本發(fā)明涉及三維圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交互式分割全頜牙齒三角網(wǎng)格模型的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)字口腔技術(shù)發(fā)展迅速，牙齒隱形正畸也逐漸普及。而數(shù)字治療輔助系統(tǒng)要完成的工作就是建立牙齒模型，為矯治方案的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。要建立精準(zhǔn)的牙齒模型，首先需要通過(guò)光學(xué)方法掃描石膏模型獲得牙頜三維數(shù)據(jù)，再利用數(shù)字幾何處理技術(shù)分離牙齒牙齦數(shù)據(jù)，并對(duì)牙齒缺失部分進(jìn)行修復(fù)，建立可移動(dòng)的牙齒模型，供醫(yī)生確定矯治方案。
但由于牙齒的形狀和排列因人而異，所以要精確地分離牙齒有一定的困難?，F(xiàn)有的分割算法，在識(shí)別牙齦線等方面，僅僅依靠平均曲率以及曲率方差，并不能夠完全識(shí)別正確。通過(guò)對(duì)許多模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)牙齒牙齦分割線處三角形面積以及曲率具有比較明顯的規(guī)律性，即相鄰三角形面積相似，最長(zhǎng)邊最短邊比例且明顯小于牙齒其他等處的三角形面積與最長(zhǎng)邊最短邊的比例，且分割線處大部分是曲率變化巨大的曲面，因此本發(fā)明提出一種采用多種特征值對(duì)牙齒牙齦進(jìn)行分割的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種交互式分割全頜牙齒三角網(wǎng)格模型的方法，該方法通過(guò)設(shè)定模型中牙齒牙齦分割線附近三角片大小、邊長(zhǎng)比例以及曲面變化率，輔以人工修正分割線的方法進(jìn)行牙齒的分割。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種交互式分割全頜牙齒三角網(wǎng)格模型的方法，包括如下步驟：
(1)人工確定牙齒牙齦分割線上的一個(gè)三角片作為所求分割線的起點(diǎn)，標(biāo)記該三角片為x，然后人工選取牙齒牙齦分界線上的任意片段，計(jì)算該片段內(nèi)所有三角片的面積的平均值s以及最長(zhǎng)邊與最短邊的比值的平均值maxL/minL；
(2)設(shè)定s為面積的閾值，對(duì)模型中所有三角片進(jìn)行遍歷，篩選出面積值小于等于s的三角片并標(biāo)記；
(3)人工查看步驟(2)中標(biāo)記區(qū)域，如果標(biāo)記區(qū)域覆蓋了70％的牙齒牙齦分割線則進(jìn)行步驟(4)，否則則修改面積的閾值，轉(zhuǎn)至步驟(2)重新標(biāo)記；
(4)計(jì)算標(biāo)記區(qū)域內(nèi)的三角片的曲面曲率，得到一個(gè)曲面曲率區(qū)間A(a，b)，其中A的范圍要求標(biāo)記區(qū)域內(nèi)至少有95％的三角片的曲面曲率落在該區(qū)間范圍內(nèi)；
(5)人工對(duì)標(biāo)記區(qū)域中的三角片進(jìn)行選擇，選中位于牙齒牙齦分割線上的三角片，然后將這些三角片從標(biāo)記區(qū)域中刪除，重新計(jì)算曲面曲率區(qū)間A(a，b)，其中A的范圍要求標(biāo)記區(qū)域內(nèi)至少有95％的三角片的曲面曲率落在該區(qū)間范圍內(nèi)，然后將A添加到一個(gè)曲面曲率區(qū)間集合set中；
(6)對(duì)標(biāo)記部分的三角片向?yàn)闃?biāo)記部分的三角片進(jìn)行廣度搜索，搜索方法是：
(61)對(duì)于標(biāo)記的三角片，如果其相鄰的三角片中存在未標(biāo)記的三角片，則計(jì)算該未標(biāo)記的三角片的曲面曲率值，將曲面曲率值落在集合set中的三角片進(jìn)行標(biāo)記；
(62)對(duì)于新標(biāo)記的三角片再進(jìn)行步驟(61)，直到?jīng)]有新的三角片再被標(biāo)記；
