[發明專利]一種基于智能手機的口腔三維重建方法、系統和存儲介質

在審

• 申請號: 202111545637.5
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114299244A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 尚建嘎;邢濟慈;吳龍永;何蕊;王地
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T7/571;G06T7/33;G06T7/35;G06T7/70;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 杭州合譜慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33290
• 代理人: 張剛

1.一種基于智能手機的口腔三維重建方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，對智能手機的對焦模組進行標定，得到智能手機對焦時每一焦平面深度值；

S2，控制智能手機的鏡頭模組進行變焦且同時通過外接探頭獲取口腔內部的不同景深圖像作為第一圖像組，并記錄對應焦段；

S3，依次選取第一圖像組的前后兩幀圖像使用SIFT算法進行搜索以獲得各自的特征點，使用RANSAC算法求解這兩組特征點的變換關系，并求解相應單應矩陣，對第二張圖像使用求解出的矩陣進行變換，得到消除近大遠小效應的圖片組成經過變換的第二圖像組；

S4，將第二圖像組中各幀圖像疊合在一起進行拉普拉斯變換，選取同一個像素坐標下響應值中最大的那一張圖像作為該像素對應的焦平面，根據焦平面深度值獲得各像素對應的深度；

S5，按從前到后順序依次獲取每個像素對比度最大時所處的像素坐標并記錄形成該視角深度圖，同時獲取智能手機在采集該組深度圖對應的位姿信息；

S6，重復上述步驟得到多視角圖像并轉換成多視角點云數據，對多視角點云數據拼接并網格化，形成口腔數字模型。

2.根據權利要求1所述的基于智能手機的口腔三維重建方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

S21，在智能手機的鏡頭模組通過外接探頭可獲取一牙齒圖像時，控制鏡頭模組持續調整焦距至當前牙齒能清晰呈現在智能手機顯示屏中的焦距，對該焦距進行縮放從而獲取可覆蓋當前牙齒表面的焦段范圍；

S22，控制鏡頭模組以高速率拍攝得到口腔內部一連續初始圖像組，根據所述焦段范圍截取連續初始圖像組中多張圖片作為第一圖像組。

3.根據權利要求2所述的基于智能手機的口腔三維重建方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

S31，對第一圖像組中的前后兩幀圖像使用SIFT算法進行搜索，得到各自的特征點；

S32，隨機選取多組匹配的特征點計算單應矩陣，計算其余匹配特征點對經過單應矩陣變換后的誤差，并獲取誤差小于閾值的特征點對數目，獲得誤差小于閾值的特征點對數目最多的單應矩陣；

S33，對第二張圖像使用求解出的單應矩陣進行變換，得到消除近大遠小效應的變換圖像；

S34，持續采用前述步驟S31至S33依次對第一圖像組中的前后兩幀圖像進行變換獲得消除近大遠小效應的變換圖像，形成第二圖像組。

4.根據權利要求3所述的基于智能手機的口腔三維重建方法，其特征在于，所述步驟S6具體包括：

根據前后兩幀圖像中重疊的部分進行配準，將目標牙齒疊加在對應的牙齒位置上；對前后兩幀的點云集合A與B進行降采樣，如下所示：

其中A^l，B^l分別表示在分辨率等級l下的點云集合A與B，f_sample↓表示降采樣操作，L為設定的最大的分辨率等級，表示在分辨率等級l下點云集合A中中序號為i的單個點云a，表示點云集合A的點云個數為正整數，且共有n個；表示在分辨率等級l下點云集合B中中序號為j的單個點云b，表示點云集合B的點云個數為正整數，且共有m個；

使用最近鄰搜索得到兩個點云集合A^l與B^l在分辨率l下的雙向變換關系(k-1)^th，如下所示：

其中K表示迭代次數，分別表示在分辨率l下，(k-1)次迭代中，使得誤差最小的變量i和j的值；分別表示在分辨率等級l下，(k-1)次迭代中，變換所需要使用的縮放矩陣，旋轉矩陣與平移矩陣；表示在分辨率等級l下點云集合A中中序號為i的單個點云a，表示在分辨率等級l下點云集合B中中序號為j的單個點云b，在上一步驟得到的變換矩陣的基礎上計算兩點云間新的變換矩陣，并更新與重復上述步驟直到誤差精度達到分辨率l＝1。