[发明专利]一种基于测地线的颅面统计复原方法

说明书

本发明涉及一种基于测地线的颅面复原统计模型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于统计模型估计未知颅骨对应人脸的测地线；步骤2，利用复原出的测地线恢复未知颅骨对应的人脸模型；本发明所述方法的优越效果在于：使用颅骨及其面貌上的测地线特征点作为训练对象，通过测地线自动建立具有内蕴几何意义的对应特征点，使用本发明所述方法，由于测地线的内蕴性和测地距离在等距形变下保持不变的特性，实现了在不同表情姿态下，通过测地线自动建立的对应特征点的准确性和特征点之间的精确对应，实现了颅面复原中特征点的精确对应，以及颅面复原结果的准确性，得到更好的复原效果。

技术领域

本发明属于信息技术与法医学交叉的颅面复原技术领域，具体涉及一种基于测地线的颅面统计复原方法，用于从未知颅骨复原其面貌。

背景技术

颅面复原又称颅面重构，其目的是利用颅骨估计人的面部容貌。人类学的研究表明，颅骨是人类面貌的内在生物特征，其形态决定了人的面部特征和五官的位置与结构，故颅骨特征是颅面复原的基础。早在1895年，德国学者率先基于巴赫遗骨实现了其面貌复原，开辟了颅面复原研究领域，不断涌现的研究成果已逐渐在法医学、人类学、刑侦、考古、颚面外科手术、公共安全等多个领域得到广泛应用。

颅面复原是寻求颅骨这一具有复杂形态的三维生物体与其面貌形态间的内在关系，并利用这种内在关系实现对给定颅骨的未知面貌进行科学预测与恢复。早期的颅面复原是用泥土或黏土进行手工复原，其结果受主观因素影响较大，重构者是否与重构对象属于同一种族也会影响颅面重构精度。近年来，随着计算机科学和医学图像技术的发展，利用计算机技术进行颅面复原具有复原结果更加客观、精确、高效及可重复使用的优点，已成为各国学者颅面复原研究的主流方向。目前，现有的研究主要通过颅面上所有点或手工标定的特征点采用基于软组织厚度或统计模型的方法进行复原，然而，由于颅骨的拓扑复杂亏格高，现有的计算机辅助颅面复原技术方法难以自动建立颅骨与面貌的精确对应，在复原准确率方面还未能达到可以在实际刑侦等领域真正普及应用的程度，颅面复原效果亟待提高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于测地线的颅面统计复原方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，基于统计模型估计未知颅骨对应人脸的测地线，即基于主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)方法，对训练样本的颅骨和对应人脸上提取的测地线建立统计模型，从而对于一个未知面貌的颅骨利用该模型可以求解出对应面貌上的测地线：

步骤1.1，对经过预处理和配准好的颅面模型，即具有相同姿态、相同点数及语义一致的颅面数据作为训练样本，从鼻尖点出发，按相同的初始方向和相等的角度间隔提取m条测地线，组成训练样本的测地线向量G，如公式(1)所示：

G＝[G₁,G₂,L,G_m]^T……(1)，其中G_i(i＝1,2,…,m)为第i条测地线；

步骤1.2，设颅骨向量为C＝[C₁,C₂,…,C_n]^T，在颅骨对应的人脸上提取的测地线向量G＝[G₁,G₂,L,G_m]^T，利用PCA建立统计模型如公式(2)所示：

步骤1.3，将公式(2)中的未知量合并，转化为以下公式(3)：

由公式(3)得出C＝Φ_cb，得到如下公式(4)，从而求解出系数b，如下公式(4)：

步骤1.4，将系数b代入公式(2)得到待复原颅骨对应人脸的测地线；