(7)如果標(biāo)記區(qū)域中的三角片不能夠連接成一條不間斷的環(huán)形區(qū)域，則人工在未標(biāo)記的牙齒牙齦分割線上選取一塊區(qū)域，標(biāo)記該區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域內(nèi)三角片的曲面曲率區(qū)間B(c，d)并將B添加到集合set中，轉(zhuǎn)至步驟(6)，只對(duì)新標(biāo)記的三角片進(jìn)行廣度搜索；如果標(biāo)記區(qū)域中的三角片能夠連接成一條不間斷的環(huán)形區(qū)域則進(jìn)行步驟(8)；
(8)將步驟(7)中標(biāo)記區(qū)域中的三角片，從所求分割起點(diǎn)x開始進(jìn)行深度搜索，對(duì)每個(gè)進(jìn)行深度搜索的三角片進(jìn)行新標(biāo)記，選擇當(dāng)前正進(jìn)行深度搜索的三角片相鄰的三角片中最長(zhǎng)邊與最短邊的比值最接近maxL/minL比值的三角片，如果該三角片僅與有新標(biāo)記的三角片中當(dāng)前正進(jìn)行深度搜索的三角片相鄰，那么將該三角片作為下一個(gè)進(jìn)行深度搜索的三角片進(jìn)行深度搜索，不存在滿足條件的三角片，則清除當(dāng)前進(jìn)行深度搜索的三角片的新標(biāo)記，如果當(dāng)前進(jìn)行深度搜索的三角片的相鄰三角片有一個(gè)恰好是起點(diǎn)x，則停止搜索；
(9)步驟(8)中得到新標(biāo)記的區(qū)域即為所求分割線，按照所求分割線將模型分割成若干牙齒以及牙齦。
本發(fā)明的交互式分割全頜牙齒三角網(wǎng)格模型的方法，結(jié)合模型數(shù)據(jù)多種特征值來(lái)選取牙齒牙齦的分割線，且本發(fā)明遵從模塊化的思想，對(duì)分解結(jié)果并不進(jìn)行任何平滑或者細(xì)分處理，能夠最大程度保證分割的模型與實(shí)際牙齒相符合，并輔以人工的引導(dǎo)，能夠提高分割方法的準(zhǔn)確性和分割效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
分割全頜牙齒模型，需要確定一條分割線，這條線可以是三角片邊的集合，也可以是三角片面的集合，本方法采用的是三角片面的集合。
一種交互式分割全頜牙齒三角網(wǎng)格模型的方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)人工確定牙齒牙齦分割線上的一個(gè)三角片作為所求分割線的起點(diǎn)，標(biāo)記該三角片為x，然后人工選取牙齒牙齦分界線上的任意片段，計(jì)算該片段內(nèi)所有三角片的面積的平均值s以及最長(zhǎng)邊與最短邊的比值的平均值maxL/minL；此處人工標(biāo)定所求分割線的起點(diǎn)以及人工選定牙齒牙齦分界線上的任意片段，在算法的開始首先根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)論，即分割線上相鄰三角形面積相似，最長(zhǎng)邊及最短邊的比例小于牙齒其他地方最長(zhǎng)邊最短邊的比例計(jì)算出人工標(biāo)定的牙齒牙齦分割線上三角片的面積的平均值，以及最長(zhǎng)邊最短邊的比例的平均值作為以下步驟的閾值，能提高本方法的正確性并且能提高計(jì)算效率。
(2)設(shè)定s為面積的閾值，對(duì)模型中所有三角片進(jìn)行遍歷，篩選出面積值小于等于s的三角片并標(biāo)記；
(3)人工查看步驟(2)中標(biāo)記區(qū)域，如果標(biāo)記區(qū)域覆蓋了70％的牙齒牙齦分割線則進(jìn)行步驟(4)，否則則修改面積的閾值，轉(zhuǎn)至步驟(2)重新標(biāo)記；用面積閾值對(duì)模型中的三角片進(jìn)行篩選，雖然人工標(biāo)定的三角片是準(zhǔn)確的，但是整體來(lái)說(shuō)可能不具有代表性，因此要反復(fù)修正閾值，使得標(biāo)記區(qū)域能夠較多的覆蓋真正的牙齒牙齦分割線。
