可以根据预定图案中的该编码信息，准确对被测物体进行三维扫描。
可选地，在扫描仪进行标定的过程中，即对各圆点的直径进行编码，其中，在若干区域内不允许编码重复。
作为一种可选的实施例，在采集带有多个圆形图案的被测物体图像之后，该实施例还可以包括：根据被测物体图像构建被测物体的三维模型。
采用本发明上述实施例，根据被测物体图像中的圆形图案，可以构建出被测物体的三维模型，从而在被测物体具有高反光、透散射光等特性的情况下，通过投影在被测物体上的圆形图案，完成对被测物体的三维扫描，准确得到被测物体的三维模型。
图3是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描方法的流程图二，如图3所示，在上述步骤S104之后，该方法包括如下步骤：
步骤S202，提取被测物体图像中圆形图案的圆心坐标；
步骤S204，将圆心坐标作为特征点进行立体匹配，获得立体匹配结果；
步骤S206，基于立体匹配结果重构特征点的三维坐标；
步骤S208，根据三维坐标构建被测物体的三维模型。
采用本发明上述实施例，通过提取被测物体图像中圆形图案的圆心坐标；再将圆心坐标作为特征点进行立体匹配，获得立体匹配结果；基于立体匹配结果重构特征点的三维坐标；根据三维坐标构建被测物体的三维模型，从而在被测物体具有高反光、透散射光等特性的情况下，通过投影在被测物体上的圆形图案，完成对被测物体的三维扫描，准确得到被测物体的三维模型。
需要说明的是，立体匹配，英文名称为Stereo Matching，其目的是从不同视点图像中找到匹配的对应点。
本发明上述实施例，可以采用双目立体视觉成像原理对提取到的圆心坐标作为各特征点来进行立体匹配，利用三角成像原理重构出各特征点的稀疏三维点云坐标，然后再采用差值和梯度的相关信息来获取密集点云三维数据。
作为一种可选的实施例，在被测物体为多个的情况下，根据三维坐标构建被测物体的三维模型包括：获取多个被测物体的三维坐标；根据所述三维坐标构建每个被测物体对应的密集点云；拼接多个被测物体的密集点云；根据拼接的密集点云构建三维模型，其中，三维模型包括多个被测物体。
采用本发明上述实施例，在被测物体为多个的情况下，根据多个被测物体上的圆形图案，确定多个被测物体的三维坐标，再根据多个被测物体的三维坐标构建每个被测物体对应的密集点云，然后再将多个被测物体的密集点云进行拼接，并根据拼接后的密集点云构建多个被测物体的三维模型，从而可以使用一个三维模型来完整地表示多个被测物体，对于不能一次完成三维扫描的被测物体，通过对多个被测物体的密集点云进行拼接，通过多次扫描也可以得到被测物体的完整三维扫描结果。
本发明还提供了一种优选实施例，该优选实施例提供了一种低成本不喷粉的口内三维扫描系统。
本发明提供了一种不需要喷粉，可直接在人体口腔内获取牙齿表面三维数据的三维扫描测量系统。
本发明所提供的三维扫描系统，不需要过于复杂的光学系统和定制投影仪等专业零配件，只采用较低成本的光学设计即可实现，解决了由于牙齿釉质的高反光、透散射光等特性影响图像清晰度和三维测量的难题，并且还可以采取较低制造加工工艺成本实现光学硬件。
本发明所提供的三维扫描系统，包括投影光学系统、图像采集光学系统、时序控制电路、散热系统、加热防雾系统、软件算法系统等。
可选地，时序控制电路，通过触发投影光学系统，将白光或设计好的图案投影到被测物体(如牙齿或牙龈)上，同时控制图像采集光学系统(如一个或多个CCD芯片)快速获取带有编码信息的投影图案的被测物体的图像。
需要说明的是，CCD，英文全称为Charge-coupled Device，中文全称为电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器，还可以叫做图像控制器，是一种半导体，能够把光学信号转化为电信号。
可选地，摄像头中具有CCD图像传感器，用于将采集的光学信号转化为电信号。
可选地，在获取带有编码信息的投影图案的被测物体的图像之后，可以利用软件算法来处理采集到的图像，以获取被测物体的三维数据。
可选地，加热防雾系统，可以通过对三维扫描系统中摄像头的玻璃进行加热，消除口内与周围环境温差带来的雾化缺陷；同时，可以配合散热系统来维持系统的整体温度。
本发明所提供的三维扫描系统，可以在不向口腔喷粉的情况下，也可以直接获取口内牙齿的三维表面数据，解决了由于牙齿釉质的高反光、透散射光等特性影响图像清晰度和三维测量的难题。
可选地，投影光学系统可以采用定制DLP投影仪或者透射式投影镜头。
需要说明的是，DLP投影仪又叫数码光投影机，用于通过调节反射光实现投射图像。
可选地，为了低成本考虑，本发明提供的三维扫描系统可以采用透射式投影镜头，大大减少了整机体统的制造成本。
可选地，投影图案可以采用黑白的带有编码信息的圆点作为主动光图像，其中，圆点可以为黑色，圆点投影图案的背景为白色，使用带有圆点的投影图案的好处是，圆点图案即使有了牙釉质的扩散仍然能保持圆点的圆形特征。
需要说明的是，投影图案即为上述预定图案。
可选地，在扫描仪进行标定的过程中，可以对不同圆点的不同直径进行编码，其中，投影图案的若干区域内的编码不允许重复。
可选地，本发明提供的三维扫描系统，可以采用双目立体视觉成像原理，对提取到的圆心坐标作为各特征点来进行立体匹配，可以通过三角成像原理重构出各特征点的三维坐标，再采用差值和梯度相关信息来获取密集点云。
