[發(fā)明專利]一種電極模型和頭模型配準(zhǔn)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210147002.4
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102708293A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鵬;胡俊;堯德中
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F3/01
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 周永宏

1.一種電極模型和頭模型配準(zhǔn)的方法，其特征在于，包括步驟：

步驟1：對電極模型和頭模型進(jìn)行基于參考點(diǎn)的預(yù)配準(zhǔn)；

步驟2：采用改進(jìn)型的ICP算法完成電極模型和頭模型的精確匹配。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電極模型和頭模型配準(zhǔn)的方法，其特征在于，所述步驟1中進(jìn)行基于參考點(diǎn)的預(yù)配準(zhǔn)的詳細(xì)過程包括如下步驟：

步驟11.將所有取至電極模型中的點(diǎn)定義成P點(diǎn)集，P(i)表示P點(diǎn)集中的第i個點(diǎn)，在未進(jìn)行預(yù)配準(zhǔn)的電極模型中選擇鼻、左耳、右耳和頭頂所對應(yīng)的點(diǎn)作為參考點(diǎn)并記為P(1)、P(2)、P(3)和P(4)，所述頭頂所對應(yīng)的點(diǎn)P(4)采用Z軸方向最大值所對應(yīng)的點(diǎn)；

步驟12.將所有取至頭模型中的點(diǎn)定義成Q點(diǎn)集，Q(i)表示Q點(diǎn)集中的第i個點(diǎn)，在未進(jìn)行預(yù)配準(zhǔn)的電極模型中選擇鼻、左耳、右耳和頭頂所對應(yīng)的點(diǎn)作為參考點(diǎn)并記為Q(1)、Q(2)、Q(3)和Q(4)，所述頭頂所對應(yīng)的點(diǎn)Q(4)采用Z軸方向最大值所對應(yīng)的點(diǎn)；

步驟13.定義作為中間變量的矩陣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))}；

步驟14.計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣R=W·V^-1，平移矩陣T=Q-RP=Q-WV^-1P，并將計(jì)算后的R、T帶入如下公式：R*P(i)+T?→Q??(i＝1,^,n)從而對所有電極模型中的點(diǎn)P(i)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移，將所有電極模型中的點(diǎn)P(i)轉(zhuǎn)移到頭模型的坐標(biāo)系下，完成電極頭模型的預(yù)配準(zhǔn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電極模型和頭模型配準(zhǔn)的方法，其特征在于，所述步驟2中采用改進(jìn)型的ICP算法完成電極模型和頭模型的精確匹配過程包括如下步驟：

步驟21.開始進(jìn)行第k次迭代，在頭模型Q點(diǎn)集中尋找與第k-1次變換后的電極模型P_k-1點(diǎn)集中每個點(diǎn)對應(yīng)的最近點(diǎn)組成Q_k點(diǎn)集；

步驟22.利用奇異值分解算法或四元素法計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T;

步驟23.引入修正矩陣對步驟22計(jì)算所得的旋轉(zhuǎn)矩陣（R矩陣）和平移矩陣（T矩陣）進(jìn)行修正以使得使旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣中都包含模型縮放變換的因素；該步驟的具體計(jì)算過程為：對旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣進(jìn)行修正，首先需要計(jì)算每個模型的的空間大小，定義模型規(guī)模函數(shù)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表示對角矩陣)

其中A為傳遞給size函數(shù)的自變量，表示任意的模型，這里可以用來表示電極模型，也可以用來表示頭模型，A(i)表是模型A中第i點(diǎn)的坐標(biāo)向量，A(i,x)即表示這一坐標(biāo)點(diǎn)的x坐標(biāo)值，同理，A(i,y)、A(i,z)分別表示y、z軸坐標(biāo)，M為模型A的中心點(diǎn)坐標(biāo)向量；

將上式分別代入電極模型和頭模型，計(jì)算出電極模型空間大小size(P)，頭模型空間大小size(Q)，計(jì)算兩模型的規(guī)模比構(gòu)成3階對角矩陣S作為修正矩陣，修正后的旋轉(zhuǎn)矩陣R′與平移矩陣T′為：

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

R′=R·S;；

T′=R·(S-E)·M+T

其中E為三階單位陣，M為電極模型或頭模型的中心點(diǎn)向量，將修正后的旋轉(zhuǎn)矩陣R′與平移矩陣T′替換傳統(tǒng)ICP算法中的旋轉(zhuǎn)矩陣R、平移矩陣T；

步驟24.使用修正后的R′和T′對電極模型進(jìn)行變換，這里的變換不僅包含了旋轉(zhuǎn)變換、平移變換還包括了縮放變換,變換結(jié)果得到下一次的電極模型P_k+1點(diǎn)集,該具體過程為：

P_k+1=R′·P_k+T′；

步驟25.計(jì)算第k次變換后變換后的兩模型間的距離式中Q_k(i)表示第k次迭代后的頭模型Q點(diǎn)集中的第i個點(diǎn)，式中P_k(i)表示第k次迭代后的電極模型P點(diǎn)集中的第i個點(diǎn)；

步驟26.如果|d_k-d_k-1|<ε（ε為預(yù)先設(shè)定的誤差限且ε>0）時(shí)，迭代終止，否則返回步驟21繼續(xù)進(jìn)行k+1次迭代。