计算机辅助颅像重合技术

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1、特约稿计算机辅助颅像重合技术周明全刘晓宁（西北大学可视化技术研究所，陕西西安，710069）摘要：从计算机辅助颅像重合的角度，对采用计算机辅助的颅像重合的关键技术进行了分析，研究了计算机辅助的颅像重合系统中用到的三维重构技术、颅骨校准方法、面部特征提取以及加权颅像配准算法等关键技术，同时给出了颅像配准的结果。试验表明，加权颅像配准算法效果比较理想。关键词：颅像重合；份认证；颅像配准中图分类号：TP391.4文献标识码：A文章编号：1000-274X(2003)0004-061颅像重合原理及可信度1.1颅像重合与颅骨复原的关系基于颅骨的身份认证[1]是一个国际范围的研究领域，已有百多年的

2、研究历史，过去基本上是采用解剖学的方法研究面貌与颅骨的相互关系，主要存在的问题是活体解剖不可能，尸体解剖其面貌往往有一定的变化，而且采样的数量限制很大。近年来，随着现代科技的发展与各学科的交叉渗透，尤其是计算机图形学和图像技术的发展，为这项研究提供了新的手段。目前，国内在基于颅骨的身份认证技术研究方面主要有两种途径：①采用手工颅像重合的方法进行身源鉴定；②采用雕塑法进行颅骨面貌复原，提供身份认证的依据，即传统的粘土三维复原的经典方法。西北大学可视化研究所研制的计算机辅助颅骨面貌复原系统[2]在该领域已取得了突破性的进展。颅骨复原是指根据颅骨和颜面软组织的解剖关系的实测值，直接用石膏、粘

3、土、塑泥等可塑性物质，填塑出近似于该人的相貌。颅骨面貌复原后的认定，是一种同一性认证，不能作为司法鉴定的依据，仅作为认定的线索，为查明无名颅骨的身份提供参考。颅像重合（Superpositiontechnique）是指对一张失踪人留下的头部照片与一个身源不明的颅骨，根据人类头部颜面与颅骨的法医人类学解剖投影关系所确立的一系列科学的鉴定指标，进行影像重叠检验。以重叠时能否达到解剖学关系上的一致，来确定颅骨与照片是否出自一人，从而达到身份鉴定。2.1颅像重合原理[3]颅像重合技术基于如下原理：人的头、面部是由肌肤、毛发等包裹着的颅骨组成的，颅骨是面貌的骨质内核，五官和其他软组织都按各自的解

4、剖学位置固定在颅骨的相应部位上，因此，颜面的形态特征基本上由颅骨的形态特征所决定。由于每个人的颅骨形态的差异性决定着颜面形态的个体特定性(人像照片就是这个特定性的客观反映)，所以，同一人的颅骨及其生前人像照片的影像在相同的成像条件下通过特殊装置、按正确的解剖位置重合，会显现出颜面形态特征和颅骨形态特征的一致性。如果不是出自同一人的颅骨和人像照片，即使还原了人像照片的成像条件，也不可能使颅骨的影像和人像照片的影像按正确的解剖位置全部重合。1.3可信度分析由于人类颅骨形态的相似性，对颅像重合认定同一性的可信性历来都是争论的焦点。持否定态度的学者认为，目前尚无科学的证据证明一个人的颅骨不会和

5、另一个人的照片重合，因而不能排除一个颅骨和两个以上照片重合的可能性。而且，即使颅像能够重合，也只能说明有很大的可能性，并不能得出确定的结论，因为现在还没有完全可靠的解剖标志来证明其可靠性。持赞同态度的学者认为，通过大量实际测量，没有发现各种尺寸完全相同的颅骨，而仅发现相似的颅骨。因此，完全可以根据颅像重合来进行同一性认定，如果不能重合或有假重合现象，应该首先质疑操作是否产生误差或其他一些人为因素造成的。虽然颅像重合目前不能得到世界公认的具有同一性认定作用，但我们参考案情，同样可以能够做出同一认定，为司法提供依据。2传统的手工颅像重合传统的颅像重合技术(superimposing,sup

6、erposition)是用未知身源的颅骨和失踪人在失踪前的照片，在一个特殊装置上使两者的影像按相同的偏转、仰俯角度和焦距互相重叠，以重叠时能否达到解剖关系的一致，来确定颅骨与照片是否出自同一人的一种技术，是个人身份识别的一种方法。1935年，人类首次用颅像重合技术成功地鉴定了无名颅骨的身源，以后世界各国都对颅像重合法进行了不同程度的研究与应用。1981年，我国学者才东升、兰玉文等人首次提出了一套应用颜面解剖投影的平面数据指标对重合照片进行测量比较的方法[4]，这种方法由原来的颅像重合只靠对外缘轮廓评价重合结果变为综合考察数据和外缘轮廓，从而使颅像重合更趋科学性。近年来，在计算机图像处理

7、、可视化技术领域已经取得了一批高质量的研究成果，但在基于颅骨的身份认证技术方面的成果还未见报道。目前，在计算机辅助的颅骨身份认证技术研究中，国外相继成立了人类身份认证实验室（中心），其研究仍基本处于实验室阶段，而国内主要以手工实现方法为主。然而，手工颅像重合存在如下缺点：①需要特定的颅骨装置，能够自由移动颅骨；②需要与照相技术相结合，多次翻拍，时间长，代价高；③凭经验，以手工选择特征点误差大；④手工计算复杂，误差大。3计算机辅助的颅像重合技术随