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基于牙颌模型的三维曲面配准技术研究

作　者: 孙羽
导　师: 李科
学　校: 电子科技大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 牙颌模型配准 ICP 旋转台
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
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内容摘要

三维数字化牙颌模型在口腔正畸领域有着广泛的应用,它是牙科计算机辅助诊断的前提,对于提高口腔正畸自动化水平有重要的意义。由于牙颌石膏模型的自遮挡及视角局限性,一次三维扫描无法获取完整的模型三维信息,必须对模型各个侧面进行分别扫描,然后通过配准技术进行拼接,才能构成一个完整的三维数字化牙颌模型。其中,曲面配准是牙颌模型三维数字化的关键,直接影响到数字化模型的精度。本文重点研究三维曲面配准技术,为三维数字化牙颌模型的建立奠定基础。本文首先通过对比研究国内外主要配准技术的优缺点,提出了基于迭代最近点(Iterative Closest Point, ICP)算法的三维曲面配准方案。但标准ICP算法在配准效率及精度上不能满足实际需求。本文在标准ICP算法基础上进行了如下有针对性的改进:1.采用八叉树搜索算法提高算法效率;2.采用伪对应点对滤除策略提高算法精度;3.采用初始运动参数估计提高算法稳定性。结果证明,本文针对原始ICP算法进行的改进,显著提高了算法的配准效率与精度,该方案能较好完成牙颌石膏模型的三维曲面配准。但是该方案有一定的局限性,它依赖一定的重叠区域,当曲面间重叠区域过小时,配准可能失败。由于上述配准方案具有一定局限性,本文又提出了一种基于旋转台的配准方案。该方案通过一种二维旋转台来避免测量死角。牙颌石膏模型被固定在旋转台上完成全方位扫描,最后通过旋转轴及旋转角度完成配准。该方案原理简单,实时性好,配准过程稳定可靠,且配准精度仅与旋转台机械精度及旋转轴标定相关。本文通过实验验证了此方案的可行性。本文通过研究基于牙颌模型的三维曲面配准,提出了两种不同的配准方案,并通过实验验证了方案的可行性,为三维数字化牙颌模型的建立奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 本文研究内容  9-10
  1.3 全文安排  10-11
第二章问题的提出  11-21
  2.1 课题来源  11-13
  2.2 本文牙颌模型三维扫描环境  13-16
  2.3 牙颌三维曲面特点分析  16-20
  2.4 本文研究目标及意义  20-21
第三章配准方案设计  21-33
  3.1 配准基本问题  21-26
    3.1.1 旋转矩阵的表示  22-23
    3.1.2 对应点集运动参数估计  23-26
  3.2 配准技术研究现状  26-27
  3.3 国内外主要配准技术分析  27-30
    3.3.1 特征匹配  28-29
    3.3.2 曲面间距离最小化  29
    3.3.3 标签法和定位球法  29-30
    3.3.4 旋转台法  30
  3.4 本文配准方案简介  30-33
第四章基于ICP 算法的配准方案实现  33-51
  4.1 标准ICP 算法的原理与不足  33-35
  4.2 初始运动参数估计  35-36
  4.3 改进的ICP 算法  36-41
    4.3.1 ICP 算法改进分析  36-39
    4.3.2 ICP 算法的改进  39-41
  4.4 算法实现  41-42
  4.5 结果分析  42-50
    4.5.1 模拟点云配准  42-44
    4.5.2 部分重叠密集点云配准  44-46
    4.5.3 牙颌模型点云配准  46-50
  4.6 小结  50-51
第五章基于旋转台的配准方案  51-59
  5.1 方案简介  51
  5.2 双轴旋转台的设计  51-53
  5.3 配准流程  53-55
  5.4 实验验证  55-57
  5.5 小结  57-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
个人简历及攻读硕士期间的研究成果  65-66

基于牙颌模型的三维曲面配准技术研究

内容摘要

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