К вопросу о точности и источниках ошибок, возникающих при моделировании человеческого лица стереофотограмметрическим методом

Многокамерные фотоустановки зарубежного производства для создания трехмерных моделей человеческого тела применяются в медицинских учреждениях для пластической хирургии и ортодонтии. Эти системы обеспечивают высокую точность, достигающую 0,5 мм, но их стоимость может быть значительной, что ограничивает их доступность для государственных медицинских учреждений. Такая высокая точность фотограмметрических технологий достигается за счет сенсоров, которые обеспечивают высокодетальную съемку, и строгих алгоритмов фотограмметрической обработки. При этом важная задача оценки формы лица для анализа его асимметрии до конца не решена. В статье представлен опыт разработки российской 15-камерной фотограмметрической системы, предназначенной для количественной оценки изменения формы лица человека. Проанализированы источники ошибок, которые неизбежно возникают при моделировании лица живого человека, рассчитан реальный диапазон ошибок, который следует ожидать при съемке специализированной многокамерной фотоустановкой. В результате определено, что точность, которую обеспечивает стереофотограмметрический метод, позволяет воспроизводить формы рельефа лица (с учетом нестатичности) с точностью, не превышающей 1,5 мм. Ошибка, которую вносит процесс приведения моделей в единую систему координат первой модели, порядка 1,2–1,4 мм, а достоверно оценить динамику изменения лица можно, если изменения по высоте (выпуклость) не менее 5 мм. Эти результаты удовлетворяют потребностям клиницистов, но могут быть повышены за счет улучшения алгоритмов взаимного ориентирования моделей в единой системе координат.

Multicamera photographic systems for creating three-dimensional models of the human body produced abroad are used in medical institutions for plastic surgery and orthodontics. These systems provide high accuracy up to 0.5 mm, but the cost of such solutions can be significant, which limits their availability for public medical centres. This high accuracy of photogrammetric technologies is achieved by sensors that provide highly detailed imaging and rigorous photogrammetric processing algorithms. At the same time, the important task of face shape estimation to analyse its asymmetry is not fully solved. The paper presents the experience of developing a 15-camera photogrammetric system designed for quantitative estimation of human face shape changes. The sources of errors, which inevitably occur when modelling the face of a living person, have been analysed, the real range of errors, which should be expected when shooting with a specialised multicamera photographic systems, has been calculated. As a result, it was determined that the accuracy provided by the stereophotorgammetric method allows to reproduce the facial relief forms (taking into account the variability) with an accuracy not exceeding 1.5 mm. The error introduced by the process of bringing the models into a coherence system of coordinates of the first model is of the order of 1.2–1.4 mm, and the dynamics of facial changes can be reliably assessed if the changes in height (convexity) are not less than 5 mm. These results meet the needs of clinicians, but can be improved by improving the algorithms of mutual orientation of models into a coherence system of coordinates.