计算机辅助颅面复原技术是应用计算机图形学方法,依据未知面貌的颅骨几何形态,结合测量或者医学影像数据获得的已知颅骨和面貌的几何关系,生成面貌三维形态的技术,主要应用于医疗整形、考古学、法医学等领域。颅骨三维模型的配准是颅面复原关键步骤,由于颅骨点云模型几何形态复杂,配准结果的好坏将直接影响复原的效果,而传统配准算法在配准精度等方面效果不是很好。本文针对颅面复原过程中待复原颅骨与参考颅骨高精度配准问题,设计了由初配准和精细配准两步构成的配准流程,改进了初始配准和精确配准方法,设计和实现了一个颅骨点云模型配准原型系统,实现了对颅骨的快速高精度配准。本文的主要研究工作包括:1.提出了一种改进的自旋图的三维颅骨点云配准算法。首先获取三维颅骨点云的关键点,并根据关键点及其邻域点构建稳健的局部坐标参考系,针对自旋图包含信息单一等缺点,对每个坐标轴分别计算自旋图并串联,同时根据最近邻和k-means算法进行初始对应点的获取,最后求解出旋转矩阵与平移矩阵,为精确配准提供更好的初始条件。2.提出了一种基于ICP改进的精确配准算法。针对传统ICP算法在初始点采样,误匹配点上策略的不足,本文根据迭代次数和配准误差随机采部分点集进行对应点的搜寻,加快配准速度,并在搜寻过程中通过加入最近点与坐标原点样的距离,以及对应点法向量之间的夹角两种几何特征进行对应点对约束,剔除误匹配点。最后对本文的算法进行验证,实验结果表明,本算法提升了颅骨模型高精度配准的效率。3.设计并实现了一个快速颅骨点云配准系统。该系统功能主要包括颅骨数据库建立、颅骨数据的添加,颅骨点云特征提取、颅骨的配准。通过实验表明,本文设计的系统,可以为待复原颅骨找到合适参考颅骨进行复原。