维吾尔民族颅骨模型特征提取关键技术研究

In order to satisfy people's requirements of recognizing Xinjiang Uyghur people's skull morphological information from massive model database,realizing craniofacial restoration,learning more about Xinjiang Uyghur people's special culture ,this project focuses on investigation of effective method for Uyghur people's skull model feature extraction.The main problems to solve in the proposed project include (1)Selection and adoption of effective methods for CT image pre_processing,for instance de_noising ,segmentation ,image interpolation (2) Research and implementation on reconstruction of 3-D skull (3) Study an effective method for dynamically determining the pre_match points collection on skull model (4) Extraction of local geometric feature of skull or determining the attribution of pre_match points (5) Research and development of feature extraction algorithm.Particularly,research and development of the precise extraction of 3-D skull feature points .The problems to be solved of above involve the knowledge of pattern recognition,image processing,machine learning and database management,anthropology ,3_D visualization.The application areas of the proposed project applied to craniofacial restoration,medical diognosing,concluding people's racial difference ,origin,gender,place distribution and forensic ,archeology etc.

为了满足人们从海量生物特征数据库中识别维吾尔族颅骨形态特征信息并快速完成颅面复原,更全面地了解新疆维吾尔民族特色文化的需求,本项目着重于研究维吾尔民族颅骨模型特征提取关键技术。拟解决的主要问题包括:(1)选择、运用有效方法,对于CT颅骨图像预处理,包括CT图像除噪、图像分割、图像插值等(2)研究与实现高效的三维颅骨模型重构方法(3)运用有效方法确定预匹配点集合(4)开发有效的方法,对于预匹配点集合确定属性或需要提取模型局部几何特征信息(5)研究与实现颅骨特征提取的方法等。尤其是研究与开发三维颅骨模型精确特征点提取方法。以上问题的解决涉及到模式识别与分类、医学图像处理、机器学习、计算机视觉、三维可视化技术、人类学以及数据库管理等知识。该项目的应用范围将为颅面复原、医学诊断、推断人的种族、起源、性别、地域分布特征、法医人类学、考古学等方面打基础。

随着计算机可视化技术的发展，对于新疆地区少数民族颅骨进行快速身份鉴定已成为需求。因此我们提出了研究与探索维吾尔民族颅面形态几何特征提取分析关键技术及其应用的有效方法，这为下一步的颅面复原奠定了基础。在该项目的研究过程中，完成了研究项目计划中提出的主要研究任务，在研究结果基础上发表了相关论文等，超过了预期的研究目标。所完成的主要研究内容包括：1)CT数据采集与建库。对于采集CT数据提出了基于分割的MC算法。对CT数据处理和重建后需要对数据分类存储和建库。对于颅骨提出一种新的自动配准方法和一种新的颅骨缺失修补方法。2)颅面形态几何特征统计分析。首先对于颅面模型采用半自动方法进行78个特征点标定，62个测量点与43个测量项并测量统计。最后对男性女性颅面形态几何特征之间进行了相似性与差异比较。3)基于颅骨的性别鉴定。提取了颅骨的可测量指标和数量化指标。然后分别采用了Fisher判别、步进Fisher判别两种分类方法对完整颅骨和不完整的性别进行了判定。4)颅面生理点对应关系建立。提出了一种基于测地距离一致性约束的三维颅面点对应方法。5)头面部软组织厚度测量。在颅骨上确定43个测量项并测量统计了。然后对于男性与女性43个测量项之间进行相似性与差异。6)基于软组织厚度颅面复原。提出了一种改进的基于软组织厚度颅面方法。这些方法在三种标准数据集上进行了反复的实验，这些数据集是CT数据, 三维颅面模型数据和颅面形态几何特征统计数据。在一系列实验结果基础上主要发表了核心期刊论文、EI检索国际会议论文、SCI以及EI论文。这项研究工作为开发与应用维吾尔民族颅面复原或刑事案件白骨身份鉴定的基础。上述问题的研究与解决涉及到多个领域知识，包括计算机可视化技术、模式识别、图像处理及数据库管理等，也涉及到考古学、法医人类学、医学整形等领域。本项目的进一步研究以及开发应用会对社会很有实用价值。