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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