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关于印发《中科院古脊椎动物与古人类研究所职工年终绩效考核办法（修订稿）》的通知所属各部门：为进一步规范研究所职工评价体系，认真做好年终绩效考核工作，调动广大职工的积极性和工作热情，提升研究所的科研及管理水平，所务委员会于2009年2月25日讨论并修改了〘中科院古脊椎动物与古人类研究所职工年终绩效考核办法〙。
现将修改后的〘中科院古脊椎动物与古人类研究所职工年终绩效考核办法（修订稿）〙印发给你们，请遵照执行。
原〘关于印发〖中科院古脊椎动物与古人类研究所职工年终绩效考核办法〗的通知〙（古字〔2008〕89号）同时废止。
中科院古脊椎动物与古人类研究所职工年终绩效考核办法（修订稿）一、考核目的科学评价全所职工一年来的工作成果和工作表现，为薪资分配、岗位评估和职工升级等工作提供参考依据，推动研究所科研及管理工作的进一步发展。
二、考核原则1.考核工作应当坚持客观公正、真实准确、民主公开、简化程序、注重实绩，业绩和状态并重，充分尊重各方面意见的原则。
2.被考核者应如实提供与绩效考核指标相关的数据、事实，不得虚报。
3.考核者必须客观公正地评价他人，不得利用考核徇私舞弊，弄虚作假。
4．所在岗位或直接分管工作出现重大失误或事故，对研究所造成较大损失的，不得评为优秀。
三、考核对象考核对象为研究所岗位聘用和项目聘用的所有人员（包括科研、管理、支撑及后勤岗位人员）。
本年度退休人员参加考核，并按照实际在岗月数享受绩效。
四、考核方式职工本人填写〘年度考核登记表〙，根据科研一线、管理和支撑系统的不同特点，采用定性和定量相结合的不同方式进行严格考核。
所领导的考核由职代会负责。
研究人员的考核由所有在职的研究员负责。
其他部门职工的考核一般由三部分综合组成，充分考虑被考核群体的岗位特点和服务对象的具体情况。
五、绩效等级绩效考核结果根据得分高低进行排列，并分成5个等级：A等（优秀）约占总人数的30%B等（良好）约占总人数的60%C等（合格）约占总人数的10%D等（基本合格）不超过总人数的5%E等（不合格）不超过总人数的5%按照研究所规定不参加年终绩效考核的职工绩效按照C等级计算。
【导语】《飞向蓝天的恐龙》是徐星写作的⼀篇科普⽂章，⽂章主要向⼈们介绍了科学家们根据研究提出的⼀种假说：鸟类很可能是⼀种⼩型恐龙的后裔。
以下是为⼤家精⼼整理的内容，欢迎⼤家阅读。
部编版四年级下册语⽂第6课《飞向蓝天的恐龙》课⽂原⽂ 说到恐龙，⼈们往往想到凶猛的霸王龙或者笨重、迟钝的马门溪龙；谈起鸟类，我们头脑中⾃然会浮现轻灵的鸽⼦或者五彩斑斓的孔雀。
⼆者似乎毫不相⼲，但近年来发现的⼤量化⽯显⽰：在中⽣代时期，恐龙的⼀⽀经过漫长的演化，最终变成了凌空翱翔的鸟⼉。
早在19世纪，英国学者赫胥黎就注意到恐龙和鸟类在⾻骼结构上有许多相似之处。
在研究了⼤量恐龙和鸟类化⽯之后，科学家们提出，鸟类不仅和恐龙有亲缘关系，⽽且很可能就是⼀种⼩型恐龙的后裔。
根据这⼀假说，⼀些与鸟类亲缘关系较近的恐龙应该长有⽻⽑，但相关化⽯⼀直没有被找到。
20世纪末期，我国科学家在辽宁西部⾸次发现了保存有⽻⽑印痕的恐龙化⽯，顿时使全世界的研究者欣喜若狂。
辽西的发现向世⼈展⽰了恐龙长⽻⽑的证据，给这幅古⽣物学家们描绘的画卷涂上了“点睛”之笔。
恐龙是如何飞向蓝天的呢？让我们穿越时空隧道，访问中⽣代的地球，看看这⼀演化过程吧！ 地球上的第⼀种恐龙⼤约出现在两亿三千万年前，它和狗⼀般⼤⼩，两条后腿粗壮有⼒，能够⽀撑起整个⾝体。
数千万年后，它的后代繁衍成⼀个形态各异的庞⼤家族：有些恐龙像它们的祖先⼀样两⾜奔跑，有些恐龙则⽤四⾜⾏⾛；有些恐龙⾝长⼏⼗⽶，重达数⼗吨，有些恐龙则⾝材⼩巧，体重不⾜⼏公⽄；有些恐龙凶猛异常，是茹⽑饮⾎的⾷⾁动物，有些恐龙则温顺可爱，以植物为⾷。
