基于栅线投影法对牙冠三维形貌的研究

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1、基于栅线投影法对牙冠三维形貌的研究：武子靖，董萼良，陈耀忠，刘根娣【摘要】目的：将计算机图像处理技术与生物医学工程技术相结合，采用栅线投影法对牙冠三维形貌进行再现研究。方法：使用显示投影仪将计算机编码的正弦条纹图像投射到待测物体表面，利用四步相移技术实现对人体牙齿三维形貌的显示和测量。结果：四步相移法将4幅规则的相移光栅图像依次投射到物体表面，受物体高度的调制，光栅将发生变形，变形光栅被CCD采集并存储为图像后，经计算机处理可得到调制相位主值。对该调制相位进行解包裹，可得到物体的高度信息。结论：实验表明，该方法能快速准确地得到物体高度的信息

2、，为口腔医学研究提供了另外一种有效的分析途径。【关键词】相移法;栅线投影;相位解包裹;牙冠模型　　[Abstract]Objective:Tostudyonthereappearanceof3Dshapeofdentalcroagescodedbyputerodelsurfaceusingdisplayprojector,andeasurementof3Dmorphologyofhumanteethethod,aseriesofgratingsconstructededgratinginformationage,andthephasec

3、ollapsedintherangeeareaandtheperiodsainvalueofthephase.Conclusion:Experimentsshocangetsatisfyingresults.Itisprovedthatthedigitalopticalapproachisanalternativemeansforthestudyofstomatology.　　[Keyodel　　三维轮廓测量技术通过分析物体高度调制的图像，得到被测物体表面形状的三维信息，在医疗诊断等领域有着广阔的应用前景。　　口腔生物力学是以力学作为手段来

4、研究口腔生物学的问题，其内容涉及口腔解剖学、组织学、生理学、病理学及工程学等方面的知识。随着材料的发展和技术的进步，根管治疗技术和固定修复技术日臻完善，这些技术的应用都离不开口腔生物力学的研究。口腔医学临床常用的石膏牙颌模型具有复杂的表面结构，对其形态的观察与测量分析涉及口腔医学多个领域，直接关系到对口腔疾病的诊断、治疗方案的制定及对治疗效果的分析评价[1]。一方面,实验类研究多采用光弹法[2]，近几年又发展了数字光弹,但由于光弹实验难以细致刻划牙齿及修复体不同部位的材料特性,无法复制出复杂的几何构型,缺乏一定的真实性,加上实验设备和实验材

5、料的限制更使得实验类分析难以有较大的突破;另一方面,自20世纪90年代以来,逐步采用有限元法对此问题进行初步探讨，但仍然存在一些问题,主要是利用三维有限元建模比较困难,耗费大量的时间,同时,模型几何尺寸和材料性质均与实际情况有差别[3]。　　随着激光技术、计算机技术以及图像处理等高新技术的发展，光学式非接触测量技术也得到很大发展，尤其是三维轮廓测量技术由于具有快速、分辨率高、非接触和数据获取速度快等优点受到广泛的重视，目前用于牙冠形状三维测量方法有moire影像云纹方法、立体照相术。其中基于栅线投影的相位测量方法在人体测量、牙科模型研究等方

6、面的应用越来越广泛[4]。本研究采用投影光栅法测量牙冠的三维形貌。相位测量技术主要分为傅立叶变换法和相移法,本研究采用四步相移法。相移法较傅立叶变换法计算量小，并且在被测物体陡峭度和抗静态噪声方面都有其优势。　　临床上，对口腔相关组织的数据采集是口腔修复体CAD/CAM系统的重要组成部分，可以用于以后修复体CAD/CAM系统光学印模的制取[5]。　　1方法原理　　1.1光栅投影法的基本原理　　光栅投影图像法测量物体表面三维外形是一种非接触光学测量方法。它以测量投影到物体上变形光栅像的相位为基础，通过相位与高度的映射得到被测量物体的三维轮廓[

7、6]。　　用栅线投影对物体进行轮廓测量时，通常把已知的调制栅线(通常是正弦栅)投影到被测物体表面。投影场受物体三维形貌的调制而发生变形，通过采集到的变形光栅图像进行处理、标定[7]，解调出代表物体高度信息的相位，再对相位进行展开就可以获得物体的三维形貌信息[8]。如图1所示，对物体上任意点A进行分析：在以参考平面为基准建立的坐标系中，当没有物体时，投影器投出的亮度信号将成像于A2点;当有物体存在时，投影器投出的与A2点亮度相同的信号将被成像于A1。因此，A1A2两点之间距离携带了高度信息，如果投影的是正弦(或余弦)栅线，则表现为所采集到图像

8、中条纹位相变化与高度之间的关系[9]。　　图1光栅投影测量原理图示　　Fig1GratingProjectionmeasurementtheory　　1.2四步相移法的基本原理