本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與模式識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于三角剖分的點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法。

背景技術(shù)：

在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，由于個(gè)體差異性，我們通常會(huì)具體分析一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，而對(duì)其他非標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。如在耳廓識(shí)別中，需要對(duì)三維耳廓點(diǎn)云模型進(jìn)行歸一化預(yù)處理，以統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中所有耳廓點(diǎn)云模型的位置與姿態(tài)，然后基于分類系統(tǒng)對(duì)三維耳廓的局部特征區(qū)域進(jìn)行提取和匹配，從而實(shí)現(xiàn)耳廓形狀識(shí)別；又如在胎頭位置分析中，需要將被測(cè)者的三維骨盆點(diǎn)云模型進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化和變形處理，從而應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模型的產(chǎn)軸線對(duì)此被測(cè)者骨盆中胎頭位置進(jìn)行估計(jì)。點(diǎn)云標(biāo)準(zhǔn)化包括位置標(biāo)準(zhǔn)化及比例標(biāo)準(zhǔn)化，本專利僅涉及后者。

目前最常用的點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法是基于仿射變換的，通常的流程如下：首先將待標(biāo)準(zhǔn)化處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，比較經(jīng)典的算法有icp算法，然后再對(duì)配準(zhǔn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行仿射變換，求解縮放系數(shù)，將待標(biāo)準(zhǔn)化處理點(diǎn)云的尺寸放大或縮小至與標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云的尺寸相一致。但icp算法用時(shí)長(zhǎng)，包括初始匹配和精確配準(zhǔn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過(guò)多次最近點(diǎn)搜索和迭代。容易陷入局部最小，不穩(wěn)定。尤其在特征點(diǎn)較少的情況下不夠準(zhǔn)確。在針對(duì)具有復(fù)雜表面、點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大的生物體對(duì)象時(shí)，這種方法效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了一種基于三角剖分的點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法，該方法不需要先經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)，運(yùn)算速度快，只需要較少的采樣點(diǎn)就能夠得到較為精確的結(jié)果，在針對(duì)不規(guī)則圖形時(shí)尤其具有優(yōu)勢(shì)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于三角剖分的點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法，包括以下步驟：

1)獲得待標(biāo)準(zhǔn)化處理的三維點(diǎn)云a和標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云b，分別求點(diǎn)云a和點(diǎn)云b的全局質(zhì)心ma和mb；

2)對(duì)點(diǎn)云a內(nèi)表面進(jìn)行采樣，并以采樣點(diǎn)為頂點(diǎn)構(gòu)建由delaunay三角構(gòu)成的凸殼；

3)計(jì)算三維點(diǎn)云a的特征比例系數(shù)λ和γ；

4)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云b的delaunay三角頂點(diǎn)關(guān)系，應(yīng)用點(diǎn)云a的特征比例系數(shù)，對(duì)點(diǎn)云a的進(jìn)行拉伸變形，使其比例標(biāo)準(zhǔn)化，獲得標(biāo)準(zhǔn)化后的點(diǎn)云a’。

在步驟3)中，特征比例系數(shù)λ和γ的計(jì)算步驟如下：

3.1)取點(diǎn)云a中的一點(diǎn)pai，計(jì)算此點(diǎn)與點(diǎn)云a全局質(zhì)心的連線在凸殼上的交點(diǎn)cai，并保證pai與ma的連線和cai與ma的連線的夾角為銳角；

3.2)交點(diǎn)cai落在delaunay三角ta內(nèi)，假設(shè)ta的三個(gè)頂點(diǎn)分別為va1、va2和va3，直線va1va2與直線va3cai的交點(diǎn)為dai，pai的特征比例系數(shù)λai和γai的計(jì)算公式如下：

λaiva1+(1‐λai)va2＝dai

γaiva3+(1‐γai)dai＝cai；

在步驟4)中，對(duì)點(diǎn)云a的進(jìn)行比例標(biāo)準(zhǔn)化的步驟如下：

4.1)在標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云b內(nèi)表面相對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行采樣，并以采樣點(diǎn)為頂點(diǎn)構(gòu)建由delaunay三角構(gòu)成的凸殼；

