一种多频相移牙齿三维重建方法技术

本发明专利技术公开一种多频相移牙齿三维重建方法，该方法包括如下步骤：步骤A：将多帧有一定相移的条纹光栅图像，通过投影仪投射到待测物体上；步骤B：由相机采集带有光栅的物体图像，并传递到PC主机；步骤C：采用多频外差相移算法计算出物体图像连续的相对相位值；步骤D：将所得到的相对相位值展开以进行三维重构，得出光栅的绝对相位值；步骤E：再依据相机的标定参数来计算牙齿真实数据，采用多幅多角度点云数据图像拼合以后，由软件合并数据并封装，获取牙模的曲面。本发明专利技术采用结构光的方式，通过多频相移的方式对牙齿进行三维重建，该方式能够有效的降低成本，达到在低成本的基础上，快速并有效实现牙齿模型的数据成型的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种多频相移牙齿三维重建方法
本专利技术涉及口腔测量技术，具体涉及一种多频相移牙齿三维重建方法。
技术介绍
传统的口腔修复体制作流程具体为：根据患者病变情况进行修复体制备→咬合硅胶或树脂等材料，翻制口腔牙齿形态，经石膏灌注，复制口腔组织形态模型→在模型上结合患者的口腔情况，做具体设计→在技工中心由专职的技工完成切割代型，涂抹间隙剂，雕刻蜡型等各项复杂的工序→最后包埋铸造成金属修复体，在烤瓷炉上均匀烤上瓷层，透色美化，完成修复体的制作→经过精细加工达到要求后，在患者口内试合、就位、调整，以恢复丧失的形态和功能→定期复查、修正、维护使之正常行使生理功能，至此，完成传统的口腔修复治理过程。传统的修复过程几乎每一步都是手工操作，流程繁琐，存在效率低、治疗周期长、修复精度不高、患者痛苦大、修复结果无法仿真模拟等缺陷，不能满足患者快速恢复牙体功能的要求。这种修复方式越来越不能适应市场的需求。因此，需要一种新的快速制作牙齿修复体方法，将传统的以周、月计量的治疗周期，改为以小时、分钟为单位，大大缩短治疗周期；将传统的手工操作，改为计算机自动化处理，提高工作效率，让传统的让患者频繁试戴、调整和交互，改为数字化模拟仿真，减轻患者痛苦；将传统的一声凭经验目测，改为高精度的定量测量，保证修复体的制作精度和质量，这就是数字化口腔修复技术。现有对于口腔测量方法有：一、间接测量方式间接测量是将患者口内牙齿通过石膏翻制，利用三维测量系统对石膏工作模测量间接获得牙齿的三维数据。这种测量方式避免了口内测量各种复杂环境的限制，测量速度要求不高，可以获得精度较高且稳定的患者牙体三维数字模型，但测量需要印模翻制，花费额外的时间，增加诊疗的周期和成本，也引入了咬模误差，增加了患者的咬模痛苦。该类测量又包括接触式和非接触式两类，接触式主要指三坐标测量方法，非接触式主要包括激光线结构光测量，光栅面结构光测量，双目立体视觉测量，断层扫描测量等。间接测量方式是目前研究和应用的主流。(1)接触式三坐标测量接触式三坐标测量是一种传统的逆向数据采集方法，在工业中早已得到应用，相关技术较为成熟。该方法通用性强、精度高、能与柔性制造系统相连接，利用测量臂末端安装的探针在规划好的测量路径上反复接触模型表面，获取三维数据。通过程序补偿探针半径，可以获得较高的测量精度，但机械装置控制探针的移动非常耗时。该方法对于形态较为复杂的牙齿模型测量困难，如牙齿形态中的倒凹，嵌体等。目前，该方法在口腔测量中的应用逐渐减少。典型的口腔商用测量系统有Minnesota系统，是由美国Minnesota大学RekowED等人研制，由微型遥控探测臂(机器触觉装置)控制机械探针，在患者口腔内或牙模表面的牙冠、面窝、尖、脊等部位采集形态数据，其优点是不用退缩牙龈，不受外界影响，即可获得预备体边缘的准确数据，精度可以控制在40μm～60μm范围内；Titan系统，又称为DCS系统，该系统由以色列研究开发并由瑞士巴塞尔的DCS(DigitizingComputerSystem)productionAG公司生产制造，测量精度达50μm。这种逐点测量的方法测量数据有限，对于测量不到的数据进行曲线拟合插值，不仅损伤了精度，而且费时；还有包括RekowED博士研发并由德国BEGO公司生产DentiCAD系统，苏黎士牙学院Eidenbinz设计瑞士Mikroma公司生产的Celay系统，及英国雷尼绍公司(Renishaw)和意大利DEA公司等，这些系统基本上均是最早期的测量系统。(2)线激光测量线激光测量方法在技术上属于结构光视觉测量，该方法的基本原理是三角法，激光投射出的光线在空间呈一个光平面，投射到物体表面的激光线受物体高度发生调制变形，变形曲线上的点映射进摄像机，该点与光平面之间形成几何三角关系，利用标定的系统参数实现被测物体的三维测量。Rioux和Bird在1993年基于该原理实现了物体形貌的测量，后来使用单条纹投影器代替了传统的激光器；Curless和Levoy认为每个像素的时域峰值是最准确的激光条位置，光条的提取精度直接决定测量的准确性；Goesele，Fuchs和Seidel对测量的精度方面也进行了深入研究，提出的斜楞边界调制技术提高了测量的精度；后续出现了很多的精度改进算法。基于激光的方法主要缺点是测量速度慢，每次只能实现一条线的数据测量。典型口腔测量系统包括：Duret系统，也称为SophaBioconcet系统，是法国里昂大学牙医学院的FrancoisDuret教授领导的研究小组和SophaBioconcept公司联合开发制造；丹麦3Shape公司于2007年左右推出的3ShapeDental3DScanner设备也是采用激光扫描测量，该系统由两个CCD相机和一个激光器组成，测量的速度慢是其主要的缺点；Cicero系统，Cicero为Computer-integratedcrownreconstruction的缩写，是荷兰Elephant公司的产品，激光扫描探测器发出640mm的氦氖激光束，呈线状照射到石膏模型上，光照方向为Z轴，反射光被面阵列CCD(600×625像素)摄像机接受，通过三角测量法实现模型三维面形数据测量；德国DCSDentalAG公司的PRECISCAN激光三维测量仪可完成较陡峭预备体的测量，扫描高度达35mm，1分钟内可以采集300000个数据点。(3)面结构光测量法基于面结构光模式的方法原理上类似于线激光结构光方法，不同之处在于投射器投影面结构光每次可实现整面数据的测量。根据编解码实现方式不同，可分为空间维编码和时间维编码。空间维编码是根据一幅图像内邻近像素编码信息实现整幅图像正确解码，进而实现被测物体的三维形貌测量，模式类型很多，Boyer和Kak提出的具有四种彩色信息的垂直条状编码；Ito提出的栅格模式；Chen等定义的由彩色信息组成的垂直条纹编码；后来又出现了更高鲁棒性的DeBruijnsequences系列空间编码模式；具有窗口匹配快速特性的M-arrays编码模式等。该类方法一般仅需一幅图像即可实现被测物体三维形貌的恢复，具有动态测量的应用前景，但是，该方法测量精度有限。基于时间维的结构光编码是研究较为广泛的方法，1989年Besl提出的格雷码方法是较早的时间维编码，该编码被认为是变形的二进制编码，码词的准确性和稳定性高于二进制编码；后来在Zongker和Werner提出了一种类似的方法，不同之处在于将显示器放在物体的背后，通过折射特性实现更大角度的测量；相移也是研究较多的一种编码方法，Oppenheim和Lim早在1981年最早进行了研究，目前研究主要集中在相位展开正确性和稳定性方面。Bone是第一个研究基于相位质量导向的相位展开算法的学者，后来陆续出现了很多的相位展开算法。相位求解的非正线性误差是普遍存在的问题，Schwider从相位的高次谐波影响方面进行了深入研究。另外，还有很多的面结构光编码方法如二进制编码，N位编码，伪随机编码，格雷码-线移，相移编码等。该类方法编码稳定、误差小。Cerec系统是基于光栅面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频相移牙齿三维重建方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n步骤A：将多帧有一定相移的条纹光栅图像，通过投影仪投射到待测物体上；/n步骤B：由相机采集带有光栅的物体图像，并传递到PC主机；/n步骤C：采用多频外差相移算法计算出物体图像连续的相对相位值；/n步骤D：将所得到的相对相位值展开以进行三维重构，得出光栅的绝对相位值；/n步骤E：再依据相机的标定参数来计算牙齿真实数据，采用多幅多角度点云数据图像拼合以后，由软件合并数据并封装，获取牙模的曲面。/n

