多基線數字近景攝影測量技術在口腔顏面部三維成像和測量中的應用

彭春

（重慶醫科大學附屬永川醫院口腔科，重慶402160）

多基線數字近景攝影測量技術在口腔顏面部三維成像和測量中的應用

彭春

（重慶醫科大學附屬永川醫院口腔科，重慶402160）

目的：探討多基線數字近景攝影測量技術在口腔顏面部三維成像和測量中的應用。方法：應用普通數碼相機對口腔顏面部進行拍攝并獲得多幅重疊無序的照片，采用多基線數字近景攝影系統對照片進行處理。結果：對顏面部組織長度及寬度測量上與傳統手工測量方法相比無統計學差異（P＞0.05）。結論：多基線數字近景攝影測量技術操作簡單、測量準確、對設備要求低，可用于口腔顏面部三維成像的測量中。

多基線數字近景攝影測量技術；口腔顏面部；三維成像

在口腔正畸及正頜外科治療中常常需要對病人的顱面軟組織進行分析與測量，以診斷其顱頜面發育情況如有無缺損畸形、發育過度或不足［1］。多基線數字近景攝影測量技術可同時獲取多種形式的數字化產品，如數字線劃圖、三維點云、數字高程模型、正射影像等［2］。本研究將對口腔顏面部需進行矯形的患者術前應用多基線數字近景攝影測量技術了解患者口腔顏面部生理解剖結構，以提高了手術可靠性及安全性。

1 材料

1.1 臨床資料

選取本院符合測量標準的正常受試者28名為研究對象，患者口腔顏面部形態無異常且無正畸、正頜及外傷史，其中男性16名，女性12名，年齡在21-28歲之間平均（24.2±3.5）歲。

1.2 相機及計算機的選擇

采用Canon EOS600D單反數碼相機作為攝影器材。該相機可減少圖像處理時間，定焦鏡頭的位置的改變較為固定，可避免過多誤差進而影響測量結果。采用操作系統為Microsoft Windows7旗艦中文版對數據及圖像進行處理。

2 方法

（1）多基線數字近景攝影測量技術三維模型重建：利用多基線數字近景攝影測量技術，應用多基線拍攝方式，確保相鄰圖像覆蓋率＞60%［3］。獲取照片后將照片導入自行設計的程序中以獲得口腔顏面部三維數字模型，以STL工程文件及PLY格式文件輸出圖像。具體方法如下：①校正相機：數碼相機鏡頭容易發生畸變，而鏡頭畸變可導致結果出現較大的誤差。本研究通過采用液晶顯示器上安裝的網絡對相機焦距進行校正，采用垂直、水平方法對液晶顯示屏左上、左下、右上、右下等部分進行拍攝，并各獲得兩張網格圖。將圖片導入相機中進行校正，以獲得基本初始參數。②受試者坐在可自我調節的凳子上，注視著一面具有標準水平線和垂直線標記的鏡子。他們的眼睛需與水平線一齊，面部中線與垂直線一齊。調整座位高度，以協助受試者實現自然頭位(NHP)。指導受試者做吞咽動作，要求他們在掃描之前下頜處于放松位置。在相同的時間間隔拍攝，總拍攝時間約9.5秒。如果受試者在拍攝時移動，則重復拍攝程序。每一個受試者產生一個原始數據集，包括左、右側拍攝圖像，拍攝基線（T1）和一個星期內的拍攝（T2）。③將圖像導入自行設計的程序中，經程序處理后可獲得三維點云，將三維點云導入Meshlab［4］軟件中，采用曲面擬合的方式生成三角化網格以獲得三維圖像。

（2）采用多基線數字近景攝影測量圖像后，首先應用手工測量方式對受試者進行測量。測量項目包括ft-ft（前額寬），go-go（下頜寬），gn-go(L)（下頜深）；眶部的2項：ex-go(L)（頰高），可以看到構成這些項目的點有ft（前額點），go（下頜角點），gn（頦下點）與t（耳屏上屆切跡點）。ft和go點需要觸摸方可在面部準確定點。gn點處于面下部的轉折部位，與頸部的反差較小，在直接測量時依靠捫診來確定，而在電腦屏幕的正面圖像中定點難以把握，且此點受拍攝時頭位的影響較大。測量方法為由同一操作者，每隔一周，采用游標卡尺對受試者進行測量項目進行手工測量三次，并取其平均值；隨后在軟件中測量三次并取其平均值。

