CN108320325A - 牙列模型的生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了牙列模型的生成方法及装置，其中，方法包括：获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；根据配准结果生成矫治后的牙列模型。将此牙列模型与设计得到的目标牙列模型对比，从而精确地定量地检测牙齿的矫治情况。
Description
技术领域
本发明涉及数字化医疗技术领域，具体涉及牙列模型的生成方法及装置。
背景技术
在数字化正畸治疗过程中，用户通常需要定期去医院进行复诊，以检测牙齿的矫治状态。在牙齿矫治状态检测领域，目前常用牙齿咬模扫描建模、口腔扫描建模、CT扫描建模等方法来进行牙齿建模，进而对牙齿矫治状态进行检测。而这些方法都需要借助昂贵的医疗器械来完成，而且这些方法，都需要专业人员经过培训才能掌握。因此，用户很难通过这些方法自己来检测自己的牙齿矫治状态。而单纯地拍摄自己牙齿的照片发给医生，只能定性地检查，并不能精确地定量地检测牙齿的矫治情况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种牙列模型的生成方法及装置，以便克服现有技术中用户难以对矫治后的牙齿进行牙齿建模的技术问题，进而影响对牙齿矫治状态进行检测。
依据本发明的第一方面，提供了一种牙列模型的生成方法，包括：
获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；
根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；
对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；
根据配准结果生成矫治后的牙列模型。
进一步地，还包括：
对所述照片进行畸变矫正，所述根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵包括：
根据所述标记确定每张所述畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
进一步地，所述对所述照片进行畸变矫正包括：
根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，所述拍摄设备的参数矩阵和畸变参数是通过对所述拍摄设备进行相机标定得到的。
进一步地，所述照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。
进一步地，在所述对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像之后，所述方法还包括：
对牙齿轮廓图像进行编号；
所述根据配准结果生成矫治后的牙列模型包括：
根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
依据本发明的第二方面，提供了一种牙列模型的生成装置，包括：
照片获取模块，用于获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；
计算模块，用于根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；
轮廓提取模块，用于对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；
图像配准模块，用于基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；
牙列模型生成模块，用于根据配准结果生成矫治后的牙列模型。
进一步地，所述计算模块，还用于，对所述照片进行畸变矫正，所述根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵包括：
根据所述标记确定每张所述畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
进一步地，所述计算模块对所述照片进行畸变矫正包括：
根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，所述拍摄设备的参数矩阵和畸变参数是通过对所述拍摄设备进行相机标定得到的。
进一步地，所述照片获取模块获取到的照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。
进一步地，所述牙列模型生成模块具体用于：
对轮廓提取后的牙齿进行编号，所述根据配准结果生成矫治后的牙列模型包括：
根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
依据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如第一方面中任一实现方式描述的方法。
依据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一实现方式描述的方法。
