[发明专利]一种基于ICP算法与点云剔除算法的牙齿配准方法

权利要求书

1.一种基于ICP算法与点云剔除算法的牙齿配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在补牙之前对口腔牙列进行CBCT扫描，获取牙齿表面的三维点云数据；

步骤二，识别龋齿的虫洞区域，利用区域生长算法将牙洞表面点云从扫描得到的牙齿表面点云中分离，然后利用点云孔洞修补技术，将牙齿表面点云的孔洞进行修补，进而拟合为完整的牙齿点云数据；

步骤三，待补牙操作完成之后再次利用CBCT对龋齿进行扫描，得到补牙后的三维点云数据；

步骤四，采用ICP算法与点云剔除算法对补牙后的三维点云数据与拟合的完整的牙齿点云数据进行配准，并识别出待去除的补牙材料量；

其中，所述步骤二中的区域生长算法包括：首先对扫描得到的牙齿表面点云中点的曲率进行排序，选取曲率最小的点作为种子点，然后比较种子点与邻域点的曲率，将曲率在阈值范围内的点加入同一区域中；具体包括以下：(1)设置一空的种子点序列和空的聚类数组，选好初始种子点后，将其加入到种子点序列中，并搜索邻域点；(2)对于每一个邻域点，比较邻域点的法线与当前种子点的法线之间的夹角，将小于平滑阈值的邻域点加入到当前区域中，然后检查邻域点的曲率，将小于曲率阈值的邻域点加入到种子点序列中；(3)在进行种子点邻域判断后，删除当前种子点，利用新加入的种子点继续生长，重复进行以上步骤(1)至(3)的生长过程，直到种子点序列被清空，该区域生长完成，将其加入聚类数组；

所述步骤二中的点云孔洞修补技术包括：首先计算点云的平均点距，算法为：

(1)计算出包含全部点云的最小包围盒，得到x，y，z三个轴向上的长度d_x、d_y和d_z；

(2)计算预估栅格边长L，使用公式：

其中α₀为一标量，用于调节栅格边长的大小，d_x、d_y和d_z分别为x、y、z轴方向的长度，n为点云数据的数目；

(3)使用长、宽、高均为L的立方体将最小包围盒栅格化，得到全部栅格数N；

(4)遍历所有点云数据，将其置入栅格中，统计得到非空栅格数N_cell，通过以下公式算出整幅点云的平均点距：

其次，进行边界特征点检测，计算待检测数据点P与其邻域点构成的向量之间的夹角，并设定最大夹角阈值；如果超出最大夹角阈值则认为其为边界特征点；识别出边界特征点后，将无序的特征点进行排序，随后将无序的点连接成边界线。

2.根据权利要求1所述的一种基于ICP算法与点云剔除算法的牙齿配准方法，其特征在于，利用点云孔洞修补技术对牙齿表面孔洞进行修补前，先对闭合孔洞边界进行预处理，包括以下步骤：

(1)均匀孔洞边界：计算每条边的长度，如果超过2倍平均点距则取其中点加入到孔洞边界中；

(2)统一边界方向：将孔洞边界都统一为逆时针方向；

(3)内外边界判断：如果点云非全建模，识别闭合孔洞并判断是否为外部边界轮廓，若为外部边界轮廓则对其进行去除；

完成上述三步预处理后进入填充点计算。