颅面分区与基于形状子空间的颅面复原技术研究

发布时间：2020-07-25 18:41

【摘要】：通过颅骨来恢复死者生前面貌,近20年来由法医学领域专有课题逐渐成为一个交叉学科研究热点。现有计算机辅助方法大都从整体出发进行复原。但人和人面貌的区别,更多的在于五官细节的不同。本文以颅面各分区为研究对象,研究分区颅面复原方法。主要研究工作进展包括:1)颅面数据采集与预处理。对采集的267套维吾尔族CT颅面数据进行预处理。首先对颅骨和面皮进行重建、去噪、补洞、去冗余等工作;然后进行坐标统一、数据归一化,以及生理特征点标定等。2)基于模糊C均值聚类的颅面分区。基于模糊C均值聚类的方法,将颅面分为眼睛、鼻子、嘴巴、脸框四个区域。分区结果与以往的方法相比包含了更多的有效信息,更有利于后期的复原。3)基于最小二乘典型依赖分析的子空间分区复原。首先采用最小二乘典型依赖分析在形状参数空间中提取颅骨和面皮的非线性子空间,使得颅骨和面皮之间的依赖性达到最大;然后使用最小二乘支持向量回归进行分区复原;最后对各复原分区进行融合。实验证明,本文方法比主成分分析提取子空间的方法更为有效。4)颅面分区复原系统设计和实现。设计并实现了颅面分区复原系统,功能包括颅面分区、各分区复原、分区融合等功能。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：D919.6;TP391.41
【图文】：

西北大学

西北大学复原的秦女秦男

正面图,巴赫,肖像,模型

此后，这项技术被广泛运用于古人类化石的复原；20 世纪 90 年代，被我国引进。图2 德国音乐家巴赫的颅面复原模型及其肖像总的来说，颅面复原主要经历了两个阶段[4]：1）手工复原阶段，由二维发展到三维。最开始的复原是由颅骨正面图描绘出死者的大概样貌，这是一种二维的复原方式，一般都是由经验丰富的人类学家和画家合作完成的；三维复原使用的是纯手工的泥塑法和雕刻法，由解剖学家和雕塑家利用针刺获取人的面部软组织厚度信息，使用黏土和石膏等材料完。总的来说，手工复原方法耗时耗力，几乎没有可重用性，需要复杂的工艺，同时需要雕塑人员有较高的专业水平，还掺杂了专家的主观想法，使得复原结果在可靠性和准确性方面有一定的限制。2）计算机辅助的颅面复原阶段。随着科技的发展

技术路线图,技术路线

量回归模型并进行复原，最后融合各个区域得到未知颅骨的整体面貌。本文的技术路线如图 3 所示：图3 本文技术路线本文的主要研究内容有：1）颅面数据获取与预处理。对于 CT 扫描得到的颅骨和面皮数据，首先使用 MC算法进行三维重建，使之可视化的显示出来；然后使用数据处理软件 Geomagic Studio进行去噪、补洞、简化等操作；接着通过平移、旋转、变换，统一到法兰克福坐标系中，使得颅骨和面皮模型在空间位置上保持统一，然后进行特征点标定、数据配准等处理。为后续工作做充分准备。2）基于模糊 C 均值聚类的颅面分区。由于颅面数据量巨大，且不可避免的存在噪声，因此首先使用鲁棒主成分分析方法，在降维的同时减少噪声的影响；然后基于模糊 C 均值聚类进行颅面分区，分区时选择了不同的分区数得到不同的分区结果；最后结合协同分割的方式将分区后类似的部分结合在一起

【参考文献】