一种口腔扫描仪的存储速率自适应控制方法、口腔扫描仪、存储介质及程序产品与流程

本技术涉及机器视觉和三维测量，尤其涉及一种口腔扫描仪的存储速率自适应控制方法、口腔扫描仪、存储介质及程序产品。

背景技术：

1、随着数字化口腔医学技术的快速发展，口腔扫描仪作为获取口腔三维数据的核心设备，在口腔修复、正畸治疗等临床场景中的应用日益广泛。在实际操作中，为了防止因手抖或快速移动产生拖影或丢失数据，口腔扫描仪的相机需要保持高速拍照，然而，在硬件算力资源有限的情况下，由于后端算法模块处理点云的速度是有限的，且内存资源也是有限的，若分辨率较大的相机一直保持高速拍照，数据存入内存的速率将远大于后端算法消耗数据的速率，导致内存迅速爆满，从而导致口腔扫描仪卡顿或崩溃。

2、在相关技术中，为了解决上述问题，通常采用两种方式，一种是固定低速采集方式，具体实现过程为：首先，根据后端算法模块的数据消耗能力预设一个固定采集速率，该固定采集速率通常被配置为与后端算法模块的数据消耗速率相匹配，以确保数据产生与消耗的平衡；随后，口腔扫描仪的投影仪按照预设时序投射编码条纹图案，口腔扫描仪内置的相机基于该固定采集速率同步采集口腔图像数据，并将口腔图像数据依次写入内存缓冲区；最后，后端算法模块从内存缓冲区中按顺序读取口腔图像数据，并对读取到的口腔图像数据进行编解码，生成三维点云数据，从而在保证内存不溢出的前提下完成扫描作业。另一种是精度牺牲方式，即通过降低图像分辨率，减少后端算法的数据处理时间，从而提高采集速率。

3、然而，采用固定采集速率方式，由于采用相同的速率进行数据采集和数据存储，在实际扫描过程中，当扫描操作发生变化时，容易出现数据采集不充分或存储资源占用过度的情况，采用精度牺牲方式会降低图像数据的分辨率与细节特征，从而使得口腔扫描仪在实际使用中难以兼顾有限内存和有限算力资源与高性能（即高速和高精度并存）连续扫描采集需求，进而导致相关技术中口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，难以进行持续长时间的高速高精度扫描。

技术实现思路

1、本技术提供了一种口腔扫描仪的存储速率自适应控制方法、口腔扫描仪、存储介质及程序产品，使得口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，进行持续长时间的高速高精度扫描。

2、第一方面，本技术提供了一种口腔扫描仪的存储速率自适应控制方法，应用于上述口腔扫描仪，口腔扫描仪包括手持扫描头，手持扫描头包括相机采集单元、投影仪和惯性测量单元，相机采集单元包括左相机子单元和右相机子单元，该方法包括：口腔扫描仪包括手持扫描头，手持扫描头包括相机采集单元、投影仪和惯性测量单元，相机采集单元包括左相机子单元和右相机子单元，包括：在相机采集单元以目标采集速率采集目标口腔的图像数据的过程中，实时获取惯性测量单元监测的手持扫描头的运动速度，并实时监测目标内存空间的当前空间占用率，图像数据为由投影仪每投影一幅图案，同步触发左相机子单元采集的左条纹编码图像和右相机子单元采集的右条纹编码图像组成；获取手持扫描头在当前扫描位置的位姿信息和历史扫描轨迹，并根据位姿信息和历史扫描轨迹确定当前扫描位置的区域扫描属性；根据运动速度、当前空间占用率以及区域扫描属性确定图像数据存储调节系数；根据图像数据存储调节系数对相机采集单元采集的图像数据执行存储速率调节操作。

3、通过采用上述技术方案，在相机采集单元以目标采集速率采集目标口腔的图像数据的过程中，实时获取惯性测量单元监测的手持扫描头的运动速度和当前空间占用率，能够实时掌握口腔扫描仪的运动状态和内存资源使用情况；通过获取手持扫描头在当前扫描位置的位姿信息和历史扫描轨迹，并确定当前扫描位置的区域扫描属性，能够区分当前扫描的是新区域还是已扫描过的重复区域；通过根据运动速度、当前空间占用率以及区域扫描属性综合确定图像数据存储调节系数，能够针对不同的扫描场景灵活设定存储速率参数；通过根据图像数据存储调节系数对相机采集单元采集的图像数据执行存储速率调节操作，能够在手持扫描头快速移动时提高存储速率以减少拖影，在手持扫描头慢速移动或内存占用较高时降低存储速率以节省内存资源。进而解决了相关技术中口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，难以进行持续长时间的高速高精度扫描的技术问题，达到了口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，进行持续长时间的高速高精度扫描的技术效果。

