專利名稱：一種牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于對牙齒進行的掃描得到牙齒全景圖像的牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
近年來，口腔內(nèi)窺鏡成像技術(shù)的研究已成為牙科成像技術(shù)的研究熱點之一，而且在牙科臨床醫(yī)學中得到了迅速普及和廣泛應用。與常見的牙科X光成像技術(shù)相比，口腔內(nèi)窺鏡成像有著一系列的優(yōu)點，如:1)無放射性，可以連續(xù)、多次重復成像；2)實時性好；3)操作簡單，價格便宜等。但是，為保證圖像分辨率和圖像質(zhì)量，口腔內(nèi)窺成像通常一幅圖像僅對一兩顆牙齒的某一牙面成像，所以，不能像X光成像那樣對連續(xù)多顆牙齒如一排或一側(cè)牙齒全景成像，從而不方便醫(yī)生或病人了解牙齒的整體狀況。為解決這個問題，一些口腔內(nèi)窺鏡中增加了視頻功能。醫(yī)生可以連續(xù)掃描多個牙齒如一排牙，并保存掃描的視頻圖像。通過回看視頻圖像，雖然可以了解整體牙齒狀況，但由于不是通過全景圖來觀察，因此不是非常直觀。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種利用現(xiàn)有口腔內(nèi)窺鏡視頻成像平臺，進行牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法。該方法利用對口腔內(nèi)窺牙齒視頻圖像進行配準、拼接和融合等圖像處理技術(shù)，最終重構(gòu)得到牙齒全景圖像。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法，具有這樣的特征，包含以下步驟:
采用口腔內(nèi)窺鏡連續(xù)掃描所述牙齒，獲得牙齒的原始第一圖像組；
利用功率譜分析對第一圖像組中的模糊圖像幀進行檢測并剔除，得到剔除了模糊圖像幀的第二圖像組；
利用Canny邊緣檢測算法對第二圖像組進行計算，得到與第二圖像組相對應的邊緣圖像組；
初步配準:將相位相關(guān)法應用于邊緣圖像組，得到其中任意一幀圖像對任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的二維平移量，根據(jù)二維平移量，基于任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像，將任意一幀圖像變換為初步配準后的圖像；
進一步配準:利用基于仿射變換的非剛性配準方法，確定初步配準后的圖像相對任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的第一變換矩陣，根據(jù)第一變換矩陣和二維平移量，得到任意一幀圖像對任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的第二變換矩陣；
以第二圖像組中的某一幀圖像為基準，根據(jù)第二變換矩陣，計算得到其余每幀圖像相對于某一幀圖像的累積變換矩陣；
拼接:根據(jù)累積變換矩陣和第二圖像組的大小，確定重構(gòu)圖像大小、重構(gòu)圖像在第二組圖像的同一坐標系中的區(qū)域以及重構(gòu)圖像中每一像素在每幀圖像中的位置，得到拼接完成的全景圖像；
融合:根據(jù)重構(gòu)圖像中每一像素在每幀圖像中的位置，對拼接完成的全景圖利用融合算法確定重構(gòu)圖像的灰度或顏色，最終形成牙齒全景圖像。
另外，本發(fā)明的圖像重構(gòu)方法，還可以具有這樣的特征:
其中，某一幀圖像為第一幀圖像。
發(fā)明的作用與效果
