基于口内图像的牙列排列状态识别方法及系统与流程

本发明涉及口内图像处理，具体是指基于口内图像的牙列排列状态识别方法及系统。

背景技术：

1、牙列排列状态是口腔检查、正畸评估和牙齿形态分析中的重要内容，通常包括正常排列、牙齿旋转、牙齿沿牙弓法向错位、牙段拥挤和牙段间隙。随着口内成像设备和计算机视觉技术的发展，利用口内图像对牙齿位置、方向及邻接关系进行自动分析，能够辅助完成牙列排列状态识别，减少人工观察对经验的依赖；

2、现有基于口内图像的牙列排列状态识别方法通常根据牙冠轮廓、牙齿中心位置、牙齿方向或相邻牙齿之间的图像距离进行分析，并结合预设规则或分类模型确定对应的牙列排列状态。然而，实际采集的咬合面口内图像中，相邻牙齿之间容易因牙齿旋转、错位或拍摄角度产生视觉遮挡，使后层牙齿的部分牙齿轮廓无法直接观察，导致根据可见轮廓确定的邻牙排列关系与实际排列关系存在偏差。

3、同时，口内图像受到成像距离、牙弓曲率以及不同牙齿空间位置的影响，不同牙齿区域对应的图像尺度可能存在差异，直接采用图像坐标或像素距离进行牙齿排列分析，容易造成不同牙齿位置之间的排列指标缺乏统一的比较基础。此外，牙齿旋转、牙齿沿牙弓法向错位以及牙弓切向空间分配异常在二维口内图像中可能表现出相似的邻接空间变化，仅根据局部外观或单一排列指标进行分类，难以进一步区分对应的排列异常结构机制；

4、因此，如何在存在牙齿视觉遮挡和图像局部尺度差异的情况下恢复可靠的邻牙排列关系，并建立统一的牙弓相对排列基准，同时对具有相似外观表现的不同排列异常结构机制进行区分，是基于口内图像进行牙列排列状态识别时需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明采取的技术方案如下：本发明提供的基于口内图像的牙列排列状态识别方法，该方法包括以下步骤：

2、步骤s1：牙齿视觉结构提取；

3、步骤s2：邻牙遮挡排列关系恢复；

4、步骤s3：牙弓相对排列基准构建；

5、步骤s4：局部排列异常验证；

6、步骤s5：牙列排列状态识别。

7、进一步地，在步骤s1中，所述牙齿视觉结构提取，用于建立口内图像中各牙齿对应的视觉结构基础，具体为获取并校正待识别牙弓对应的原始咬合面口内图像，提取各牙齿对应的牙冠区域、牙齿轮廓和牙冠方向，并确定牙列顺序，得到牙齿视觉结构数据。

8、进一步地，在步骤s2中，所述邻牙遮挡排列关系恢复，用于降低牙齿相互遮挡对邻牙排列关系识别造成的影响，具体为根据所述牙齿视觉结构数据确定相邻牙齿的对向边界，识别对向边界之间的视觉遮挡并恢复受视觉遮挡影响的对向边界，确定相邻牙齿之间的潜在邻接位置、带符号邻接距离和邻接恢复可信度，得到邻牙排列关系数据；

9、所述邻牙遮挡排列关系恢复，包括以下步骤：

10、步骤s21：邻牙对向边界确定，用于从牙齿轮廓中限定参与邻牙排列关系分析的局部边界，具体为根据牙列顺序和相邻牙齿之间的相对位置确定对应的邻接方向，并提取朝向对侧牙齿的连续轮廓区段，得到邻牙对向边界数据；

11、步骤s22：遮挡边界区间识别，用于确定相邻牙齿之间的视觉遮挡关系及受视觉遮挡影响的边界区间，具体为根据所述邻牙对向边界数据识别遮挡交汇位置，并确定前层牙齿、后层牙齿和遮挡边界区间，得到邻牙遮挡结构数据；

12、步骤s23：潜在对向边界恢复，用于恢复后层牙齿在遮挡边界区间内无法直接观察的局部边界，具体为根据所述邻牙遮挡结构数据建立并筛选候选恢复边界，得到潜在对向边界数据；