4、可选的，获取手持扫描头在当前扫描位置的位姿信息和历史扫描轨迹，并根据位姿信息和历史扫描轨迹确定当前扫描位置的区域扫描属性，具体包括：在口腔全局坐标系中标记历史扫描轨迹的空间占用网格，并根据空间占用网格确定历史扫描轨迹在目标口腔内的已扫描覆盖范围；确定位姿信息在口腔全局坐标系中的映射坐标；判断映射坐标是否位于已扫描覆盖范围内；若映射坐标位于已扫描覆盖范围内，则区域扫描属性为重扫描区域；若映射坐标不位于已扫描覆盖范围内，则区域扫描属性为新扫描区域。

5、通过采用上述技术方案，在口腔全局坐标系中标记历史扫描轨迹的空间占用网格，并根据空间占用网格确定历史扫描轨迹在目标口腔内的已扫描覆盖范围，能够建立完整的历史扫描区域记录；通过确定位姿信息在口腔全局坐标系中的映射坐标，能够将当前扫描位置统一到全局坐标系中进行比对；通过判断映射坐标是否位于已扫描覆盖范围内，并根据判断结果将区域扫描属性确定为重扫描区域或新扫描区域，能够准确区分当前扫描的是已扫描过的区域还是未扫描的新区域，为后续根据区域扫描属性调整图像数据存储调节系数提供可靠依据，从而在扫描新区域时保证数据完整性，在重复扫描已扫描区域时节省内存资源。

6、可选的，根据运动速度、当前空间占用率以及区域扫描属性确定图像数据存储调节系数，具体包括：对运动速度进行阈值区间分析，得到速度分析结果，以及，对当前空间占用率进行空间比对分析，得到空间分析结果；若区域扫描属性为新扫描区域，且速度分析结果指示运动速度处于高速区间，则将图像数据存储调节系数设定为第一系数值；若区域扫描属性为新扫描区域，且速度分析结果指示运动速度处于中速区间，则将图像数据存储调节系数设定为第二系数值；若区域扫描属性为重扫描区域，速度分析结果指示运动速度处于高速区间或中速区间，且空间分析结果指示当前空间占用率小于或等于预设占用阈值，则将图像数据存储调节系数设定为第二系数值；若区域扫描属性为重扫描区域，且空间分析结果指示当前空间占用率大于预设占用阈值，则将图像数据存储调节系数设定为第三系数值；若区域扫描属性为新扫描区域或重扫描区域，且速度分析结果指示运动速度处于低速区间，则将图像数据存储调节系数设定为第三系数值；其中，第一系数值小于第二系数值，第二系数值小于第三系数值。

7、通过采用上述技术方案，对运动速度进行阈值区间分析得到速度分析结果，以及对当前空间占用率进行空间比对分析得到空间分析结果，能够对运动状态和内存状态进行量化评估；通过在区域扫描属性为新扫描区域且运动速度处于高速区间时将图像数据存储调节系数设定为第一系数值，能够以最高存储速率记录快速移动时的扫描数据，避免拖影现象；通过在区域扫描属性为新扫描区域且运动速度处于中速区间时将图像数据存储调节系数设定为第二系数值，能够以中等存储速率平衡数据质量与内存消耗；通过在区域扫描属性为重扫描区域、运动速度处于高速区间或中速区间且当前空间占用率小于或等于预设占用阈值时将图像数据存储调节系数设定为第二系数值，能够在内存充足时维持适当的存储速率；通过在区域扫描属性为重扫描区域且当前空间占用率大于预设占用阈值时将图像数据存储调节系数设定为第三系数值，能够在内存紧张时优先释放内存资源；通过在运动速度处于低速区间时将图像数据存储调节系数设定为第三系数值，能够在慢速移动时降低存储速率以节省内存，因为慢速移动时较低的存储速率即可保证数据质量。实现针对不同扫描场景的精细化存储速率控制。