其中，⼀些猎⾷性恐龙的⾝体逐渐变⼩，长得也越来越像鸟类：⾻骼中空，⾝体轻盈；脑颅膨⼤，⾏动敏捷；前肢越来越长，能像鸟翼⼀样拍打；它们的体表长出了美丽的⽻⽑，不再披着鳞⽚或鳞甲。
它们中的⼀些种类可能为了躲避敌害或寻找⾷物⽽转移到树上⽣存。
这些树栖的恐龙在树⽊之间跳跃、降落，慢慢具备了滑翔能⼒，并最终能够主动飞⾏。
旧石器时代，淅川猿人牙齿化石旧石器时代，淅川猿人牙齿化石人类历史到底有多长呢？世界最早发现的猿人化石，是1891年印度尼西亚爪哇岛上发现的爪哇猿人，距今60至80万年。
爪哇猿人同1927年在我国周口店发现的北京猿人，一度被世界公认为“最早”的人类。
然而，这一人类最早起源之说为我国两起考古发现所推翻。
解放后，考古工作者先后在陕西蓝田和云南元谋发现猿人化石。
蓝田猿人距今100万年，元谋猿人距今170万年。
那么，近二三十年来，考古学家在非洲大陆发现了许多猿人化石，使我们对于人类历史有了新的认识。
1959年，在坦桑尼亚发现的一个几乎完整的猿人头骨化石和劳动工具，测定年代为距今175万年。
1972年，在肯尼亚发现的猿人头骨、腿骨化石和石器，测定年代为距今260万年。
1973年，有报告说埃塞俄比亚发现的猿人化石，距今约300万年或300万年以前。
由此看来人类历史不是80万年，也不是170万年，而是300多万年。
淅川人的鼻祖从什么时候开始繁衍？1973年夏，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邱占祥等，在南阳市中药材仓库中发现一枚人的上前白齿化石。
同年9月，吴汝康，吴新智与南阳市博物馆王汝林等，一起从南阳药材仓库和西峡药材仓库及药店的“龙骨”中又找到十二枚人的牙齿化石。
据了解，这些化石，都是在淅川县收购以后转运来销售的。
此后，有关专家在淅川县进行了野外调查，并先后在几个地点作了发掘，但都未能发现人类化石。
因此，未查出这十三枚化石的具体出处。
齿冠的尺寸比北京猿人男性稍大,它可能属于直立人。
齿髓腔从上述各个牙齿的尺寸和形态来看,似属于猿人一类或分类上的直立人种较为合适。
可以看作是较早猿人类型到较晚猿人类型的过渡具体年代有待进一步测定。
鉴于猿人化石的地点极为稀少，故这些人牙不大可能来自许多化石地点和属于多种时代。
特别是PA525、526、527、533、535，更可能来自同一地点的同一层位。
淅川猿人牙齿化石处于华南、华北猿人化石地点的中间位置,它表明,在豫鄂陕三省邻接地区，长期以来存在着猿人类型的人类。
第31卷，第3期2012年8月 人 类 学 学 报ACTA ANTHROPOLOGICA SINICA V ol.31, No.3August, 2012收稿日期：2011-10-28；定稿日期：2011-12-19基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA05130100）、中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-03) 及国家自然科学基金(40972017)作者简介：邢松，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生；Email: xingsong@周口店直立人3号与5号头骨形态特征对比及其演化速率所反映的群体隔离邢 松1, 2, 张银运1, 刘 武1（1.中国科学院古脊椎动物与古人类研究所, 中国科学院脊椎动物进化系统学重点实验室, 北京 100044;2.中国科学院研究生院, 北京 100049）摘要：德日进认为周口店直立人保持着形态上的稳定性；这种进化上的缓慢性表明周口店直立人进化过程中无论何时都未曾发生过外来移民的闯入，从而打乱、干扰或推进其进化过程。
