一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构的制作方法

1.本发明涉及牙科技术领域，具体为一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构。


背景技术：

2.近年来，随着我国人口基数的增长和人民生活水平的提升，口腔医疗的需求也不断提高，据统计，我国约有50％的群体患有各种口腔疾病，为了解决口腔疾病等问题，提高人们的生活质量，越来越多的数字化技术应用在口腔医学中，与此同时，随着牙科计算机辅助设计与制作(cad/cam)技术的成熟，口内三维数字化扫描逐渐成为口腔领域的研究热点，在正畸、修复和种植等临床病例的治疗上得到广泛的应用，其数字化的治疗也逐渐被口腔行业所接受，口内三维数字化扫描技术相对于传统的印模技术有明显的优势：方便、实时、可视化等优点，提升了医患沟通的效率，与此同时，由于临床口腔环境复杂，该技术在解决口内光学成像、扫描数据准确度、患者体验感等方面也面临着许多问题，为此提出一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构，包括四个模块，其该四个模块分别为streammanager、utils、plugins、dosengine；
7.streammanager为数据流模块，负责管理整个dos的数据流输出入管理，通过继承结构的方式，通过streammanager模块包装(istream)和打包(ostream)各类不同的数据流，以满足dosengine各种数据接口；
8.utils为实例模块，包含每个实例化的算法模块，如：成像器、融合器、求解器以及网格器；
9.plugins为插件模块，包含通用工具和自定义的操作，如：datastructure、interactor、systemtool以及visualrender；
10.dosengine模块负责调度streammanager、utils以及plugins模块，以满足实际各种需求，如：三维重建、点云配准、网格处理等，该模块为整个工作流的引擎模块。
11.优选的，调用streammanager提供的接口实现数据流的输入，是通过pc端的io接口(usb、网卡、wifi等)将采集的数据输入到pc端。
12.优选的，数据流作为输入数据会在dosengine引擎进行分配、加工、组装，具体的实现由各个实例或插件模块负责，处理流程如下：
13.①
、dosengine引擎通过调用imager模块对原始单帧数据进行处理，采用一般的三维重建算法，例如：pmp(相位轮廓术)、mutiline(多线结构光)、共聚焦等，将原始数据转为
单帧点云数据、真彩图数据，并对点云数据做一些数据预处理：法向量计算、点云滤波、颜色校准等；
14.②
、dosengine引擎通过调用fusioner对单帧的点云数据进行对帧点云数据融合处理，通常包括slam(实时扫描和定位)等方法，得到全局融合的点云数据以及保存相关联的真彩图数据；
15.③
、dosengine引擎调用通过调用solver模块对步骤b)中融合点云数据进行优化处理，其中包括但不仅限于ba、g2o等优化算法；
16.④
、dosengine引擎调用通过调用mesher模块对步骤c)中优化后的数据进行网格化处理，一般的处理步骤包括：点云网格化、网格简化、网格滤波、网格贴图等。
17.优选的，dosengine引擎在处理上述
①
、
②
、
③
、
④
流程中，需要相关数据结构和插件的支持，其中包括以下：
18.①
、通用数据结构datastructure模块，作为通用的数据结构，是各个模块的基本数据结构定义；
19.②
、交互操作interactor，dosengine引擎通过client的输入数据命令，调用interactor对实例的各个模块执行交互性操作，例如：裁剪、删除、返回等；
20.③
、可视化显示visualrender对于处理过程中的3d显示和交互操作，visualrender提供了可视化的操作，方便交互和展示处理效果；
21.④
、系统工具systemtool作为一般的系统工具，提供相关的功能为实例模块服务，比如内存池管理、系统参数管理等。
22.优选的，数据流通过dosengine引擎处理后，会将处理的结果通过streammanager的输出接口，再次返回给客户端client。
23.优选的，pc端通过上位机的控制模块，将数据、命令、参数等打包成数据流，以满足客户端client采用光电设备采集不同的数据。
24.优选的，其具体输出的类型、格式由client定义，dosengine负责包装。
25.(三)有益效果
26.与现有技术相比，本发明提供了一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构，该算法引擎针对口内三维数字化扫描产品的数据处理，具备以下有益效果：
27.1、将硬件设备获取的数据以数据流的方式作为算法引擎的输入源，从而实现同一算法引擎支持不同类型设备获取的不同数据源；
28.2、算法引擎内部，针对牙科数据的不同处理方法，实现各自算法模块的独立性；
29.3、算法引擎dos模块独立调度各个子模块，组装各个模块的功能，迅速满足引擎层的开发需求。
附图说明
30.图1为本发明模块示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明提供一个技术方案，一种通用的牙科三维扫描算法引擎架构，如图1所示，包括四个模块，其该四个模块分别为streammanager、utils、plugins、dosengine；
