利用数码照片重建颌面部软组织三维形态的初步研究(1)
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[摘要]目的：探索面部软组织三维重建的新方法。方法：采用数码相机获取被摄者两张正面数码照片，利用数字化近景摄影测量的原理和方法，在地理信息系统下进行面部软组织的三维重建。结果：实现了颌面部软组织三维重建，获得了逼真的面部软组织三维图像。结论：利用数字化近景摄影测量和地理信息系统的原理和技术，进行颌面部软组织三维重构，是软组织三维重建方法的新探索。
[关键词]数码照片；三维重建；近景摄影测量；地理信息系统；面部软组织
[中图分类号]R782 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455(2012)02-0228-03
Primary study of the three-dimensional reconstruction on facial soft tissue based on digital images
FAN Xiao-feng1,WEN Yi-xi2,MA Si-wei2,WANG Shu-sen3,YANG Zhuang-qun4
(1.Department of Orthodontics,Hainan Stomatological Hospital, Haikou 570105, Hainan,China;2.Xi'an Jiaotong University Stomatology Hospital;3.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Reconnaissance Institute;4.The First Affiliated Hospital of Medical College of Xi'an Jiaotong University)
Abstract: Objective To explore a new method about three-dimensional(3D) reconstruction of facial soft tissue. Methods Two front facial photographs of volunteer were obtained by digital camera.Then,the 3D reconstruction image was generated using close-range photogrammetry technique under the geographic information system (GIS) surrounding. Results The 3D facial soft tissue was obtained and the reconstruction was clear and real. Conclusion The digital close-range photogrammetry and the GIS principle and technique are new exploration on 3D reconstruction of soft tissue.
Key words:digital photograph;three-dimensional reconstruction;close-range photogrammetry;GIS;facial soft tissue
颌面部软组织的测量、分析和研究在口腔医学领域，特别是正畸、正颌外科以及美容整形外科的诊断治疗中均有十分重要的意义，它不仅为制订治疗计划提供可靠的数据，而且可客观地评价疗效。随着经济的发展及治疗的需要，对每个患者拍摄治疗前后面部正面、侧面及局部相片作为资料保存，已成为临床常规，这为利用照片进行面部软组织三维测量和重建提供了思路和便利条件。
近景摄影测量是一门较新的学科，在建筑、考古等方面已应用较多，但在医学上的应用较少，随着科学的发展，尤其是近年来数字化近景摄影测量和信息系统的发展，使数字摄影测量和医学能够紧密结合，为医学研究提供更多的手段。本研究用近景摄影测量技术结合地理信息系统技术(Geographic Information System,GIS)，进行了面部软组织三维重建，以期为临床研究提供一种准确便捷的方法。
1 材料和方法
1.1 实验硬件：①高精度控制场：由不变形的水平玻璃板以及垂直圆柱体制作而成(具体设计思路如图1)；②带有刻度的横梁﹑三角架﹑三星 Digiax 220 SE数码相机(相机的固定焦距和像幅的尺寸大小应已知)。横梁上有精确的刻度，其目的在于控制相机移动的基线长度，最长距离为1.2m，根据需要可以加宽，为保持相机在移动过程中具有相同的摄影姿态，应采用刚性高的材料，以减少横梁弹性变形。横梁两端添加水准气泡，在摄影时调节横梁和三脚架之间的螺母以保持气泡水平，从而保证横梁保持水平。
1.2 实验软件：软件部分包括数字化近景摄影量测系统和地理信息系统(即Microstation95及ArcView GIS3.3)，主要用来实现图像处理和图形重建，包括图像的读取和处理，相关数值计算，三维图像的生成及特征分析。以上软件均由西安煤航现代测绘工程公司中煤航测遥感局测绘工程院引进，并应用于本实验。
1.3实验方法：将控制场固定于室内墙上，被测者端坐于控制场前，保持自然头位并与控制场内设置的头部位置一致。光线为实验室的室内灯光。拍摄时，相机先位于被测者左前方，拍摄照片后移动至被测者右前方拍摄第二张照片，移动相机过程中相机平面与承影面始终保持平行。相机移动的距离大约10cm，以保证两张相片有足够的重叠部分，重叠度一般应为60%～70%，人与相机之间的距离大约150cm ......
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