牙科图像拍摄的全景轨道生成方法和装置与流程

1.本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种牙科图像拍摄的全景轨道生成方法和一种牙科图像拍摄的全景轨道生成装置。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高以及各种口腔诊所的兴起，人们越来越关注自身的口腔健康问题，调查表明，现阶段牙科医生往往因为全景拍片所需剂量较小、价格较低等因素，将此作为对患者常用口腔疾病检查的首要手段。全景拍片大多采用曲面断层重建技术。
3.在牙科全景成像系统中，牙齿理想的情况是定位在聚焦层，如果牙齿偏离聚焦层，得到的全景图像的空间分辨率和对比度较低，牙齿就会模糊，实际全景重建中不同牙齿聚焦层的拼接轨道不同。一个理想的重建轨道可以使每个牙齿重建后都是清晰的。
4.然而，考虑到不同人牙齿形态和大小各种各样，很难找到一个完全满足重建要求的理想轨道。因此，一个接近理想状态的重建轨道可以决定最终的牙齿全景质量的高低。在现有的参考文献中，常见的是基于几何约束的轨道生成方案，具体是根据各自全景运动轨迹建立几何关系，利用复杂的数学推导计算出不同帧的拼接系数，再利用一定的规则生成全景轨道。但是，该类方案需要操作者熟悉不同的牙科全景拍片系统的运动轨迹，而且需要构建对应该运动轨迹的几何模型，再通过一系列数学推导来计算轨道系数，导致生成全景轨道的难度较高。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述技术问题，提供了一种牙科图像拍摄的全景轨道生成方法，计算过程简单，具有更好的适应性，并且全景轨道的生成过程用时较少，进而能够提高整个牙科全景重建系统的运行效率。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种牙科图像拍摄的全景轨道生成方法，包括以下步骤：构建牙弓模型，其中，所述牙弓模型包括多个牙齿模拟点；获取所述牙弓模型的多组投影图像；确定每组所述投影图像中每个所述牙齿模拟点的目标位置；根据所述目标位置确定每组所述投影图像的目标系数；根据所述目标系数确定牙科图像拍摄的全景轨道。
8.根据本发明的一个实施例，所述牙弓模型为钢球牙弓模型，所述钢球牙弓模型的每个牙齿模拟点对应设置一个钢球。
9.根据本发明的一个实施例，所述确定每组所述投影图像中每个所述牙齿模拟点的目标位置，具体包括以下步骤：预处理每组所述投影图像；分割提取所述预处理后的每组所述投影图像；判断所述分割提取后的每组所述投影图像中是否存在所述钢球；若存在，则计算所述钢球的目标位置。
10.根据本发明的一个实施例，所述判断所述分割提取后的每组所述投影图像中是否存在所述钢球，具体包括以下步骤：判断所述分割提取后的每组所述投影图像中是否存在
非疑似目标；若存在，则剔除所述非疑似目标；判断所述剔除非疑似目标后的每组所述投影图像中是否存在所述钢球；若存在，则计算所述钢球的目标位置。
11.根据本发明的一个实施例，是否存在所述非疑似目标的判定条件如下：
[0012][0013]
其中，a(ci)表示分割提取结果的面积，ne(c
ij
)表示分割提取结果中第j个像素的邻域目标统计，n
ci
表示分割提取结果的目标总和，t1和t2是实验值。
[0014]
根据本发明的一个实施例，是否存在所述钢球的判定条件如下：
[0015][0016]
其中，w
ci
表示分割提取结果的宽，h
ci
表示分割提取结果的高，t3、t4和t5是实验值。
[0017]
根据本发明的一个实施例，所述钢球的目标位置的计算方式如下：
[0018][0019]
其中，p表示当前投影图像的目标位置，n
ci
表示分割提取结果的总目标数，y
cij
表示分割提取结果的第j个点的纵向坐标。
[0020]
根据本发明的一个实施例，每组所述投影图像的目标系数的计算方式如下：
[0021]vi
＝|p
i+1-pi|,i＝1,2,...,n
[0022]
其中，vi(i＝1,2,...,n)表示第i组投影图像的目标系数，|...|表示取绝对值，pi表示第i组投影图像的目标位置，n表示所述投影图像的总数量。
[0023]
根据本发明的一个实施例，所述根据所述目标系数确定牙科图像拍摄的全景轨道，具体包括以下步骤：根据所述目标系数确定牙科图像拍摄的节点位置；采用样条插值算法在所述节点位置之间插值以确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0024]
