[發明專利]一種高精度多角度口腔三維數字成像模型構建方法

有效

• 申請號: 201710684307.1
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107610215B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 趙海盟;王磊;楊彬;王強
• 申請（專利權）人: 桂林航天工業學院
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/33
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種高精度多角度口腔三維數字成像模型構建方法，其步驟包括：1)在口腔內布置多個設定特征的控制點；2)獲取口腔的多角度圖像；從每一圖像中提取特征點，并將該圖像中控制點對應的點作為特征點補入該圖像的特征點集中；3)對步驟2)中特征點進行匹配和解算，得到各個圖像傳感器的初始概略位姿和稀疏三維特征點；4)根據初始概略位姿和稀疏三維特征點建立觀測方程并進行平差優化，得到優化的圖像傳感器參數，然后對每張圖像實施密集匹配，形成相對尺度下的高密集點云；5)對高密度點云進行尺度變換，基于得到的坐標真實的絕對尺度高密集點云生成高精度的口腔三維數字成像模型。本發明提高了光束法平差的收斂效率和精度。

技術領域

本發明涉及一種高精度多角度口腔三維數字成像模型構建方法，屬于口腔醫學、攝影測量和計算機視覺應用領域。

背景技術

數字三維模型構建在口腔醫學中的應用是近年來口腔醫學發展最快的領域之一，具有精度高、操作靈活、實現迅捷等特點。其能夠使醫生和患者能夠根據不同三維結構的相對關系和幾何形態確定手術方案，因而被廣泛應用于口腔修復和口腔正畸等專業，推動了口腔醫學向精準化、數字化和個性化等方向發展。

目前口腔數字三維模型的構建方法主要有條紋法和圖像法。所謂條紋法主要是通過在口腔內投射條紋的方法獲取控制點，從而構建三維模型，該方法中使用的條紋投射裝置和觀測裝置保持不變，而需要調整口腔角度，雖然精度很高，但是操作步驟技巧性要求較高，尤其是對口腔內遮擋部分不能一次成像，很難一次獲得整個口腔的三維模型；圖像法是指通過圖像提取控制點，從而構建三維模型，該方法能夠獲取整個口腔的三維模型，但是提取的特征點一般位于具有明顯灰度差異的部位，而對于光滑或者色調均勻的區域，控制點較少，精度較低。因此，迫切需要一種精度高，且能獲取整個口腔模型的三維數字模型構建方法。

發明內容

本發明的目的是針對數字三維模型構建在口腔醫學中的應用現狀，以及現有口腔三維數字模型構建方法的局限性，提出一種高精度多角度口腔三維數字成像模型構建方法。

本發明的概念示意圖如圖1所示，其實現方法包括以下步驟：

第一步，在口腔內布置一定數量的“十字”型控制點。

包括“十字”型控制點設計制作；“十字”型控制點布置。

第二步，通過高分辨率圖像傳感器模塊獲取口腔的多角度圖像，提取圖像中所述控制點對應的點作為特殊特征點，角點作為一般特征點，通過提取與匹配特征點進而獲取各個圖像傳感器的初始概略位置和姿態參數。

包括一般特征點與控制點的提取和匹配，這里的控制點歸屬于特殊的、精度級別最高的特征點；粗差特征點的去除；對于相鄰的兩個圖像傳感器，在所成圖像重疊部分中選擇八個特征點采用經典的“八點”算法，確定兩個傳感器坐標系之間的相對方位關系，進而確定每個圖像傳感器成像時的各自空間位置和姿態，這里相鄰的兩個圖像傳感器構成一個立體像對模型，擁有單獨一個空間坐標系；利用前方交會算法，得到當前立體像對下所有二維特征點對應的三維特征點空間坐標；由于相鄰的多個立體像對模型下的坐標系獨立不統一，基于相鄰立體像對模型之間重疊部分的三個以上數量的公共三維特征點，進行七參數坐標系轉換，得到坐標系統一的圖像傳感器初始概略位姿和稀疏三維特征點。

第三步，將第二步得到的圖像傳感器初始概略位姿和稀疏三維特征點納入光束法平差模型建立觀測方程并進行平差優化，得到優化的高精度位姿與三維特征點參數；基于優化參數，對每張圖像實施密集匹配形成相對尺度下的高密集點云。

包括建立參數化的光束法平差觀測方程；基于觀測方程進行區域網平差；基于平差結果實施的密集匹配。

第四步，依據基準尺的真實長度對相對尺度下的高密度點云進行尺度變換，得到坐標真實的絕對尺度高密集點云。

第五步，基于絕對尺度高密集點云生成高精度的可量測口腔三維數字成像模型。