8、可选的，根据图像数据存储调节系数对相机采集单元采集的图像数据执行存储速率调节操作，具体包括：在确定相机采集单元采集到图像数据，且图像数据存储调节系数为第一系数值时，控制相机采集单元按照连续存储模式将图像数据存储至目标内存空间；在确定相机采集单元采集到图像数据，且图像数据存储调节系数为第二系数值或第三系数值时，控制相机采集单元按照组图案间隔存储模式将图像数据存储至目标内存空间。

9、通过采用上述技术方案，在图像数据存储调节系数为第一系数值时控制相机采集单元按照连续存储模式将图像数据存储至目标内存空间，能够以最高速率将采集到的图像数据连续写入存储空间，确保在快速移动时不丢失关键数据；在图像数据存储调节系数为第二系数值或第三系数值时控制相机采集单元按照组图案间隔存储模式将图像数据存储至目标内存空间，能够通过间隔存储的方式降低数据写入存储空间的速率，从而在保证扫描数据基本完整的前提下有效节省内存资源，避免因内存耗尽而导致口腔扫描仪卡顿或崩溃。通过连续存储模式与组图案间隔存储模式的灵活切换，实现采集性能与内存资源之间的动态平衡。

10、可选的，在确定相机采集单元采集到图像数据，且图像数据存储调节系数为第一系数值时，控制相机采集单元按照连续存储模式将图像数据存储至目标内存空间，具体包括：在图像数据存储调节系数为第一系数值时，对图像数据进行第一帧序列缓存计数，得到第一缓存图像帧数；在根据第一缓存图像帧数确定图像数据中已累计目标口腔的n帧连续关联图像的情况下，将n帧连续关联图像标记为一个待处理图像组，并将每个待处理图像组依次存储至目标内存空间，n为正整数；对待处理图像组中的每帧连续关联图像所对应的左条纹编码图像和右条纹编码图像进行帧号时间校验，得到帧号时间校验结果；在根据帧号时间校验结果确定每帧连续关联图像的左条纹编码图像和右条纹编码图像的帧号相同，且每帧连续关联图像对应的左条纹编码图像与右条纹编码图像之间的采集时间差值小于预设时间阈值时，将待处理图像组作为同步数据包；控制相机采集单元将同步数据包连续写入目标内存空间。

11、通过采用上述技术方案，在图像数据存储调节系数为第一系数值时对图像数据进行第一帧序列缓存计数得到第一缓存图像帧数，能够实时掌握当前缓存的图像帧数；通过在第一缓存图像帧数达到n帧时，将n帧连续关联图像标记为一个待处理图像组，并将每个待处理图像组依次存储至目标内存空间，能够将连续采集的图像数据按组进行管理；通过对待处理图像组中的每帧连续关联图像所对应的左条纹编码图像和右条纹编码图像进行帧号时间校验，能够确保左右相机采集的图像数据在帧号和时间上保持同步；通过在帧号相同且采集时间差值小于预设时间阈值时将待处理图像组作为同步数据包并连续写入目标内存空间，能够以最高效率完成数据存储操作。确保连续存储模式下写入存储空间的图像数据具有时间同步性和数据完整性。

12、可选的，在确定相机采集单元采集到图像数据，且图像数据存储调节系数为第二系数值或第三系数值时，控制相机采集单元按照组图案间隔存储模式将图像数据存储至目标内存空间，具体包括：在图像数据存储调节系数为第二系数值或第三系数值时，将第二系数值或第三系数值作为存储间隔步长，存储间隔步长为待处理图像组中组图案数量的整数倍；对图像数据进行第二帧序列缓存计数，得到第二缓存图像帧数；在根据第二缓存图像帧数确定图像数据中已累计目标口腔的m帧连续关联图像的情况下，按照存储间隔步长从m帧连续关联图像中确定需要保存的n帧连续关联图像作为目标数据包，m为大于n的正整数；控制相机采集单元将目标数据包写入目标内存空间。