根据本发明牙列模型的生成方法及装置，通过获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；根据配准结果生成矫治后的牙列模型。从而提供了一种生成牙列模型的新的方法，让用户能够通过智能手机等设备，对自己的牙齿进行多角度拍照，将拍摄的照片上传至服务器。服务器通过对用户上传的照片和用户之前已有的三维牙齿模型进行计算，生成用户拍摄照片时其牙齿的排列模型，即每颗牙齿当前移动到的位置和角度。将此牙列模型与设计得到的目标牙列模型对比，监测牙齿的矫治效果，从而精确地定量地检测牙齿的矫治情况。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例一的牙列模型的生成方法的流程图；
图2示出了本发明实施例二的牙列模型的生成方法的流程图；
图3示出了本发明实施例三的牙列模型的生成装置的结构示意图；
图4是适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，为本发明实施例一的牙列模型的生成方法的流程图。从图1中可以看出，本实施例的牙列模型的生成方法，可以应用于服务器，包括以下步骤：
S101：获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记在所述照片中的位置可以随意设置，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系。
在本实施例中，通过获取从多个不同的方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，拍摄照片的设备可以是移动终端，包括但不限于智能手机、移动电脑、车载终端等，也可以是照相机等具有拍摄功能的设备，在移动终端或具有拍摄功能的设备从多个不同的方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片后，将拍摄的照片上传至服务器，以根据上传的照片生成牙列模型，通过将生成的牙列模型与预先设定的目标牙列模型对比，来判断牙齿的矫治情况。
本实施例中的每张照片至少包括有两颗完整的牙齿，所述照片中包含了用户的所有牙齿。通常情况下，可以从三个方位来拍摄经过矫治的牙齿的照片，例如，分别从牙列的两侧和牙侧的中部这三个方位来拍摄牙齿照片，使得拍摄的照片中包括了所有牙齿。上传的照片中可以包括有标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系，通过确认所述照片与拍摄设备间的相对位置关系进而可以确认所述拍摄设备的外参数，相机外参数是在世界坐标系中的参数，比如相机的位置、旋转方向等，进而可以确定所述照片相对于所述拍摄设备的平移矩阵和旋转矩阵。
例如，用户可以用手机对矫治后的牙齿拍照，并将照片发送至云端服务器，云端服务器将照片中的牙齿与预先设定的目标牙列模型对比，来判断牙齿的矫治请况。
S102：根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
在本实施例中，服务器可以根据上述照片中的标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵，具体地，服务器可以根据照片中的标记的角点的坐标来计算出照片中的标记相对于拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵，从而确定从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片相对于拍摄设备的位置，即确定所述从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片在以拍摄设备为原点的三维坐标系中的平移矩阵和旋转矩阵。本实施例中所采用的旋转矩阵和平移矩阵的算法为现有技术中公知的算法，这里不再赘述。需要说明的是，本实施例中的标记中的图案为非对称图形，具体的，本实施例中的标记不为轴对称图形，也不为旋转对称图形。通常情况下，该标记的外部轮廓可以为正方形，具体地，可以根据拍摄的实际需要，选择该标记的具体形状。
S103：对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像。
在本实施例中，对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到单一牙齿的轮廓图像。具体地，在服务器获取到从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片之后，可以根据口腔内部牙齿颜色和嘴唇、脸部皮肤的颜色差异，去除照片中不包括牙齿的部分，只留下包含牙齿的那一部分图像。然后将余下的图像转换为灰度图，利用高帽变换和低帽变换进行图像增强，得到对比度增强后的灰度图。然后再转换为二值图像，对二值图像进行两次腐蚀和孔洞填充处理，得到最终图像。对最终图像使用分水岭算法进行分割，得到分割线，将分割线应用于灰度图中，将图像切分成仅包含一颗牙齿的图像块，然后对每个图像块利用GVF-SNAKE(Gradient Vector Flow,梯度矢量流)算法进行轮廓提取。因为牙龈会在矫治的过程中发生形变，所以，对于提取的轮廓，需要去除与牙龈交界的部分。具体实现时，将轮廓叠加到初始图像上，根据牙齿和牙龈的颜色不同，上颌牙齿去掉上部红白交接的边界，下颌牙齿去掉下部红白交接的边界。在两颗牙齿边界重叠处，将轮廓边界归属于其曲线向量指向的那颗牙齿。
在本实施例只是示例性的说明如何得到牙齿轮廓图像，而不应当被理解为对本发明技术方案的限定，可以理解的是，其它与本实施例类似的牙齿轮廓图像的提取方法，也应当落入本发明的保护范围内。