根據(jù)本發(fā)明涉及的一種牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法提供內(nèi)窺牙齒全景成像的技術(shù)問題。通過將口腔內(nèi)窺鏡掃描牙齒所得的原始視頻圖像中的模糊圖像幀進行檢測和剔除，而保留清晰的圖像，保證了最終重構(gòu)得到的全景圖像的質(zhì)量；其次，依次通過初步配準和進一步配準這種由粗到精的配準過程確定了視頻圖像所有兩兩相鄰幀之間相對位置的變換矩陣；最后，通過在同一坐標系中的圖像定位和融合，獲得重構(gòu)的全景圖像。本發(fā)明提供的這種新的牙科圖像模式，為牙科醫(yī)生和牙病患者之間的交流提供了新的工具，以便醫(yī)生或牙病患者更為直觀地了解牙齒的整體狀況，也便于醫(yī)生和患者的交流。


圖1為本發(fā)明的牙齒全景圖像自動重構(gòu)的流程圖2為實施例中第一圖像組的示意圖3為實施例的第一圖像組中模糊圖像幀的示意圖4為實施例的第一圖像組中清晰圖像幀的示意圖5為實施例中的模糊圖像幀的對數(shù)功率譜；
圖6為實施例中的清晰圖像幀的對數(shù)功率譜；
圖7為實施例中的檢測剔除模糊圖像幀的流程圖8為實施例中最終得到的牙齒全景圖像。
具體實施方式
下面結(jié)合實施案例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為牙齒全景圖像自動重構(gòu)的流程圖。圖2為實施例中第一圖像組的示意圖。
口腔內(nèi)窺鏡通常不能一次掃描整個口腔的牙齒，一般來說，一次掃描僅對一排一偵儀左上、右上、左下或右下)的牙齒的某一個面(頰面、舌面或頜面)成像。如圖2所示，采用口腔內(nèi)窺鏡連續(xù)掃描牙齒，獲 得牙齒的原始視頻圖像。本實施例中稱其為第一圖像組，第一圖像組也就是圖像后處理的原始圖像，其包含η幀RGB圖像Ii，其中i=l，2，…，η。在本實施例的實際處理過程中，需要對第一圖像組中包含的每一幀圖像分別進行處理，又由于模糊檢測和配準等處理過程僅需處理彩色圖像的一個通道，所以，以下所有處理過程均針對每幀圖像的G (綠色)通道。
圖3是第一圖像組中模糊圖像幀的示意圖；圖4是第一圖像組中清晰圖像幀的示意圖；圖5是模糊圖像幀的對數(shù)功率譜；圖6是清晰圖像幀的對數(shù)功率譜；圖7是檢測剔除模糊圖像幀的流程在本實施例中，當口腔內(nèi)窺連續(xù)掃描牙齒時，第一圖像組中除了清晰圖像幀(如圖4所示)，某些幀圖像會由于鏡頭的運動而比較模糊(如圖3所示)，因此需要對第一圖像組中的模糊圖像幀進行檢測并剔除。由于本實施例僅需檢測出模糊的圖像，而不需要分析具體產(chǎn)生模糊的原因和相應的參數(shù)；，因此本實施例采用一種基于功率譜分析的簡單的模糊圖像檢測方法，最終得到將第一圖像組中的模糊圖像幀剔除了的第二圖像組。如圖7所示，其具體步驟如下:
a)讀取第一圖像組中待檢測的圖像:1m ;
b)對待檢測圖像作二維Fourier變換；
c)根據(jù)二維Fourier變換結(jié)果，確定每個待測圖像的功率譜圖像(低頻在圖像中心，聞頻在四周);
d)對所有功率譜圖像中每個值取10為底的對數(shù)，獲得對數(shù)功率譜圖像，如圖5、圖6所示；
e)在所有功率譜圖像中取與中心相連的連通區(qū)域，其對應的對數(shù)功率大于最大對數(shù)功率的0.5倍；
f)計算所取連通區(qū)域中對數(shù)功率譜的標準差，如果標準差大于一個給定的閾值(在本實施例中，該給定的閾值為8.1)，則該圖像為模糊圖像，否則為清晰圖像。
對于第一圖像組而言，雖然相鄰兩幀圖像之間的位移較小，在大多數(shù)情況下，直接利用非剛性配準方法也能得到不錯的結(jié)果，但由于在實際操作中需要剔除模糊的圖像幀，因此剔除了模糊圖像幀的第二圖像組中一些相鄰幀之間的位移仍然可以達到影響非彈性配準結(jié)果的程度。所以，本發(fā) 明利用相位相關(guān)法估計第二圖像組中相鄰兩幀圖像之間的位移。
從理論上講，可以將相位相關(guān)法直接應用于原始圖像即第二圖像組，但由于通過口腔內(nèi)窺鏡掃描得到的圖像受光照距離、角度影響較大，所以需要消除這些影響。本實施例利用Canny邊緣檢測算法對第二圖像組進行計算，得到與第二圖像組相對應的邊緣圖像組，然后將相位相關(guān)法應用于相應的邊緣圖像進行初步配準。