33.streammanager为数据流模块，负责管理整个dos的数据流输出入管理，通过继承结构的方式，通过streammanager模块包装(istream)和打包(ostream)各类不同的数据流，以满足dosengine各种数据接口；
34.utils为实例模块，包含每个实例化的算法模块，如：成像器、融合器、求解器以及网格器；
35.plugins为插件模块，包含通用工具和自定义的操作，如：datastructure、interactor、systemtool以及visualrender；
36.dosengine模块负责调度streammanager、utils以及plugins模块，以满足实际各种需求，如：三维重建、点云配准、网格处理等，该模块为整个工作流的引擎模块。
37.具体的，调用streammanager提供的接口实现数据流的输入，是通过pc端的io接口(usb、网卡、wifi等)将采集的数据输入到pc端。
38.具体的，数据流作为输入数据会在dosengine引擎进行分配、加工、组装，具体的实现由各个实例或插件模块负责，处理流程如下：
39.①
、dosengine引擎通过调用imager模块对原始单帧数据进行处理，采用一般的三维重建算法，例如：pmp(相位轮廓术)、mutiline(多线结构光)、共聚焦等，将原始数据转为单帧点云数据、真彩图数据，并对点云数据做一些数据预处理：法向量计算、点云滤波、颜色校准等；
40.②
、dosengine引擎通过调用fusioner对单帧的点云数据进行对帧点云数据融合处理，通常包括slam(实时扫描和定位)等方法，得到全局融合的点云数据以及保存相关联的真彩图数据；
41.③
、dosengine引擎调用通过调用solver模块对步骤b)中融合点云数据进行优化处理，其中包括但不仅限于ba、g2o等优化算法；
42.④
、dosengine引擎调用通过调用mesher模块对步骤c)中优化后的数据进行网格化处理，一般的处理步骤包括：点云网格化、网格简化、网格滤波、网格贴图等。
43.具体的，dosengine引擎在处理上述
①
、
②
、
③
、
④
流程中，需要相关数据结构和插件的支持，其中包括以下：
44.①
、通用数据结构datastructure模块，作为通用的数据结构，是各个模块的基本数据结构定义；
45.②
、交互操作interactor，dosengine引擎通过client的输入数据命令，调用interactor对实例的各个模块执行交互性操作，例如：裁剪、删除、返回等；
46.③
、可视化显示visualrender对于处理过程中的3d显示和交互操作，visualrender提供了可视化的操作，方便交互和展示处理效果；
47.④
、系统工具systemtool作为一般的系统工具，提供相关的功能为实例模块服务，比如内存池管理、系统参数管理等。
48.具体的，数据流通过dosengine引擎处理后，会将处理的结果通过streammanager
的输出接口，再次返回给客户端client。
49.具体的，pc端通过上位机的控制模块，将数据、命令、参数等打包成数据流，以满足客户端client采用光电设备采集不同的数据。
50.具体的，其具体输出的类型、格式由client定义，dosengine负责包装。
51.本装置的工作原理：streammanager为数据流模块，负责管理整个dos的数据流输出入管理，通过继承结构的方式，通过streammanager模块包装(istream)和打包(ostream)各类不同的数据流，以满足dosengine各种数据接口；utils为实例模块，包含每个实例化的算法模块，如：成像器、融合器、求解器以及网格器；plugins为插件模块，包含通用工具和自定义的操作，如：datastructure、interactor、systemtool以及visualrender；dosengine模块负责调度streammanager、utils以及plugins模块，以满足实际各种需求，如：三维重建、点云配准、网格处理等，该模块为整个工作流的引擎模块，通过四个模块的配合，能够实现各个算法子模块的交互和独立，避免各个模块之间由于耦合性太强导致维护困难的问题，从而提高算法引擎的灵活性和开发效率，如图1所示是整个算法引擎的设计框架，客户端client通过streammanager将客户的data、commands、parameters输入到算法引擎模块，streammanager会将client的数据转化为输入流，其属性包括：rgb图片、pointclouds点云、rgb深度图等，紧接着dosengine模块会调度imager、fusioner、solver、mesher等实例utils模块，同时它们会使用datastructure、interactor、visualrender、systemtool模块作为插件plugins，服务各个子模块的使用需求，算法引擎统一进行数据处理后，再次通过streammanager将数据的处理结果转化为pointclouds、meshes、3dpose、visual handle等输出给clients，完成整个口内三维数字化扫描技术的数据处理。
52.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
53.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。