基于多目立体视觉的牙模三维数字化采集与重建研究

摘要

目前，在临床口腔正畸领域，主要的方式是采集患者石膏牙模型来进行诊断治疗的。在石膏牙模型上观察测量牙齿的咬合面、牙弓、排列来分析得到治疗方案。由于口腔正畸治疗的周期比较长，病人的增加会产生大量的石膏牙模型，在大量的牙模型中进行查找会带来一系列的管理问题。且占空间，容易损坏，这给石膏牙模型的储藏也带来极大的困难。特别的，石膏牙模型形状复杂，测量时需要医生手工去测量，容易引起误差并浪费时间精力。获取三维数字化牙颌模型，采用计算机辅助诊断技术使口腔正畸更趋于数字化、可视化、精确化、智能化。
　　当前获取三维牙颌数据的方式主要有基于激光点扫描、结构光扫描、CBCT等方式，激光点扫描时间长、存在盲区；结构光扫描设备复杂、操作繁琐；CBCT精度不能满足临床应用，且价格高昂。国内市场上还没有专门用于牙模型三维扫描的产品。本文拟研制一套基于多目立体视觉的牙模三维数字化采集与重建系统，其成本低廉、操作简单。针对目前基于模板的标定过程中操作复杂等缺点，提出了一种改进型的自标定方法。通过分析牙模图像立体匹配中存在误匹配、遮挡、视差稀疏等问题，本文结合特征匹配和置信传播匹配，提出了一种基于边缘特征区域的置信传播立体匹配算法，使视差图更加的精确、稠密。
　　本系统采用2台高像素CMOS数字相机，从不同的角度采集牙模图像来分析获取数字化的三维牙颌模型。在具体的研究中，图像的采集模块，主要是设计成像模型并搭建视觉环境，用软件同步驱动2台相机从不同角度获取高质量的牙模图像。相机的标定模块，提出了一种基于角点引导的改进型自标定方法，不依靠标定板直接获取相机的内外参数，把图像坐标、相机坐标与真实世界坐标对应起来，并用极线约束理论校正了牙模图像。图像的立体匹配模块，提出了一种改进型的基于边缘特征区域的置信传播立体匹配算法，得到稠密的视差图。三维配准及显示模块，主要是把不同角度的点云数据拼接成一个完整的牙模型并三维重建显示。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 选题依据及研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4本文研究内容

第二章 技术方案的提出

2.1 技术方案分析

2.2 立体视觉技术

2.3本文系统设计

2.4 本文研究目标

第三章 牙颌图像采集平台设计与实现

3.1 相机同步触发

3.2 视觉照明设计

3.3 本章小结

第四章 一种改进型自标定方法与实现

4.1相机标定

4.2 系统成像模型设计

4.3 基于标定板标定

4.4 改进型自标定方法的提出及实现

4.5牙颌图像矫正

4.6 本章小结

第五章 基于边缘特征的BP算法及实现

5.1 立体匹配理论分析

5.2 基于特征区域的BP算法提出及实现

5.3程序实现及结果分析

5.4 本章小结

第六章 三维配准及重建实现

6.1 空间点坐标计算

6.2 牙颌点云配准

6.3本章小结

第七章 全文总结

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果