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《南京航空航天大学》 2012年
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微小型数字化口腔测量关键技术研究及应用

崔海华  
【摘要】:数字化技术在口腔修复医学领域的应用引发了口腔修复的技术革命,简洁、高效、精确的数字化流程替代了繁琐、耗时、粗糙的传统手工方式,不仅提高了修复的精度,而且大大减轻了患者的痛苦。数字化口腔测量是口腔数字化修复得以进行的基础,直接决定着口腔修复的质量。本文结合口腔临床医学实际应用,深入研究了基于机器视觉的数字化口腔三维测量关键技术,包括图像处理技术、摄像机标定技术、相位求解技术、测量重建技术、数据拼接技术和系统软硬件研发技术等,并自主研发了两套高精度口腔专用测量原型系统:小型口外测量系统D3DscannerI和微型口内测量系统D3DscannerII。本文的主要研究内容概括为: 1、建立了口腔三维测量模型,从标定和重建方面分别进行了分析,设计了口腔测量系统的研发思路和系统软硬件的总体研发框架。 2、提出了基于整体测量误差分布模型的系统标定解决方案。首先根据CCD成像噪声及清晰度进行了标定前处理,使用基于矩的方法精确提取了标定输入数据,然后,基于径向一致约束,使用最小二乘和分布收敛算法获得系统元器件非线性参数初始标定,建立系统几何结构“捆绑”关系,优化标定结构参数,最后,将系统理论模型与实际物理模型误差作为目标优化函数,基于多平面隐式模型再次优化,实现系统参数的全局优化标定和恢复,其中的全局优化步骤解决了口内微型测量系统的特殊标定需求。 3、提出了一种用于非连续牙齿曲面形态的相位展开算法。首先对相位质量评估因子从物理模型角度进行定义和扩展,并综合数理统计和图像处理技术提出了一种对相位噪声灵敏的“调制度-Laplace”质量评估因子,然后以绝对相位标识为导向进行相位展开,实现了复杂非连续牙齿曲面形态的稳定相位求解,其中的动态链表修改保证了相位展开的速度。 4、提出了对非正弦性相位误差有抵抗力的线性正弦相移算法和无绝对相位线图的相移算法。前者综合利用反正切三角函数极值收敛特性和相位求解零点特性,使非正弦性波动误差降低为传统补偿算法的1/9,提高了相位求解精度;后者巧妙的利用三幅和四幅图像的调制度差异,将绝对相位标识图隐含,使相位求解所需的5幅图像减少为4幅,提高相位求解图像采集时间约20%。 5、提出了面向小型口腔外测量系统的基于双转轴粗拼和ICP精拼的两步优化拼合算法。首先基于平面靶标采用特征值法实现转动轴和摆动轴的初始位姿标定,然后,采用融合点到点距离和点到面距离模型的综合度量函数的迭代收敛算法,通过分层次的迭代终止条件设定,实现小型口腔外测量数据的精确拼合。 6、提出了用于空间无约束微型口内测量的优化拼合算法。基于测量过程中多源图像和三维点云数据的单应性关系,使用尺度不变性特征检测算子对灰度纹理二维图像和基于相移的二维半深度图像进行特征检测,然后,利用图像特征点匹配实现三维测量点云数据的空间初始定位,最后,采用改进的ICP算法实现口腔测量数据的精确、稳定的优化拼合。 7、在基础理论和关键算法研究的基础上,研发两款不同类型的口腔修复用三维测量原型样机系统,实现了精确标定、快速测量、全景拼接、精确重建及同步协调等复杂功能模块,并进行了测量系统精度、效率及应用效果等方面验证,实测结果表明,研发的口腔外专用测量系统性能优越,完全满足口腔测量临床应用需要。研发的国内首套口腔内测量系统,基本达到临床使用要求。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 沈国峰;基于双目立体视觉的牙颌模型测量技术研究[D];南京航空航天大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 龙玺,钟约先,李仁举,由志福;结构光三维扫描测量的三维拼接技术[J];清华大学学报(自然科学版);2002年04期
2 罗先波,钟约先,李仁举;三维扫描系统中的数据配准技术[J];清华大学学报(自然科学版);2004年08期
3 黄桂平;圆形标志中心子像素定位方法的研究与实现[J];武汉大学学报(信息科学版);2005年05期
4 曹茂永,孙农亮,郁道银;离焦模糊图像清晰度评价函数的研究[J];仪器仪表学报;2001年S1期
5 谭久彬;超精密测量技术与仪器工程研究中的几个热点问题[J];中国机械工程;2000年03期
6 游素亚;立体视觉研究的现状与进展[J];中国图象图形学报;1997年01期
7 吕培军,李忠科,王勇,陈俊,赵建江;非接触式牙颌模型三维激光测量分析系统的研制[J];中华口腔医学杂志;1999年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王军;航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
2 葛华勇;内窥式共焦扫描显微成像的研究[D];上海大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨君;李细荣;;机器视觉技术在煤矿机械上的应用[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2011年03期
2 马飞;宋亚林;程荣花;冯乔生;;基于图像区域连通性的上边缘提取[J];平顶山学院学报;2007年05期
3 宋娟;袁廉蜀;;全冠修复后根管治疗及根管再治疗的临床病因分析[J];临床合理用药杂志;2011年23期
4 赵飞;;活髓牙金属烤瓷全冠修复中无临时冠的临床观察[J];临床合理用药杂志;2011年34期
5 李莉峰;;正畸固定外伤松动前牙治疗效果分析[J];临床合理用药杂志;2011年36期
6 谭志伟;马俊龙;;提高电感测微仪精度的软件方法[J];新乡学院学报(自然科学版);2008年02期
7 姜国权;杜尚丰;赵翠君;司永胜;;用于视觉导航中的摄像机标定方法研究[J];中国科学:信息科学;2010年S1期
8 史廷彦;赵书斌;;基于不变矩和角点特征的目标识别[J];指挥控制与仿真;2008年02期
