CN113876444B - 一种牙科器械的3d打印方法、系统、装置及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牙科器械的3D打印方法、系统、装置及介质，方法包括构建目标患者牙齿的数字三维模型；对数字三维模型进行前处理操作，前处理操作包括对数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至数字三维模型；根据数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，第一牙模带有标识信息；根据第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；对第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器。本发明无需通过人工设计牙龈线，能够避免人为失误，降低矫治器的设计误差，提高产品的良品率，以及提高了工作效率，可广泛应用于3D打印技术领域。

Description

一种牙科器械的3D打印方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种牙科器械的3D打印方法、系统、装置及介质。
背景技术
牙颌畸形的发病率一直是比较高的，不仅影响口腔健康、身体健康，而且对于患者的心理健康也有相当大的影响。随着社会的发展与审美的提高，越来越多的患者会关注牙齿卫生，参与健康保养，寻求牙颌畸形矫治。
壳状牙齿矫治器是将一层薄弹性材料附着于正畸患者的牙颌模型上经过热压而形成的。在进行正畸矫治过程中，将壳状牙齿矫治器戴在在正畸患者的牙齿上，可在特定的位置施加控制力以逐渐将牙齿移动到期望形态。
现有技术在制作壳状牙齿矫治器时，需要由专业的牙科技师对患者的牙龈进行观察，然后人工设计牙龈线的切割曲线，这种人工设计的方式容易出现人为失误，导致矫治器的设计误差较大，良品率低；同时，人工设计的方式效率较低，需要具备丰富经验的专业技师才能完成这个工作。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种精确且高效的牙科器械的3D打印方法、系统、装置及介质。
本发明的第一方面提供了一种牙科器械的3D打印方法，包括：
构建目标患者牙齿的数字三维模型；
对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型；
根据所述数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，所述第一牙模带有标识信息；
根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；所述第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；
对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器。
在一些实施例中，所述对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型，包括：
将所述数字三维模型自动摆放至指定位置；
对所述数字三维模型进行牙龈线识别；
对识别到的牙龈线进行去锐角处理和去偏移处理，得到切割曲线，并将所述切割曲线转化为NC文件；
生成对应所述数字三维模型的唯一标识信息；
将所述标识信息置于所述数字三维模型的对应区域。
在一些实施例中，所述对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型，还包括：
对所述数字三维模型进行分割，得到若干个切片层；
对所述数字三维模型进行空心处理；
对所述数字三维模型进行底板网格填充处理；
以及，在所述数字三维模型底部设置定位部。
在一些实施例中，所述将所述数字三维模型自动摆放至指定位置，包括：
获取所述数字三维模型；
检测所述数字三维模型的最大平面；
采用叉乘运算方法，计算所述数字三维模型的第一旋转角度以及第一旋转轴；
根据所述第一旋转角度和所述第一旋转轴，对所述数字三维模型进行空间旋转，获取牙齿模型；
将所述牙齿模型投影成牙齿轮廓曲线；
计算所述空间旋转前后的牙齿模型的方向向量；
根据所述方向向量，采用叉乘运算方法计算所述数字三维模型的第二旋转角度以及第二旋转轴；
根据所述第二旋转角度和所述第二旋转轴，对所述数字三维模型进行平面旋转。
在一些实施例中，所述对所述数字三维模型进行牙龈线识别，包括：
