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第一部分 基础理论 1

第1章 颅面形态信息学概述 1

1.1颅面形态信息学的研究背景和意义 1

1.1.1颅面形态信息学简介 1

1.1.2颅面形态的认识和进步回顾 3

1.1.3颅面形态信息学研究意义与应用价值 8

1.2颅面形态信息学研究进展 9

1.2.1颅骨与面貌的数据库技术 10

1.2.2计算机辅助颅面重构技术 10

1.2.3颅骨与面貌的表示模型 11

1.2.4面貌真实感处理技术 12

1.2.5颅骨面貌复原评价技术 12

1.3颅面形态信息学体系 12

1.3.1颅面形态信息学知识体系 14

1.3.2颅面形态信息学技术体系 14

1.3.3颅面形态信息学应用体系 16

1.4本书内容结构 17

1.5本章小结 18

参考文献 18

第2章 颅面复原技术基础 21

2.1颅面复原关键问题 21

2.1.1颅面数据表示 21

2.1.2颅面形态关系获取 21

2.1.3颅面复原方法评价 23

2.2医学图像预处理技术 23

2.2.1图像滤波 23

2.2.2去除噪声 25

2.2.3颅面轮廓提取 30

2.3颅面模型表示与处理 32

2.3.1三维颅面模型表示 32

2.3.2三维颅面模型处理 35

2.3.3三维颅面模型坐标校正 43

2.4颅面复原基本方法 44

2.4.1颅面配准基础 44

2.4.2颅面复原方法 47

2.5本章小结 50

参考文献 50

第二部分 处理技术 54

第3章 颅面数据的采集与管理 54

3.1颅面数据采集方法 54

3.1.1传统测量方法 55

3.1.2 CT扫描 55

3.1.3激光扫描 57

3.1.4超声波 58

3.2活体颅面CT数据采集规范 58

3.2.1颅面数据采集规范和步骤 59

3.2.2人脸纹理数据采集和处理规范 59

3.3颅面数据库组织 59

3.3.1数据采样要求 60

3.3.2颅骨类型的分类 61

3.3.3知识库的存储内容 62

3.3.4知识的选择与推理 65

3.3.5国内外颅面数据库 66

3.4本章小结 67

参考文献 67

第4章 颅面数据三维建模方法 69

4.1基于影像数据的建模 69

4.1.1基于Marching Cubes的体素建模 69

4.1.2基于轮廓线的三维重建 71

4.2基于多视深度图像的建模 73

4.2.1深度图像的配准 73

4.2.2深度图像融合 80

4.3三维模型孔洞修补 81

4.4模型光顺处理 86

4.4.1网格模型光顺处理 86

4.4.2点云模型光顺处理 88

4.5本章小结 92

参考文献 92

第5章 颅面形态测量分析 96

5.1颅骨和人脸的结构 96

5.2颅骨特征点的定义 98

5.3软组织厚度测量及分析 100

5.3.1软组织厚度测量 100

5.3.2软组织厚度分析 101

5.4颅骨和面貌模型测量 107

5.5基于颅骨几何测量项的性别判别 114

5.6本章小结 119

参考文献 119

第6章 基于知识分析模型的颅面复原 121

6.1基于知识分析的颅面复原流程 121

6.2基于稀疏软组织厚度的颅面复原方法 122

6.2.1软组织厚度特征点定义 124

6.2.2特征点标定 125

6.2.3软组织厚度获取 126

6.2.4软组织厚度与属性规律统计 128

6.2.5颅面复原具体步骤 129

6.3基于稠密软组织厚度的颅面复原方法 133

6.3.1显式的稠密软组织复制方法 134

6.3.2隐式的稠密软组织复制方法 135

6.4本章小结 137

参考文献 138

第7章 基于统计模型的颅面复原 142

7.1统计形变模型 143

7.2基于最小二乘拟合的颅面统计复原方法 145

7.3基于后验概率最大的颅面统计复原 146

7.3.1建立依赖属性变化的模型 146

7.3.2基于薄板样条TPS变形的统计模型匹配 148

7.3.3基于后验概率最大的颅面统计复原实验结果 149

7.4基于层次化颅面统计模型的复原 151

7.4.1基于全局统计模型的复原 151

7.4.2颅面分区统计模型 152

