一种牙齿三维网格模型的自动分割方法技术

本发明专利技术提出一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，包括自动化的曲率阈值选取操作，特征区域骨架化操作，利用距离场约束方法闭合特征区域间隙，以及将分割出的不相交集合分配不同的颜色四大特色功能。算法包括：初始特征区域提取，形态学操作，移除初始分割中的多余分支，闭合特征骨架中的间隙，过度分割的处理。使用本发明专利技术的分割算法，自动化程度高，仅需输入牙齿个数，就可以完整的将牙齿模型中的每个牙齿分割出来，极大的减轻了医务工作者的工作压力。

An automatic segmentation method for tooth 3D mesh model

The invention proposes an automatic segmentation method for 3D mesh model of teeth, including automatic curvature threshold selection operation, feature area skeleton operation, closed feature space gap by distance field constraint method, and four distinctive features of different colors which are divided into disjoint sets. The algorithm includes: initial feature extraction, morphological operation, removal of the redundant branches in the initial segmentation, the gap in the feature skeleton, and the over segmentation processing. The segmentation algorithm of the invention has high automation level and only needs to input the number of teeth. It can completely separate every tooth in the tooth model and greatly reduce the work pressure of the medical workers.

【技术实现步骤摘要】
一种牙齿三维网格模型的自动分割方法
本专利技术涉及牙齿模型数字化
，特别涉及一种牙齿三维网格模型的自动分割方法。
技术介绍
随着人们美学观念的提高以及对外表完美形象的追求，越来越多的人们开始整形和美容，而牙齿错颌畸形不仅影响自信，也妨碍社交、工作。正畸的主要目的就是将牙齿排列整齐，建立良好的咬合功能，美化容貌，最终使患者拥有一付健康、整齐、美白的牙齿。当前，口腔正畸学已被认为是口腔保健治疗中的一个必不可少的重要部分。在传统牙齿正畸治疗中，治疗设备需要反复调整以达到正确矫正牙齿的目的，患者不能自行取戴，不仅周期较长，代价昂贵，而且容易引起口腔疾病。目前开发出一种新型无托槽隐形矫正技术，利用了计算机三维成型技术。新治疗方法将与牙颌形状有一定差别的弹性矫正装置配戴于被矫治牙齿上，产生约束力使牙齿向矫正方向移动。该矫正技术实施的过程中需要测量牙齿参数、模拟牙齿移动以及重新排列牙齿，而这些操作都需要预先分离出单颗牙齿。目前提出的牙齿分割算法大多是通过交互选择一个种子点，然后将种子点周围的相似像素合并到种子点像素所属的区域中，再使用区域增长方法对牙齿模型进行分割，分割出单颗牙齿。但这样操作方法，交互过程太多，十分繁琐，很影响工作效率。有鉴于此，本专利技术意在提出一种全自动的牙齿分割方法，减少人机交互，简化操作过程，减少医务人员的工作量。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所述问题，本专利技术提供一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，针对于目前常用的牙齿分割方法，人机交互多，操作过程繁琐的问题。本专利技术自动化程度高，仅需输入牙齿个数，就可以完整的将牙齿模型中的每个牙齿分割出来，极大的减轻了医务工作者的工作压力。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，包括如下步骤：步骤一、将牙齿3D模型数据导入系统内存当中，进行可视化显示；步骤二、检测牙齿模型当中每一个顶点的信息，包括：三角面片的法向量、三角网格顶点的法向量以及三角网格顶点和曲面的曲率，设置一个初始曲率阈值；步骤三、根据曲率阈值，将牙齿模型中符合要求的区域进行统一标记，得到特征区域；步骤四、对由步骤三中得到特征区域，通过形态学操作，进行修补；步骤五、对由步骤四中得到特征区域经过骨架化操作对特征区域细化处理，得到特征骨架线；步骤六、对由步骤五中得到的特征骨架线进行修剪操作，去除骨架线中的多余分支；步骤七、由步骤六中得到的光滑特征骨架线将牙齿模型中的部分牙齿边界勾勒出来，形成封闭的区域；对这些封闭的区域分配不同的颜色；步骤八、通过判断特征骨架线两侧的颜色(不包括白色)是否相同，若相同则删除该部分特征骨架线；此时，每个色块中的多余分支被剔除；步骤九、构建距离场，将距离特征线3毫米的区域定义为连接区域，所有的闭合操作都被限制在这个范围内；步骤十、确定特征骨架线中的连接点，在构建的连接区域内，连接点之间不断的通过一环邻域，二环邻域向外扩展，找到连接点之间的中间点；步骤十一、将链接点与中间点之间的搜索路径添加到特征骨架线当中，将特征骨架线闭合，实现不相交区域的封闭，此时牙齿模型被分为一个个独立区域；步骤十二、对步骤十一中的独立区域分配不同的颜色；删除特征骨架线中两侧的颜色(包括白色)相同的部分；步骤十三、计算各个色块的面积，删除面积小于第二大色块四分之一的小色块；步骤十四、对步骤十三中的部分色块，通过面积约束和距离约束方式进行处理，合并对半分割的牙齿；步骤十五、将步骤十四操作后的色块重新按照顺序编号，将欠分割的牙齿提取出来；步骤十六、对步骤十五中提出的欠分割牙齿，根据其标号单独进行再次区域增长操作，直到发生曲率突变，停止增长，得到完整的牙齿分割结果；步骤十七、对步骤十六得到的分割结果中的色块(不包括白色)进行计数，若数量等于用户输入的牙齿数，结束分割，显示结果；步骤十八、若数量与用户输入牙齿数不同，调整曲率阈值；如果步骤十六中的色块(不包括白色)，数小于用户输入牙齿数，则在当前曲率阈值上加0.01；反之在当前曲率阈值上减0.01；再次执行步骤三到步骤十七；步骤十九、当步骤十八不再执行时，得到完整的分割结果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术为一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，针对于目前常用的牙齿分割方法，人机交互多，操作过程繁琐的问题。