获取所述数字三维模型的初始特征点；
对所述初始特征点进行去噪处理，得到最优特征点；
根据所述数字三维模型的形状和轮廓，通过遍历历史数据确定轮廓线；
将所述最优特征点和所述轮廓线进行拟合，形成初始拟合线；
根据所述初始拟合线，采用主成分分析方法获取所述数字三维模型的轮廓形状；
根据所述轮廓形状获取平滑牙龈线。
在一些实施例中，所述对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器，包括：
获取第二牙模的图片信息；
从所述图片信息中提取所述标识信息所在区域的目标图片；
识别目标图片上的标识信息，并根据交叉验证方法获取最优识别结果；
根据所述最优识别结果，对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理；
对所述第二牙模进行脱模处理，得到牙齿矫治器。
在一些实施例中，所述识别目标图片上的标识信息，并根据交叉验证方法获取最优识别结果，包括：
对所述标识信息进行归一化预处理；
对归一化预处理后的标识信息进行字符识别，获取字符单位预测结果及置信度集合；
根据所述字符单位预测结果及置信度集合，结合字符库及校准位，获取最优识别结果。
本发明的第二方面提供了一种牙科器械的3D打印系统，包括：
模型构建模块，用于构建目标患者牙齿的数字三维模型；
前处理模块，用于对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型；
3D打印模块，用于根据所述数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，所述第一牙模带有标识信息；
压膜模块，用于根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；所述第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；
识别模块，用于对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器。
本发明的第三方面提供了一种装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器用于根据所述程序执行如本发明第一方面所述的方法。
本发明的第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行完成如本发明第二方面所述的方法。
本发明的实施例在构建了患者牙齿的数字三维模型之后，对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型，并基于所述数字三维模型的标识信息进行3D打印，得到第一牙模；根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；最后，对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器；本发明无需通过人工设计牙龈线，能够避免人为失误，降低矫治器的设计误差，提高产品的良品率，以及提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的整体步骤流程图；
图2为本发明实施例的牙模的定位块的第一位置示意图；
图3为本发明实施例的牙模的定位块的第二位置示意图；
图4为本发明实施例的牙模的定位块的第一位置侧视图；
图5为本发明实施例的牙模的定位块的第二位置侧视图；
图6为本发明实施例在打标过程中的牙模底部示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种牙科器械的3D打印方法，包括以下步骤：
S1、构建目标患者牙齿的数字三维模型；
具体地，本发明实施例使用口腔扫描仪对患者的口腔进行扫描，得到牙齿的数字三维模型。进一步地，可通过牙科治疗系统，根据患者的诊疗信息，定制化的设计出对应的治疗计划，基于该治疗计划的每个阶段生成对应的牙模(数字化牙模，非实体)，该牙模可用于制备该阶段的矫治器。
此外，还可以用传统的间接方法，即获取患者牙齿印模，通过扫描印模或者石膏模型(通过印模翻制而成)。扫描后即可得到牙齿的数字三维模型。
S2、对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型；
具体地，本实施例通过获取3D牙齿诊疗方案的设计模型；对导入3D牙模进行牙龈线自动识别，根据不同应用需求进行牙龈线的进一步处理转换为数控切割机器可识别的NC文件；本实施例对牙齿模型进行自动化的3D打印前处理，包括镂空牙模底面、添加牙模固定附件(即定位部)及相应的标识信息等。
