[发明专利]一种基于分区统计模型的颅面复原方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理技术领域，具体涉及一种基于分区统计模型的颅面复原方法。 

背景技术

基于统计模型的计算机辅助颅面复原方法是2005年才出现的一种新的颅面复原方法。其过程是通过建立颅骨与面皮的联合统计模型，得出颅骨和面皮的在高维空间的特征向量和特征值，其中特征向量控制着模型的变形趋势，特征值控制着变形范围，然后再根据待复原颅骨的形状和统计模型联合求解，从而恢复出待复原颅骨对应的面皮。该方法的特点是：不再使用少数特征点来代替颅面特征，而是将所有的顶点均参与到复原过程中，复原结果在细节上具有更强的表示能力，统计变形更符合人脸形状变化规律；且统计可变形模型根据许多真实人脸形状进行统计，模型的形变是在人脸形状空间范围内进行变形，使得复原结果的细节更为符合人脸的生理结构。但是人脸可变形统计模型的建立需要海量的样本，而数据的获取需要耗费大量的人力，物力，实践中往往只能获得少量的样本，经常会遇到的小样本问题。 

发明内容

针对现有技术的缺点或不足，本发明的目的是利用颅骨和面皮的相应器官部位部分相关的关系（例如面皮的嘴巴只和颅骨的颌骨以及牙齿等部分相关）提出一种新的基于分区统计模型的颅面复原方法，以解决传统统计模型颅面复原方法中遭遇的小样本问题，更大程度的降低颅面复原结果的误差。    

本发明的基本构思是通过将颅骨和面皮模型按照不同器官分区后建立基于分区的统计模型，然后分别复原颅骨分区的各个面皮分区，而后再将各个面皮分区拼接为一个面皮整体模型，所述方法通过下列步骤进行：

步骤一，三维颅骨与面皮分区统计模型建立：

（1）数据预处理：

（1.1）三维颅骨与面皮模型重构：分别获取原始的颅骨与面皮轮廓，然后采用中心射线法剔除轮廓杂质，接着将相邻轮廓拼接，得到无杂质单层三维颅骨与面皮模型；

（1.2）三维颅骨与面皮模型配准：对其中一套重构好的颅骨与面皮模型分别进行法兰克福坐标系校正，将其作为颅骨与面皮模型基准样本，接着将其余重构好的三维颅骨模型与颅骨模型基准样本、三维面皮模型与面皮模型基准样本采用ICP配准方法进行配准处理；

（1.3）建立点对应关系：将所有经配准过的三维颅骨模型与颅骨模型基准样本、三维面皮模型与面皮模型基准样本建立点对应关系，使所有三维颅骨模型和面皮模型都与相对应的基准样本具有相同的顶点个数，并且所有三维颅骨和面皮模型相同序号的顶点具有位置对应的关系；

（2）三维颅骨与颅面模型分区：

（2.1）特征点标定：对颅骨和面皮分别定义特征点，采用预先导入特征点基本空间位置，在三维视图上手动微调特征点位置的方法对经预处理过的三维颅骨与面皮模型分别进行特征点标定；

（2.2）构造辅助分割几何模板：将与某个具体的生理感官区域相关的特征点拟合构造出与各个生理感官区域相对应的辅助分割几何模板，得到颅骨辅助分割几何模板和面皮辅助分割几何模板，颅骨辅助分割几何模板包括三个椭球体和一个四面体，分别对应颅骨的左眼、右眼、嘴巴和鼻子生理感官区域，面皮辅助分割几何模板包括三个椭球体和一个四面体，分别对应面皮的左眼、右眼、嘴巴和鼻子生理感官区域；

（2.3）三维颅骨与面皮模型分区：对于颅骨与面皮辅助分割几何模板中的每一个几何模型，遍历各三维颅骨模型与面皮模型中的每一个顶点，判断对象顶点是否在该几何模型内部，如果顶点在某个几何模型内部，则该顶点属于该几何模型的对应分区，否则，不属于该分区，最后将属于该分区的所有顶点组成一个顶点集合，最终将所有三维颅骨与面皮模型均划分为眼睛、嘴巴、鼻子以及其它生理感官部分四个分区；

（3）分区统计模型的建立：针对眼睛、嘴巴、鼻子以及其它生理感官部分四个独立分区，分别建立颅骨和面皮的分区联合统计模型；

步骤二，待复原颅骨的面皮复原：

（1）数据预处理：

（1.1）三维待复原颅骨模型重构：获取待复原颅骨的原始轮廓，采用中心射线法剔除轮廓杂质，将提取的相邻轮廓拼接，得到无杂质单层三维待复原颅骨模型；

（1.2）三维待复原颅骨模型配准：将重构好的三维待复原颅骨模型通过ICP配准方法，与步骤一（1.2）中所述的颅骨模型基准样本进行配准处理；

（1.3）建立点对应关系：将配准后的三维待复原颅骨模型通过最近欧式距离原理与步骤一（1.2）中所述的颅骨模型基准样本建立点对应关系，使其与颅骨模型基准样本有相同的顶点个数，且相同序号的顶点具有位置对应的关系；

（2）三维待复原颅骨模型分区：