一种牙科图像拍摄的全景轨道生成装置，包括：建模模块，所述建模模块用于构建牙弓模型，其中，所述牙弓模型包括多个牙齿模拟点；获取模块，所述获取模块用于获取所述牙弓模型的多组投影图像；第一计算模块，所述第一计算模块用于确定每组所述投影图像中每个所述牙齿模拟点的目标位置；第二计算模块，所述第二计算模块用于根据所述目标位置确定每组所述投影图像的目标系数；第三计算模块，所述第三计算模块用于根据所述目标系数确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0025]
本发明的有益效果：
[0026]
1)、本发明不需要相应的牙科全景轨道的先验知识，并且不需要建立对应的几何模型以及该模型下的复杂数学推导过程，能够在仅利用预先构建的牙弓模型的基础上，根
据其投影图像得到最终的全景轨道，计算过程简单，具有更好的适应性；
[0027]
2)、本发明能够利用较简单的原理过程实现与常用的基于几何约束的轨道生成方案相当的结果，从而降低了对牙科全景机器运动轨迹知识的依赖，并且全景轨道的生成过程用时较少，进而能够提高整个牙科全景重建系统的运行效率。
附图说明
[0028]
图1为本发明实施例的牙科图像拍摄的全景轨道生成方法的流程图；
[0029]
图2为本发明一个实施例的牙弓模型的结构示意图；
[0030]
图3为本发明一个实施例的目标系数的结果示意图；
[0031]
图4为本发明实施例的牙科图像拍摄的全景轨道生成装置的方框示意图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
图1为本发明实施例的牙科图像拍摄的全景轨道生成方法的流程图。
[0034]
如图1所示，本发明实施例的牙科图像拍摄的全景轨道生成方法，包括以下步骤：
[0035]
s1，构建牙弓模型，其中，牙弓模型包括多个牙齿模拟点。
[0036]
具体地，可先获取人体牙弓的基本参数，例如人体牙齿的基本数量(人体牙齿数量为27)，然后可对应构建牙弓模型，例如可采用27个钢球构建图2所示的钢球牙弓模型，并且该钢球牙弓模型的每个牙齿模拟点对应设置一个钢球。
[0037]
s2，获取牙弓模型的多组投影图像。
[0038]
具体地，可先设定初始全景轨道，然后可根据该初始全景轨道拍摄获取牙弓模型，即钢球牙弓模型的多组投影图像，例如可拍摄获取n帧钢球牙弓模型投影图像。其中，初始全景轨道可为先知的牙弓拍摄轨道。
[0039]
s3，确定每组投影图像中每个牙齿模拟点的目标位置。
[0040]
具体地，可预处理每组投影图像，并分割提取预处理后的每组投影图像，然后可判断分割提取后的每组投影图像中是否存在钢球，其中，若存在，则计算钢球的目标位置。
[0041]
更具体地，可对每组投影图像进行亮度校正、以及坏点坏线校正，然后可采用非局部均值滤波算法对校正后的每组投影图像进行去噪处理，从而实现每组投影图像的预处理。其中，非局部均值滤波算法可通过cuda编程，由此，能够解决非局部均值滤波的运行速度问题。
[0042]
进一步地，可对预处理后的每组投影图像进行最大类间方差阈值分割，然后可对分割后的全局结果进行连通域提取。其中，连通域提取的结果可标记为ci，i＝1,2，...，n，其中，n为连通域提取结果，即分割结果的数量。
[0043]
进一步地，可判断分割提取后的每组投影图像中是否存在非疑似目标，若存在，则剔除非疑似目标。需要说明的是，非疑似目标为连通域提取后、且判定为非钢球的目标，并且若分割提取后的结果，即连通域提取结果被判定为非疑似目标，则可消除该连通域提取
结果。
[0044]
其中，是否存在非疑似目标的判定条件如下：
[0045][0046]
其中，a(ci)表示分割提取结果，即连通域提取结果ci的面积，ne(c
ij
)表示分割提取结果，即连通域提取结果ci中第j个像素的邻域目标统计，n
ci
表示分割提取结果，即连通域提取结果ci的目标总和，t1和t2是实验值。
[0047]
进一步地，可判断剔除非疑似目标后的每组投影图像中是否存在钢球，若存在，则计算钢球的目标位置，若不存在，则将该投影图像目标位置记为0。
[0048]
其中，是否存在钢球的判定条件如下：
[0049][0050]
其中，w
ci
表示分割提取结果的宽，h
ci
表示分割提取结果的高，t3、t4和t5是实验值。
[0051]
需要说明的是，若不满足上述是否存在钢球的判定条件中的任一条件，则判定不存在钢球，并将对应投影图像的目标位置记为0，并转向处理下一组投影图像；若满足上述是否存在钢球的判定条件中的所有条件，则计算钢球的目标位置。
[0052]
进一步地，钢球的目标位置的计算方式如下：
[0053][0054]
其中，p表示当前投影图像的目标位置，n
ci
表示分割提取结果的总目标数，y
cij
