[發明專利]用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法

有效

• 申請號: 202110551823.3
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113256518B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳勝;杜威
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法，屬于光學三維掃描技術領域，用于增強通過口腔掃描儀掃描獲得的結構光圖像。其特征在于，包括如下步驟：步驟S1，對相鄰幀的結構光條紋圖像進行減運算，提取出條紋；步驟S2，對條紋采用自適應Hessian增強圖像的方法進行增強處理。針對3D重建的條紋結構光圖像，動態自適應的調整條紋結構相似性函數，達到最優的條紋增強效果。也就是說，基于Hessian矩陣提取的各項異性特征，通過計算當前像素點小領域內的灰度統計特征，自適應的調整條紋相似性函數。達到對不同亮度，不同對比度區域一致性的增強效果。極大提高有效3D點云的數量，增強三維細節。

技術領域

本發明屬于光學三維掃描技術領域，具體涉及一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法。

背景技術

隨著社會生活水平的提高，人們對牙齒健康的關注程度也在逐漸提升。牙科醫生在給患者進行牙齒正畸或設計假牙時，首要步驟是獲取患者的牙齒模型。傳統的印模方法需要患者先在印模盤上咬模，再灌注恢復性材料(如石膏)，全程依賴牙科技師的手工操作，此種方法存在模型制作時間長、精度低、患者體驗差等缺點。

20世紀80年代，數字化印模技術開始被引入牙科正畸領域。市面上常用的非接觸式光學三維掃描技術有結構光、雙目視覺、激光掃描、時間飛行(Time of Flight)等技術。但是雙目視覺系統的運算量非常大，非常耗時；激光掃描技術的成本高、測量速度慢，容易對人的眼睛造成傷害；TOF相機的分辨率較低，且成本很高；而結構光相機擁有成熟度高、精度高、響應速度快、成本低等優點，被廣泛應用于口腔掃描儀中。結構光相機的原理是，將特定編碼后的條紋投射到物體表面，相機捕捉到物體表面的投影圖案并進行分析、解碼處理，根據結構光圖像和投影圖案之間的匹配關系，以及相機的標定參數，計算出物體表面的三維坐標。點云是物體表面所有的點的集合，再經過紋理拼接、渲染等步驟即可完成物體三維模型的重建。

實際操作過程中，由于口腔內部空間狹小、環境復雜(血液、唾液遮擋等對成像的影響)、手持設備的抖動、牙齒表面牙釉質的半透明特性、牙齒表面物質的反光特性、儀器工作溫度等因素，結構光相機捕獲到的條紋圖像質量參差不齊，亮度與對比度也相差較多，這就影響了對條紋圖像的解碼處理與分析，影響其條紋中心信息提取的精度，影響后續三維點云及重建牙模的精度。

現有的技術方案對條紋進行增強的參數來源于對全局圖像灰度分布特征的計算。而口腔內由于口水、牙釉質、金屬牙等復雜環境的影響，使得結構光投影的條紋對比度不一致。因此，基于全局的灰度分布特征進行的Hessian增強對于低對比度區域，條紋信息被抑制。進而造成重建的3D點云數量大大降低，且丟失三維的細節信息。

發明內容

為解決上述問題，提供一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法，用于增強基于結構光原理的口腔掃描儀捕獲的條紋圖像，本發明采用了如下技術方案：

本發明提供了一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟S1，對相鄰幀的結構光圖像進行減運算，提取出條紋；步驟S2，對條紋采用自適應Hessian增強圖像的方法進行增強處理。

本發明提供的一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法，還可以具有這樣的特征，其中，步驟S2包括如下子步驟：步驟S2-1，在提取條紋后的結構光圖像上選擇初始窗口，該初始窗口為正方形且邊長大于條紋寬度，將該初始窗口內的像素點作為初始像素點，步驟S2-2，計算初始像素點的Hessian矩陣，得到特征值，步驟S2-3，統計所有初始像素點的灰度分布，排序計算得到中心像素點的增強參數c，同時得到中心像素點處的條紋結構相似性函數，步驟S2-4，將特征值帶入條紋結構相似性函數后，得到要增強的初始像素點，步驟S2-5，判斷增強后的初始像素點是否為結構光圖像的最終邊界，一旦判斷為是，則輸出增強結果。

本發明提供的一種用于口腔內3D重建的結構光圖像增強方法，還可以具有這樣的特征，其中，在步驟S2-5中，一旦判斷增強后的初始像素點不是結構光圖像的最終邊界，則初始窗口沿行方向自動移位，進入步驟S2-2。