CN103860282A - 一种扫描并构建三维牙颌的方法及图像采集装置 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种扫描并构建三维牙颌的方法及图像采集装置，属于图像处理领域，特别是构建图像立体模型领域。该方法首先对牙颌分段，采用双目像机顺着牙颌方向获取每段牙颌的完整形状信息，将每段牙颌的图像归为一组，对每组牙颌进行包括灰度化、直方图均衡、图像滤波在内的预处理，对预处理后的每组图像再进行归一化处理，然后利用匹配算法对每组图像进行立体匹配，对匹配后的每组图像进行三维坐标计算，恢复牙颌的深度信息,得到各段牙颌的三维模型，最后将各段三维牙颌模型组合为完整的牙颌模型，从而具有建立牙颌的三维数字化模型，得到精确、可重复使用、成本低廉的牙颌模型的效果。

Description

一种扫描并构建三维牙颌的方法及图像采集装置
技术领域
本发明涉及一种扫描并构建三维牙颌的方法及图像采集装置，属于图像处理领域，特别是构建图像立体模型领域。 
背景技术
牙颌模型的测量和分析在口腔正畸学、修复学、牙颌学及正颌外科学等颌域的临床、教学和科研工作中在口腔正畸的诊断和治疗方案的设计中具有十分重要的作用。以往的研究和临床医疗中主要是以石膏模型作为保存牙颌信息资料的载体,以手工的方法进行测量，逐渐暴露出难以克服的局限性，已远不能满足基础研究和临床治疗的要求，主要体现在以下几方面：(1)石膏牙颌石膏模型体积较大，随着病例的不断积累，存储与管理变得越来越不方便；（2）随着对牙颌石膏模型的多次使用，模型的破损也随着增加，在这个过程中牙颌模型的损坏不可修复，一次错误的处理就意味这一个模型的报废，制作新的模型意味着更多的费用支出，浪费了大量的时间和资源。(3)牙颌石膏模型的制作，需要费时费力的手工操作，精度不高同时不能实现复杂特征量的测量与分析；(4)传统机械式牙合架的分析结果无法直接用于现阶段在口腔医学颌域飞速发展的计算机辅助设计/辅助制造系统(CAD/CAM)，不能满足现代口腔医学数字化、可视化、精确化、智能化的发展趋势。 
发明内容
本发明的目的是针对传统石膏牙颌模型不足设计一种扫描并构建三维牙颌的方法及图像采集装置，该方法通过采用双目立体视觉像机获取完整的牙颌形状信息，在电脑上由软件重建出三维牙颌模型，从而达到建立牙颌的三维数字化模型，得到精确、可重复使用、成本低廉的牙颌模型的目的。 
本发明首先采用双目像机顺着牙颌方向获取完整的牙颌形状信息，再进行图像处理，最后在电脑上由软件重建出三维牙颌模型，由此实现发明目的。因此本发明方法包括如下步骤： 
步骤1.选取双目像机中的一个像机作为参考建立双目立体视觉系统。 
步骤2.图像采集时，首先对牙颌进行分段，再用双目像机沿着牙颌方向依次对各段牙颌进行拍照，将双目相机一次拍摄的两张图像归为一组，得到若干组牙颌不同段的图像； 
步骤3.对每组牙颌图像进行包括灰度化、直方图均衡、图像滤波在内的预处理； 
步骤4.将预处理后的每组牙颌图像进行归一化处理，再利用匹配算法对每组图像进行立体匹配； 
步骤5.对匹配后的每组图像进行三维坐标计算，恢复牙颌的深度信息,得到各段牙颌的三维模型； 
步骤6.将各段三维牙颌模型组合为完整的牙颌模型。 
步骤1具体步骤为： 
步骤1-1.选取双目像机中的一个像机建立坐标系； 
步骤1-2.在建立的坐标系下采用标定板对该双目像机进行标定，得到两像机的相机内参数：焦距、畸变系数，外参数：用一个平移矩阵和一个旋转矩阵来表示两相机之间的相对位置。 
步骤4具体步骤为： 
步骤4-1.对每组中各幅图像进行归一化处理； 
步骤4-2.以其中一幅图的像素点表示的牙颌位置为参考，从另外一幅图中选出牙颌相同位置对应的像素点； 
步骤4-3.用这两个像素点在图像中的坐标，通过构建的模型计算出该像素点的空间坐标； 
步骤4-4.计算出每组中各幅图像对应像素点的空间坐标，构建各段立体牙颌模型。 
一种用于扫描并构建三维牙颌的方法的图像采集笔，包括笔杆和笔头，笔头侧面设置一双目相机，两相机间设置一光线感受器，相机与光线感受器与外部电路连接，双目相机周围设置若干LED灯，通过外部电源为各部件供电。 
本发明通过采用双目立体视觉像机获取完整的牙颌形状信息，在电脑上由软件重建出三维牙颌模型，从而具有建立牙颌的三维数字化模型，得到精确、可重复使用、成本低廉的牙颌模型的效果。 
附图说明
图1为本发明装置的采集笔意图； 
图2为发明方法的流程示意图； 
图3为发明的一个实施结果示意图。 
具体实施方式
一种用于扫描并构建三维牙颌的方法的图像采集笔，包括圆柱体笔杆和立方体笔头，笔头侧面设置一双目相机，两相机间设置一光线感受器，相机与光纤感受器与外部电路连接，双目相机周围设置若干LED灯，通过外部电源为各部件供电。 
步骤1.选取双目像机中的一个像机作为参考建立双目立体视觉系统。 
步骤1-1.选取双目像机中左像机建立坐标系； 
步骤1-2.在建立的坐标系下采用标定板对该双目像机进行标定，得到包括两像机的相机内参数即焦距、畸变系数；以及相机外参数即相机之间的相对位置，用一个平移矩阵和一个旋转矩阵来表示。 
步骤2.图像采集时，将牙颌分为6段，用双目像机沿着牙颌方向依次对各段牙颌进行拍照，将双目相机一次拍摄的两张图像归为一组，得到6组牙颌不同段的图像； 
步骤3.对每组牙颌图像进行包括灰度化、直方图均衡、图像滤波在内的预处理； 
步骤4.将预处理后的每组牙颌图像进行归一化处理，再利用匹配算法对每组图像进行立体匹配； 
步骤4-1.对每组中各幅图像进行归一化处理； 
步骤4-2.以其中一幅图的像素点表示的牙颌位置为参考，从另外一幅图中选出牙颌相同位置对应的像素点； 
步骤4-3.用这两个像素点在图像中的坐标，通过构建的模型计算出该像素点的空间坐标； 
步骤4-4.计算出每组中各幅图像对应像素点的空间坐标，构建各段立体牙颌模型。 
步骤5.对匹配后的每组图像进行三维坐标计算，恢复牙颌的深度信息,得到各段牙颌的三维模型； 
步骤6.将各段三维牙颌模型组合为完整的牙颌模型。 
图3为建立的牙颌模型。 