13、步骤s24：潜在邻接关系确定，用于根据恢复后的对向边界确定相邻牙齿之间的排列关系，具体为确定潜在邻接位置、带符号邻接距离和邻接恢复可信度，得到邻牙排列关系数据。

14、进一步地，在步骤s3中，所述牙弓相对排列基准构建，用于建立降低口内图像局部尺度差异影响的牙列排列基准，具体为根据所述牙齿视觉结构数据和邻牙排列关系数据确定牙齿局部尺度和牙列邻接位置链，构建牙弓参考轨迹，并建立各牙齿相对于牙弓参考轨迹的牙弓相对排列表征，得到牙齿排列基准数据；

15、所述牙齿排列基准数据的获取，具体为根据所述牙齿视觉结构数据和邻牙排列关系数据确定各牙齿对应的牙齿局部尺度，按照牙列顺序连接满足预设可信度条件的潜在邻接位置形成牙列邻接位置链，并基于对应牙齿的牙齿局部尺度对牙列邻接位置链进行尺度归一的鲁棒曲线拟合，得到牙弓参考轨迹，根据各牙齿相对于牙弓参考轨迹的位置及方向关系建立牙弓相对排列表征，得到牙齿排列基准数据；

16、所述牙弓相对排列基准构建，包括以下步骤：

17、步骤s31：牙齿局部尺度确定，用于建立口内图像不同牙齿位置对应的局部尺度基准，具体为根据恢复后的牙齿轮廓确定各牙齿对应的牙齿局部尺度，得到牙齿局部尺度数据；

18、步骤s32：牙列邻接位置链建立，用于形成沿牙列方向连续分布且具有邻接恢复可信度约束的排列结构，具体为根据潜在邻接位置及对应的邻接恢复可信度建立牙列邻接位置链，得到牙列邻接位置链数据；

19、步骤s33：牙弓参考轨迹构建，用于建立降低局部错位牙齿对牙弓排列参考基准影响的牙弓参考轨迹，具体为对所述牙列邻接位置链，进行尺度归一化的加权轨迹拟合，得到牙弓参考轨迹数据；

20、步骤s34：牙弓相对排列表征，用于将基于图像坐标描述的牙齿位置转换为相对于牙弓参考轨迹的排列关系，具体为确定各牙齿相对于牙弓参考轨迹的排列指标，得到牙齿排列基准数据。

21、进一步地，在步骤s4中，所述局部排列异常验证，用于在检测到局部排列异常后区分不同排列异常结构机制，具体为根据所述牙齿排列基准数据确定待验证牙段，建立不同排列异常结构机制对应的候选反事实排列状态，并评价各候选反事实排列状态对局部排列异常的恢复情况，确定排列异常结构机制，得到牙列排列异常验证数据；

22、所述局部排列异常验证，包括以下步骤：

23、步骤s41：待验证排列异常确定，用于从牙列中定位需要进行异常结构机制验证的牙齿及牙段，具体为根据所述牙齿排列基准数据确定待验证牙齿和异常邻牙关系，并形成待验证牙段，得到待验证牙段数据；

24、步骤s42：机制约束逆向排列调整，用于建立对应不同排列异常结构机制的可比较反事实状态，具体为针对所述待验证牙段分别进行牙齿旋转逆向调整、牙齿沿牙弓法向逆向调整和牙弓切向空间分配逆向调整，得到候选反事实排列状态数据；

25、步骤s43：反事实结构恢复评价，用于确定不同排列异常结构机制对当前局部排列异常的解释能力，具体为评价各候选反事实排列状态对应的局部排列异常恢复程度和归一化调整幅度，得到反事实结构恢复评价数据；

26、步骤s44：排列异常结构机制验证，用于从多个候选排列异常结构机制中确定能够解释当前排列异常的对应结构机制，具体为根据所述反事实结构恢复评价数据确定待验证牙段对应的排列异常结构机制及异常牙齿或异常牙段，得到牙列排列异常验证数据。