通过本所述实施例的牙齿轮廓图像的提取方法，可以得到单颗牙齿的轮廓图像。
S104：基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准。
在得到照片相对于拍摄设备的平移矩阵和旋转矩阵，以及牙齿轮廓图像后，基于得到的所述照片相对于拍摄设备的平移矩阵和旋转矩阵对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准。在本实施例中，所述预先确定的三维牙列模型可以是用户初次牙齿矫正时确定的目标牙列模型，即牙齿矫治到最终状态时的牙列模型，通过对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，并将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准，可以确定所述牙齿轮廓图像与所述预先确定的三维牙列模型中的牙齿的对应关系，进而可以确定对应于所述预先确定的三维牙列模型的当前牙齿的矫治状态。
S105：根据配准结果生成矫治后的牙列模型。
当将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准后，可以确定牙齿轮廓图像在三维牙列模型中的对应位置，从而可以生成矫治后的牙列模型。
本发明实施例的牙列模型的生成方法，通过获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；根据配准结果生成矫治后的牙列模型。从而提供了一种新的生成牙列模型的方法。当用户通过智能手机等设备，对自己的牙齿进行多角度拍照，将拍摄的照片上传至服务器。服务器通过对用户上传的照片和用户之前已有的三维牙齿模型进行计算，生成用户拍摄照片时其牙齿的排列模型，即每颗牙齿当前移动到的位置和旋转角度。将此牙列模型与设计得到的目标牙列模型对比，监测牙齿的矫治效果，从而精确地定量地检测牙齿的矫治情况。
如图2所示，为本发明实施例二的牙列模型的生成方法的流程图。作为本发明的一个可选实施例，本实施例的牙列模型的生成方法包括以下步骤：
S201：获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系。
S202：根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正。
在本实施例中，为了使生成的牙列模型的精准度更高，即生成的牙列模型与牙齿的实际状态更加吻合，还可以对获取到的从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片进行畸变矫正。由于用户使用的手机(或其他拍摄设备)的焦距、每个像素的物理尺寸、镜头的畸变程度各不相同，拍摄得到的照片会存在一定程度的变形，为了对照片中牙齿的状态进行还原，需要确定手机(或其他拍摄设备)的内参数和畸变参数，内参数是与拍摄设备自身特性相关的参数，比如相机的焦距、像素大小等。因此，通过根据照片的拍摄设备的内参数的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，可以还原照片中牙齿的真实状态，需要指出的是，手机(或其他拍摄设备) 的参数和畸变参数可以通过对所述拍摄设备进行相机标定得到，也可以通过其它途径得到，例如手机(或其他拍摄设备)的使用说明书中记录的参数和畸变参数。
S203：根据所述标记确定每张畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
S204：对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像。
S205：基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准。
S206：对轮廓提取后的牙齿进行编号。
在本实施例中，为了方便将轮廓提取后得到的牙齿轮廓图像与对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像进行配准，可以根据配准结果可以对轮廓提取后的牙齿进行编号，使得轮廓提取后的牙齿的编号与预先确定的三维牙列模型中对应的牙齿的编号相同。根据编号将轮廓提取后的牙齿排列，进而生产牙列模型。
S207：根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
在对轮廓提取后的牙齿进行编号后，可以按照排列关系将编号后的牙齿轮廓图像排列，生产矫治后的牙齿的牙列模型。
在上述实施例中，也可以先对轮廓提取后的牙齿进行编号，然后再基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准，最后在根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
作为本发明的一个可选实施例，所述照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。通过使用牙科开口器，在拍摄过程中可以使牙齿整体露出，使得拍摄的照片中的牙齿的图像更加完整。将标记设置在牙科开口器上，使得标记的位置相对牙齿不发生改变，进而减小后续牙列模型生成过程中的计算量。