初步配準:將相位相關(guān)法應用于處理得到的邊緣圖像組，得到第i+Ι幀圖像Ii+1對第i幀圖像Ii的二維平移量為Di+1，根據(jù)二維平移量Di+1，基于第i幀圖像Ii，將第i+Ι幀圖像Ii+1變換為初步配準后的圖像I’ i+1 ;
接下來利用基于仿射變換的非剛性配準方法對初步配準的圖像進行進一步配準。
進一步配準:利用基于仿射變換的非剛性配準方法，確定初步配準后的圖像I’i+1相對第i幀圖像Ii的變換矩陣T’i+1，根據(jù)變換矩陣T’i+1和二維平移量Di+1，得到第i+Ι幀圖像Ii+1對第i幀圖像Ii的變換矩陣Ti+1 ；，如下:
設
權(quán)利要求
1.一種基于對牙齒進行的掃描得到牙齒全景圖像的牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法，其特征在于，包含以下步驟: 采用口腔內(nèi)窺鏡連續(xù)掃描所述牙齒，獲得所述牙齒的原始第一圖像組； 利用功率譜分析對所述第一圖像組中的模糊圖像幀進行檢測并剔除，得到剔除了模糊圖像幀的第二圖像組； 利用Canny邊緣檢測算法對所述第二圖像組進行計算，得到與所述第二圖像組相對應的邊緣圖像組； 初步配準:將相位相關(guān)法應用于所述邊緣圖像組，得到其中任意一幀圖像對所述任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的二維平移量，根據(jù)所述二維平移量，基于所述任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像，將所述任意一幀圖像變換為初步配準后的圖像；進一步配準:利用基于仿射變換的非剛性配準方法，確定所述初步配準后的圖像相對所述任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的第一變換矩陣，根據(jù)所述第一變換矩陣和所述二維平移量，得到所述任意一幀圖像對所述任意一幀圖像的相鄰上一幀圖像的第二變換矩陣；以所述第二圖像組中的某一幀圖像為基準，根據(jù)所述第二變換矩陣，計算得到其余每幀圖像相對于所述某一幀圖像的累積變換矩陣； 拼接:根據(jù)所述累積變換矩陣和所述第二圖像組的大小，確定重構(gòu)圖像大小、所述重構(gòu)圖像在所述第二組圖像的同一坐標系中的區(qū)域以及所述重構(gòu)圖像中每一像素在每幀圖像中的位置，得到拼接完成的全景圖像； 融合:根據(jù)所述重構(gòu)圖像中每一像素在每幀圖像中的位置，對所述拼接完成的全景圖利用融合算法確定所述重構(gòu)圖像的灰度或顏色，最終形成所述牙齒全景圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像重構(gòu)方法，其特征在于: 其中，所述某一幀圖像為第一幀圖像。
全文摘要
一種牙齒全景圖像自動重構(gòu)方法，包含以下步驟采用口腔內(nèi)窺鏡連續(xù)掃描牙齒，獲得原始第一圖像組；檢測并剔除第一圖像組中的模糊圖像幀，得到第二圖像組；利用Canny邊緣檢測算法計算第二圖像組，得到邊緣圖像組；將相位相關(guān)法應用于邊緣圖像組進行初步配準；利用基于仿射變換的非剛性配準方法對初步配準的圖像進行進一步配準，得到相鄰圖像幀之間的變換矩陣；通過相鄰圖像之間的變換矩陣得到每幀圖像對第一幀圖的累積變換矩陣；根據(jù)累積變換矩陣和第二圖像組進行拼接重構(gòu)，得到拼接完成的全景圖像；對拼接完成的全景圖像進行融合，最終形成牙齒全景圖像。
文檔編號G06T7/00GK103198501SQ20131012210
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者嚴加勇, 何培忠 申請人:上海理工大學, 上海醫(yī)療器械高等?？茖W校