(4)計(jì)算標(biāo)記區(qū)域內(nèi)的三角片的曲面曲率，得到一個(gè)曲面曲率區(qū)間A(a，b)，其中A的范圍要求標(biāo)記區(qū)域內(nèi)至少有95％的三角片的曲面曲率落在該區(qū)間范圍內(nèi)；采用面積的特征進(jìn)行篩選過(guò)后再采用曲面曲率進(jìn)行篩選，以提高準(zhǔn)確率。
(5)人工對(duì)標(biāo)記區(qū)域中的三角片進(jìn)行選擇，選中位于牙齒牙齦分割線上的三角片，然后將這些三角片從標(biāo)記區(qū)域中刪除，重新計(jì)算曲面曲率區(qū)間A(a，b)，其中A的范圍要求標(biāo)記區(qū)域內(nèi)至少有95％的三角片的曲面曲率落在該區(qū)間范圍內(nèi)，然后將A添加到一個(gè)曲面曲率區(qū)間集合set中；
(6)對(duì)標(biāo)記部分的三角片向?yàn)闃?biāo)記部分的三角片進(jìn)行廣度搜索，搜索方法是：
(61)對(duì)于標(biāo)記的三角片，如果其相鄰的三角片中存在未標(biāo)記的三角片，則計(jì)算該未標(biāo)記的三角片的曲面曲率值，將曲面曲率值落在集合set中的三角片進(jìn)行標(biāo)記；該步驟中相鄰的三角片是指與所標(biāo)記的三角片有一條公共邊到的相鄰三角片。
(62)對(duì)于新標(biāo)記的三角片再進(jìn)行步驟(61)，直到?jīng)]有新的三角片再被標(biāo)記；
雖然用面積值作為特征值進(jìn)行篩選，能夠選出大部分的位于牙齒牙齦分割線上的三角片，但是單一的特征值會(huì)漏選一部分位于牙齒牙齦分割線上的三角片，因此再選用曲面曲率對(duì)一些符合條件的特征值進(jìn)行添加，能夠進(jìn)一步提高算法的準(zhǔn)確率。
(7)如果標(biāo)記區(qū)域中的三角片不能夠連接成一條不間斷的環(huán)形區(qū)域，則人工在未標(biāo)記的牙齒牙齦分割線上選取一塊區(qū)域，標(biāo)記該區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域內(nèi)三角片的曲面曲率區(qū)間B(c，d)并將B添加到集合set中，轉(zhuǎn)至步驟(6)，只對(duì)新標(biāo)記的三角片進(jìn)行廣度搜索；如果標(biāo)記區(qū)域中的三角片能夠連接成一條不間斷的環(huán)形區(qū)域則進(jìn)行步驟(8)；人工輔助，提高了整個(gè)算法的準(zhǔn)確率。
(8)將步驟(7)中標(biāo)記區(qū)域中的三角片，從所求分割起點(diǎn)x開始進(jìn)行深度搜索，對(duì)每個(gè)進(jìn)行深度搜索的三角片進(jìn)行新標(biāo)記，選擇當(dāng)前正進(jìn)行深度搜索的三角片相鄰的三角片中最長(zhǎng)邊與最短邊的比值最接近maxL/minL比值的三角片，如果該三角片僅與有新標(biāo)記的三角片中當(dāng)前正進(jìn)行深度搜索的三角片相鄰，那么將該三角片作為下一個(gè)進(jìn)行深度搜索的三角片進(jìn)行深度搜索，不存在滿足條件的三角片，則清除當(dāng)前進(jìn)行深度搜索的三角片的新標(biāo)記，如果當(dāng)前進(jìn)行深度搜索的三角片的相鄰三角片有一個(gè)恰好是起點(diǎn)x，則停止搜索；該步驟中相鄰的三角片是指與所標(biāo)記的三角片有公共頂點(diǎn)的相鄰的三角片；該步驟借助最長(zhǎng)邊與最短邊的比值作為特征值進(jìn)行了深度搜索，提高了準(zhǔn)確率與計(jì)算效率。
(9)步驟(8)中得到新標(biāo)記的區(qū)域即為所求分割線，按照所求分割線將模型分割成若干牙齒以及牙齦。
本發(fā)明的分割結(jié)果一定程度上依賴人工判斷，因此可以保證較高的分割的準(zhǔn)確性；且本發(fā)明遵從模塊化的思想，對(duì)分解結(jié)果并不進(jìn)行任何平滑或者細(xì)分處理，能夠通過(guò)最大程度保證分割的模型與實(shí)際牙齒相符合；通過(guò)使用離散曲面曲率計(jì)算以及其他的三角形特征而不是采用單純?cè)谀Ｐ蜕袭嫹纸缇€來(lái)選擇牙齦線，能夠提高人工分割效率。