下面以一个具体的实施例对本发明牙列模型的生成方法进行说明。用户使用的智能手机的焦距、每个像素的物理尺寸、镜头的畸变程度各不相同，所以需要进行相机标定，求解相机的参数、畸变参数。用户在对牙齿进行拍照建模前，可以先对自己的拍摄设备进行相机标定，求得相机参数矩阵A与畸变参数。
为了使用户在拍照时，能够更容易地拍摄到牙齿，可以将标记贴在牙科开口器上，并用相机对牙齿进行多角度拍照。用户在拍摄照片时，需要将整个标记都拍摄进去。本实施例的方法，采用了1cm*1cm的正方形标记，标记采用黑白两色的色块构成。
用户在拍摄牙齿时，以两张照片为一组。同一组照片中，需要从两个角度分别拍摄相同几颗牙齿，这几颗牙齿拍摄时需有尽量少的遮挡，且每张照片中至少需要包含同一颌的两颗牙齿(用于确定牙齿间的相对位置)，与标记一起拍摄进去。用户拍摄多组照片，这些照片中包含的牙齿总和必须覆盖所有的牙齿。用户在拍摄牙齿时，上颌牙和下颌牙不能接触，需要有一定的间隙。一般情况下，用户只需要拍摄左侧两张、正面两张、右侧两张，共三组照片。
在拍摄完成后，先对照片进行畸变矫正。在完成畸变矫正后，对图片进行灰度化处理，之后搜索图片中的标记，并对标记进行解码，最后计算标记的三维姿态。在标记的三维姿态估计中，利用相机参数和照片中标记四个角点的坐标，计算出标记的旋转矩阵R和平移矩阵T。
根据口腔内部牙齿颜色和嘴唇、脸部皮肤的颜色差异，去除照片中不包括牙齿的部分，只留下包含牙齿的那一部分图像，记为初始图像。然后将初始图像转换为灰度图，利用高帽变换和低帽变换进行图像增强，得到增强后的灰度图像。然后将灰度图像转换为二值图像，对二值图像进行两次腐蚀和孔洞填充处理，得到最终图像。对最终图像使用分水岭算法、进行分割，得到分割线。将分割线应用于灰度图像中，将图像切分成包含一颗牙齿的图像块，然后对每个图像块利用GVF-SNAKE(Gradient Vector Flow,梯度矢量流)算法进行轮廓提取。因为牙龈会在矫治的过程中发生形变，所以，对于提取的轮廓，需要去除与牙龈交界的部分。具体实现时，将轮廓叠加到初始图像上，根据牙齿和牙龈的颜色不同，上颌牙齿去掉上部红白交接的边界，下颌牙齿去掉下部红白交接的边界。在两颗牙齿边界重叠处，将轮廓边界归属于其曲线向量指向的那颗牙齿。做完以上步骤，即可获得照片中每颗牙齿的轮廓图像。
在对牙齿轮廓提取之后，需要根据预先确定的三维牙列模型的牙位表，所述牙位表中具有预先确定的三维牙列模型中的牙齿的编号。对牙齿轮廓图像进行编号。利用预先确定的三维牙列模型，在提取的牙齿轮廓图像中进行匹配，从而得到与所述预先确定的三维牙列模型一致的编号。匹配的方法可以为二维图像和三维模型配准方法。
此外还可以只使用一张照片去进行二维图像与三维模型配准，然后用在迭代后收敛值最小的那个牙齿编号作为该牙齿轮廓的编号。在匹配时，需要使用相邻牙齿的关系作为约束，即若有几个收敛值都比较小的牙齿，则需要考虑根据相邻的牙齿编号确定该牙齿编号。通过只使用一张照片去进行二维图像与三维模型配准，可以缩短配准的时间，提高了牙列模型的生成效率。
因此，在一组照片中，可以获得某几颗特定编号牙齿的两个不同视角的轮廓。为了描述方便，假设获得了某一组照片中#11、#21两颗牙齿的四个轮廓数据(#11-1,#11-2，#21-1，#21-2)。
本实施例提出的三维牙列模型的生成方法是通过图像分割得到的牙齿轮廓指导三维模型的重建，最终使得重建后的三维模型投影轮廓与照片中牙齿轮廓达到一致。为了利用二维轮廓指导重建三维模型，要对三维投影轮廓与照片的二维轮廓进行二维-三维配准，找到照片实际拍摄时牙齿在以拍摄设备为坐标原点的系统中的空间位置和姿态。为了找到模型的空间姿态，即当前牙齿在三维模型中的位置和状态，需要使预先确定的三维牙列模型投影的轮廓与实际照片牙齿的二维轮廓误差达到最小值。牙齿的姿态在局部坐标系中被定义为一个6自由度系统，其目标函数是一个具有6个自变量的标量函数。这6个自变量由3个表示局部坐标系原点的位置向量和3个表示局部坐标在全局坐标中的角度值构成。目标函数的值表示的是三维模型投影与照片中牙齿轮廓之间距离的平均值。
模型上每一个初始点定义为mi，点从初始位置转化到新的位置和方向后定义如下
其中:表示第i个转换后的模型点,向量o＝{ox，oy，oz}表示局部坐标在全局坐标中的原点位置；t＝{x，y，z}表示平移向量；旋转矩阵R定义为一个Y-Z-X的欧拉序列，旋转角度分别为α,β,γ。
当三维模型转换到新的姿态后，利用虚拟的相机将三维点投影到成像上，产生一个虚拟的牙齿轮廓图片。三维模型上点的投影公式如下:
其中:表示第i个转换后的模型点；pki表示第i个模型点在第k张照片的成像平面上的投影；vk表示第k个相机的位置；nk表示垂直于第k个成像平面的单位向量；lk表示相机到成像平面之间的距离。
为了减少计算时间，提高算法稳定性，只取三维模型投影的外轮廓进行比较。首先通过模型投影点自动划分区域，区域内有投影点的全部认为是相连通区域。根据“向左看”的原则，按逆时针方向，凡是连通区域左侧存在非连通区域的即确定为外轮廓区域，从而获得一个由区域构成的外轮廓。将与外轮廓区域距离最近的投影点选取出来作为模型投影点的外轮廓点。这样获得的一组二维点构成了三维模型投影图像的外轮廓。
接下来，对三维模型投影图像与拍摄的照片牙齿外轮廓之间最小距离进行计算:
其中:dki表示在第k个照片成像平面上第i个最小距离；pki表示第i 个模型投影点；gk(t)表示牙齿外轮廓样条曲线的参数矢量函数；t是参数变量，其取值取决于样条曲线的终点。
对每个成像平面来说，这些距离之和除以点的总个数qk得到归一化距离。每个成像平面上的归一化距离之和作为目标函数的值：