本实施例的步骤S2包括S21-S25：
S21、将所述数字三维模型自动摆放至指定位置；
具体地，本实施例的步骤S21由以下步骤S211-S214实现：
S211、获取所述数字三维模型；
具体地，对于获取导入的3D牙齿模型，通过获取带有底面的任意方向的牙齿模型，所述牙齿模型为由一系列三角面片组成的数字化三维体。
S212、检测所述数字三维模型的最大平面；
具体地，检测牙齿模型的最大平面，检测牙齿最大平面的方法为：设定某个三角面片，将设定的三角面片和由三角面片组成的3D牙齿模型进行叠加，设定误差阈值e，当e大于某个值时，认为设定的三角面片与3D牙齿模型上的面片不平；反之则认为处于同一平面。当设定的三角面片与牙齿模型的某个面片在同一平面时，将其两者叠加一起，并继续寻找下一个三角面片并判断误差阈值。循环上述步骤直至得到牙齿模型最大的平面。在检测牙齿模型的最大平面过程中，可得到其平面的方程。
S213、采用叉乘运算方法，计算所述数字三维模型的第一旋转角度以及第一旋转轴；
具体地，根据叉乘运算方法，根据旋转前后的向量值求解旋转角度及旋转轴，所述的叉乘运算方法是一种在向量空间中向量的二元运算，其的运算结果是一个向量而不是一个标量；由上述旋转角度及其旋转轴，可以将任意模型旋转至想要的空间位置上。
S214、根据所述第一旋转角度和所述第一旋转轴，对所述数字三维模型进行空间旋转，获取牙齿模型；将所述牙齿模型投影成牙齿轮廓曲线；计算所述空间旋转前后的牙齿模型的方向向量；根据所述方向向量，采用叉乘运算方法计算所述数字三维模型的第二旋转角度以及第二旋转轴；根据所述第二旋转角度和所述第二旋转轴，对所述数字三维模型进行平面旋转。
具体地，基于步骤S213实现的旋转后，获取牙齿模型，并将其投影成牙齿轮廓曲线，所述牙齿轮廓曲线即把3D空间的物体投射到2D平面上得到物体平面轮廓。得到了牙齿模型的轮廓骨架曲线，可用二次曲线方程表示，并求解该曲线方程，可求得牙模模型的方向向量，根据叉乘运算方法，如同步骤S213，根据旋转前后的向量值求解旋转角度及旋转轴，上述旋转角度及其旋转轴，基于特定平面旋转至想要的方向位置上。
S22、对所述数字三维模型进行牙龈线识别；
具体地，本实施例的步骤S22由以下步骤S221-S225实现：
S221、获取所述数字三维模型的初始特征点；
具体地，本实施例将模型摆放至指定位置之后，按照曲率的几何计算方法，对牙齿模型提取的特征点，并进行过滤、去噪音，可得到3D牙模特征轮廓；所述的曲率计划计算方法为针对牙模上某个面的切线方向角对弧长的转动率，表明面的凹凸程度，在本方案中亦称为特征。则通过曲率方法可获取牙模凹凸区域的特征点(牙模上真实牙龈线也是由凹凸体现的)；
S222、对所述初始特征点进行去噪处理，得到最优特征点；
具体地，本实施例得到初始的牙模特征点，需要将其去除噪音，所述的去噪音为除了牙龈线区域之外，牙齿的其他地方也有凹凸，也被认为是特征，这部分会影响后续与轮廓线的拟合，因此需要将其过滤或者去除，最终得到最优的特征值。
S223、根据所述数字三维模型的形状和轮廓，通过遍历历史数据确定轮廓线；
具体地，本实施例根据导入后牙模的形状和轮廓，经过步骤S221之后，通过摆放后的牙模自动选取最优轮廓线，所述轮廓线是指一个牙齿的牙龈线文件，该文件由点坐标组成；
需要说明的是，本发明在进行特征点与轮廓线拟合前，要选取最优轮廓线，所述最优轮廓线是根据牙模形状和轮廓，遍历历史数据得到的。所述历史数据为预先储存的牙龈线历史数据，这些牙龈线历史数据可在当前的牙龈线识别步骤中起参考作用。也就是说，本实施例将最优轮廓线作为一个模板来跟特征点拟合，最终得到初始拟合线。
S224、将所述最优特征点和所述轮廓线进行拟合，形成初始拟合线；
具体地，本实施例运用近似迭代算法，将轮廓线和特征点进行拟合，形成初始的拟合线，所述拟合为将轮廓线(是一系列的坐标点)的点投影至离其最近的特征点；所述近似迭代是指轮廓线投影之后，继续迭代，直至投影误差小于设定的阈值；迭代完成之后，将投影的点相连形成初始的拟合线；
S225、根据所述初始拟合线，采用主成分分析方法获取所述数字三维模型的轮廓形状；根据所述轮廓形状获取平滑牙龈线；
具体地，本实施例获得初始的拟合线，由于初始拟合线不是平滑的曲线，会有局部的折叠、偏离的情况，针对此情况，运用主成分分析(PCA)方法获取其主要轮廓形状，确定轮廓主方向的点，并按点重新顺滑连接，规避线段不平滑区域，得到最终所需的平滑牙龈线。
S23、对识别到的牙龈线进行去锐角处理和去偏移处理，得到切割曲线，并将所述切割曲线转化为NC文件；
