[发明专利]一种基于分区统计模型的颅面复原方法

摘要

本发明属于计算机图像处理领域，具体涉及一种基于分区统计模型的颅面复原方法。该方法通过统计人类颅面模型形状的先验知识，对待复原颅骨进行面皮重建，具体是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。通过对颅骨面皮分区后，提高了统计模型的表示能力，降低了复原结果的误差。本方法在考古学，法医学以及虚拟手术等领域都有重要的应用价值。

主权项

一种基于分区统计模型的颅面复原方法，其特征在于，该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：（2.1）特征点标定：根据步骤一（2.1）中定义的颅骨特征点，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待复原颅骨模型进行特征点标定；（2.2）三维待复原颅骨模型分区：对于步骤一（2.2）中所述的颅骨辅助分割几何模板中的每一个几何模型，遍历待复原颅骨模型中的每一个顶点，判断该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，最终将待复原颅面模型划分为眼睛、鼻子、嘴巴以及其它部分四个分区；（3）面皮分区复原：将待复原颅骨的四个分区分别代人到步骤一所建立的四个分区中相应的分区联合统计模型中，分别复原出各个面皮分区；（4）面皮分区拼接：将复原得出的四个面皮分区采用光滑拼接算法拼接为一个整体面皮。