[发明专利]一种虚拟三维人脸面部重建系统的标定方法

说明书

本发明公开一种虚拟三维人脸面部重建系统的标定方法，包括S1、利用圆柱体模的模型坐标系作为世界坐标系，求取世界坐标系与CT三维坐标系的变换关系；S2、利用棋盘格标定板，求取单目相机的内部参数得到相机坐标系与相机图像坐标系的变换关系；S3、通过单目相机在初始点处拍摄体模，求得世界坐标系与相机图像坐标系的变换关系；S4、根据已知的坐标变换关系，可最终求得CT三维坐标系到相机图像坐标系的变换关系；S5、由于单目相机是固定至CBCT上，当悬臂旋转时，即可求解出任意位置下的坐标变换关系，本发明用以实现单目相机与CBCT的系统标定，为三维人脸重建奠定硬件和数据基础，解决了现有技术中需要双目视觉扫描仪才能重建三维人脸的问题。

技术领域

本发明涉及牙齿正畸技术领域，尤其涉及一种虚拟三维人脸面部重建系统的标定方法。

背景技术

随着人民生活水平的提高，人们对于自身容貌的重视程度也越来越高，通过对五官的修整、矫正、美白等处理能够得到良好的外表形象。目前在各类整形手术前，都需要进行手术规划。通过拍摄CT图像，医生针对患者进行诊断以及制定手术计划，结合CT图像的三维重建，可以让医生和患者了解到手术目的和矫正的方案，并且结合术前和术后的影像信息，能够直观地对比手术效果。但是目前的针对CT三维重建效果并不够逼真，同时，由于CT图像中含有大量其他解剖结构的信息，针对脸部表面的呈现不够详细，并不利于医生和患者的观察。因此需要借助相机，对脸部表情进行重建，并与CT三维影像相配准，从而才能逼真地显示患者三维脸部。

目前，对于三维脸部的重建方式，大多数是采用双目立体视觉的三维面部扫描仪实现。双目立体视觉扫描仪需要针对两个相机进行标定，才可得到图像的深度信息，然而此过程会引入标定误差，导致深度信息不准确。标定完毕后，双目相机对脸部进行拍摄，得到深度图像，进行点云拼接，并构建脸部点云模型，进而根据点云模型完成纹理贴图。但由于脸部的重建是分别采用了双目相机系统与CT系统，这就使重建后的模型还需要进行两个系统的坐标匹配，才能精确地将模型贴合至CT三维影像上。

其次，双目扫描仪的成本较高，且不方便嵌入至CT系统中，但是使用单目相机亦可获取人脸的纹理信息，结合CT三维影像中提取的脸部点云模型，也可以完成纹理贴图的效果。这样将有利于降低人脸重建的成本，且无需实现两套系统的坐标标定。

因此，如何构建一套嵌入单目相机的CBCT人脸重建系统，并完成相机与CBCT系统坐标标定，为三维人脸重建奠定硬件和数据基础，将是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种虚拟三维人脸面部重建系统的标定方法，主要解决背景技术中的问题。

本发明的目的在于提供一种基于锥形束计算机断层成像设备(CBCT)和单目相机的3D人脸面部重建系统标定方法。用以实现单目相机与CBCT的系统标定，为三维人脸重建奠定硬件和数据基础。解决了现有技术中，需要双目视觉扫描仪才能重建三维人脸的问题。

本发明提出一种虚拟三维人脸面部重建系统的标定方法，包括以下步骤：

S1、利用圆柱体模的模型坐标系作为世界坐标系，求取世界坐标系与CT三维坐标系的变换关系；

S2、利用棋盘格标定板，求取单目相机的内部参数得到相机坐标系与相机图像坐标系的变换关系；

S3、通过单目相机在初始点处拍摄体模，求得世界坐标系与相机图像坐标系的变换关系；

S4、根据已知的坐标变换关系，可最终求得CT三维坐标系到相机图像坐标系的变换关系；

S5、由于单目相机是固定至CBCT上，当悬臂旋转时，即可求解出任意位置下的坐标变换关系。

进一步改进在于，所述步骤S1具体包括：