具体地，本实施例基于所述牙龈线进行去锐角和偏移的操作，得到切割曲线，然后将所述切割曲线转化为NC文件。进一步的描述如下：
本实施例可根据不同应用需求进行进行牙龈线的后处理，比如主要包括牙龈线自动去锐角和整体偏移，所述的牙龈线去锐角是指在生成最终的牙龈线之后，其曲线是和真实牙龈线紧密贴合，由于牙齿与牙齿相交处较为尖锐，不符合生成工艺需求，故牙龈线在该处需要进行平缓化，即为牙龈线去锐角；所述的牙龈线偏移同理去锐角，其曲线是和真实牙龈线紧密贴合，不符合生成后工艺处理要求，需要留有一定的裕度，即将牙龈线整体向下偏移(亦可向上偏移)。锐角的角度限定在＜180°，整体偏移量为0～2mm之间；
接着，将确认的牙龈线通过刀路算法(NC程序)转换为数控切割机器(ComputerNumerical Control，CNC)可识别的数据(可称为NC文件)，并对数据进行模拟仿真校验，不通过的数据需要重新调整牙龈线的数据，循环生成NC文件，直至校验通过；最终输出符合需求的NC切割文件。其中刀路算法是基于机器的参数，参数例如转轴、坐标定位、转速等，来确定最终的输出NC文件数据。
NC文件会作为对应矫治器的生产信息，储存在数据库中。标识信息会有矫治器生产信息关联，所以该矫治器生产信息是可交互的。矫治器生产信息包括打标指令、切割指令等。切割指令包括上述NC文件。
S24、生成对应所述数字三维模型的唯一标识信息；
本实施例根据标识信息的字段尺寸及边界约束，字段尺寸例如长、宽，在牙模底部找到合适的摆放区域。可对标识信息进行适应性的缩小、字间距调整、字体粗细调整、旋转等。
本实施例的标识信息是指按规则生成特定大小、粗细和间距的由数字和字母组成的字段，并且标识信息的某个字可通过其余的字进行校验，例如字段包括数字位和检验位，检验位字符与数字位字符存在数学关系，当数字位中某个字符无法识别时，可通过对检验位字符和其他数字位字符进行运算，得到缺失的字符。所述的规则是指必须满足3D打印工艺的要求，即筛选能够使用的字母，例如英文字母A-Z和数字0-9，形成标识信息的字体库，由于标识信息是通过镂空的方式呈现的，所以0、9、8、A等字符因为存在识别障碍所以无法使用；字体大小、粗细的选定根据3D打印工艺确定，确保打印完成后字体清晰可见；为了确保字体之间不粘合，需要保持字体的间距，并确保标识信息长度不过长。
S25、将所述标识信息置于所述数字三维模型的对应区域。
另外，在一些实施例中，本发明的步骤S2还包括：
S26、对所述数字三维模型进行分割，得到若干个切片层；
S27、对所述数字三维模型进行空心处理；
S28、对所述数字三维模型进行底板网格填充处理；
具体地，本实施例在前处理中，还包括切片操作，即将牙模进行分割，得到多个切片层，并导出为切片打印文件。
本实施例还包括对牙模进行空心、底板网格填充等操作。这样能在减轻牙模重量和减打印材料用量的同时，保证牙模的机械性能。所述牙齿模型的底板是指由于打印的牙模是镂空或者空心的，为了防止牙模变形、收缩等问题，打印的牙模需要加底板克服形变，又由于需要考虑漏液、节省材料、工艺处理等因素，需要给打印牙模添加底板并做成蜂窝形状。其中漏液是指打印时使得牙模空腔内树脂流出。
S29、在所述数字三维模型底部设置定位部。
具体地，本实施例在前处理中，还可在牙模底部设置定位部，所述定位部可与加工设备的治具配合，例如打标机、压膜机、切割机，所述定位部的形状可以是凸块、凹槽、孔状等形状，优选地，所述定位部为三个定位孔。
三个定位孔可用于定位打标位置、切割线位置(即NC文件当中的起点位置)的参考物。举例而言，通过所述三个定位孔可建立牙模坐标系，在牙模坐标系中，当前牙模所对应的打标位置和切割线位置是预先设定的，所以可根据所述三个定位孔确定打标位置和切割线位置。换言之在加工设备中，通过定位部对牙模进行固定和定位，即完成了打标位置或切割线位置的定位。
由于定位部需要频繁地和加工设备的治具配合，因此需要有一定的强度，而牙模通常为空心牙模(即牙模内部存在空腔)，因此，牙模的定位部还包括定位块，定位孔位于定位块上。定位块形状不限，可以为柱体、矩形块等。
所述定位块为三个，分别对应三个定位孔。具体地，如图2和图3所示，定位块的位置分别位于牙模的中部(对应牙模的中切牙位置)和两个端部(对应牙模的磨牙位置)。
