[发明专利]一种基于测地线的颅面配准方法

权利要求书

1.一种基于测地线的颅面配准方法，其特征在于具体过程包括以下步骤：

步骤1，在颅面模型上从鼻尖点出发，按相同的初始方向和相等的角度间隔α提取m条测地线，其中0＜α≤2π，m＝2π/α：

步骤1.1，定位鼻尖点

对经过预处理已经处于标准姿态下的颅面模型数据，鼻尖点是整个颅面模型的最高点，因此鼻尖点坐标是坐标系Y轴方向的最大值点：

V_nose＝arg max(y_i) (1)

其中V_nose为鼻尖点坐标，i＝1，…，N，N为颅面模型的点数，将鼻尖点作为测地线的源点；所述颅面模型为用半边结构表示的三角网格颅面模型；

步骤1.2，找颅面模型的边界并计算等分点

通过判断只属于一个三角形的边找到颅面模型的边界，以边界上同鼻尖点x坐标相同的点作为第一个边界等分点，以鼻尖点和该点的连线作为初始方向；再将边界投影到鼻尖点的切平面上，对投影到二维平面的边界按相等的角度间隔进行划分，将得到m个等分点再投影回原来的三维人脸模型的边界上，得到3D模型边界上的角度等分点，用B＝{b_α|α∈A},表示，这些等分点作为测地线的目标点；

步骤1.3，计算鼻尖至各个边界角度等分点的测地线

分别以鼻尖点为源点，以m个边界角度等分点作为目标点，计算出鼻尖点至各个等分点的测地线，用G＝{g_α|α∈A},表示，两点之间测地线的计算通过快速行进法算法实现；

步骤2，确定TPS变换的控制点：

步骤2.1，将提取的测地线进行对齐，分别在待配准的目标颅面和参考颅面按步骤1提取m条测地线，然后把目标颅面测地线向参考颅面测地线进行对齐；

步骤2.2，将对齐后的测地线进行均匀采样，用均匀采样后的采样点表示测地线，每条测地线重采样K个采样点，重采样后采样点能够描述测地线的基本特征，将每一条测地线对齐与重采样后，分别获得目标颅面和参考颅面重采样后的测地线G₁,G₂，其中：

G₁＝{A|A₁，A₂，A₃，...，A_m}

G₂＝{B|B₁，B₂，B₃，...，B_m}

G₁,G₂分别包含m条测地线，每条测地线A_m，B_m都为K行3列的矩阵，K＝150；

步骤2.3确定参考颅面上测地线的拐点为TPS变换的控制点，寻找参考颅面测地线G₂上的拐点，即曲率为0的点作为特征点，通过微分近似求解导数U_t1＝diff(B_t)，t＝1,2,…,m，连续在U_t1上执行微分操作得到U_t2＝diff(U_t1)＝diff(diff(B_t))，找到U_t2＝0的点作为参考颅面测地线G₂的拐点，从而得到参考颅面上TPS变换的控制点；

步骤2.4在目标颅面上寻找与参考颅面上拐点对应的点作为TPS变换的控制点，先将目标测地线G₁中的所有点放入点集X，X＝(x₁，x₂，...，x_M，),其中M＝K×m，将参考颅面测地线上的拐点特征点放入点集H，H＝(h₁，h₂，...，h_T)；T为拐点个数，定义H₀为内核的初始位置，v表示H₀的初始变换，内核的当前位置定义为H＝v(H₀)+H₀，然后使用一致性点漂移算法在目标颅面测地线G₁上寻找H的对应点，将找到的对应点作为目标颅面TPS变换的控制点，记为Q，Q＝(q₁，q₂，...，q_T)；

步骤3，将参考颅面向目标颅面进行薄板样条(Thin Plate Spline,TPS)变换：确定薄板样条(Thin Plate Spline,TPS)变换算法的两组控制点H和Q后，利用这两组控制点将参考颅面向目标颅面进行薄板样条(Thin Plate Spline,TPS)变换；

步骤4，得到配准后的颅面：在目标颅面上寻找与TPS变换后参考颅面的对应点，用欧式距离作为目标颅面和参考颅面远近的标准，欧式距离最小的那个点，即是TPS变换后参考颅面在目标颅面上的对应点，最后将TPS变换后颅面上的每个点都找到在目标颅面中与其欧氏距离最近的点，得到配准后的颅面。