当目标函数I趋近于零的时候，可以认为三维模型的姿态与真实牙齿的姿态一致。因此，为了真实反映牙齿的空间姿态，需要通过参数变化令目标函数I达到最小值:
6个优化参数(x,y,z,α,β,γ)表示模型局部坐标系(以拍摄设备为参照物的坐标系)在全局坐标系中的位置和方向。本实施例利用Broyden、 Fletcher、Goldfarb和Shanno提出的拟牛顿算法(BFGS quasi-Newton method)来求取函数最小值。当变量的微分变元满足要求的公差阈值或目标函数的调用次数达到一个确定值时结束最小化程序，以此作为优化函数的收敛标准。因此，如果函数调用次数达到收敛标准，但公差仍然不满足收敛要求则认为优化函数是不收敛的。
当优化函数收敛之后，即可得到6个优化参数(x,y,z,α,β,γ)，即可通过转移矩阵将原有的#11牙齿模型转移到现有的坐标系下。同理，对#21 牙齿模型也进行同样的上述操作。因为#11牙齿和#21牙齿用的是同一组照片，所以可得到#11和#21在治疗后模型中的相对位置。
通过上述步骤可以得到#11、#21牙齿的相对位置信息，通过对其他几组照片进行相似的处理，可以得到不同的牙齿之间的相对位置信息。例如，在知道#11#21的相对位置和#11#12的相对位置后就可得到#12#11#21牙齿的排列。同理，可以得到整副牙列的相对排列。在此步骤中，上颌牙列与下颌牙列分开操作，生成上颌牙列时只考虑上颌牙齿的相对位置，不考虑上颌牙齿与下颌牙齿的相对位置，生成下颌牙列也同理。
当生成牙列模型后，可以将生成的牙列模型与预先确定的三维牙列模型对比，以此来判断牙齿的矫治状态。此外，还可以根据生成的牙列模型中相邻牙齿的相对位置关系来判断牙齿的矫治状态，比如牙齿间的距离，或者牙齿间的相对转动角度。
本发明的方法可以替代现有的牙齿矫治状态检测方法，本方法简单高效，避免了用户每个周期都要去医院或诊所进行复查的麻烦，同时避免了多次口内扫描以及拍摄牙CBCT(锥形束CT)带来的人力物力的浪费，帮助用户节省诊疗成本和诊疗时间，使得用户在家就可以使用智能手机等设备对自己的牙齿矫治状态进行检测。
如图3所示，为本发明实施例三的牙列模型的生成装置的流程图。在本实施例中，牙列模型的生成装置，包括：
照片获取模块301，用于获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系。
计算模块302，用于根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
轮廓提取模块303，用于对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像。
图像配准模块304，用于基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准。
牙列模型生成模块305，用于根据所述排列关系和所述牙齿轮廓图像生成矫治后的牙列模型。
本发明实施例的牙列模型的生成装置，能够取得与上述的实施例中牙列模型的生成方法相依的技术效果，这里不再赘述。
作为本发明牙列模型的生成装置的一个可选实施例，所述计算模块302 还用于，根据所述标记确定每张所述畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
作为本发明牙列模型的生成装置的一个可选实施例，所述计算模块302 对所述照片进行畸变矫正包括：
根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，所述拍摄设备的参数矩阵和畸变参数是通过对所述拍摄设备进行相机标定得到的。
作为本发明牙列模型的生成装置的一个可选实施例，所述照片获取模块301获取到的照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。
作为本发明牙列模型的生成装置的一个可选实施例，所述牙列模型生成模块304具体用于：
对轮廓提取后的牙齿进行编号，所述根据配准结果生成矫治后的牙列模型包括：
根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
本发明牙列模型的生成装置的实施例能够取得与上述方法实施例相类似的技术效果，这里不再赘述。
如图4所示，示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
计算机系统400包括中央处理单元(CPU)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储部分408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还存储有系统400操作所需的各种程序和数据。CPU 401、ROM 402以及 RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。
