颅骨点云特征提取与配准方法研究

发布时间：2022-02-24 14:46

　　计算机辅助颅面复原技术是应用计算机图形学方法,依据未知面貌的颅骨几何形态,结合测量或者医学影像数据获得的已知颅骨和面貌的几何关系,生成面貌三维形态的技术,主要应用于医疗整形、考古学、法医学等领域。颅骨三维模型的配准是颅面复原关键步骤,由于颅骨点云模型几何形态复杂,配准结果的好坏将直接影响复原的效果,而传统配准算法在配准精度等方面效果不是很好。本文针对颅面复原过程中待复原颅骨与参考颅骨高精度配准问题,设计了由初配准和精细配准两步构成的配准流程,改进了初始配准和精确配准方法,设计和实现了一个颅骨点云模型配准原型系统,实现了对颅骨的快速高精度配准。本文的主要研究工作包括:1.提出了一种改进的自旋图的三维颅骨点云配准算法。首先获取三维颅骨点云的关键点,并根据关键点及其邻域点构建稳健的局部坐标参考系,针对自旋图包含信息单一等缺点,对每个坐标轴分别计算自旋图并串联,同时根据最近邻和k-means算法进行初始对应点的获取,最后求解出旋转矩阵与平移矩阵,为精确配准提供更好的初始条件。2.提出了一种基于ICP改进的精确配准算法。针对传统ICP算法在初始点采样,误匹配点上策略的不足,本文根据迭代次数和配准... 

【文章来源】：西北大学陕西省211工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容和创新点
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 本文创新点
    1.4 本文组织结构
第二章 算法流程和关键技术
    2.1 颅骨点云配准算法整体流程
    2.2 颅骨点云数据预处理
        2.2.1 颅骨点云数据的获取
        2.2.2 颅面数据库的建立
    2.3 点云配准理论基础
        2.3.1 三维点坐标的变换
        2.3.2 变换矩阵的求解
        2.3.3 点云配准算法
    2.4 本章小结
第三章 基于自旋图改进的颅骨点云初始配准算法
    3.1 点云局部特征描述子理论
    3.2 点云关键点检测技术
        3.2.1 基于法向量的特征提取算法
        3.2.2 基于内在形状签名的特征提取算法
        3.2.3 基于形状指数的特征提取算法
    3.3 基于自旋图改进的局部特征提取
        3.3.1 局部坐标参考系的建立
        3.3.2 基于自旋图改进的局部特征描述子
    3.4 初始配准
        3.4.1 局部特征匹配
        3.4.2 初始变换关系计算
        3.4.3 初始配准步骤
    3.5 实验结果与分析
        3.5.1 配准结果的准确性量化衡量
        3.5.2 初始配准实验
    3.6 本章小结
第四章 基于ICP算法改进的颅骨点云精确配准
    4.1 ICP算法及其研究
        4.1.1 ICP算法原理
        4.1.2 ICP算法改进策略
    4.2 精确配准改进策略
        4.2.1 加入几何特征的ICP算法改进
        4.2.2 精细配准步骤
    4.3 实验及结果分析
    4.4 本章小结
第五章 系统分析与实现
    5.1 系统功能及流程
        5.1.1 系统模块分析
    5.2 系统实现
        5.2.1 系统开发所需软硬件配置
        5.2.2 系统功能实现
    5.3 本章小结
总结与展望
    本文总结
    展望
参考文献
攻读硕士期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]利用曲率特征虚拟拼接青铜器小碎片的方法[J]. 蔺素珍,王栋娟,钟家让,朱小红,张商珉.  西安电子科技大学学报. 2016(06)
[2]三维颅骨特征点的自动标定[J]. 冯筠,陈雨,仝鑫龙,贺小伟,周明全.  光学精密工程. 2014(05)
[3]应用改进迭代最近点方法的点云数据配准[J]. 王欣,张明明,于晓,章明朝.  光学精密工程. 2012(09)
[4]数据配准的颅骨面貌复原方法[J]. 税午阳,周明全,武仲科,邓擎琼.  计算机辅助设计与图形学学报. 2011(04)
[5]基于CT的头颅骨三维表面重建[J]. 张宗华,彭翔,刘常青,胡小唐.  中国生物医学工程学报. 2004(05)

硕士论文
[1]基于激光扫描的深度影像配准方法的研究[D]. 陈楚.武汉大学 2005



本文编号：3642940