本专利技术自动化程度高，仅需输入牙齿个数，就可以完整的将牙齿模型中的每个牙齿分割出来，极大的减轻了医务工作者的工作压力。附图说明图1为本专利技术的牙齿3D数字模型自动分割算法流程图；图2为本专利技术的形态学操作后的特征骨架线；图3为本专利技术设置的距离场；图4为本专利技术的距离场闭合特征骨架线；图5为本专利技术给每个封闭区域上色；图6为本专利技术最终分割结果。具体实施方式以下结合附图对本专利技术提供的具体实施方式进行详细说明。一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，包括如下步骤：步骤一、将牙齿3D模型数据导入系统内存当中，进行可视化显示；步骤二、检测牙齿模型当中每一个顶点的信息，包括：三角面片的法向量、三角网格顶点的法向量以及三角网格顶点和曲面的曲率，设置一个初始曲率阈值；步骤三、根据曲率阈值，将牙齿模型中符合要求的区域进行统一标记，得到特征区域；步骤四、对由步骤三中得到特征区域，通过形态学操作，进行修补；步骤五、对由步骤四中得到特征区域经过骨架化操作对特征区域细化处理，得到特征骨架线；步骤六、对由步骤五中得到的特征骨架线进行修剪操作，去除骨架线中的多余分支；步骤七、由步骤六中得到的光滑特征骨架线将牙齿模型中的部分牙齿边界勾勒出来，形成封闭的区域；对这些封闭的区域分配不同的颜色；步骤八、通过判断特征骨架线两侧的颜色(不包括白色)是否相同，若相同则删除该部分特征骨架线；此时，每个色块中的多余分支被剔除；步骤九、构建距离场，将距离特征线3毫米的区域定义为连接区域，所有的闭合操作都被限制在这个范围内；步骤十、确定特征骨架线中的连接点，在构建的连接区域内，连接点之间不断的通过一环邻域，二环邻域向外扩展，找到连接点之间的中间点；步骤十一、将链接点与中间点之间的搜索路径添加到特征骨架线当中，将特征骨架线闭合，实现不相交区域的封闭，此时牙齿模型被分为一个个独立区域；步骤十二、对步骤十一中的独立区域分配不同的颜色；删除特征骨架线中两侧的颜色(包括白色)相同的部分；步骤十三、计算各个色块的面积，删除面积小于第二大色块四分之一的小色块；步骤十四、对步骤十三中的部分色块，通过面积约束和距离约束方式进行处理，合并对半分割的牙齿；步骤十五、将步骤十四操作后的色块重新按照顺序编号，将欠分割的牙齿提取出来；步骤十六、对步骤十五中提出的欠分割牙齿，根据其标号单独进行再次区域增长操作，直到发生曲率突变，停止增长，得到完整的牙齿分割结果；步骤十七、对步骤十六得到的分割结果中的色块(不包括白色)进行计数，若数量等于用户输入的牙齿数，结束分割，显示结果；步骤十八、若数量与用户输入牙齿数不同，调整曲率阈值；如果步骤十六中的色块(不包括白色)，数小于用户输入牙齿数，则在当前曲率阈值上加0.01；反之在当前曲率阈值上减0.01；再次执行步骤三到步骤十七；步骤十九、当步骤十八不再执行时，得到完整的分割结果。如图1所示，将上述步骤概括为以下步骤：1.初始特征区域提取；2.形态学操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将牙齿3D模型数据导入系统内存当中，进行可视化显示；步骤二、检测牙齿模型当中每一个顶点的信息，包括：三角面片的法向量、三角网格顶点的法向量以及三角网格顶点和曲面的曲率，设置一个初始曲率阈值；步骤三、根据曲率阈值，将牙齿模型中符合要求的区域进行统一标记，得到特征区域；步骤四、对由步骤三中得到特征区域，通过形态学操作，进行修补；步骤五、对由步骤四中得到特征区域经过骨架化操作对特征区域细化处理，得到特征骨架线；步骤六、对由步骤五中得到的特征骨架线进行修剪操作，去除骨架线中的多余分支；步骤七、由步骤六中得到的光滑特征骨架线将牙齿模型中的部分牙齿边界勾勒出来，形成封闭的区域；对这些封闭的区域分配不同的颜色；步骤八、通过判断特征骨架线两侧的颜色是否相同，其中不包括白色，若相同则删除该部分特征骨架线；此时，每个色块中的多余分支被剔除；步骤九、构建距离场，将距离特征线3毫米的区域定义为连接区域，所有的闭合操作都被限制在这个范围内；步骤十、确定特征骨架线中的连接点，在构建的连接区域内，连接点之间不断的通过一环邻域，二环邻域向外扩展，找到连接点之间的中间点；步骤十一、将链接点与中间点之间的搜索路径添加到特征骨架线当中，将特征骨架线闭合，实现不相交区域的封闭，此时牙齿模型被分为一个个独立区域；步骤十二、对步骤十一中的独立区域分配不同的颜色；删除特征骨架线中两侧的颜色相同的部分,包括白色；步骤十三、计算各个色块的面积，删除面积小于第二大色块四分之一的小色块；步骤十四、对步骤十三中的部分色块，通过面积约束和距离约束方式进行处理，合并对半分割的牙齿；步骤十五、将步骤十四操作后的色块重新按照顺序编号，将欠分割的牙齿提取出来；步骤十六、对步骤十五中提出的欠分割牙齿，根据其标号单独进行再次区域增长操作，直到发生曲率突变，停止增长，得到完整的牙齿分割结果；步骤十七、对步骤十六得到的分割结果中的色块进行计数，其中不包括白色，若数量等于用户输入的牙齿数，结束分割，显示结果；步骤十八、若数量与用户输入牙齿数不同，调整曲率阈值；如果步骤十六中得到的色块，其中不包括白色，数量小于用户输入牙齿数，则在当前曲率阈值上加0.01；反之在当前曲率阈值上减0.01；再次执行步骤三到步骤十七；步骤十九、当步骤十八不再执行时，得到完整的分割结果。...