13、通过采用上述技术方案，在图像数据存储调节系数为第二系数值或第三系数值时将图像数据存储调节系数作为存储间隔步长，能够根据当前的扫描场景确定合适的数据抽取间隔；通过对图像数据进行第二帧序列缓存计数得到第二缓存图像帧数，并在累计m帧连续关联图像后按照存储间隔步长提取出n帧连续关联图像作为目标数据包，能够在保证扫描数据基本覆盖目标口腔的前提下减少实际存储的数据量；通过控制相机采集单元将目标数据包写入目标内存空间，能够有效降低数据写入目标内存空间的速率，从而在内存资源紧张或运动速度较慢时避免内存被耗尽。实现间隔存储模式下的高效数据管理，在保证扫描质量的前提下最大限度地节省内存资源。

14、可选的，在相机采集单元以目标采集速率采集目标口腔的图像数据过程中，实时获取惯性测量单元监测的手持扫描头的运动速度之前，具体包括：获取左相机子单元在当前投影光照下所需的第一曝光时间和右相机子单元在当前投影光照下所需的第二曝光时间；根据第一曝光时间、第二曝光时间以及相机采集单元的数据读出时长确定左相机子单元的第一极限拍照间隔和右相机子单元的第二极限拍照间隔；将第一极限拍照间隔与第二极限拍照间隔进行间隔比对分析，得到间隔分析结果；在根据间隔分析结果确定第一极限拍照间隔大于第二极限拍照间隔的情况下，将第一极限拍照间隔作为同步触发时间间隔；或，在根据间隔分析结果确定第一极限拍照间隔小于第二极限拍照间隔的情况下，将第二极限拍照间隔作为同步触发时间间隔；将投影仪的投影间隔设定为同步触发时间间隔，并将相机采集单元的硬件触发周期设定为同步触发时间间隔，以使投影仪每投影一幅图案同步触发相机采集单元按照目标采集速率采集图像数据，且相机采集单元的当前带宽满足所设定的同步触发帧率，同步触发帧率为同步触发时间间隔的倒数。

15、通过采用上述技术方案，获取左相机子单元和右相机子单元在当前投影光照下所需的第一曝光时间和第二曝光时间，能够根据实际光照条件确定各相机的曝光参数；通过根据曝光时间和数据读出时长确定左相机子单元的第一极限拍照间隔和右相机子单元的第二极限拍照间隔，能够计算出各相机能够连续拍照的最小时间间隔；通过将第一极限拍照间隔与第二极限拍照间隔进行间隔比对分析，并选择较大的极限拍照间隔作为同步触发时间间隔，能够确保左右相机均有足够的时间完成曝光和数据读出操作，从而实现左右相机的同步采集；通过将投影仪的投影间隔设定为同步触发时间间隔，并将相机采集单元的硬件触发周期设定为同步触发时间间隔，能够使投影仪每投影一幅图案同步触发相机采集单元以硬件允许的最大速率同步采集图像数据，且确保相机采集单元的当前带宽满足所设定的同步触发帧率。为后续的存储速率调节提供充足的数据源，同时确保左右相机采集的图像数据在时间上保持同步。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种口腔扫描仪，该口腔扫描仪包括：一个或多个处理器和存储器；存储器与一个或多个处理器耦合，存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，一个或多个处理器调用计算机指令以使得口腔扫描仪执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

17、第三方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在口腔扫描仪上运行时，使得上述口腔扫描仪执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

18、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在口腔扫描仪上运行时，使得上述口腔扫描仪执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

19、通过采用上述技术方案，在相机采集单元以目标采集速率采集目标口腔的图像数据的过程中，实时获取惯性测量单元监测的手持扫描头的运动速度和当前空间占用率，能够实时掌握口腔扫描仪的运动状态和内存资源使用情况；通过获取手持扫描头在当前扫描位置的位姿信息和历史扫描轨迹，并确定当前扫描位置的区域扫描属性，能够区分当前扫描的是新区域还是已扫描过的重复区域；通过根据运动速度、当前空间占用率以及区域扫描属性综合确定图像数据存储调节系数，能够针对不同的扫描场景灵活设定存储速率参数；通过根据图像数据存储调节系数对相机采集单元采集的图像数据执行存储速率调节操作，能够在手持扫描头快速移动时提高存储速率以减少拖影，在手持扫描头慢速移动或内存占用较高时降低存储速率以节省内存资源。进而解决了相关技术中口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，难以进行持续长时间的高速高精度扫描的技术问题，达到了口腔扫描仪在有限内存和有限算力资源情况下，进行持续长时间的高速高精度扫描的技术效果。