表示分割提取结果的第j个点的纵向坐标。
[0055]
s4，根据目标位置确定每组投影图像的目标系数。
[0056]
具体地，可通过下列公式计算每组投影图像的目标系数：
[0057]vi
＝|p
i+1-pi|,i＝1,2,...,n
[0058]
其中，vi(i＝1,2,...,n)表示第i组投影图像的目标系数，|...|表示取绝对值，pi表示第i组投影图像的目标位置，n表示投影图像的总数量。
[0059]
需要说明的是，能够反应含钢球的投影图像的运动轨迹，因此，每组投影图像的目标系数可作为构建全景轨道的基准，例如，对应图2所示的牙弓模型的投影图像，若t1取值为3、t2取值为4、t3取值为20、t4取值为4、t5取值为0.92，可得到图3所示的目标系数结果。
[0060]
s5，根据目标系数确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0061]
具体地，可根据目标系数确定牙科图像拍摄的节点位置，然后采用样条插值算法在节点位置之间插值以确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0062]
更具体地，节点位置的数量对应钢球的数量，例如可为27个，并且节点位置的计算方式如下：
[0063][0064]
其中，i表示钢球的序号，1≤i≤27,round(...)表示最邻近的整数值，n
bi
表示第i个钢球所覆盖的投影组数，表示第i个钢球所覆盖的投影图像的序号，表示第i个钢球所覆盖的投影图像的目标系数，n
xi
表示第i个节点位置对应的投影图像的序号，n
yi
表示第i个节点对应的系数。
[0065]
进一步地，在计算得到节点位置后，可初始化第一组投影图像和最后一组投影图像的目标系数，然后可采用三次b样条插值算法对所有投影图像的节点位置之间插值，并且节点位置之间插入点数为：
[0066]
ini＝n
x(i+1)-n
xi-1。
[0067]
进一步地，可根据牙科图像拍摄的节点位置，以及节点位置之间的插入点确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0068]
本发明的有益效果如下：
[0069]
1)、本发明不需要相应的牙科全景轨道的先验知识，并且不需要建立对应的几何模型以及该模型下的复杂数学推导过程，能够在仅利用预先构建的牙弓模型的基础上，根据其投影图像得到最终的全景轨道，计算过程简单，具有更好的适应性；
[0070]
2)、本发明能够利用较简单的原理过程实现与常用的基于几何约束的轨道生成方案相当的结果，从而降低了对牙科全景机器运动轨迹知识的依赖，并且全景轨道的生成过程用时较少，进而能够提高整个牙科全景重建系统的运行效率。
[0071]
对应上述实施例提出的牙科图像拍摄的全景轨道生成方法，本发明还提出了一种牙科图像拍摄的全景轨道生成装置。
[0072]
如图4所示，本发明实施例的牙科图像拍摄的全景轨道生成装置，包括建模模块10、获取模块20、第一计算模块30、第二计算模块40和第三计算模块50。其中，建模模块10用于构建牙弓模型，其中，牙弓模型包括多个牙齿模拟点；获取模块20用于获取牙弓模型的多组投影图像；第一计算模块30用于确定每组投影图像中每个牙齿模拟点的目标位置；第二计算模块40用于根据目标位置确定每组投影图像的目标系数；第三计算模块50用于根据目标系数确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0073]
在本发明的一个实施例中，建模模块10可先获取人体牙弓的基本参数，例如人体牙齿的基本数量(人体牙齿数量为27)，然后可对应构建牙弓模型，例如可采用27个钢球构建图2所示的钢球牙弓模型，并且该钢球牙弓模型的每个牙齿模拟点对应设置一个钢球。
[0074]
在本发明的一个实施例中，获取模块20可用于设定初始全景轨道，然后可根据该初始全景轨道拍摄获取牙弓模型，即钢球牙弓模型的多组投影图像，例如可拍摄获取n帧钢球牙弓模型投影图像。其中，初始全景轨道可为先知的牙弓拍摄轨道。
[0075]
在本发明的一个实施例中，第一计算模块30可用于预处理每组投影图像，并分割提取预处理后的每组投影图像，然后可判断分割提取后的每组投影图像中是否存在钢球，其中，若存在，则计算钢球的目标位置。
[0076]
更具体地，可对每组投影图像进行亮度校正、以及坏点坏线校正，然后可采用非局部均值滤波算法对校正后的每组投影图像进行去噪处理，从而实现每组投影图像的预处理。其中，非局部均值滤波算法可通过cuda编程，由此，能够解决非局部均值滤波的运行速度问题。
[0077]
