[发明专利]一种高精度多角度口腔三维数字成像模型构建方法

说明书

本发明公开了一种高精度多角度口腔三维数字成像模型构建方法，其步骤包括：1)在口腔内布置多个设定特征的控制点；2)获取口腔的多角度图像；从每一图像中提取特征点，并将该图像中控制点对应的点作为特征点补入该图像的特征点集中；3)对步骤2)中特征点进行匹配和解算，得到各个图像传感器的初始概略位姿和稀疏三维特征点；4)根据初始概略位姿和稀疏三维特征点建立观测方程并进行平差优化，得到优化的图像传感器参数，然后对每张图像实施密集匹配，形成相对尺度下的高密集点云；5)对高密度点云进行尺度变换，基于得到的坐标真实的绝对尺度高密集点云生成高精度的口腔三维数字成像模型。本发明提高了光束法平差的收敛效率和精度。

技术领域

本发明涉及一种高精度多角度口腔三维数字成像模型构建方法，属于口腔医学、摄影测量和计算机视觉应用领域。

背景技术

数字三维模型构建在口腔医学中的应用是近年来口腔医学发展最快的领域之一，具有精度高、操作灵活、实现迅捷等特点。其能够使医生和患者能够根据不同三维结构的相对关系和几何形态确定手术方案，因而被广泛应用于口腔修复和口腔正畸等专业，推动了口腔医学向精准化、数字化和个性化等方向发展。

目前口腔数字三维模型的构建方法主要有条纹法和图像法。所谓条纹法主要是通过在口腔内投射条纹的方法获取控制点，从而构建三维模型，该方法中使用的条纹投射装置和观测装置保持不变，而需要调整口腔角度，虽然精度很高，但是操作步骤技巧性要求较高，尤其是对口腔内遮挡部分不能一次成像，很难一次获得整个口腔的三维模型；图像法是指通过图像提取控制点，从而构建三维模型，该方法能够获取整个口腔的三维模型，但是提取的特征点一般位于具有明显灰度差异的部位，而对于光滑或者色调均匀的区域，控制点较少，精度较低。因此，迫切需要一种精度高，且能获取整个口腔模型的三维数字模型构建方法。

发明内容

本发明的目的是针对数字三维模型构建在口腔医学中的应用现状，以及现有口腔三维数字模型构建方法的局限性，提出一种高精度多角度口腔三维数字成像模型构建方法。

本发明的概念示意图如图1所示，其实现方法包括以下步骤：

第一步，在口腔内布置一定数量的“十字”型控制点。

包括“十字”型控制点设计制作；“十字”型控制点布置。

第二步，通过高分辨率图像传感器模块获取口腔的多角度图像，提取图像中所述控制点对应的点作为特殊特征点，角点作为一般特征点，通过提取与匹配特征点进而获取各个图像传感器的初始概略位置和姿态参数。

包括一般特征点与控制点的提取和匹配，这里的控制点归属于特殊的、精度级别最高的特征点；粗差特征点的去除；对于相邻的两个图像传感器，在所成图像重叠部分中选择八个特征点采用经典的“八点”算法，确定两个传感器坐标系之间的相对方位关系，进而确定每个图像传感器成像时的各自空间位置和姿态，这里相邻的两个图像传感器构成一个立体像对模型，拥有单独一个空间坐标系；利用前方交会算法，得到当前立体像对下所有二维特征点对应的三维特征点空间坐标；由于相邻的多个立体像对模型下的坐标系独立不统一，基于相邻立体像对模型之间重叠部分的三个以上数量的公共三维特征点，进行七参数坐标系转换，得到坐标系统一的图像传感器初始概略位姿和稀疏三维特征点。

第三步，将第二步得到的图像传感器初始概略位姿和稀疏三维特征点纳入光束法平差模型建立观测方程并进行平差优化，得到优化的高精度位姿与三维特征点参数；基于优化参数，对每张图像实施密集匹配形成相对尺度下的高密集点云。

包括建立参数化的光束法平差观测方程；基于观测方程进行区域网平差；基于平差结果实施的密集匹配。

第四步，依据基准尺的真实长度对相对尺度下的高密度点云进行尺度变换，得到坐标真实的绝对尺度高密集点云。

第五步，基于绝对尺度高密集点云生成高精度的可量测口腔三维数字成像模型。