一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法与流程

本发明涉及一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法，属于计算机图像处理领域。

背景技术：

1、随着口腔医疗技术的不断发展和进步，口腔锥形束计算机断层扫描 (cone beamcomputed tomography，简称cbct)在临床中的应用也越来越广泛，例如用于种植牙手术前后分析、正畸分析和口腔疾病诊断等。医生在口腔诊疗过程中，为了能够更好地观察患者的口腔状态，需要观察口腔全景片以获取更多信息，cbct影像可以通过图像处理技术生成全景片，而生成全景片需要先从cbct影像中生成牙弓区域，然后再提取出准确的牙弓线。

2、传统获取牙弓线的方法是依靠口腔医生的临床经验，通过手动绘制牙弓线的点，然后口腔图像处理软件根据医生绘制的点自动拟合出牙弓线，这种方法很花费医生时间和精力，并且对医生的临床经验要求很高，而且难以保证精确度，牙弓线生成效率低。由于牙弓区域存在不平滑边缘等因素影响，所以生成的牙弓区域骨架分支也是各种各样，目前还没有专门针对牙弓区域骨架复杂多变分支的删除方法。

3、因此为了解决上述技术问题，提供一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法以解决现有技术不足甚为必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法，通过自动提取提取牙弓区域骨架、找出分叉点和端点，以及牙弓区域骨架分支的删除，实现牙弓线生成的全自动化。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法，基于自适应方法生成的以像素值为1的点为前景点、像素值为0的点为背景点的牙弓区域图像，按如下步骤，实现牙弓线生成：

3、步骤1：创建一个与牙弓区域图像大小相同的临时图像，将牙弓区域图像的内容拷贝到临时图像内，获得第一图像；并从第一图像中牙弓区域外周开始遍历第一图像的每个点，按如下步骤100至步骤111将满足条件的前景点置换为背景点，循环迭代操作，直到第一图像中没有可置换的前景点，即完成牙弓区域骨架提取；

4、步骤100：在第一图像中任意选择1个点作为当前点，进入步骤101开始遍历；

5、步骤101：判断当前点的像素值，如果像素值为1，则进入步骤103；如果像素值为0，则进入步骤102；

6、步骤102：判断遍历是否完成，如果遍历完成，则进入步骤105；如果遍历未完成，则将下一个点更新为当前点，并进入步骤101；

7、步骤103：以当前点为中心的九宫格点中，当前点有8个相邻点，判断当前点的相邻点是否同时满足条件a、条件b、条件c和条件d，同时满足则进入步骤104，不同时满足则进入步骤102；

8、条件a：8个相邻点的像素值总和大于等于2，且小于等于6；

9、条件b：顺时针遍历8个相邻点，出现连续两点的像素值依次为0和1的次数为1；

10、条件c：当前点正上方、正右方和正下方的点中，至少一个点的像素值为0；

11、条件d：当前点正右方、正下方和正左方的点中，至少一个点的像素值为0；

12、步骤104：将当前点标记为可删除，进入步骤102；

13、步骤105：在第一图像中将所有标记为可删除的点的像素值更新为0，获得第二图像，进入步骤106；

14、步骤106：在第二图像中任意选择1个点作为当前点，进入步骤101再次进行遍历；

15、步骤107：判断当前点的像素值，如果像素值为1，则进入步骤109；如果像素值为0，则进入步骤108；

16、步骤108：判断遍历是否完成，如果遍历完成，则进入步骤111；如果遍历未完成，则将下一个点更新为当前点，并进入步骤107；

17、步骤109：以当前点为中心的九宫格点中，该点有8个相邻点，判断当前点的相邻点是否同时满足条件a、条件b、条件e和条件f，同时满足则进入步骤110，不同时满足则进入步骤108；

18、条件a：8个相邻点的像素值总和大于等于2，且小于等于6；

19、条件b：顺时针遍历8个相邻点，出现连续两点的像素值依次为0和1的次数为1；

20、条件e：当前点当前点正上方、正右方和正左方的点中，至少一个点的像素值为0；

21、条件f：当前点当前点正上方、正下方和正左方的点中，至少一个点的像素值为0；

22、步骤110：将该点标记为可删除，进入步骤108；

23、步骤111：在第二图像中将所有标记为可删除的点的像素值更新为0，获得第三图像，即为牙弓区域的骨架图像，然后进入步骤2；

24、步骤2：遍历牙弓区域骨架图像，找出所有像素值为1的前景点并记录坐标，遍历每个前景点，并记录其8个相邻点中的前景点坐标，生成前景点字典；

25、步骤3：基于步骤2获得的前景点字典，找出端点和分叉点；其中，端点的相邻点中只有1个前景点；分叉点则从有至少3个相邻点的前景点中寻找；

26、步骤4：基于前景点字典记录的各前景点及其相邻前景点，从任一分叉点开始，分叉点与各相邻点分别连接成为一条分支，再分别沿各分支方向依次连接各前景点的相邻点，各分支逐步延伸，直到相邻点为另一个分叉点或端点为止，该分支完成延伸；遍历所有前景点，获得牙弓区域骨架的所有分支；其中，两端点都是分叉点的分支为分叉点分支；一端为分叉点，另一端为端点的分支为端点分支；