（3）統計學分析：應用SPSS17.0統計學軟件進行分析，計量資料采用均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05具有統計學差異。

3 結果

多基線數字近景攝影測量技術可獲得與口腔顏面部形態相似的三維數字模型，并能有效識別顏面部輪廓。在顏面部組織長度及寬測量上與傳統手工測量方法相比無統計學差異（P＞0.05），見表1。

表1 不同測量方法結果對比（mm n=28）

表1 不同測量方法結果對比（mm n=28）

項目手工測量多基線數字近景攝影t值P值ft-ft102.328±0.044103.025±0.0450.112＞0.05 go-go67.247±0.00967.248±0.0090.086＞0.05 gn-go(L)36.688±0.01337.686±0.0120.079＞0.05 ex-go(L)49.961±0.00949.960±0.0090.108＞0.05

4 討論

多基線數字近景測量技術提供了一種非介入性面部三維重建的方法，該方法三維測量精度高，立體重構快捷、逼真，使用方便且范圍廣［5，6］。國內外學者已有很多先進的軟組織測量技術，如Cyberware和 Minolta等三維激光掃描儀已經廣泛應用到實驗和臨床研究中。本系統從圖像獲取到定點測量的各環節有較多可能的誤差來源應予以注意。獲取測量對象正面、左側面45°、右側面45°。3幅圖像是通過受試者改變體位的方式實現的。要求受試者眶耳平面與地面平行，正中頜位，與鏡頭距離lm，情緒與表情保持一致，掃描時保持靜止，不能眨眼，對于過長的額發及鬢發用發夾固定，避免遮擋面部，影響圖像質量。拍攝對象無需閉眼，只是不要直視鏡頭即可，因此眼部信息不會丟失。無論直接測量法還是三維掃描測量法，標志點的確定都是人工完成的，人為因素在這個過程中勢必造成一定的誤差。此外，某些點的定義描述本身就不是非?？陀^準確，如那些定義為某個部分或面上最突點及那些需要通過直接觸摸方可準確辨別的點，在實際操作中讓人感覺模棱兩可。在圖像上定點時，因為計算機屏幕是二維的，在一個二維平面上確定一個三維的點，也可能會出現一些誤差。本實驗為了避免這方面的誤差，采取了如下措施：①全部定點均由一人完成，且事先反復練習，熟悉各點的定義，良好掌握定點的技巧。②兩種方法對每個測量對象均分別定點測量3次。③自行開發的三維可視化測量程序中，定點時可以左右旋轉和移動圖像利于準確定點，定完點后如認為有偏差，可以取消后重新定點。

［1］彭春.多基線數字近景攝影測量技術在齒科石膏模型三維成像和測量中的應用［D］.重慶醫科大學，2013.

［2］陳新璽.多基線普通數碼影像近景攝影測量技術研究［D］.南京：河海大學，2006.

［3］David G.Distinctive image features from scale-invariant keypoints［J］.International Journal of Computer Vision，2004,60(2):91-110.

［4］Meshlab 132a-64bit［CP］http://meshlab.sourceforge.net/.

［5］田雷波.多基線數字近景攝影測量技術應用［J］.科技風，2011，（12）：83-84.

［6］張勝利，殷海霞，劉強等.多基線數字近景攝影測量系統的應用分析［J］.測繪技術裝備，2009，（1）：27-30.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry Technology in Oral Facial Three-dimensional Imaging and Measurement

PENG Chun
（Affiliated Yongchuan Hospital，Chongqing Medical University，Chongqing402160，China）

Objective:To investigate the multi-baseline digital close-range photogrammetry technology in oral facial three-dimensional imaging and measurement.Methods:Ordinary digital camera on oral facial plaster model shoot and get multiple overlapping photos disorder,the use of multibaseline digital close-range photogrammetry system for photo processing.Results:No statistically significant difference(P＞0.05)based on the facial bone length and width measurements compared with traditional manual measurement methods.Conclusion:Simple multi-baseline digital close-range photogrammetry technology,accurate measurement of low equipment requirements and can be used three-dimensional imaging of oral facial measurements.

Multi-baseline Digital Close-range Photogrammetry;Oral Facial;Dimensional Imaging

R783.5

A

10.3969/j.issn.1001-0270.2015.03.10

2014-10-23

彭春（1978年），主治醫師，碩士，口腔醫學。

重慶市永川區科學技術委員會軟科學資助項目（YCSTC，2012BE5005）