7.4.3层次化颅面复原模型的融合 154

7.4.4层次化颅面复原的实验结果 156

7.5基于统计回归的颅面复原 158

7.5.1回归建模 159

7.5.2基于回归模型的颅面复原 160

7.5.3统计回归颅面复原实验结果 161

7.6本章小结 163

参考文献 163

第8章 人脸真实感处理 165

8.1人脸形状编辑 165

8.1.1基于B样条的网格变形式编辑 166

8.1.2基于RBF插值三维网格编辑 167

8.1.3基于刚性胞元的自由变形方法 168

8.2五官替换 169

8.2.1五官分割 169

8.2.2五官替换融合 172

8.3纹理编辑 175

8.3.1人脸纹理图像的生成 175

8.3.2纹理映射 176

8.4头发建模 179

8.4.1头发的交互式造型 179

8.4.2头发的非交互式造型 182

8.4.3头发的光照散射渲染 184

8.4.4头发的阴影渲染 185

8.4.5基于发型约束域的可重用头发模型建模 187

8.5饰物添加 191

8.6本章小结 192

参考文献 192

第9章 颅面重构的评价方法 197

9.1国内外研究进展 197

9.2基于面貌特征点的相似度评价 199

9.2.1基于面貌特征点的特征提取 199

9.2.2特征向量的相似度计算 200

9.2.3基于欧氏距离的相似度评价结果分析 200

9.3基于面貌轮廓曲线特征的相似度评价 202

9.3.1面貌轮廓曲线 202

9.3.2基于三维面貌轮廓曲线特征的相似度计算 204

9.3.3实验结果分析 205

9.4基于测地距离的相似度评价 205

9.4.1两组顶点集的空间分布关系 206

9.4.2面貌模型中等测地区域的提取 207

9.4.3基于分布矩阵的相似度计算 208

9.4.4基于测地距离的相似度评价结果分析 208

9.5基于照片的重构面貌的相似度评价方法 209

9.5.1人脸识别领域的相关方法 210

9.5.2基于照片的相似度评价算法 210

9.5.3基于特征点质量的相似性度量 214

9.5.4与三维模型的复原评价方法比较 218

9.6本章小结 219

参考文献 219

第10章 颅像重合 222

10.1颅像重合的原理与发展 222

10.1.1颅像重合的原理 222

10.1.2颅像重合的发展 223

10.2颅像重叠配准 226

10.2.1人像水平偏转指数与俯仰指数 226

10.2.2摄影物距估算方法 228

10.2.3基于单幅图像的人脸三维姿态估计 236

10.3颅像重合判别鉴别 246

10.3.1鉴定指标 246

10.3.2决策方法 250

10.3.3基于尺度空间的轮廓曲线相似性算法 251

10.3.4 whole-to-part曲线匹配 255

10.4本章小结 259

参考文献 260

第三部分 领域应用 263

第11章 颅面形态信息处理平台 263

11.1中国人颅面三维数据库 263

11.2基于颅面数据库的自动化颅骨面貌建模平台 267

11.3颅骨面貌复原平台 274

11.3.1基于知识模型的颅面复原原型系统 276

11.3.2基于全局和局部统计模型的颅面复原原型系统 277

11.3.3三维面貌编辑系统 280

11.3.4人脸三维纹理映射系统 281

11.4基于面貌的几何形态相似性认定平台 282

11.4.1颅骨面貌形态相似度评价平台 283

11.4.2三维颅面身份认定原型系统 286

11.5颅面三维模型的测量统计平台 292

11.5.1颅骨面貌测量与统计技术框架 293

11.5.2颅骨面貌测量与统计原型系统 295

11.6本章小结 297

参考文献 297

第12章 颅面形态信息学应用实例 299

12.1颅面形态信息学应用概述 299

12.2颅面形态信息学在考古领域中的应用 300

12.2.1李倕的面貌复原 300

12.2.2遗骸的面貌复原 303

12.3颅面形态信息学在刑事侦查中的应用 305

12.4颅面形态信息学在医学中的应用 308

12.4.1缺损颅骨修补 308

12.4.2颅颌面整形手术计划和结果预测平台 308

12.5本章小结 311

参考文献 311