27、步骤5：基于步骤4获得的牙弓区域骨架的所有分支，分情况删除分支，最终获得一条没有分叉点，只有两个端点的新牙弓区域骨架；

28、步骤6：对新牙弓区域骨架包含的所有前景点依次进行编号，从其中一个端点开始，编号为1，另一个端点编号为 m，将新牙弓区域骨架包含的所有前景点变成有序点，并从前景点字典中获得各前景点的坐标，构成有序前景点列表；

29、步骤7：基于预设采样点数量 n，将新牙弓区域骨架分割成 n个样本，通过如下公式计算样本长度 a：

30、 a=[ m/ n]

31、其中， m为新牙弓区域骨架包含的前景点数量；运算[ x]表示取 x的整数部分；

32、步骤8：在各样本相同位置分别取1个样本点，并在有序前景点列表中分别获得对应的坐标，即获得 n个样本点及其坐标，对 n个样本点进行预设次数的样条插值，以获得平滑的曲线，该曲线即为牙弓线。

33、进一步地，前述的步骤3中找出分叉点的方法具体如下：

34、步骤301：寻找出邻居点个数为3个及3个以上的前景点，并分别识别各前景点的坐标（ x， y）；

35、步骤302：将各前景点的 x值进行两两对比， x值相差在2以内的分为同一小组，同一个点不重复参与分组；

36、步骤303：判断各小组点的数量，如果小组点的数量超过4个，则将该小组的点进行再分组，将小组内各点坐标的 y值进行两两对比， y值相差在2以内的分为同一小组，同一个点不重复参与分组；

37、步骤304：分别从各小组里找出分叉点；如果小组只有1个点，则该点即为分叉点；如果小组中点的数量为2个及2个以上，取小组中出现次数最多 x值和出现次数最多 y值，组合的坐标点为该小组的分叉点；如果小组中 x值或 y值没有重复值，则该小组没有分叉点。

38、进一步地，前述的步骤5中按条件删除分支的步骤具体如下：

39、步骤501：统计牙弓区域骨架中分叉点的数量，如果牙弓区域骨架中不存在分叉点，则无需删除分支，进入步骤508；如果牙弓区域骨架中存在至少1个分叉点，则进入步骤502；

40、步骤 502：任意选择1个分叉点作为当前点，进入步骤503开始遍历；

41、步骤 503：提取以当前点为起点的分支，如果分支中有至少2条分叉点分支，则进入步骤504；如果分支中只有1条分叉点分支，则进入步骤505；如果分支中没有分叉点分支，则进入步骤506；

42、步骤504：在以当前点为起点的分叉点分支中，判断有无回路分支；如果有回路分支，保留最短的分叉点分支，删除其他分叉点分支；如果没有回路分支，则不做删除；其中，具有相同起点和终点的分支为回路分支；在以当前点为起点的端点分支中，如果端点坐标的 y值小于预设分割值，则删除该端点分支；然后进入步骤507；

43、步骤505：判断以当前点为起点的端点分支中是否存在邻近端点分支，如果存在邻近端点分支，保留较长的端点分支，删除较短的端点分支；如果不存在邻近端点分支，则不做删除；其中，两条端点分支的端点坐标的 x值相差在图像宽度的1/2内，且 y值相差在图像高度的1/2内，则这两条端点分支为邻近端点分支；图像宽度由前景点列表中最大 x值与最小 x值的差计算而得，图像高度由前景点列表中最大 y值与最小 y值的差计算而得；然后进入步骤507；

44、步骤506：比较以当前点为起点的各端点分支的长度，保留最长的两条端点分支，删除其他端点分支；然后进入步骤507；

45、步骤507：判断遍历是否完成，如果遍历完成，则更新牙弓区域骨架以及前景点字典，然后进入步骤501；如果遍历未完成，则将下一个分叉点更新为当前点，并进入步骤503；

46、步骤508：将当前牙弓区域骨架记为新牙弓区域骨架。

47、进一步地，前述的步骤504中的预设分割值取图像高度的4/5。

48、本发明所述一种基于牙弓区域骨架分支删除的牙弓线生成方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

49、1、本发明的牙弓区域骨架分支删除方法是专门针对牙弓区域骨架而设计的，根据牙弓区域骨架分支的特征，能处理复杂多变的骨架分支，并且，生成的牙弓线准确性高；

50、2、本发明通过前景点字典的方式记录所有前景点和邻居点，可以快速查找和删除分支，提升牙弓线生成的速度；

51、3、本发明采用等弧长采样方法，生成的牙弓线拟合程度高；

52、4、本发明提出的牙弓线生成过程完全自动化进行，无需人工干预，鲁棒性高。