一种基于分区统计模型的颅面复原方法

专利一种基于分区统计模型的颅面复原方法01专利背景附图说明发明内容技术领域目录03020405权利要求荣誉表彰实施方式目录0706基本信息《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》是西北大学于2011年1月20日申请的专利，该专利的申请号为42，公布号为CNA，授权公布日为2011年5月25日，发明人是周明全、冯筠、耿国华、张彦飞、李康。《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》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。该方法在考古学，法医学以及虚拟手术等领域都有重要的应用价值。2016年12月7日，《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》获得第十八届中国专利优秀奖。专利背景专利背景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。

发明内容技术方案专利目的发明内容专利目的《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》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。

技术方案《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》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.附图说明附图说明图1为《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》的算法流程图；图2为实施例中颅骨和面皮特征点编码与位置标定示意图，其中图（a）为面皮特征点编码与位置标定示意图，图（b）为颅骨特征点编码与位置标定示意图，图（a）、（b）中黑色圆形点代表为轮廓特征点，黑色三角形点为器官特征点；图3为实施例中颅骨与面皮辅助分割几何模板，其中（a）为颅骨辅助分隔几何模型，（b）为面皮辅助分隔几何模型；图4为对比试验中的嘴巴分区统计变形示意图；图5为对比试验中鼻子分区统计变形示意图；图6为对比试验中基于整体和分区的统计模型面貌复原结果，其中（a）图为基于全局统计模型的复原结果、（b）图为基于分区统计模型的复原结果、（c）图为原始面皮（groundtruth）。

技术领域技术领域《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》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。

权利要求权利要求1.《一种基于分区统计模型的颅面复原方法》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.实施方式实施方式实施例1：该实施例通过如下步骤进行：步骤一，三维颅骨与面皮分区统计模型建立：（1）数据预处理：为了将统计的方法应用到颅骨面貌复原的研究工作中，需要对采集的原始数据进行一系列预处理工作，其结果好坏直接影响后续步骤的效果。（1.1）无杂质单层三维颅骨与面皮模型重构：该实施例中使用的原始数据均由螺旋CT（ComputerTomography）机采集得到，CT机对人的头部每隔1.5毫米进行一次扫描，最终根据每个人头部的大小得到约200-300张CT图像，CT机将这些图像保存成计算机可以识别的DICOM（DigitalImagingandCommunicationinMedicine）格式的文件