[发明专利]一种用于增强现实的三维配准方法和系统

权利要求书

1.一种用于增强现实的三维配准方法，其特征在于，该方法包括：

S1、获取脊椎样本的CT影像数据，创建脊椎外表面的三维模型，计算得到脊椎外表面的统计形状模型；

S2、在基准部位上放置标志物，获得基准部位的CT影像数据，创建基准部位脊椎外表面的三维模型；根据所述脊椎外表面的统计形状模型计算获得基准部位脊椎的修复数据；

其中，所述步骤S1包括：

S11、采用基于遗传算法的大津法计算阈值，实现脊椎骨和皮肤的分割，采用基于分割的Marching Cubes算法，创建所述脊椎样本的内、外表面的第一三维模型；

S12、计算所述第一三维模型的重心，建立由所述第一三维模型的点云构成的协方差矩阵，利用特征分解算法计算所述协方差矩阵的三个正交的主成分，建立第一局部坐标系，所述第一局部坐标系的坐标原点与所述重心的坐标原点相同，所述第一局部坐标系的坐标轴分别对应三个主成分，第一局部坐标系中的Z轴为所述第一三维模型的点云数据分布变化最大的方向，X轴为所述第一三维模型的点云数据分布变化最小的方向，所述第一局部坐标系符合右手法则；

S13、采用几何变换方法将所述脊椎样本中每个样本的第一三维模型几何变换到所述第一局部坐标系中，形成第二三维模型；

S14、在所述第二三维模型上，沿Z轴进行等间距等角度圆柱采样，采用射线与所述第二三维模型求交算法计算所述第二三维模型脊椎外表面的三维点云；

S15、在所述第二三维模型脊椎外表面上标定特征点，特征点定义在椎骨的弯曲处；

S16、依据所述特征点，在不同脊椎样本的所述第二三维模型之间进行非刚性配准；将配准后的两个所述第二三维模型的最近点作为对应点，建立所述第二三维模型脊椎外表面的稠密对应点云；

S17、对所述稠密对应点云，采用主成分分析方法计算脊椎外表面三维模型的平均模型，以及主成分和主成分系数，从而建立脊椎外表面的统计形状模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S15中在所述第二三维模型脊椎外表面上标定特征点包括：

拾取所述第二三维模型上的二维像素并通过逆投影变换计算所述像素的坐标；

定义该像素在近剪裁面、远剪裁面的交点分别为A和B，采用射线与三维模型求交算法计算与所述第二三维模型的交点，所述交点为特征点；优选的，通过八叉树结构对所第二三维模型进行表示，降低射线与三维模型求交过程中三角片的计算数量，提高计算速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11包括：

步骤1.1.1：针对CT影像数据，采用基于遗传算法的大津法计算阈值，分割脊椎骨和皮肤的图像数据；

步骤1.1.2：对分割后的CT影像数据，从相邻两层的CT影像数据中依次提取对应的像素作为体素；

步骤1.1.3：针对每个体素，判断体素中棱边的两个端点的颜色值是否相同，以确定当前体素中棱边与等值面是否有交点；

步骤1.1.4：通过线性插值方法计算体素棱边与等值面的交点，由计算获得的该体素三条棱边上的交点构建三角片；对每个三角片进行检测，当三角片中存在钝角时对所述三角片进行三角剖分；

步骤1.1.5：利用中心差分方法，求出体素棱边顶点处的法向量，然后通过线性插值方法求出所述三角片的顶点处的法向量；进而获得脊椎内、外表面的第一三维模型。