由于定位孔的尺寸是相对确定的，因此定位块的尺寸也是相对确定的，然而，由于每个患者的牙模都是独一无二的，而且每个治疗阶段对应的牙模也会发生改变，因此这会造成定位块过大，导致定位块凸出牙模侧表面的情况。因此，所述三个定位块中，至少有一个定位块需要满足以下条件：定位块的外露部分和相邻牙龈线的距离h需要大于或等于预设安全距离。具体地，所述相邻牙龈线指的是定位块外露部分所对应的牙龈线段，该牙龈线段的宽度大于或等于定位块外露部分的宽度。距离h具体指的是该牙龈线段与定位块的最小距离。当h大于或等于所述预设安全距离时，切削机的刀具在工作时不会与定位块发生干涉。
本实施例中，以图2所示的位于牙模中部的定位块作为例子，参见图2和图4，定位块的形状可能过大，导致定位块会在牙模的外侧露出且在牙模的内侧露出，由于牙模的牙龈线包括外牙龈线和内牙龈线，因此会出现两个h，此时我们选取最小的h与预设安全距离作比较。具体到图4，定位块与外牙龈线的距离h1需要大于或等于预设安全距离。
对比图4和图5可知，定位块的位置可影响牙模的总体高度，进而影响3D打印的打印用时和材料用量。需要说明的是，定位块的位置不可能无限制的向牙模内侧移动，因为当牙模中部的定位块向牙模内侧移动时，另外两个定位块的位置也会相应发生变化(三个定位孔的位置是相对固定的，相互制约的)，当牙模中部的定位块无限制地向牙模内侧移动时，可能会造成另外两个定位块与牙模的两端脱离连接，或者可能造成另外两个定位块对应的距离h小于预设安全距离。
因此，在本方案中，定位块位置需要权衡距离h、牙模总高度的相互影响。
S3、根据所述数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，所述第一牙模带有标识信息；
具体地，本实施例3D打印的方式可以是光固化3D打印(SLA、DLP、LCD)、3DP、MJF、FDM、Polyjet等。
打印机在接收所述切片打印文件后，可逐层打印所述切片层，层层叠加，最后得到三维实体的牙模。该实体牙模的底部设有标识码和定位孔。进一步的，3D打印后还包括后处理步骤，所述后处理步骤可根据3D打印技术类型进行选择。举例而言，当采用光固化3D打印技术时，后处理步骤可选择后固化、清洗等步骤。
S4、根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；所述第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；
具体地，本实施例打印完牙模，把经预热的高分子材料膜片在牙模上压膜制成壳状膜片。
优选地，压膜机中可设有图像采集终端，图像采集终端可通过拍摄牙模底部，识别出标识信息，将标识信息发送给服务器，服务器根据标识信息在数据库中调出对应的压膜指令，所述压膜指令可包括压力参数、膜片预热时间、压膜温度等。
本实施例在压膜工序之后，可得到表面覆有膜片的牙齿模型；之后针对牙齿模型，运用摄像头拍摄牙模底面图片，得到牙齿模型的图片信息；紧接着对牙齿模型的图片进行图像处理，满足识别系统所需的图片质量；基于GPU利用先验知识定位标识信息所处区域，并将其框出；将获得的框出图片，自动进行图片朝向的旋转；运用深度学习算法识别标识信息，并运用交叉验证的方法，选取最优的识别结果。
S5、对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器。
打标和切割工序中，本实施例会通过图像采集终端(CCD)对牙模(牙模表面附有膜片)底部进行拍摄，然后通过OCR识别技术，识别出标识信息，将标识信息发送给服务器，服务器根据标识信息在数据库中调出对应的打标指令或切割指令。
在打标处理中，打标指令会被传输到打标机中，打标机接收到当前牙模对应的打标指令后，会对第二牙模进行打标处理，在第二牙模的表面生成打标内容，即在壳状膜片上生成打标内容。具体地，打标机为激光打标机。切割工序中，切割指令会被传输到切割机中，切割机在收到切割指令，切割机的刀具会根据切割指令中的NC文件，沿着切割曲线对第二牙模的壳状膜片进行切割，去除壳状膜片上的多余部分，得到牙齿矫治器。
具体地，本实施例的OCR识别过程包括以下步骤：
S51、运用图像采集终端拍摄牙模底面图片，得到牙齿模型的图片信息；对牙齿模型的图片进行图像处理，满足识别系统所需的图片质量；
具体地，本实施例通过摄像头拍摄牙模获得图片并进行图像预处理；
针对上述特殊的牙模形态及其生产环境，所选取的摄像头具有红光辅助，有助于减少膜片反光，并且为广角镜头的摄像头，使得在本方案中镜头可以放得更近，装置体积可以缩小所选取的摄像头可有效满足抗干扰、轻量的条件；
最后为了得到所需的标识信息，对获取的图片进行图像预处理，基于图像阈值、连通性和形态操作将牙齿模型和膜片分割开，获得分割结果。
S52、基于GPU利用先验知识定位标识信息所处区域，并将其框出；
具体地，本实施例获取分割好的图片，基于神经网络和先验知识找到标的位置并框出，再利用GPU实现达到文字的实时定位；