进一步地，可对预处理后的每组投影图像进行最大类间方差阈值分割，然后可对分割后的全局结果进行连通域提取。其中，连通域提取的结果可标记为ci，i＝1,2，...，n，其中，n为连通域提取结果，即分割结果的数量。
[0078]
进一步地，可判断分割提取后的每组投影图像中是否存在非疑似目标，若存在，则剔除非疑似目标。需要说明的是，非疑似目标为连通域提取后、且判定为非钢球的目标，并且若分割提取后的结果，即连通域提取结果被判定为非疑似目标，则可消除该连通域提取结果。
[0079]
其中，是否存在非疑似目标的判定条件如下：
[0080][0081]
其中，a(ci)表示分割提取结果，即连通域提取结果ci的面积，ne(c
ij
)表示分割提取结果，即连通域提取结果ci中第j个像素的邻域目标统计，n
ci
表示分割提取结果，即连通域提取结果ci的目标总和，t1和t2是实验值。
[0082]
进一步地，可判断剔除非疑似目标后的每组投影图像中是否存在钢球，若存在，则计算钢球的目标位置，若不存在，则将该投影图像目标位置记为0。
[0083]
其中，是否存在钢球的判定条件如下：
[0084][0085]
其中，w
ci
表示分割提取结果的宽，h
ci
表示分割提取结果的高，t3、t4和t5是实验值。
[0086]
需要说明的是，若不满足上述是否存在钢球的判定条件中的任一条件，则判定不存在钢球，并将对应投影图像的目标位置记为0，并转向处理下一组投影图像；若满足上述是否存在钢球的判定条件中的所有条件，则计算钢球的目标位置。
[0087]
进一步地，钢球的目标位置的计算方式如下：
[0088][0089]
其中，p表示当前投影图像的目标位置，n
ci
表示分割提取结果的总目标数，y
cij
表示分割提取结果的第j个点的纵向坐标。
[0090]
在本发明的一个实施例中，第二计算模块40可通过下列公式计算每组投影图像的目标系数：
[0091]vi
＝|p
i+1-pi|,i＝1,2,...,n
[0092]
其中，vi(i＝1,2,...,n)表示第i组投影图像的目标系数，|...|表示取绝对值，pi表示第i组投影图像的目标位置，n表示投影图像的总数量。
[0093]
需要说明的是，能够反应含钢球的投影图像的运动轨迹，因此，每组投影图像的目标系数可作为构建全景轨道的基准，例如，对应图2所示的牙弓模型的投影图像，若t1取值为3、t2取值为4、t3取值为20、t4取值为4、t5取值为0.92，可得到图3所示的目标系数结果。
[0094]
在本发明的一个实施例中，第三计算模块50可用于根据目标系数确定牙科图像拍摄的节点位置，然后采用样条插值算法在节点位置之间插值以确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0095]
更具体地，节点位置的数量对应钢球的数量，例如可为27个，并且节点位置的计算方式如下：
[0096][0097]
其中，i表示钢球的序号，1≤i≤27,round(...)表示最邻近的整数值，n
bi
表示第i个钢球所覆盖的投影组数，表示第i个钢球所覆盖的投影图像的序号，表示第i个钢球所覆盖的投影图像的目标系数，n
xi
表示第i个节点位置对应的投影图像的序号，n
yi
表示第i个节点对应的系数。
[0098]
进一步地，在计算得到节点位置后，可初始化第一组投影图像和最后一组投影图像的目标系数，然后可采用三次b样条插值算法对所有投影图像的节点位置之间插值，并且节点位置之间插入点数为：
[0099]
ini＝n
x(i+1)-n
xi-1。
[0100]
进一步地，可根据牙科图像拍摄的节点位置，以及节点位置之间的插入点确定牙科图像拍摄的全景轨道。
[0101]
本发明的有益效果如下：
[0102]
1)、本发明不需要相应的牙科全景轨道的先验知识，并且不需要建立对应的几何模型以及该模型下的复杂数学推导过程，能够在仅利用预先构建的牙弓模型的基础上，根据其投影图像得到最终的全景轨道，计算过程简单，具有更好的适应性；
[0103]
2)、本发明能够利用较简单的原理过程实现与常用的基于几何约束的轨道生成方案相当的结果，从而降低了对牙科全景机器运动轨迹知识的依赖，并且全景轨道的生成过程用时较少，进而能够提高整个牙科全景重建系统的运行效率。
[0104]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0105]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0106]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。