本项研究采用三维结构重叠和精确测量数据的方式对比了周口店第一地点晚期代表周口店直立人 (ZKD) 5号头骨相对于早期代表ZKD3的形态特征演化变化，并与南京直立人(NJ) 1和2号头骨之间的差别进行了对比。
结果表明，周口店晚期标本相对于早期标本来说，头骨尺寸在各个方向上都有所增加，但轮廓形状基本保持一致，与同期的南京古人类的相比，周口店直立人的演化速率显得很慢。
这很可能是由于缺乏基因交流的缘故；周口店直立人群有可能是一个相对隔离的群体。
本项研究支持德日进等关于周口店直立人群缺乏基因交流的观点。
关键词：周口店直立人；演化速率；隔离的群体中图法分类号：Q981.4；文献标识码：A ；文章编号：1000-3193(2012)03-0250-09在北京周口店第1地点，曾先后发现比较完整的直立人头盖骨5具，即3号、5号、10号、11号和12号头骨；另有2号头骨，较不完整。
科学家解密蓝田直立人：人类何时开始直立行走日前，中国科学院广州地球化学讨论所讨论员朱照宇的讨论团队与中国科学院古脊椎动物与古人类讨论所讨论员黄慰文，以及英国埃克塞特高校Dennell院士等合作，在《人类进化杂志》发表了对蓝田（公王岭）直立人年月测定的最新讨论成果。
这项讨论将蓝田公王岭直立人的生存年月从原先普遍接受的距今115万年提早到大约163万年前。
神奇的蓝田直立人蓝田直立人的发觉，在很大程度上有赖于中科院科研人员的努力。
1963年7月，中国科学院古脊椎动物与古人类讨论所的调查队在进行田野调查时，在陕西省蓝田县城西北约10公里的泄湖镇陈家窝发觉了一老年女性下颌骨化石。
其次年5月，讨论人员又在公王岭地层中发觉一个基本保存完整的女性头骨化石。
经对此头骨化石进行室内修复，复原出一件近乎完整的猿人头骨化石。
据介绍，公王岭的头骨化石包括完整的额骨，大部分顶骨，右侧的颞骨和上颌骨（附有其次、三臼齿），左上颌骨和额突部，大部分左鼻骨和右鼻骨的鼻根部，以及1颗左上其次臼齿，同属于一个30多岁的女性个体。
在一段时间内，科研人员把陈家窝的下颌骨和公王岭的头骨归到一起，命名为“蓝田中国猿人”，简称“蓝田猿人”或“蓝田人”。
但后来，科研人员普遍将在公王岭发觉的头骨单称呼为蓝田直立人。
科学家认为，对公王岭蓝田直立人化石形态的讨论发觉，呈现出比周口店直立人更为原始而近似于爪哇人的特征，可能代表一种比周口店直立人更为原始的直立人。
多年来，学术界对蓝田县公王岭直立人的年月始终存在争议。
依据上世纪80年月后期古地磁和黄土序列的讨论，其年月在115万年的结果得到普遍引用。
上世纪90年月以来，在非洲、欧洲和亚洲新发觉了一批直立人化石。
此外，对一些亚洲直立人化石地点的年月测定也取得了新的进展。
例如，在格鲁吉亚Dmanisi地点发觉了距今175万年前的直立人化石，对印度尼西亚爪哇直立人的年月测定也提前到150多万年。
因此，国际古人类学界倾向于认为直立人从非洲向欧亚大陆的集中时间应当更早，但对其中涉及的详细问题布满争议。
数字化技术在古生物化石开发利用中的应用研究随着科学技术的不断发展，数字化技术的应用范围越来越广，其中包括古生物化石的开发利用。
古生物化石具有珍贵的科学研究价值和文化遗产价值，而数字化技术的应用能够更好地展现古生物化石的特征和价值。
本文将系统地介绍数字化技术在古生物化石开发利用中的应用研究，探讨数字化技术在古生物化石领域的前沿进展和未来发展方向。
1. 三维扫描技术在古生物化石研究中的应用三维扫描技术是一种通过光学扫描或计算机数字化手段实现对物体三维形态特征准确获取的技术。
在古生物化石的研究中，三维扫描技术可以非常快速地获取古生物化石的形态特征，极大地提高了研究效率。
通过三维扫描技术，可以准确还原古生物化石的外形和内部结构，方便科研人员进行后续的分析和研究。
虚拟仿真技术是一种基于计算机图形学和计算机模拟技术，通过数字化手段实现对现实世界的虚拟再现和交互式体验的技术。