需要说明的是，双目立体视觉，英文名称为Binocular Stereo Vision，是机器视觉的一种重要形式，是基于时差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差来获取物体三维几何信息的方法。
可选地，根据获取的密集点云，可以采用点云拼接技术对多个单片密集点云实时拼接。
由于口内环境受限，单片三维图像只能获取一颗或者两颗牙齿的单面数据，通过点云拼接技术可以实时对多个单片三维数据进行拼接，从而获取牙齿的三维形貌。
根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的三维扫描方法。
根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的三维扫描方法。
根据本发明实施例，还提供了一种三维扫描装置实施例，需要说明的是，该三维扫描装置可以用于执行本发明实施例中的三维扫描方法，本发明实施例中的三维扫描方法可以在该三维扫描装置中执行。
图4是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描装置的示意图，如图4所示，该装置可以包括：投影单元21，用于将带有编码信息的预定图案投影至被测物体，其中，预定图案中包括多个圆形图案；采集单元23，用于采集带有多个圆形图案的被测物体图像。
需要说明的是，该实施例中的投影单元21可以用于执行本申请实施例中的步骤S102，该实施例中的采集单元23可以用于执行本申请实施例中的步骤S104。上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。
根据上述实施例，在对被测物体进行三维扫描的情况下，可以将带有多个圆形图案的预定图案投影至被测物体上，并采集带有多个圆形图案的被测物体图像，由于圆形图案在被扩散的情况下仍然可以保持圆形的特征，不存在形变，从而在被测物体存在高反光、透散射光等特性的情况下，将带有多个圆形图案的预定图案投影在被测物体上，然后采集带有圆形图案的被测物体图像，可以在通过识别被测物体图像中的圆形图案来准确确定被测物体的轮廓，从而实现了对存在高反光、透散射光等特性的被测物体的三维扫面，解决了由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的技术问题。
作为一种可选的实施例，获取单元，用于在将带有编码信息的预定图案投影至被测物体之前，获取预定图案，其中，圆形图案的颜色与预定图案的背景颜色不同，多个圆形图案在预定图案中随机分布，至少一个圆形图案的直径与其他圆形图案的直径不同。
作为一种可选的实施例，编码单元，用于在将预定图案投影至被测物体之前，对预定图案中的多个圆形图案的直径进行编码，得出带有编码信息的预定图案。
作为一种可选的实施例，该实施例还可以包括：提取单元，用于在采集带有多个圆形图案的被测物体图像之后，提取被测物体图像中圆形图案的圆心坐标；匹配单元，用于将圆心坐标作为特征点进行立体匹配，获得立体匹配结果；坐标构建单元，用于基于立体匹配结果重构特征点的三维坐标；模型构建单元，用于根据三维坐标构建被测物体的三维模型。
作为一种可选的实施例，模型构建单元包括：获取模块，用于在被测物体为多个的情况下，获取多个被测物体的三维坐标；密集点云构建模块，用于根据所述三维坐标构建每个被测物体对应的密集点云；拼接模块，用于拼接多个被测物体的密集点云；模型构建模块，用于根据拼接的密集点云构建三维模型，其中，三维模型包括多个被测物体。
图5是根据本发明实施例的一种可选的三维扫描系统的示意图，如图5所示，该装置可以包括：投影装置31，用于将带有编码信息的预定图案投影至被测物体，其中，预定图案中包括多个圆形图案；摄像头33，用于采集带有多个圆形图案的被测物体图像。
根据上述实施例，在对被测物体进行三维扫描的情况下，可以将带有多个圆形图案的预定图案投影至被测物体上，并采集带有多个圆形图案的被测物体图像，由于圆形图案在被扩散的情况下仍然可以保持圆形的特征，不存在形变，从而在被测物体存在高反光、透散射光等特性的情况下，将带有多个圆形图案的预定图案投影在被测物体上，然后采集带有圆形图案的被测物体图像，可以在通过识别被测物体图像中的圆形图案来准确确定被测物体的轮廓，从而实现了对存在高反光、透散射光等特性的被测物体的三维扫面，解决了由于被测物体的高反光、透散射光等特性导致无法直接获取被测物体表面三维数据的技术问题。
作为一种可选的实施例，该实施例还包括：模型构建装置，用于根据被测物体图像构建被测物体的三维模型；时序控制电路，用于在投影装置将预定图案投影至被测物体的情况下，控制摄像头采集带有多个圆形图案的被测物体图像；和/或加热装置，用于在摄像头采集被测物体图像的情况下，加热摄像头；和/或散热装置，用于维持三维扫描系统的整体温度。
采用本发明上述实施例，在通过摄像头采集带有多个圆形图案的被测物体图像之后，可以根据被测物体图像上的多个圆形图案构建被测物体的三维模型；可以通过时序控制电路，在控制投影装置将预定图案投影至被测物体上的同时，控制摄像头采集带有多个圆形图案的被测物体图像，实现对被测物体的快速扫描；在通过摄像头采集被测物体图像的过程中，可以通过加热装置加热摄像头，避免由于环形温差而导致摄像头雾化的缺陷；可以通过散热装置来维持三维扫描系统的整体温度，避免三维扫描系统过热而出现故障。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。