牙体影像的接合方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种牙体影像的接合方法，特别是指可根据多个牙体影像的重复区 域彼此叠合而接合影像的方法。
【背景技术】
[0002] 在建立口腔内牙体的影像时，牙科医生会持一探头伸入患者的口腔中以进行牙体 的拍摄。以下颚为例，若要取得整排牙齿的舌侧面影像，则牙科医生需要对下颚的牙齿进行 拍摄一系列的影像，例如沿着患者左边的大臼齿往右边的大臼齿方向的轨迹拍摄。于拍摄 完成后，由与该探头连线的电脑装置接收这些影像，该电脑装置可分辨出这些影像彼此间 的关联性，将该多个影像接合而得到完整的一下颚牙齿舌侧面影像。
[0003] 然而，由于牙科医生进行拍照时，手持探头的拍照角度不尽相同，因此当该多个影 像彼此接合后，牙齿轮廓有可能产生不连续的状况，例如牙缝的线条产生错位，造成不精确 的牙齿影像。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种牙体影像的接合方法，用以解决现有技术中接合影像不 连续的问题。
[0005] 本发明的技术方案是提供一种牙体影像的接合方法包含有：
[0006] 由一探头取得一第一影像与一第二影像；
[0007] 由一影像处理装置接收并存储这些影像，以计算该第一影像与第二影像之间的重 复区域以及该第二影像的一第一位移量，以利用该第一位移量移动该第二影像；
[0008] 获取该第二影像中的齿面特征点以及于非齿面特征区域的样本点Bsi ;
[0009] 计算该第二影像齿面特征点与样本点Bsi在第一影像中的对应点Asi ;
[0010] 根据Asi与Bsi建立一旋转矩阵与该第二影像的一第二位移量，以根据该旋转矩 阵与第二位移量移动该第二影像与第一影像接合。
[0011] 根据本发明的方法，根据第一位移量以初步移动该第二影像，再根据该旋转矩阵 与第二位移量以进行第一影像与第二影像彼此相对位置的微调，通过此微调手段可将第一 影像与第二影像对齐，避免牙齿轮廓不连续的情况。
【附图说明】
[0012] 图1 :本发明的系统方块示意图。
[0013] 图2 :本发明较佳实施例的流程示意图。
[0014] 图3 :本发明中第一影像的示意图。
[0015] 图4 :本发明中第二影像的示意图。
[0016] 图5 :本发明中第一影像的重复区域示意图。
[0017] 图6 :本发明中第二影像的重复区域示意图。
[0018] 图7 :本发明中第一影像与第二影像根据第一位移量接合的示意图。
[0019] 图8 :本发明中第一影像与第二影像进一步由第二位移量接合的示意图。
[0020] 主要元件符号说明
[0021] 10 探头
[0022] 11姿态感测器
[0023] 20影像处理装置
[0024] 31第一影像
[0025] 310重复区域
[0026] 311缺损部分
[0027] 320重复区域
[0028] 32第二影像
[0029] 40 牙齿
[0030] 41牙缝处
[0031] 42牙缝处
【具体实施方式】
[0032] 请参考图1所示，执行本发明方法的系统包含有一探头10与一影像处理装置20， 该影像处理装置20可为电脑，连线到该探头10以进行数据传输。图2为本发明方法的流 程图。
[0033] 首先该探头10取得多个牙体的影像，各影像的三维数据以空间坐标参数所表示 (步骤101)。该探头10可为手持式探头或固定式探头，以手持式探头为例，牙科医师将探头 10伸入患者的口腔内以进行牙齿的拍摄作业，其中该探头10内设有一姿态感测器11，该姿 态感测器11可为陀螺仪，用以产生该影像当下的空间坐标参数，在直角坐标系统下，空间 坐标参数包含有X轴旋转索引值（yaw)、y轴旋转索引值（pitch)、z轴旋转索引值（roll)、 X坐标（dx)、y坐标（dy)与z坐标（dz),是以,每张拍摄的影像都有对应的空间坐标参数。 以下颚牙齿为例，该探头10可沿着患者左侧的大臼齿、小臼齿、犬齿至门牙方向的轨迹对 不同牙齿的舌侧面依序拍摄，进而得到多个具有连续关系的牙体影像。
[0034] 以探头10拍摄得到多个影像后，由该影像处理装置20接收并存储这些影像与对 应的空间数据参数（步骤102)，于取得这些影像后，该影像处理装置20负责将这些影像彼 此接合。请参考图3与图4所示，本发明以两个接续拍摄的第一影像31与第二影像32的 接合动作为例说明，该两影像31、32各自拍到相同的牙齿40,其中第一影像31与第二影像 32为点云数据（point cloud)。
[0035] 该影像处理装置20可在直角坐标系统进行影像接合的运算。在进行接合之前，请 参考图5与图6,首先该影像处理装置20计算该第一影像31与第二影像32之间的重复区 域310、320以及第二影像32的一第一位移量（步骤103)。所述重复区域310、320是指该 两影像31、32所拍到相同物体（即牙齿40)的分布区域。在直角坐标系统中，该第一影像 31与第二影像32主要是排列在X轴上，因此若要接合该两影像31、32,则是令该第一影像 31朝第二影像32沿着X轴平移，或令第二影像32朝第一影像31沿着X轴平移，直到第一 影像31与第二影像32的重复区域310、320彼此重叠，本较佳实施例是令第二影像32朝第 一影像31沿着X轴平移。