【技术特征摘要】
1.一种多频相移牙齿三维重建方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤A：将多帧有一定相移的条纹光栅图像，通过投影仪投射到待测物体上；
步骤B：由相机采集带有光栅的物体图像，并传递到PC主机；
步骤C：采用多频外差相移算法计算出物体图像连续的相对相位值；
步骤D：将所得到的相对相位值展开以进行三维重构，得出光栅的绝对相位值；
步骤E：再依据相机的标定参数来计算牙齿真实数据，采用多幅多角度点云数据图像拼合以后，由软件合并数据并封装，获取牙模的曲面。


2.根据权利要求1所述的一种多频相移牙齿三维重建方法，其特征在于，步骤A中，采用DLP投影机进行快速投影。


3.根据权利要求1所述的一种多频相移牙齿三维重建方法，其特征在于，步骤B中，相机至少采集三组物体图像。


4.根据权利要求3所述的一种多频相移牙齿三维重建方法，其特征在于，步骤C中，相对相位值的计算公式如下：
Ii(x,y)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos[φ(x,y)+δi]
其中，Ii(x，y)为图像的平均光强，I’(x，y)为光强的振幅，δi分别为图像的相位移，φ(x，y)为待计算的每一个点的相对相位值。

【专利技术属性】
技术研发人员：钟波，
申请(专利权)人：武汉易维晟医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42