基于统计模型的生物数据复原配准算法比较

中 图分 类号 ：Ｐ ９ Ｔ ３３
因各种原因导致的生物体永久缺损致使生物面
貌 无法 识别 ， 没有 可供 复 原 的其 他证 据存 在 时 ， 且 只
配准和数据复原两方面对几种配准算法 的有效性进 行 比较 ， 研究 以生物数据复原为 目的的最佳 配准算 法 。使用人体肝脏器官样本进行实验 ， 结果表 明三 维权值配准算法的配准精度和相应数据复原效果均 优于其他两种算法。
效 果 。结果 三 维权值 配准法 在进 Байду номын сангаас 器官 复原上 效 果优 于其他 算法 。结论
状相 似度 高的生 物模 型 配准 。
该 算 法适 用 于进 行形
关
键
词 ： 准算 法 ； 计模 型 ； 据 复原 配 统 数 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：００２４ ２０ ）３０ ９ －４ １０ －７ Ｘ（０ ８ ０ －３ １０ 本 文 在 分析 配准 对 象特 征 的基 础 上 ， 通过 模 型
应关系。权值配准算法简单但要求 已知特征点之间 的对应关系 ， 特征点的标定是从训练集中选择的， 目 前计算机 自 动标定效果不佳 ， 手工操作费力且主观 因素 较大 。
２ ｑｑ （ ｌ２一ｑｑ ） ｏ３
ｑ＋ ｑ— ； ｑ 一 ｑ
２ ｑｑ （ ｚ３＋ｑｑ ） ｏ１
收稿 日期 ：０ ７０ ．１ ２０ －３１
基金 项 目： 国家 自然科学 基金 资助项 目（０ ３ ０ ８ ； ６７ ６ ０ ） 西北大 学科 研基金资助项 目（ ＷＵ ４ ； Ｎ ４ ） 西北大 学研究生创新 基金资
助项 目（ ７ Ｊ１ ） ｏ Ｙ Ｓ５
作者 简介 ： （９４ ）女 ， 徐湘 １８一 ， 陕西西安人 ， 北大学硕士生 ， 图像 图形处理 、 学计 算可视化研究 。 西 从事 科
１ 常 用 配准 算 法
配准算法通过对待配准图像进行缩放、 旋转 、 平
移， 消除 图像 之 间 的空 间差 异 。本 文 提 到 的 ３种 配
使得复原效果较好 ＯＡ Ｍ使用从训 练样本集 中获 Ｓ 得 的先 验知 识来 构建 可压 缩 、 可形 变 的模 型 ， 据该 依 模 型估 计未 知部 分 。
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西 北大学学报 （ 自然科 学版 ） ２０ ０ ８年 ６月 ， ３ 第 ８卷第 ３期 ， ｎ ，０ ８ Ｖ １３ ， ｏ ３ Ｊ ．２０ ， ｏ． ８Ｎ ． ｕ Ｊｕｎｌ ｆ ｏ ｈ ｅｔ ｎｖｒ ｔ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏｒａ ｏ ｒ ｗ ｓ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａ ｒ ｃｅ ｅＥ ｉｏ ） Ｎ ｔ ｅｉ ｕｌ ｎ ｉ
能通过数据 的已知部分来估计未知部分 ， 恢复生物 体可能的原来面貌 。传统 的复原方法有人工复原和 使用单一参考模板 的计算机辅助复原， 但前者人为 因素成 分 居多 ， 者 受 选 取模 板影 响较 大 。为避 免 后
主观偏 见 ， 文 献 在 数 据 复 原 研 究 中 引 入 统 计 模 有 型 【２。由 于 Ａ Ｍ 建 立 的统计 模 型 各 点 属性 相 联 】ｊ ， Ｓ
基 于 统 计 模 型 的 生物 数 据 复原 配 准 算 法 比较
徐 湘 ， 国华 ， 耿 冯 筠 ， 小哲 欧
（ 西北大学 信息科学 与技 术学院 ， 陕西 西安 ７ ０２ ） １ １７
摘 要： 目的 研 究适于生物数据复原的配准方法。方法 使 用 ３种常用的配准算法对原始训练样 本 集进行 配 准 ， 建样 本 的 Ａ Ｍ 模 型 ， 此基础 上进 行数 据 复原 ， 价不 同配 准算 法 下的数 据 复原 构 Ｓ 在 评
蟹 ＝ － ｌ 一Ｒ（ Ｒｐ ） １ ｌ ｑ ） —ｑ ｒｌ ｌ （） ２
ｑ 由ｑ ｒ Ｔ＝Ｘ —Ｒ ｇ ） （Ｒ Ｐ １２ 权值配准法 ・
（） ６
ｑ＋ ； 。 ｑ ＝１定义平移向 ＝［４ ｑ］ 完整的配 求得。 量ｑ ｑ５ ｑ 。
１２ １ 二 维权值 配准 ２ ＷＲ（ － ｍ ｎｉ ａ ｗ ｉ 一 ．． Ｄ ２ｄ ｅｓ ｎｌ ｅ ｈ ｉ ｏ ｇ ｔｄｒｇ ｔ ｔｎ 权 值 配准算 法 ＷＲ（ ｅｇｔｄｒｇ 一 ｅ ｉｒ ｉ ） ｅ ｓａ ｏ ｗ ｉ ｅ ｉ ｈ ｅｓ ｔ ｒｉｎ 相 较 最 近 点 迭 代 算 法 简 单 。二 维 的旋 转 矩 ａ０ ） ｔ
建 立统 计模 型进 行数 据 复原 的一个 关键 步 骤是 对样 本 数据 进行 配 准 ， 只有 经 过 配 准 的数 据 才 可 以 进行 统 计 训 练 。 以 往 文 献 提 出 最 近 点 迭 代 匹 配
准算法都是基于三维坐标点的配准。算法核心是定
义旋 转矩 阵 ， 求解 其 中未知 参数 。
１ １ 最 近点迭 代 匹配 ．
（Ｃ ） ＩＰ 算法ｐ ， Ｊ 以及基于最小二乘法 的权值配准方 法（ ＷＲ） Ｊ 。这几种算 法各有 利弊。ＩＰ算 法复 Ｃ
杂但 较 为通用 ， 配准 前 不要 求 知道 特 征 点 之 间 的对
最 近 点 迭 代 匹 配 算 法 ＩＰ（ｔ ａｖ ｌ ｅｔ Ｃ ｉｒ ｉ ｃ ｓ ｅ ｔｅ ｏ ｓ ｐｉ ） ３种算法 里最为通用的算 法。定义样本点 ｏ ｔ是 ｎ 集 Ｐ， 具有相同点数 （ 。＝ ） 算法首先计算样 Ⅳ 。 本 点集 Ｐ 中每个 点 与样 本点 集 的对应 点 ， 式为 公 ｄ ｐ ）＝ｍ ｎ （ ， ， ∈ ｛ ， Ⅳ｝算法定义 ３ （， ｉ ｐ ） ｉ １ …， 。 ｄ ×３维旋转 矩 阵
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西北大学学报 （ 自然科学版 ）
第３ ８卷
其中 ： 单位四元组 ｑ Ｒ＝［ｏ。 ｑ］；。 ， ＋ ｑｑｑ ３ ｇ ≥０ ｑ ｑ ＋ 准状态向量为 ｑ＝［ Ｉ 算法思路是求配准状 ］。 ｇ 态向量值 ， 使均方误差 目 函数 标