[發明專利]一種基于現代人軟組織分布的古人類頭骨顱面交互復原方法

有效

• 申請號: 201811076427.4
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109118455B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 稅午陽;周明全;吳秀杰
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 胡靜

本發明涉及一種基于現代人軟組織分布的古人類頭骨顱面交互復原方法，具體包括以下步驟：步驟1，古人類頭骨的幾何修復；步驟2，古人類頭骨與現代人的顱骨的配準；步驟3，基于參考模型的軟組織分布的顱面復原；步驟4，顱面復原結果候選數據集的構建；步驟5，基于統計形狀模型的顱面交互復原。本發明所述基于現代人軟組織分布的古人類頭骨顱面交互復原方法的有益效果：提高基于顱骨配準的顱面復原方法的準確性；提高古人類頭骨顱面復原結果的準確性；提高顱面復原結果的準確性。

技術領域

本發明涉及人類頭骨顱面復原方法，更詳細地說，涉及基于現代人軟組織分布的古人類頭骨顱面交互復原方法。

背景技術

人類的祖先長什么樣，如何應用顱面復原技術進行古人類頭骨的面貌復原是人類學家關注的熱點問題之一。顱骨和面貌的幾何形狀具有相關性，顱骨的幾何形狀決定面貌的幾何形狀，因此可以利用顱骨面貌復原技術解決該問題。顱骨面貌復原是根據人體頭面部軟組織分布以及顱骨與面貌五官間的形態關系，在顱骨或顱骨的石膏模型上用可塑物質，例如橡皮泥、粘土、塑像蠟等生成顱骨生前面貌的技術，該技術已經應用于歷史名人、古人類頭骨、刑事案件中受害人等三維面貌的復原。

由于古人類與現代人的顱面形態關系并不完全一致，長期以來手工復原方法是古人類頭骨化石面貌復原的主要技術。中國人類學家采用手工雕塑技藝相繼復原了北京猿人、藍田猿人、馬壩人、金牛山人、大荔人等古老型人類，以及柳江人、扎賚諾爾人、麗江人等早期現代人的三維面貌。英國自然歷史博物館的研究人員也采用手工雕塑技藝完成了距今1萬年的英格蘭“切達人”的三維面貌復原。但是，手工復原方法也存在手工雕塑技術復雜、操作難度大、難掌握，復原過程周期長、復原結果易受復原人員主觀經驗影響等局限。為此，國內外學者利用圖像處理軟件實現了古人類頭骨的二維復原。Susan Hayes等人依據現代人特征點處的面部軟組織厚度以及顱骨與五官的關系，利用Adobe Photoshop CS軟件實現了古人類頭骨面貌圖像的復原。然而，該方法的復原結果仍以二維平面形式呈現，缺少復原面貌的三維幾何形狀，未能實現古人類頭骨三維面貌形狀的復原，難以滿足人們認識和感受遠古人類面貌的需求。

近年來，隨著計算機斷層掃描和磁共振成像等醫學影像技術的發展，活體人群已經被用于面部軟組織的測量和分析，為計算機輔助顱面復原技術的發展和應用提供了大量基礎數據。計算機圖形學、機器學習等信息技術的應用為發現顱面形態關系和計算機輔助顱面復原提供了技術支持。計算機輔助顱骨面貌復原技術是將現代人的顱面形態關系(如面部軟組織厚度、解剖結構等)用于待復原顱骨的面貌復原，具有復原速度快、復原結果客觀等優勢，已成為研究和應用的熱點。

目前，計算機輔助顱面復原技術可分為三類：

(1)基于特征點的軟組織分布的顱面復原方法，該方法是將特征點處的面部軟組織平均分布作為待復原顱骨的軟組織分布從而實現顱面復原。該方法首先統計不同年齡、性別、種族的少量面部特征點處的軟組織厚度均值，然后將其作為待復原顱骨對應特征點處的軟組織厚度，從而通過插值或蒙皮技術實現三維顱面復原。

(2)基于顱骨配準的顱面復原方法，該方法首先從顱面三維數據庫中選擇合適的顱骨和面貌模型作為參考顱骨和參考面貌，然后依據顱骨特征點或脊線等信息采用非剛性配準方法將參考顱骨向待復原顱骨進行幾何變形，最后將該變形應用于參考面貌模型實現三維顱面復原。

(3)基于統計學習的顱面復原方法，該方法首先采用主成分分析技術實現顱骨和面貌稠密對應點云的降維表示，然后，采用線性回歸、特征根回歸、偏最小二乘回歸等機器學習方法定量表示顱面形態關系，最后，將待復原顱骨的主成分系數作為輸入，計算其對應的面貌模型的主成分系數，最終實現三維顱面復原。