Claims (4)

1.一种扫描并构建三维牙颌的方法，该方法包括：
步骤1.选取双目像机中的一个像机作为参考建立双目立体视觉系统。
步骤2.图像采集时，首先对牙颌进行分段，再用双目像机沿着牙颌方向依次对各段牙颌进行拍照，将双目相机一次拍摄的两张图像归为一组，得到若干组牙颌不同段的图像；
步骤3.对每组牙颌图像进行包括灰度化、直方图均衡、图像滤波在内的预处理；
步骤4.将预处理后的每组牙颌图像进行归一化处理，再利用匹配算法对每组图像进行立体匹配；
步骤5.对匹配后的每组图像进行三维坐标计算，恢复牙颌的深度信息,得到各段牙颌的三维模型；
步骤6.将各段三维牙颌模型组合为完整的牙颌模型。
2.如权利要求1所述的一种扫描并构建三维牙颌的方法，其特征在于：
步骤1-1.选取双目像机中的一个像机建立坐标系；
步骤1-2.在建立的坐标系下采用标定板对该双目像机进行标定，得到两像机的相机内参数：焦距、畸变系数，外参数：用一个平移矩阵和一个旋转矩阵来表示两相机之间的相对位置。
3.如权利要求1所述的一种扫描并构建三维牙颌的方法，其特征在于：
步骤4-1.对每组中各幅图像进行归一化处理；
步骤4-2.以其中一幅图的像素点表示的牙颌位置为参考，从另外一幅图中选出牙颌相同位置对应的像素点；
步骤4-3.用这两个像素点在图像中的坐标，通过构建的模型计算出该像素点的空间坐标；
步骤4-4.计算出每组中各幅图像对应像素点的空间坐标，构建各段立体牙颌模型。
4.一种用于扫描并构建三维牙颌的方法的图像采集笔，包括笔杆和笔头，笔头侧面设置一双目相机，两相机间设置一光线感受器，相机与光线感受器与外部电路连接，双目相机周围设置若干LED灯，通过外部电源为各部件供电。
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