基于多视图几何的牙颌三维测量技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870516-S033学科分类号：080201硕士学位论文基于多视图几何的牙颌三维测量技术研究研究生姓名郭昌野学科、专业机械制造及其自动化研究方向光学三维测量指导教师程筱胜教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchon3DMeasuremen

2、tforJawBasedonMultipleViewsGeometryAThesisinMechanicalManufacturingandAutomationbyGUOCHANGYEAdvisedbyProf.ChengXiaoshengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中

3、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要牙颌数据的三维测量是数字化口腔医疗过程中的一个重要环节，与传统口腔印模相比，数字化牙颌三维测量有着无法比拟的优势。为解决高精度牙颌三维测量的空间有限和

4、便携式的特殊需求，本文提出采用多视图几何的测量方法，通过单相机多视角自由拍摄实现了三维数据快速测量，研究内容如下：(1)设计和验证了面向牙颌模型特殊需求的多视图几何三维测量模型，采用张正友平面标定方法完成了系统参数的精确标定，实现了基于单相机多视角自由拍摄的便捷式牙颌三维重建。为解决小视场下牙齿表面形态特征不明显造成的误匹配问题，改进了SIFT匹配算法，利用Hellinger距离代替传统的欧式距离，增强了特征点的轮廓信息，实现了图像间的精确匹配，从而实现牙颌表面的稀疏重建。(2)为提高本质矩阵精确估算的鲁棒性

5、，利用自适应优化的RANSAC算法求解本质矩阵，通过两视图三维重建验证，精度达到0.06mm。为降低序列图像重建带来的累积误差，利用点云之间的比例系数精确计算相机位姿，相比传统方法降低了重叠部分的点云距离，实现单片点云的稠密重建。(3)为实现空间自由视角多片点云配准，提出基于快速点特征直方图的双邻域配准算法，有效解决了传统方法普遍存在的匹配歧义性问题。结果表明该算法能有效处理局部特征不明显的点云，满足牙颌测量中配准精度和稳定性的要求。在上述研究成果的基础上，开发了基于单相机的便携式牙颌三维测量系统，初步实现了

6、系统标定、特征提取、稀疏重建、稠密重建以及点云配准等功能模块，实验结果表明效果良好。关键词：三维测量，多视图几何，图像匹配，本质矩阵，点云配准南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTThejaw3Dmeasurementisanimportantstepinthedigitaldentaldiagnostic.Comparedwiththetraditionaldentalmasktechnology,thedigitaljaw3Dmeasurementisbetter.Inordertosolvethe

7、limitedspaceofthehighprecisionthreedimensionmeasurementforjawandthespecialrequirementofconvenience,thispaperproposesthemethodwithmultipleviewsgeometryandrealizestherapidmeasurementwithasinglecamerasnappingfreely.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Toreal

8、izethedynamicdentalmeasurement,aportabledentalmeasurementmodelbasedonthemultipleviewsgeometryorientedtothespecialrequestofthejawmodelisdesignedandverified.Thesystemparametersareaccuratelycalibratedusin