[0036] 假设平移前该第二影像32包含一参考点，该参考点的坐标为Bi,则平移后该参 考点新坐标为Bnewi,则Bnewi = Bi+Dx，Dx为第二影像32的第一位移量，其中i = 1，2， 3,. . .，NB, NB为第二影像32点云数据的总点数。Dx是在[Dini-d，Dini+d]范围内搜寻取 得，[Dini-d，Dini+d]的范围是由使用者操作该影像处理装置20而设定，Dini为初始位移 量，d为搜寻范围。
[0037] 关于第一位移量Dx的建立，本发明是根据三维物体（即第一影像31与第二影 像32)的深度图（depth image),深度图可以D (X，y)表示之，并计算深度图的梯度大小 (gradient magnitude)，本发明是将梯度沿着Y轴方向投影为例，进而分别计算该第一影像 31与第二影像32于X坐标的梯度累计值。是以，该两影像31、32共产生两个梯度累计值。 其中请参考图5,拍摄第一影像31时，因拍摄死角或唾液反光而导致第一影像31有缺损部 分311，缺损部分311不列入运算，其梯度累计设为0。
[0038] 本发明深度图的梯度大小表示为|D(x，y) I，通过滤波器计算如下，本发明是采用 Sobel滤波器：
[0045] 则该第一影像31与第二影像32的梯度累计值则可分别表示为AccA(X)与 AccB (X)，该第一影像31与第二影像32的梯度累计值相关性可表示如下：
[0048] 该第一位移量为-?' = arg ) .=·
[0049] 请参考图7所示，即是将该第二影像32根据第一位移量平移后，与第一影像31初 步接合的示意图，由图5~图7中可见，该第一影像31与第二影像32的重复区域310、320 已大致重叠，惟牙缝处41 (由较密集的点所构成的区域代表牙缝）产生不连续的情形。
[0050] 为了微调第一影像31与第二影像32的相对位置以达到对齐目的时，首先获取该 第二影像32中的齿面特征点（步骤104)，接着获取该第二影像32在非齿面特征区域的样 本点（步骤105)，如此一来，因为是利用获取出来的特征点与样本点进行后续计算，不是影 像中的每一点数据进行计算，除了可以降低运算数据量，还可以提升较具代表性特征点的 比例，以提高运算速度并增进比对的精确度。
[0051] 在第104步骤中，齿面特征点为齿面的三维几何特征点，即具有明显几何变化的 特征点。本发明可利用曲率计算三维几何变化。以S(p) (shape index)表示几何特征，考 虑点云数据中的任一点P，则
[0053] S(p)介于0与1之间，其中kl (p)与k2 (p)分别为该p点的两个主曲率（principal curvature),且kl (p)彡k2 (p) ;S (p)为0时代表p的周边形状是球杯状（spherical cup), S(p)为1时代表p的周边形状是球冠状（spherical cap)，至于中间值0. 5则表示p点为马 鞍点（saddle point)，至于其他的值则介于这些形状之间。由于牙齿上包含有凹陷处、凸起 处与马鞍处，故S (p)可分别表不牙齿的凹陷处、凸起处与马鞍处，其中S (p)为1~0. 9时代 表P的周边形状是球冠状，S (p)为0~0. 1时代表p的周边形状是球杯状，S (p)为0. 45~ 0.55时代表p点为马鞍点，以上S(p)的数值范围仅是较佳实施例而已，不用以限制本发明。 因此，对该第二影像32的点云数据进行S(p)的计算，可取得该第二影像32特征点。
[0054] 于齿面特征点取完后，进行第105步骤以在非齿面特征区域获取样本点，本发明 可利用均匀取样手段（uniform sampling)对该第二影像32的非齿面特征区域获取样本 点，该非齿面特征区域指该第二影像32中齿面特征点以外的区域。本较佳实施例中，定义 三维坐标系的Z轴为深度，因此沿着X轴与Y轴，并于每间隔距离Λ X与Λ y进行取样，即 可完成样本点的获取动作。
[0055] 根据第104步骤与第105步骤分别取得齿面特征点与样本点后，接着计算第一影 像31与第二影像32的对应关系。以第二影像32为例，取其特征点与样本点的联集后，其 联集内包含有一点Bsi，i = 1，2,3. . . NBS，NBS为第二影像32齿面特征点数量与样本点数 量的总和，若第一影像31包含有一点Asi，i = 1，2,3· · · NAS，NAS = NBS，Asi为Bsi的对 应点（corresponding point),则（Asi，Bsi)形成两影像的对应关系。因为探头10在进行 口内扫描拍照时，口腔内被遮蔽的地方无法被扫描到，例如从颊侧或舌侧拍摄时凹陷处易 被遮蔽，导致第二影像32的一点Bsi无法与第一影像31对应而产生误差，因此本发明以内 插手段修补第一影像31与第二影像32因遮蔽所产生的空缺处，以解决数据缺失造成的对 应困难。本发明的内插手段可以是线性内插（linear interpolation)、三次内插（cubic interpoIation)或其他内插方式，所述内插计算为公知常识，再此不赘述。
[0056] 计算第一影像31与第二影像32的对应关系时，以第二影像32中任一 Bsi点为 例，将该Bsi与第一影