以下部件连接至I/O接口405：包括键盘、鼠标等的输入部分406；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分407；包括硬盘等的存储部分408；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至I/O接口405。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分408。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)401执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括接收单元、确定单元、加密单元、第一生成单元、第一发送单元、第一替换单元和第二发送单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，接收单元还可以被描述为“接收信息集合的单元”。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：接收信息集合；确定信息集合中是否存在待加密信息；响应于确定信息集合中存在待加密信息，对待加密信息进行加密以生成加密信息；为加密信息生成编码；将加密信息和编码发送至第一数据库服务器集群，以使第一数据库服务器集群对加密信息和编码进行存储；用编码替换信息集合中的待加密信息以生成第一替换信息集合；将第一替换信息集合发送至第二数据库服务器，以使第二数据库服务器对第一替换信息集合进行存储。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (12)
1.一种牙列模型的生成方法，其特征在于，包括：
获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；
根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；
对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；
根据配准结果生成矫治后的牙列模型。
2.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，还包括：
对所述照片进行畸变矫正，所述根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵包括：
根据所述标记确定每张所述畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
3.如权利要求2所述的生成方法，其特征在于，所述对所述照片进行畸变矫正包括：
根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，所述拍摄设备的参数矩阵和畸变参数是通过对所述拍摄设备进行相机标定得到的。
4.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。
5.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，在所述对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像之后，所述方法还包括：
对牙齿轮廓图像进行编号；
所述根据配准结果生成矫治后的牙列模型包括：
根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
6.一种牙列模型的生成装置，其特征在于，包括：
照片获取模块，用于获取从多个方位拍摄的经过矫治的牙齿的照片，其中，所述照片中包括标记，所述标记用于标定所述照片与拍摄设备间的相对位置关系；
计算模块，用于根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵；
轮廓提取模块，用于对所述照片中的牙齿进行轮廓提取，得到牙齿轮廓图像；
图像配准模块，用于基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，对预先确定的三维牙列模型进行投影，得到牙齿投影图像，将所述投影图像与所述牙齿轮廓图像进行配准；
牙列模型生成模块，用于根据配准结果生成矫治后的牙列模型。
7.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述计算模块，还用于，对所述照片进行畸变矫正，所述根据所述标记确定每张所述照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵包括：
根据所述标记确定每张所述畸变矫正后的照片相对于所述拍摄设备的旋转矩阵和平移矩阵。
8.如权利要求7所述的生成装置，其特征在于，所述计算模块对所述照片进行畸变矫正包括：
根据照片的拍摄设备的参数矩阵和畸变参数对所述照片进行畸变矫正，所述拍摄设备的参数矩阵和畸变参数是通过对所述拍摄设备进行相机标定得到的。
9.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述照片获取模块获取到的照片中包括牙科开口器的图像，所述标记位于所述牙科开口器上。
10.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述牙列模型生成模块具体用于：
对轮廓提取后的牙齿进行编号，所述根据配准结果生成矫治后的牙列模型包括：
根据配准结果和所述牙齿轮廓图像的编号生成矫治后的牙列模型。
11.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
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