所述GPU为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，本方案中，GPU的利用可以有效解决图像处理并行度和计算量大的难题，大大缩短处理时间；
使用基于深度学习的字符检测算法，首先计算图像中每个像素点处的文字概率，通过对概率图优化分析计算出每个字符的大致位置，并基于先验知识对识别结果进行剔除和填补；所述先验知识指标识信息采用的位数、字符集、字体、朝向、位置关系和相关硬件参数。
最终根据文字大致位置和先验条件，确定最终文字框位置，即完成标识信息的定位以及范围的划定。
S53、将获得的框出图片，自动进行图片朝向的旋转；
具体地，本实施例将获得的框定图片，自动进行图片朝向的旋转；
由于牙齿模型是任意方向的，因此标识信息也是任意方向的，为了准确的识别出标识信息，需要将框定的图片进行摆正，即自动将图片旋正；旋转的方法是以框图的中心为旋转轴，自动将其摆正，即主方向与水平方向平行。
S54、运用深度学习算法识别标识信息，并运用交叉验证的方法，选取最优的识别结果。
具体地，本实施例运用深度学习算法识别标识信息，并运用交叉验证的方法，选取最优的识别结果；
所述深度学习算法为通过学习样本数据的习得数据的内在规律和表示层次，可解释学习过程中诸如文字、图像和声音等数据，能够识别文字、图像和声音等数据的方法。在本方案中，将通过根据标识信息的字体类型及大小做特殊处理，并将标识信息样本数据进行训练并用于识别，具体的识别步骤为：
S541、对信息进行归一化预处理，即去噪、对比度增强；
S542、字体预测，输出的字符单位预测结果及置信度集合；
S543、结合字符库及校准位，输出最佳的识别结果。
更具体为，本实施例基于深度学习设计并实现标识信息识别算法，并通过模型集成进一步提高识别正确率。本发明实施例设计并实现了如下两个深度学习模型：
模型1：多层小卷积核神经网络模型。根据裁剪后的文本区域大小，设计多层小卷积核模型，输出层固定字符位数。对每一位同时训练正、反两个字符。模型使用自动生成的数据集进行训练，训练集包括不同字体、字体大小、旋转、模糊、噪音等数据。
模型2：基于LSTM网络模型，该模型主要针对文本线识别进行了优化，能辅助输出客观的字符布局分析，可结合二次识别对框中文本倾斜/偏移的情况进行修正；训练集采用正方向的随机文本行输入，固定字体，同时亦包括模型1训练集使用的模糊，噪音等数据。
按以上步骤得到识别结果后，本方案仍需进行多维验证识别结果，包括：
(1)在本实施例中，标识信息是按照一定的规则生成的，即标识信息的某个字可通过其余的字进行校验，由于3D打印工艺的影响，标识信息可能会出现被填充或者后处理工艺带来的瑕疵，从而给识别造成影响，而本方法针对此问题进行了标识信息自校验，有效解决标识信息残缺或者模糊带来的识别困难。举例而言，所述标识信息中的字符之间存在数学关系，当其中一个字符缺失或者无法识别时，可通过其他字符按照所述数学关系，得出所述缺失的或者无法识别的字符。
(2)为了识别结果更加稳定和精准，将框图的主方向旋转(均与水平方向平行)两次分别识别，选取其中置信度最高的结果作为最终的结果。由于不知道旋转后的标识信息是正放的还是倒放的，所以需要识别两次，选准确度最高的。
最后，根据所述最优识别结果，对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理；
对所述第二牙模进行脱模处理，得到牙齿矫治器。
如图6所示，在打标处理过程中，标识信息、牙模、蜂窝状底板、标识信息区域、膜片、定位块以及定位孔的位置如图6所示，其中，定位孔和定位块构成定位部。
另外，本实施例的各工序之间的工作环境是不同的，因此可通过运输小车(机器人)来运输工件，例如牙模和膜片等。
完成切割步骤后，还包括脱模，使矫治器(经切削加工后的壳状膜片)与牙模分开。进一步的，还可对矫治器进行进一步的加工处理，如打磨，得到成型的牙齿矫治器。
本发明实施例还提供了一种牙科器械的3D打印系统，包括：
模型构建模块，用于构建目标患者牙齿的数字三维模型；
前处理模块，用于对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型；
3D打印模块，用于根据所述数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，所述第一牙模带有标识信息；
压膜模块，用于根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；所述第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；
