微小型數(shù)字化口腔測量關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、數(shù)字化技術(shù)在口腔修復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用引發(fā)了口腔修復(fù)的技術(shù)革命，簡潔、高效、精確的數(shù)字化流程替代了繁瑣、耗時、粗糙的傳統(tǒng)手工方式，不僅提高了修復(fù)的精度，而且大大減輕了患者的痛苦。數(shù)字化口腔測量是口腔數(shù)字化修復(fù)得以進(jìn)行的基礎(chǔ)，直接決定著口腔修復(fù)的質(zhì)量。本文結(jié)合口腔臨床醫(yī)學(xué)實(shí)際應(yīng)用，深入研究了基于機(jī)器視覺的數(shù)字化口腔三維測量關(guān)鍵技術(shù)，包括圖像處理技術(shù)、攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)、相位求解技術(shù)、測量重建技術(shù)、數(shù)據(jù)拼接技術(shù)和系統(tǒng)軟硬件研發(fā)技術(shù)等，并自主研發(fā)了兩

2、套高精度口腔專用測量原型系統(tǒng)：小型口外測量系統(tǒng)D3DscannerⅠ和微型口內(nèi)測量系統(tǒng)D3DscannerⅡ。本文的主要研究內(nèi)容概括為：
　　 1、建立了口腔三維測量模型，從標(biāo)定和重建方面分別進(jìn)行了分析，設(shè)計了口腔測量系統(tǒng)的研發(fā)思路和系統(tǒng)軟硬件的總體研發(fā)框架。
　　 2、提出了基于整體測量誤差分布模型的系統(tǒng)標(biāo)定解決方案。首先根據(jù)CCD成像噪聲及清晰度進(jìn)行了標(biāo)定前處理，使用基于矩的方法精確提取了標(biāo)定輸入數(shù)據(jù)，然后，基于徑向

3、一致約束，使用最小二乘和分布收斂算法獲得系統(tǒng)元器件非線性參數(shù)初始標(biāo)定，建立系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)“捆綁”關(guān)系，優(yōu)化標(biāo)定結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后，將系統(tǒng)理論模型與實(shí)際物理模型誤差作為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，基于多平面隱式模型再次優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的全局優(yōu)化標(biāo)定和恢復(fù)，其中的全局優(yōu)化步驟解決了口內(nèi)微型測量系統(tǒng)的特殊標(biāo)定需求。
　　 3、提出了一種用于非連續(xù)牙齒曲面形態(tài)的相位展開算法。首先對相位質(zhì)量評估因子從物理模型角度進(jìn)行定義和擴(kuò)展，并綜合數(shù)理統(tǒng)計和圖像處理技術(shù)

4、提出了一種對相位噪聲靈敏的“調(diào)制度-Laplace”質(zhì)量評估因子，然后以絕對相位標(biāo)識為導(dǎo)向進(jìn)行相位展開，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜非連續(xù)牙齒曲面形態(tài)的穩(wěn)定相位求解，其中的動態(tài)鏈表修改保證了相位展開的速度。
　　 4、提出了對非正弦性相位誤差有抵抗力的線性正弦相移算法和無絕對相位線圖的相移算法。前者綜合利用反正切三角函數(shù)極值收斂特性和相位求解零點(diǎn)特性，使非正弦性波動誤差降低為傳統(tǒng)補(bǔ)償算法的1/9，提高了相位求解精度；后者巧妙的利用三幅和四幅圖像的

5、調(diào)制度差異，將絕對相位標(biāo)識圖隱含，使相位求解所需的5幅圖像減少為4幅，提高相位求解圖像采集時間約20％。
　　 5、提出了面向小型口腔外測量系統(tǒng)的基于雙轉(zhuǎn)軸粗拼和ICP精拼的兩步優(yōu)化拼合算法。首先基于平面靶標(biāo)采用特征值法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動軸和擺動軸的初始位姿標(biāo)定，然后，采用融合點(diǎn)到點(diǎn)距離和點(diǎn)到面距離模型的綜合度量函數(shù)的迭代收斂算法，通過分層次的迭代終止條件設(shè)定，實(shí)現(xiàn)小型口腔外測量數(shù)據(jù)的精確拼合。
　　 6、提出了用于空間無約束微型

6、口內(nèi)測量的優(yōu)化拼合算法?；跍y量過程中多源圖像和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的單應(yīng)性關(guān)系，使用尺度不變性特征檢測算子對灰度紋理二維圖像和基于相移的二維半深度圖像進(jìn)行特征檢測，然后，利用圖像特征點(diǎn)匹配實(shí)現(xiàn)三維測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空間初始定位，最后，采用改進(jìn)的ICP算法實(shí)現(xiàn)口腔測量數(shù)據(jù)的精確、穩(wěn)定的優(yōu)化拼合。
　　 7、在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵算法研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)兩款不同類型的口腔修復(fù)用三維測量原型樣機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了精確標(biāo)定、快速測量、全景拼接、精確重建及同步協(xié)