4.2)pbi為三維點(diǎn)云b的任意一點(diǎn)，pbi與質(zhì)心mb的連線在凸殼上的交點(diǎn)cbi落在delaunay三角tb內(nèi)，假設(shè)tb的三個(gè)頂點(diǎn)分別為vb1、vb2和vb3，交點(diǎn)cbi的計(jì)算公式如下：

cbi＝λai(1‐γai)vb1+(1‐λai)(1‐γai)vb2+γaivb3；

4.3)p’ai為比例標(biāo)準(zhǔn)化的三維點(diǎn)云a’中的任意一點(diǎn)，其計(jì)算公式為：

4.4)重復(fù)步驟3.1)到4.3)直到遍歷點(diǎn)云a中的所有點(diǎn)，獲得標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)云a’。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

本發(fā)明通過(guò)在點(diǎn)云內(nèi)表面選取采樣點(diǎn)構(gòu)建基于三角剖分的凸殼，點(diǎn)云與全局質(zhì)心連線在凸殼上某一三角形內(nèi)產(chǎn)生交點(diǎn)，計(jì)算此點(diǎn)與三角形頂點(diǎn)相關(guān)的特征比例系數(shù)，再利用標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云的對(duì)應(yīng)凸殼上的三角頂點(diǎn)關(guān)系得到比例標(biāo)準(zhǔn)化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這種點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法，避免了現(xiàn)有技術(shù)先進(jìn)行配準(zhǔn)造成的用時(shí)長(zhǎng)和不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，為點(diǎn)云標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理提供了一種快速、簡(jiǎn)便、高效的手段。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。

圖2為特征比例系數(shù)計(jì)算原理示意圖。

圖3為點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化處理前后對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

參見圖1所示，本實(shí)施例所述的基于三角剖分的點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化方法，具體通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1)獲得待標(biāo)準(zhǔn)化處理的三維點(diǎn)云a＝{pa1,pa2.....pan}和標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云b＝{pb1,pb2.....pbm}，分別求點(diǎn)云a和點(diǎn)云b的全局質(zhì)心ma和mb。

2)在點(diǎn)云a內(nèi)表面選取6個(gè)特征點(diǎn)作為頂點(diǎn)構(gòu)建由n個(gè)delaunay三角構(gòu)成的凸殼ch(ta)，其中ta＝{ta1,ta2.....tan}，tat表示第t個(gè)delaunay三角形，t∈[1,n]。

3)計(jì)算三維點(diǎn)云a的特征比例系數(shù)λ和γ，參見圖2所示，其具體步驟如下：

3.1)取點(diǎn)云a中的每一個(gè)點(diǎn)pai∈a(i＝1,2.....an)，求點(diǎn)pai與質(zhì)心ma的連線paima與凸殼ch(ta)在tat上的交點(diǎn)cai，保證paima與caima夾角為銳角。

3.2)tat的三個(gè)頂點(diǎn)分別為va1，va2和va3，直線va1va2與直線va3cai的交點(diǎn)為dai。點(diǎn)pai的特征比例系數(shù)λai和γai的計(jì)算公式如下：

λaiva1+(1‐λai)va2＝dai

γaiva3+(1‐γai)dai＝cai

4)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)云b的delaunay三角頂點(diǎn)關(guān)系，應(yīng)用點(diǎn)云a的特征比例系數(shù)，對(duì)點(diǎn)云a的進(jìn)行拉伸變形，使其比例標(biāo)準(zhǔn)化，獲得標(biāo)準(zhǔn)化后的點(diǎn)云a’，其具體步驟如下：

4.1)在點(diǎn)云b內(nèi)表面相應(yīng)位置選取6個(gè)特征點(diǎn)作為頂點(diǎn)構(gòu)建由n個(gè)delaunay三角構(gòu)成的凸殼ch(tb)，其中tb＝{tb1,tb2.....tbn}，tbt表示第t個(gè)delaunay三角形，t∈[1,n]。

4.2)tbt的三個(gè)頂點(diǎn)分別為vb1，vb2和vb3，pbi為三維點(diǎn)云b的任意一點(diǎn)，pbi與質(zhì)心mb的連線pbimb與凸殼ch(tb)在tbt上的交點(diǎn)cbi的計(jì)算公式如下：

cbi＝λai(1‐γai)vb1+(1‐λai)(1‐γai)vb2+γaivb3；

4.3)p’ai為比例標(biāo)準(zhǔn)化的三維點(diǎn)云a’中的任意一點(diǎn)，其計(jì)算公式為：

4.4)重復(fù)步驟3.1)到4.3)直到遍歷點(diǎn)云a中的所有點(diǎn)，獲得標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)云a’，點(diǎn)云比例標(biāo)準(zhǔn)化處理前后對(duì)比請(qǐng)參見圖3所示。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。