识别模块，用于对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理和/或切割处理，得到牙齿矫治器。
本发明实施例还提供了一种装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器用于根据所述程序执行如图1所述的方法。
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行完成如图1所述的方法。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种牙科器械的3D打印方法，其特征在于，包括：
构建目标患者牙齿的数字三维模型；
对所述数字三维模型进行前处理操作，所述前处理操作包括对所述数字三维模型进行牙龈线识别以及添加标识信息至所述数字三维模型；
根据所述数字三维模型进行3D打印，得到第一牙模，所述第一牙模带有标识信息；
根据所述第一牙模进行压膜处理，得到第二牙模；所述第二牙模包括第一牙模以及包覆第一牙模的壳状膜片；
对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理以及切割处理，得到牙齿矫治器；
所述对所述数字三维模型进行前处理操作，包括：
将所述数字三维模型自动摆放至指定位置；
对所述数字三维模型进行牙龈线识别；
对识别到的牙龈线进行去锐角处理和去偏移处理，得到切割曲线，并将所述切割曲线转化为NC文件；
生成对应所述数字三维模型的唯一标识信息；
将所述标识信息置于所述数字三维模型的对应区域；
所述将所述数字三维模型自动摆放至指定位置，包括：
获取所述数字三维模型；
检测所述数字三维模型的最大平面；
采用叉乘运算方法，计算所述数字三维模型的第一旋转角度以及第一旋转轴；
根据所述第一旋转角度和所述第一旋转轴，对所述数字三维模型进行空间旋转，获取牙齿模型；
将所述牙齿模型投影成牙齿轮廓曲线；
计算所述空间旋转前后的牙齿模型的方向向量；
根据所述方向向量，采用叉乘运算方法计算所述数字三维模型的第二旋转角度以及第二旋转轴；
根据所述第二旋转角度和所述第二旋转轴，对所述数字三维模型进行平面旋转。
2.根据权利要求1所述的一种牙科器械的3D打印方法，其特征在于，所述对所述数字三维模型进行前处理操作，还包括：
对所述数字三维模型进行分割，得到若干个切片层；
对所述数字三维模型进行空心处理；
对所述数字三维模型进行底板网格填充处理；
以及，在所述数字三维模型底部设置定位部。
3.根据权利要求1所述的一种牙科器械的3D打印方法，其特征在于，所述对所述数字三维模型进行牙龈线识别，包括：
获取所述数字三维模型的初始特征点；
对所述初始特征点进行去噪处理，得到最优特征点；
根据所述数字三维模型的形状和轮廓，通过遍历历史数据确定轮廓线；
将所述最优特征点和所述轮廓线进行拟合，形成初始拟合线；
根据所述初始拟合线，采用主成分分析方法获取所述数字三维模型的轮廓形状；
根据所述轮廓形状获取平滑牙龈线。
4.根据权利要求1所述的一种牙科器械的3D打印方法，其特征在于，所述对所述第二牙模进行标识识别，并根据识别结果对所述第二牙模进行打标处理以及切割处理，得到牙齿矫治器，包括：
获取第二牙模的图片信息；
从所述图片信息中提取所述标识信息所在区域的目标图片；
识别目标图片上的标识信息，并根据交叉验证方法获取最优识别结果；
根据所述最优识别结果，对所述第二牙模进行打标处理以及切割处理；
对所述第二牙模进行脱模处理，得到牙齿矫治器。
5.根据权利要求4所述的一种牙科器械的3D打印方法，其特征在于，所述识别目标图片上的标识信息，并根据交叉验证方法获取最优识别结果，包括：
对所述标识信息进行归一化预处理；
对归一化预处理后的标识信息进行字符识别，获取字符单位预测结果及置信度集合；
根据所述字符单位预测结果及置信度集合，结合字符库及校准位，获取最优识别结果。
6.一种牙科器械的3D打印装置，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器用于根据所述程序执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行完成如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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