[發(fā)明專利]一種面向刑偵的未知身源顱骨的計算機輔助面貌復(fù)原方法

有效

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• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103679816B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明全;稅午陽;武仲科;段福慶;鄧擎瓊;殷榮超
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 北京中海智圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11282
• 代理人: 李大為

本發(fā)明涉及法醫(yī)人類學(xué)、計算機圖形學(xué)等領(lǐng)域中的一種面向刑偵的未知身源顱骨的計算機輔助面貌復(fù)原方法，主要步驟包括：步驟一，未知身源顱骨的三維建模；步驟二，未知身源顱骨的性別判別；步驟三，基于稠密點的面部軟組織規(guī)律分析；步驟四，基于稠密點配準的顱骨面貌復(fù)原方法；步驟五，基于主成分分析的未知身源顱骨的面貌估計；步驟六，基于三維面貌模型的排查照片的生成。本發(fā)明提供的面向刑偵的未知身源顱骨的計算機輔助面貌復(fù)原方法能夠快速實現(xiàn)未知身源顱骨的面貌復(fù)原，可為刑事案件偵查預(yù)測受害人的生前面貌。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及法醫(yī)人類學(xué)、計算機圖形學(xué)等領(lǐng)域中的面向刑偵的未知身源顱骨的計算機輔助面貌復(fù)原方法，能夠?qū)崿F(xiàn)未知身源顱骨的性別鑒定、分析發(fā)現(xiàn)面部軟組織的分布規(guī)律，實現(xiàn)未知身源顱骨的三維面貌復(fù)原，可應(yīng)用于刑偵現(xiàn)場未知身源顱骨的面貌復(fù)原，可為刑事案件偵查預(yù)測受害人的生前面貌。并可以進一步推廣應(yīng)用于考古學(xué)領(lǐng)域中古代名人的面貌復(fù)原、人類學(xué)領(lǐng)域中人類面貌的演化分析等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

顱骨是人類面貌內(nèi)在的生物特征，面貌是人與人之間最直接的識別依據(jù)，顱骨的形態(tài)決定人體面貌的基本形態(tài)。顱骨面貌復(fù)原是以法醫(yī)人類學(xué)的基本理論和方法為基礎(chǔ)，針對大數(shù)據(jù)集顱面數(shù)據(jù)，通過測量、分析及統(tǒng)計方法，發(fā)現(xiàn)顱骨和面貌的相互關(guān)系，并結(jié)合顱面形態(tài)規(guī)律實現(xiàn)給定顱骨的面貌估計。

傳統(tǒng)顱骨面貌復(fù)原方法涉及法醫(yī)人類學(xué)、解剖學(xué)、藝術(shù)雕塑等學(xué)科，主要針對尸體進行測量統(tǒng)計。受到顱面樣本數(shù)量有限、用于測量軟組織厚度的顱骨特征點數(shù)量少等因素的制約，導(dǎo)致顱面形態(tài)規(guī)律的分析結(jié)果缺乏有效的數(shù)據(jù)支持；并且，由于傳統(tǒng)手工面貌復(fù)原方法的結(jié)果在很大程度上取決于個人對顱面形態(tài)的理解，復(fù)原結(jié)果容易受主觀因素影響。近年來，隨著CT、MRI等高分辨率醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字采集設(shè)備的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，計算機圖形學(xué)、可視化技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像處理等信息科學(xué)新技術(shù)為顱面形態(tài)研究及其應(yīng)用提供新的研究方法和實現(xiàn)技術(shù)。信息科學(xué)技術(shù)能夠快速實現(xiàn)大樣本顱面三維建模，基于顱骨的性別判別和面部軟組織分布規(guī)律分析，實現(xiàn)客觀、科學(xué)和具有可重復(fù)性的面貌復(fù)原結(jié)果。

目前，基于顱骨數(shù)據(jù)配準的面貌復(fù)原方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于面貌復(fù)原，其實質(zhì)是將參考數(shù)據(jù)的軟組織作為待復(fù)原顱骨的軟組織進行面貌復(fù)原。基本過程如下：首先基于顱骨特征點實現(xiàn)參考顱骨向待復(fù)原顱骨的非剛性配準，然后將該變換應(yīng)用于參考面貌模型，從而實現(xiàn)面貌復(fù)原。Philips等和周明全等人最早提出利用CT進行活體樣本數(shù)據(jù)的采集和大數(shù)據(jù)集軟組織厚度的測量，保證面貌復(fù)原結(jié)果的準確性。Turner等人采用薄板樣條函數(shù)實現(xiàn)參考顱骨向待復(fù)原顱骨的配準，然后將此變換應(yīng)用于參考面貌模型，實現(xiàn)面貌復(fù)原。Peter Tu等人在進行顱骨非剛性配準前，首先將顱骨進行柱面展開，從而將三維顱骨模型的非剛性配準問題轉(zhuǎn)化為二維展開圖的非剛性配準，通過非線性優(yōu)化方法實現(xiàn)顱骨配準及面貌復(fù)原。鄧擎瓊等人提出全局與局部配準相結(jié)合的方法，實現(xiàn)待復(fù)原顱骨與參考顱骨的配準。裴玉茹等人生成顱骨軟組織的二維展開圖，將其作為待復(fù)原顱骨的軟組織分布，采用徑向基網(wǎng)RBFN（radial basis function network）實現(xiàn)面貌復(fù)原。基于面貌特征點配準的方法實質(zhì)是模擬傳統(tǒng)基于軟組織厚度的三維手工復(fù)原方法。首先根據(jù)測量得到的軟組織厚度估計待復(fù)原顱骨特征點對應(yīng)面貌點的幾何坐標p，然后實現(xiàn)參考面貌特征點向待復(fù)原面貌特征點p的變形，實現(xiàn)面貌復(fù)原。李江等人采用移動最小二乘方法，實現(xiàn)了基于面貌特征點的復(fù)原。然而上述兩類復(fù)原方法并未涉及顱面參考數(shù)據(jù)的選擇，并存在以下問題亟待解決：（a）缺少有效的面部軟組織規(guī)律分析方法；（b）缺少有效的顱面數(shù)據(jù)分類方法；（c）顱骨面貌復(fù)原方法亟待改進。

本專利對基于顱骨的面貌復(fù)原方法進行了擴展，提出了一種面向刑偵的未知身源顱骨的計算機輔助復(fù)原方法。該方法依據(jù)顱骨的少量幾何測量指標建立了顱骨性別判別方程，實現(xiàn)了完整顱骨和缺少下頜骨的顱骨的性別判別。定義了面部軟組織分析六項評價指標，建立了面部軟組織分布圖，分析了面部軟組織分布與性別、年齡的關(guān)系。提出了顱面數(shù)據(jù)分類方法和基于主成分分析的顱骨顱面復(fù)原方法，克服了僅依靠單一顱面樣本決定面貌復(fù)原結(jié)果的局限。最后通過替換眼睛、鼻子、嘴、頭發(fā)等信息實現(xiàn)了受害人生前照片的預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容