[發明專利]一種基于測地線的顱面配準方法

在審

• 申請號: 202010522051.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111798561A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 趙俊莉;徐子森;于晗;黃瑞坤;王琳;潘振寬
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/33;G06T7/70
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 于正河

1.一種基于測地線的顱面配準方法，其特征在于具體過程包括以下步驟：

步驟1，在顱面模型上從鼻尖點出發，按相同的初始方向和相等的角度間隔α提取m條測地線，其中0＜α≤2π，m＝2π/α：

步驟1.1，定位鼻尖點

對經過預處理已經處于標準姿態下的顱面模型數據，鼻尖點是整個顱面模型的最高點，因此鼻尖點坐標是坐標系Y軸方向的最大值點：

V_nose＝arg max(y_i) (1)

其中V_nose為鼻尖點坐標，i＝1，…，N，N為顱面模型的點數，將鼻尖點作為測地線的源點；所述顱面模型為用半邊結構表示的三角網格顱面模型；

步驟1.2，找顱面模型的邊界并計算等分點

通過判斷只屬于一個三角形的邊找到顱面模型的邊界，以邊界上同鼻尖點x坐標相同的點作為第一個邊界等分點，以鼻尖點和該點的連線作為初始方向；再將邊界投影到鼻尖點的切平面上，對投影到二維平面的邊界按相等的角度間隔進行劃分，將得到m個等分點再投影回原來的三維人臉模型的邊界上，得到3D模型邊界上的角度等分點，用B＝{b_α|α∈A},表示，這些等分點作為測地線的目標點；

步驟1.3，計算鼻尖至各個邊界角度等分點的測地線

分別以鼻尖點為源點，以m個邊界角度等分點作為目標點，計算出鼻尖點至各個等分點的測地線，用G＝{g_α|α∈A},表示，兩點之間測地線的計算通過快速行進法算法實現；

步驟2，確定TPS變換的控制點：

步驟2.1，將提取的測地線進行對齊，分別在待配準的目標顱面和參考顱面按步驟1提取m條測地線，然后把目標顱面測地線向參考顱面測地線進行對齊；

步驟2.2，將對齊后的測地線進行均勻采樣，用均勻采樣后的采樣點表示測地線，每條測地線重采樣K個采樣點，重采樣后采樣點能夠描述測地線的基本特征，將每一條測地線對齊與重采樣后，分別獲得目標顱面和參考顱面重采樣后的測地線G₁,G₂，其中：

G₁＝{A|A₁，A₂，A₃，...，A_m}

G₂＝{B|B₁，B₂，B₃，...，B_m}

G₁,G₂分別包含m條測地線，每條測地線A_m，B_m都為K行3列的矩陣，K＝150；

步驟2.3確定參考顱面上測地線的拐點為TPS變換的控制點，尋找參考顱面測地線G₂上的拐點，即曲率為0的點作為特征點，通過微分近似求解導數U_t1＝diff(B_t)，t＝1,2,…,m，連續在U_t1上執行微分操作得到U_t2＝diff(U_t1)＝diff(diff(B_t))，找到U_t2＝0的點作為參考顱面測地線G₂的拐點，從而得到參考顱面上TPS變換的控制點；

步驟2.4在目標顱面上尋找與參考顱面上拐點對應的點作為TPS變換的控制點，先將目標測地線G₁中的所有點放入點集X，X＝(x₁，x₂，...，x_M，),其中M＝K×m，將參考顱面測地線上的拐點特征點放入點集H，H＝(h₁，h₂，...，h_T)；T為拐點個數，定義H₀為內核的初始位置，v表示H₀的初始變換，內核的當前位置定義為H＝v(H₀)+H₀，然后使用一致性點漂移算法在目標顱面測地線G₁上尋找H的對應點，將找到的對應點作為目標顱面TPS變換的控制點，記為Q，Q＝(q₁，q₂，...，q_T)；

步驟3，將參考顱面向目標顱面進行薄板樣條(Thin Plate Spline,TPS)變換：確定薄板樣條(Thin Plate Spline,TPS)變換算法的兩組控制點H和Q后，利用這兩組控制點將參考顱面向目標顱面進行薄板樣條(Thin Plate Spline,TPS)變換；

步驟4，得到配準后的顱面：在目標顱面上尋找與TPS變換后參考顱面的對應點，用歐式距離作為目標顱面和參考顱面遠近的標準，歐式距離最小的那個點，即是TPS變換后參考顱面在目標顱面上的對應點，最后將TPS變換后顱面上的每個點都找到在目標顱面中與其歐氏距離最近的點，得到配準后的顱面。