9 朱学芳,钟声伟;地图分割系统的编程实现研究[J];情报杂志;2005年01期
10 郭振东;;无人驾驶汽车路径识别算法研究[J];汽车电器;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张冬英;洪津;王峰;骆冬根;邱成峰;;基于灰度直方图的暗目标识别方法[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘磊;王永骥;;基于单目视觉的机器人动态目标识别与跟踪[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 周艳;唐权华;金炜东;;基于自适应噪声检测的彩色图像插值滤波算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 黄进;胡英;马孜;汪洋;;弧形扫描系统关键技术研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 陈文颉;刘劲;甘名刚;;基于NMI特征匹配及位置预测的目标自动跟踪及其DSP实现[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 刘伟锋;张卓;王延江;;基于光线衰减的深度获取方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 李学东;全权;蔡开元;;双目鱼眼摄像机噪声分析与外参标定[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 金晅宏;戴曙光;穆平安;;机器视觉在汽车前照灯配光检测系统中的应用研究[A];第十三届全国汽车检测技术年会论文集[C];2009年
10 刘吉成;汪熙;王仲;刘爱勇;;基于虚拟环境的摄像机定标中的矩阵研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
4 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
5 孙贤斌;三维信息获取技术中定标与图形包含问题的研究[D];华中科技大学;2010年
6 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
7 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 田文;多视图图像的快速三维场景重建[D];华中科技大学;2010年
9 章鹏;多尺度特征检测:方法和应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 陈志国;基于群体智能的机器视觉的关键技术研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈昊;基于DSP图像处理的鸡蛋新鲜度实时无损检测研究[D];华中农业大学;2010年
2 诸森阳;可摘局部义齿铸造支架计算机辅助设计与制作的临床初步应用研究[D];南京医科大学;2009年
3 杨宝宽;正畸三维测力装置的设计与牙周应力分析系统的建立[D];南京医科大学;2009年
4 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
5 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
6 饶吉来;基于图像处理的型面联接件检测技术研究[D];河南理工大学;2010年
7 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
8 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
9 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
10 宗雯雯;基于双目立体视觉的特征点匹配关键技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 闫龙;赵正旭;周以齐;;基于CCD的立体视觉测量系统精度分析与结构设计研究[J];仪器仪表学报;2008年02期
2 李明哲,张爱武,胡少兴,隋振;基于计算机视觉的板材曲面3维测量系统[J];中国机械工程;2002年14期
3 游素亚;立体视觉研究的现状与进展[J];中国图象图形学报;1997年01期
4 吕培军,李忠科,王勇,陈俊,赵建江;非接触式牙颌模型三维激光测量分析系统的研制[J];中华口腔医学杂志;1999年06期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 龙玺,钟约先,李仁举,由志福;结构光三维扫描测量的三维拼接技术[J];清华大学学报(自然科学版);2002年04期
2 马扬飚;钟约先;郑聆;袁朝龙;;三维数据拼接中编码标志点的设计与检测[J];清华大学学报(自然科学版);2006年02期
3 张效栋;孙长库;;数字光栅投影轮廓测量系统不确定视角标定法[J];清华大学学报(自然科学版);2007年05期
4 宋彦萍;弯扭叶片的主要研究成果及其应用[J];热能动力工程;1999年03期
5 肖刚,王春复;现代汽轮机叶片型面制造技术[J];上海汽轮机;2003年04期
6 吴振锋,左洪福,邱根良,刘红星;显微镜一种新的自动聚焦算法[J];数据采集与处理;2000年03期
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10 张凤林,虞和济,虞钢;空间自由曲面测量技术的动态与发展(一)[J];现代计量测试;1998年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴斌;大型物体三维形貌数字化测量关键技术研究[D];天津大学;2003年
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