ВИРІВНЮВАННЯ СКАНІВ НА ОСНОВІ МЕТОДУ ICP

Анотація

У статті розглядаються проблеми точності 3D-сканування у стоматології, що пов'язані з похибками під час створення тривимірних моделей. Такі неточності зумовлені механічними обмеженнями обладнання та обробкою даних та впливають на якість отриманих моделей, що важливо для застосування в стоматологічній практиці.

Автори пропонують використовувати для створення цілісного 3D об’єкту метод  вирівнювання сканів за допомогою алгоритму ітераційного зіставлення найближчої точки (Iterative Closest Point  - ICP). Цей алгоритм мінімізує похибки шляхом співставлення координат точок і нормалей поверхні. У роботі також запропоновані модифікації ICP, які включають коригування нормалей і використання матриць обертання, що підвищують точність узгодження підсканів.

Особливу увагу приділено математичному апарату, що лежить в основі покращених алгоритмів, зокрема методам мінімізації відстані між відповідними точками сканів та врахуванню геометричних параметрів поверхонь. Також розглянуто використання вагових коефіцієнтів для зменшення впливу аномальних точок та шуму. Такі інновації забезпечують об'єднання кількох сканів у єдину модель, що дозволяє зменшити шум і неточності. Дослідження демонструють, що якість сканованих точок відіграє ключову роль для ефективності алгоритму.

У статті надано порівняльний аналіз результатів, отриманих за допомогою класичного ICP та вдосконалених варіантів алгоритму, що свідчить про значне зменшення середньоквадратичної похибки.

Покращення точності можливо завдяки збільшенню кількості камер та більш детальному захопленню даних. Експериментальні результати показали, що впровадження описаних методик суттєво покращує якість 3D-моделей. Зазначено, що розроблені методи можуть бути інтегровані в існуючі CAD/CAM системи, що забезпечує ширше їх застосування в стоматологічній практиці. Також підкреслено значення автоматизації процесу вирівнювання, що знижує потребу в ручному втручанні та зменшує ймовірність людської помилки.

Розроблений алгоритм має практичне застосування в цифровій стоматології, особливо у створенні високоточних моделей для протезування та інших реставраційних процедур. Окрім цього, у статті визначено напрямки подальшого вдосконалення ICP-алгоритмів, що сприятиме покращенню технологій тривимірного сканування у медицині.

Ключові слова: ICP, стоматологія, алгоритми вирівнювання, 3D моделі, сканування