[发明专利]一种基于面部软组织和形状空间的古人类颅面复原方法

权利要求书

1.一种基于面部软组织和形状空间的古人类颅面复原方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，依据在从CT影像重建获得的现代人的颅骨和面貌三维模型上标定的颅骨特征点和面貌特征点，采用非刚性配准算法实现颅骨三维模型间和面貌三维模型间的非刚性变形，从而将沿法线方向的投影点作为对应点建立现代人颅骨三维模型间的稠密对应点云，基于所述对应关系采用主成分分析算法通过求解特征值和特征向量建立现代人颅骨的统计形状模型，从而用于第二步古人类颅骨的点云稠密对应；

第二步，根据第一步获得的现代人颅骨的统计形状模型，采用在统一能量函数框架下的非刚性配准和主成分分析方法，建立古人类颅骨和现代人参考颅骨三维模型的稠密对应点云；

第三步，根据第一步获得的现代人颅骨的稠密对应点云和现代人颅骨对应的三维面貌模型，计算性别、年龄因素约束的面部软组织厚度回归模型；利用第二步获得的古人类颅骨的稠密对应点云，实现古人类颅骨面貌的初步复原；

第四步，针对第三步获得的面貌初步复原三维模型和建立的现代人三维面貌的统计形状模型，计算主成分系数实现颅面精确复原；

第五步，基于反馈评价的颅面复原结果交互编辑，通过比较古人类颅面复原结果的面部软组织分布和现代人的面部软组织分布之间的差异，确定复原结果不佳的区域，再通过调整面貌复原结果对应的主成分系数，实现复原面貌的交互编辑。

2.根据权利要求1所述的一种基于面部软组织和形状空间的古人类颅面复原方法，其特征在于：所述第一步具体步骤如下：

步骤1.1：颅面三维外表面建模和特征点标定；针对采集获得的现代人头部医学影像数据，通过图像分割、三维重建和外表面提取步骤，实现颅骨和面貌外表面的三维建模，并利用软件标定颅骨特征点和面貌特征点，上述特征点将用于颅骨模型配准和面貌模型配准；

步骤1.2：从现代人颅骨外表面模型库中选择任意颅骨作为参考模型，采用带有尺度的最近点迭代算法，计算平移变换、旋转变换和缩放变换，实现颅骨模型库中参考模型向其余样本颅骨模型的刚性配准；采用非刚性最近点迭代算法计算参考模型上每个顶点的仿射变换，实现参考模型向其余样本颅骨模型的非刚性配准；

步骤1.3：将非刚性配准后的现代人颅骨模型间沿法线方向的投影点作为对应点，建立颅骨模型间的点云稠密对应，进而计算现代人颅骨的平均模型meanskull，并将归一化后的平均颅骨作为参考颅骨模型；

步骤1.4：将现代人颅骨模型库中的每个颅骨归一化，采用带有尺度的最近点迭代算法和非刚性最近点迭代算法，计算参考颅骨模型每个顶点的仿射变换，实现参考颅骨模型向现代人颅骨外表面数据库中每个颅骨模型的非刚性配准；

步骤1.5：将配准后的参考颅骨模型和现代人颅骨外表面数据库中每个颅骨模型间沿法线方向的投影点作为对应点，建立现代人颅骨模型的点云稠密对应；

步骤1.6：将步骤1.4中归一化的现代人颅骨模型表示为其中p_i表示颅骨每个顶点的坐标，l表示颅骨顶点的个数，则将每个现代人的颅骨模型表示为向量，记为[x₀,y₀,z₀,x₁,y₁,z₁,…,x_l-1,y_l-1,z_l-1]^T，采用主成分分析方法计算现代人颅骨模型的主成分skullVector＝[svector₀,svector₁,…,svector_f]和现代人颅骨对应的主成分系数其中svector_i表示统计形状空间中的主成分，sb_i表示主成分系数，f表示主成分的个数，进而建立归一化的现代人颅骨的统计形状模型；可将现代人颅骨模型表示为Modernskull＝meanskull+skullVector·Moderncoff，其中Modernskull表示利用统计形状模型计算获得的现代人颅骨，Moderncoff表示该现代人颅骨对应的主成分系数，meanskull表示平均颅骨模型，该模型将用于步骤二中古人类颅骨的点云稠密对应。