[發明專利]一種基于張量空間偏最小二乘回歸的顱面重構方法

無效

• 申請號: 201110382096.9
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102521875A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 段福慶;武仲科;周明全
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 曾永珠

技術領域

本發明涉及面皮重構方法，特別涉及一種通過在張量空間進行偏最小二乘回歸來實現對未知顱骨進行面皮重構的方法。主要用于刑偵、考古、法醫人類學、醫學手術、美容整容等領域。

背景技術

顱骨是人類面貌的內在生物特征，根據顱骨形態實現面貌重構是法醫人類學領域的典型應用項目。傳統的手工重構是在待定顱骨的基礎上，借助解剖測量和針刺測量途徑獲得人臉軟組織的厚度規律，由藝術家雕塑而成，屬于人類學家、藝術家和醫生的領域，較多的依賴重構者個人對顱面特征和藝術的把握，其結果受主觀因素影響較大，不具備科學推廣的價值，并且重構一個顱面需要幾天的時間。目前，計算機輔助的顱面三維重構已引起國際信息學、人類學、法醫學等相關領域的高度重視，成為國際上研究的熱點。

典型技術可分為兩類：一類是基于軟組織厚度測量的方法。通過測量一定數量的顱面樣本在顱骨上一些關鍵特征點處的平均軟組織厚度作為經驗知識，對于目標顱骨，首先根據這些平均軟組織厚度的經驗值，獲得顱骨關鍵特征點處的面皮位置，然后通過插值、變形等技術得到整個顱骨的面皮。這類方法只要求在顱骨上標注少量關鍵特征點，并獲得這些點的軟組織厚度，所需的數據較少。然而，這些關鍵特征點處的軟組織厚度和顱面形狀之間并沒有直接的相關關系；另一類是基于統計變形模型的方法。這類方法將一套顱骨和面皮數據組織為一個整體形成一個向量，通過對大量的訓練樣本進行主成份分析(PCA)，建立參數化的顱面統計變形模型，通過優化的方法將統計模型匹配到目標顱骨，獲得模型參數實現顱面重構。這類方法本質上是對僅具有小部分數據的顱面樣本求解數據缺失這一病態問題，優化過程容易陷入局部極小，很難體現顱骨對面皮的決定性作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于張量空間偏最小二乘回歸的顱面重構方法。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是分別將顱骨和面皮變換到不同的張量特征空間，利用偏最小二乘技術分性別進行面皮張量特征對顱骨張量特征和顱面屬性的回歸建模。對待重構的目標顱骨，利用建立的回歸模型得到相應的面皮張量特征，根據張量特征重構出目標面皮。方法簡單易行，速度快，充分體現了顱骨決定面貌這一本質聯系，重構準確度高。

本發明所述顱面重構方法的主要步驟包括：

1模型訓練

1.1數據處理，把訓練樣本中的三維顱面統一到法蘭克福坐標系(Frankfurt?Horizontal)并將大小規格化，去除數據中不屬于面部的部分，對顱骨和面皮分別進行三維數據配準，將配準后的顱骨和面皮轉化為二維深度圖。

1.2張量特征提取，將顱骨和面皮分別變換到顱骨張量特征空間和面皮張量特征空間；

1.3回歸模型建立，采用偏最小二乘回歸分性別建立面皮張量特征對顱骨張量特征和屬性(年齡、體重指數BMI)的回歸模型。

2顱面重構

2.1數據處理：把待重構的未知顱骨統一到法蘭克福坐標系并將大小規格化，將未知顱骨與訓練樣本中的顱骨進行數據配準，將配準后的未知顱骨轉化為二維深度圖；

2.2張量特征提取：將未知顱骨變換到顱骨張量特征空間；

2.3特征回歸，估計顱骨的性別和屬性(年齡、體重指數BMI)，根據其張量特征和屬性，利用1.3)中建立的回歸模型回歸出相應的面皮張量特征；

2.4三維面皮重構，根據回歸到的面皮張量特征恢復其二維深度圖，將得到的二維深度圖轉化為三維點云數據。

附圖說明

圖1為本發明基于張量空間偏最小二乘回歸的顱面重構方法的總體流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明所述一種基于張量空間偏最小二乘回歸的顱面重構法作進一步詳細的說明。

下面參考圖1對本發明基于張量空間偏最小二乘回歸的顱面重構方法進行詳盡的描述。實現本發明所述方法的具體步驟是：

1模型訓練

1.1數據處理：

把三維顱面統一到法蘭克福坐標系，按顱骨左耳孔Lp和右耳孔Rp這兩個特征點間的距離將顱骨和面皮的大小規格化，人工去除數據中不屬于面部的部分，對顱骨訓練樣本和面皮訓練樣本分別進行三維數據配準，將配準后的顱骨和面皮轉化為二維深度圖。

1.2張量特征提取：