2018台北世貿牙展 口掃機原理分析 Digital intraoral scanner algorithm

Abstract

參加了2018的世貿牙展,被稱呼宋醫師真的有點爽阿XD,一些心得分享

我不是這個產業的業務,也沒有看過任何廣告文宣,所有評價都是自以為是的主觀認知和猜測,但,有什麼技術參考是比這個更有客觀性的呢?XD

把口掃機品牌全部看完,其實原理就是目前很夯的 structured light 3D reconstruction.

 

Products

  • Dentsply Sirona
  • PLANMECA
  • 3Shape
  • CareStream

Dentsply Sirona

最近被合併的大廠 Sirona,不得不說有錢真好,展廠位置絕佳,客觀來說業務也是最專業的,對於自己產品的理解度最完整

軟體整合度高,使用過程流暢,介面很美觀,甚至有無線 AR 眼鏡可以同時看到重建結果不用轉頭看電腦(有錢真好...),牙助戴上去都可以瞬間轉職醫生,我想病人也不會發現吧

撇除技術面沒啥新鮮,展廠完全一整個科幻風格阿!買買買都買!XDD

彩色的 pattern,看起來沒有換太多密度,直接上高密度,用顏色來區分也算一種創意,但是 CCD 需要使用 Bayer filter 無形中降低有效 sampling resolution,理論上會是同級解析度 CCD 的 1/4 效能,不過沒關係成本都轉架給醫師了XD,精度介於  \pm 19 um

PLANMECA

可愛的女業務(歪樓),這也是我最感興趣的一家(技術)

雙鏡頭搭 structured pattern,但是 frame rate 極高,粗估 90 FPS ,可以從影片看出 wavelength 一直在改變,所以投影 pattern 的 FOV 忽大忽小。

可以不用靠旋轉機構來改變 pattern,光靠電流輸入 laser 改變 wavelength,變換 FOV 就可以調整 pattern 疏密,以光電速度換 pattern ,漂亮跳脫了物理旋轉機構的窠臼。改變 wavelength 的方式使得 laser coherence 降低,減少干涉效應,對 de-speckle 有幫助,模組縮小化指日可待!

因為高速快門所以 pattern 能量很強,手機錄下來都過曝了,無法觀測 pattern 形狀

反正不是對眼睛照射所以對病患沒有什麼影響,倒是有點擔心醫師的眼睛XD

個人認為是最有技術潛力的一家廠商,完全是專家工程師思維!精度介於  \pm 10 um

3Shape

強調 Open Source

可能為了節省成本,所以只有單鏡頭!靠機械振動來取得短 baseline 的雙影像來重建,但不難想像 frame rate 一定會降低,副作用勢必增加口掃時間

基本上你就是拿著一個按摩棒在病人嘴裏歐...不知道為啥怪怪的(ㄎ

因為太振了,難以手持,所以還出了槍型握把款,感覺有些本末倒置;希望可以出槍托款!更加穩定!!

光源似乎沒有特殊 Pattern,乍看之下只是補光

CareStream

業務一直強調與柯達合作(不知道它已經沒落了嗎),是我覺得是目前效能較弱的機器,從上一代便當盒大小現在進化到鉛筆盒大小了!

影片看出打出來的 pattern 顏色一直在改變,猜測是 VSYNC 沒有做好,所以軟體是用影像顏色區辨 pattern 種類。這代表沒有硬體 ASIC 配合。所以把成本轉換在軟體上,重建速度一定不會很快。

Pattern 就幾個循環,解析度不高,看業務也沒有強調精度,所以就不再多問了

Conclusion

The epipolar geometry (wikipedia)

基本上都是雙鏡頭 coded light;也就是基於 stereo matching 再加上 structured pattern;理由不難理解,牙齒的 texture 真的很少,不打 pattern 上去真的不容易重建

Pattern 目前看都是一維的,利用旋轉機構來轉換 pattern 密度,受限於物理機構,所以在轉換 pattern 時有暫態需等候 Vsync;尚未看到 2D speckle pattern 的產品。

Left: temp state, Right: stable state
2D speckle pattern from Microsoft Kinect

由於醫師需要知道掃描位置,所以必須是可見光來標記掃描範圍

Specular 反光問題則是使用噴霧或藥劑使牙齒不反光來解決

機構上大多使用 edge emitting laser,焦距較長,需要透過90度潛望鏡打光是缺點,因為鏡面會在口腔中起霧,所以需要加熱機構,拿起來頗燙的

Typical edge emitting laser (wikipedia)

以這個售價(50~500萬新台幣不等),我覺得 laser 使用 VCSEL 可以大幅減小手持主機大小,而受惠於手機產業的流行, VCSEL 的產能也大幅增加。

畢竟把鉛筆盒大的東西塞進嘴裏肯定不好受是吧XD?

換成 iPhoneX 的瀏海大模組多好?乾脆就塞 iPhoneX 到嘴裏掃描可能更快更省!?

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