【技术特征摘要】
1.一种牙齿三维网格模型的自动分割方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将牙齿3D模型数据导入系统内存当中，进行可视化显示；步骤二、检测牙齿模型当中每一个顶点的信息，包括：三角面片的法向量、三角网格顶点的法向量以及三角网格顶点和曲面的曲率，设置一个初始曲率阈值；步骤三、根据曲率阈值，将牙齿模型中符合要求的区域进行统一标记，得到特征区域；步骤四、对由步骤三中得到特征区域，通过形态学操作，进行修补；步骤五、对由步骤四中得到特征区域经过骨架化操作对特征区域细化处理，得到特征骨架线；步骤六、对由步骤五中得到的特征骨架线进行修剪操作，去除骨架线中的多余分支；步骤七、由步骤六中得到的光滑特征骨架线将牙齿模型中的部分牙齿边界勾勒出来，形成封闭的区域；对这些封闭的区域分配不同的颜色；步骤八、通过判断特征骨架线两侧的颜色是否相同，其中不包括白色，若相同则删除该部分特征骨架线；此时，每个色块中的多余分支被剔除；步骤九、构建距离场，将距离特征线3毫米的区域定义为连接区域，所有的闭合操作都被限制在这个范围内；步骤十、确定特征骨架线中的连接点，在构建的连接区域内，连接点之间不断的通过一环邻域，二环邻域向外...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵骥，吴晓翎，王浥丞，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21