基于双边结构多尺度动态图的牙齿点云分割

作     者：王桢 陈胜 Zhen Wang;Sheng Chen

作者机构：上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海 

出 版 物：《建模与仿真》 (Modeling and Simulation)

年 卷 期：2024年第13卷第3期

页      面：2467-2477页

学科分类：08[工学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主　　题：点云分割 三维牙齿模型 双边结构 动态图卷积 混合损失函数 

摘      要：牙齿隐形矫治装置设计的关键就是将牙齿区域从口腔内三维点云模型中实现精准分割,并在尽量降低人为干预的需求下,对牙齿区域中的单颗牙齿实现全自动分割。传统分割技术需要依赖于专家的先验知识以及大量的人机交互辅助操作,分割性能易受到牙齿形状和位置变化的影响,无法实现全自动分割。因此本文提出了一种Multi-Dynamic Graph of Bilateral Structurest(M-DGB)模型。模型使用双边结构将点云特征信息分别输入坐标边与法向量边,首先利用特征转换模块获得不同尺度的初始全局特征,之后利用多尺度动态图模块中的K近邻图与改进的动态图卷积EdgeConv++模仿卷积神经网络渐近地增加感受野的方式,对局部几何特征实现分层次多尺度学习,进一步提取增强后的局部特征。最后将先前得到的局部增强特征与全局特征密集融合,以获取更具有表达能力的多属性特征。此外,改进了一种混合损失函数,加强牙齿与牙龈的边界分割。将该模型在自制数据集上进行实验,与现有点云分割模型PointNet、PointNet++、MeshSegNet相比,分割精度提高,平均Dice系数为0.972、PPV为0.964、SEN为0.987。