[发明专利]一种电极模型和头模型配准的方法

权利要求书

1.一种电极模型和头模型配准的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：对电极模型和头模型进行基于参考点的预配准；

步骤2：采用改进型的ICP算法完成电极模型和头模型的精确匹配。

2.根据权利要求1所述的一种电极模型和头模型配准的方法，其特征在于，所述步骤1中进行基于参考点的预配准的详细过程包括如下步骤：

步骤11.将所有取至电极模型中的点定义成P点集，P(i)表示P点集中的第i个点，在未进行预配准的电极模型中选择鼻、左耳、右耳和头顶所对应的点作为参考点并记为P(1)、P(2)、P(3)和P(4)，所述头顶所对应的点P(4)采用Z轴方向最大值所对应的点；

步骤12.将所有取至头模型中的点定义成Q点集，Q(i)表示Q点集中的第i个点，在未进行预配准的电极模型中选择鼻、左耳、右耳和头顶所对应的点作为参考点并记为Q(1)、Q(2)、Q(3)和Q(4)，所述头顶所对应的点Q(4)采用Z轴方向最大值所对应的点；

步骤13.定义作为中间变量的矩阵V和W，其中：

V={(P(4)-P(1)),(P(4)-P(2)),(P(4)-P(3))}

W={(Q(4)-Q(1)),(Q(4)-Q(2)),(Q(4)-Q(3))}；

步骤14.计算旋转矩阵R=W·V^-1，平移矩阵T=Q-RP=Q-WV^-1P，并将计算后的R、T带入如下公式：R*P(i)+T →Q  (i＝1,^,n)从而对所有电极模型中的点P(i)进行旋转和平移，将所有电极模型中的点P(i)转移到头模型的坐标系下，完成电极头模型的预配准。

3.根据权利要求2所述的一种电极模型和头模型配准的方法，其特征在于，所述步骤2中采用改进型的ICP算法完成电极模型和头模型的精确匹配过程包括如下步骤：

步骤21.开始进行第k次迭代，在头模型Q点集中寻找与第k-1次变换后的电极模型P_k-1点集中每个点对应的最近点组成Q_k点集；

步骤22.利用奇异值分解算法或四元素法计算旋转矩阵R和平移矩阵T;

步骤23.引入修正矩阵对步骤22计算所得的旋转矩阵（R矩阵）和平移矩阵（T矩阵）进行修正以使得使旋转矩阵和平移矩阵中都包含模型缩放变换的因素；该步骤的具体计算过程为：对旋转矩阵和平移矩阵进行修正，首先需要计算每个模型的的空间大小，定义模型规模函数size()如下式：

size(A)=diag(Σi||A(i,x)-M(x)||2,]]>

Σi||A(i,y)-M(y)||2,]]>

Σi||A(i,z)-M(z)||2)]]>(diag表示对角矩阵)

其中A为传递给size函数的自变量，表示任意的模型，这里可以用来表示电极模型，也可以用来表示头模型，A(i)表是模型A中第i点的坐标向量，A(i,x)即表示这一坐标点的x坐标值，同理，A(i,y)、A(i,z)分别表示y、z轴坐标，M为模型A的中心点坐标向量；

将上式分别代入电极模型和头模型，计算出电极模型空间大小size(P)，头模型空间大小size(Q)，计算两模型的规模比构成3阶对角矩阵S作为修正矩阵，修正后的旋转矩阵R′与平移矩阵T′为：

S=size(Q)/size(P);

R′=R·S;；

T′=R·(S-E)·M+T

其中E为三阶单位阵，M为电极模型或头模型的中心点向量，将修正后的旋转矩阵R′与平移矩阵T′替换传统ICP算法中的旋转矩阵R、平移矩阵T；

步骤24.使用修正后的R′和T′对电极模型进行变换，这里的变换不仅包含了旋转变换、平移变换还包括了缩放变换,变换结果得到下一次的电极模型P_k+1点集,该具体过程为：

P_k+1=R′·P_k+T′；

步骤25.计算第k次变换后变换后的两模型间的距离式中Q_k(i)表示第k次迭代后的头模型Q点集中的第i个点，式中P_k(i)表示第k次迭代后的电极模型P点集中的第i个点；

步骤26.如果|d_k-d_k-1|<ε（ε为预先设定的误差限且ε>0）时，迭代终止，否则返回步骤21继续进行k+1次迭代。