27、进一步地，在步骤s5中，所述牙列排列状态识别，用于根据经验证确定的排列异常结构机制和对应排列指标确定牙列排列状态，具体为根据所述牙齿排列基准数据和牙列排列异常验证数据确定正常排列状态及对应的异常排列状态，得到牙列排列状态识别结果。

28、本发明还提供基于口内图像的牙列排列状态识别系统，包括牙齿视觉结构提取模块、邻牙遮挡排列关系恢复模块、牙弓相对排列基准构建模块、局部排列异常验证模块和牙列排列状态识别模块；

29、所述牙齿视觉结构提取模块，用于建立口内图像中各牙齿对应的视觉结构基础，通过牙齿视觉结构提取，得到牙齿视觉结构数据，并将所述牙齿视觉结构数据发送至邻牙遮挡排列关系恢复模块；

30、所述邻牙遮挡排列关系恢复模块，用于降低牙齿相互遮挡对牙间排列关系识别造成的影响，通过邻牙遮挡排列关系恢复，得到邻牙排列关系数据，并将所述邻牙排列关系数据发送至牙弓相对排列基准构建模块；

31、所述牙弓相对排列基准构建模块，用于建立降低口内图像局部尺度差异影响的牙列排列基准，通过牙弓相对排列基准构建，得到牙齿排列基准数据，并将所述牙齿排列基准数据发送至局部排列异常验证模块；

32、所述局部排列异常验证模块，用于区分局部排列异常对应的形成机制，通过局部排列异常验证，得到牙列排列异常验证数据，并将所述牙列排列异常验证数据发送至牙列排列状态识别模块；

33、所述牙列排列状态识别模块，用于形成牙列排列状态识别结果，通过牙列排列状态识别，得到牙列排列状态识别结果，并输出所述牙列排列状态识别结果。

34、采用上述方案本发明取得的有益效果如下：

35、（1）针对现有口内图像牙列排列状态识别容易受到牙齿相互遮挡和拍摄尺度变化影响的问题，本方案采用邻牙排列关系恢复、牙弓内禀基准构建和局部排列异常验证组成的连续处理机制；通过先恢复受遮挡影响的潜在邻接结构，再将牙齿排列关系转换为相对于牙弓参考轨迹的尺度归一表征，并对检测到的排列异常进行形成机制验证，降低单纯依据可见牙冠轮廓或图像像素距离进行状态判断产生的误差；例如，在局部牙齿发生遮挡且不同牙齿区域具有不同图像尺度时，仍能够基于恢复后的邻接结构和牙弓内禀排列关系完成牙列排列状态识别。

36、（2）针对牙齿遮挡造成后层牙齿可见轮廓不能直接表示其潜在邻接边界的问题，本方案采用遮挡约束的邻牙对向边界恢复机制；通过确定前层牙齿和后层牙齿，定位后层牙齿对应的遮挡边界区间，并利用遮挡区间两端可见边界的位置和方向信息恢复潜在对向边界，使后续牙间关系分析基于恢复后的潜在邻接结构而非遮挡形成的可见轮廓；例如，当一颗旋转切牙遮挡相邻切牙的部分邻接边界时，可恢复被遮挡一侧的局部边界延伸趋势，从而降低将视觉层叠直接判定为牙间空间压缩的概率。

37、（3）针对不同排列异常可能在二维口内图像中产生相似邻接异常而难以区分的问题，本方案采用机制约束的局部排列异常验证机制；通过分别限制牙齿旋转、牙弓法向位置和牙弓方向空间分配对应的排列自由度，构建不同候选反事实排列状态，并比较各候选状态对原有局部排列异常的恢复程度和所需调整幅度，使排列状态识别由单纯外观分类转换为对异常形成机制的结构验证；例如，当单颗牙齿旋转和连续牙段拥挤均表现为双侧邻接压缩时，可通过比较仅改变牙齿方向与仅沿牙弓方向重新分配局部空间后产生的结构恢复差异，对两种排列状态进行区分。