在古生物化石的研究中，虚拟仿真技术可以帮助科研人员还原古生物的生态环境，模拟古生物的生活状态，进而深入了解古生物的生存方式和生态习性。
通过虚拟仿真技术，人们可以更加直观地感受古生物的存在，同时也可以将研究成果向公众展示，提高古生物化石的科普价值。
数字化重建技术是一种利用计算机图形学和数值计算手段对物体内部结构进行数字化还原的技术。
在古生物化石的研究中，数字化重建技术可以帮助科研人员重建古生物的生理结构，推断古生物的生命过程，甚至进行相关生物学实验。
通过数字化重建技术，可以更加深入地挖掘古生物化石的研究价值，为古生物学领域的发展提供重要的数据支持。
1. 促进科学研究进展数字化技术的应用能够更好地展现古生物化石的特征和生态环境，为科学研究提供更加丰富的数据支持。
通过数字化技术，科研人员可以更加全面地了解古生物的形态特征、生活习性和生态环境，推动古生物学领域的研究进展。
2. 提升文化遗产保护价值古生物化石不仅是科学研究的重要对象，同时也具有重要的文化遗产价值。
16化 石2022年 第4期化石新知化石揭秘CT 扫描和三维重建技术在中生代海生爬行动物鱼龙研究中的应用殷亚磊 黄建东简介化石是指保存在岩石中的古生物的遗体或遗迹，是探索生命起源与演化的重要实证。
过去，人们了解化石内部结构唯一的研究方法是系列切片法。
该方法通过系列切片、编号、画切面图，最后将连续的切面图经光学放大恢复成蜡质模型来观察化石内部结构。
英国地质学家William Johnson Sollas 在1903年首创系列切片法，并用该方法在1916年观察了海生爬行动物鱼龙属（Ichthyosaurus ）的头骨内部结构，但花费了一年多的时间才完成此项研究。
系列切片法在古生物化石研究中确实发挥了极大的作用，如我国著名古生物学家张弥曼院士使用该方法对先驱杨氏鱼头骨的研究证明了该种不具有内鼻孔，从而在国际上引发了关于肉鳍鱼类早期系统发育关系问题的热烈讨论。
即使现在，该方法在某些化石类群（如腕足动物）的研究中依然在使用。
然而，该方法在化石中使用，不仅破坏标本导致无法对切过片的标本进行进一步的研究，而且非常耗时。
此外，偶然地，我们可以找到自然保存内部结构的化石。
然而，这种化石却极其稀少。
由于损坏标本，传统上被用于观察化石内部结构的系列切片法不能被用于珍贵化石标本的研究。
并且，系列切片法特别耗时。
CT 扫描和三维重建技术由于其不损坏化石和高效性，是一种理想的观察化石内部结构的方法。
CT （Computed Tomography ）扫描全称为计算机断层扫描，可用于化石中研究其内部结构。
近40年来，该技术在古脊椎动物学中的应用日趋广泛，为解决脊椎动物颌的起源、龟鳖类头骨的起源与演化、蛇类的起源环境、鸟类脑和内耳结构的演化、哺乳动物舌器的起源等问题提供了关键技术支撑。
其基本原理是使用高能量的X 射线穿透样品对其整体的三维结构进行成像。
扫描数据由几千张可叠加的二维投影图组成。
这些投影图经CT 机自带的软件重构后输出为一个体积文件。
犀貘(哺乳纲,奇蹄目,貘超科)化石在垣曲盆地的发现1)黄学诗 王景文(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所 北京 100044)摘要 记述了在山西省垣曲盆地发现的犀貘一新种———童氏犀貘(Hyrachyus tongi sp.nov.)。
它的发现揭示了在垣曲盆地有中中始新世地层存在的可能性。
还对以往在中国境内发现的犀貘化石做了简要评述。
关键词 山西垣曲,中始新世,貘超科中图法分类号 Q915.877犀貘(Hyrachyus )属哺乳动物奇蹄目沼貘科犀貘亚科,是像犀的貘,即在犀和貘分异最初时的代表。
貘类比犀类出现早,化石记录表明在距今大约55Ma 的早始新世时就出现了最早的貘类Cardiolophus 。
可到了大约距今45Ma 的中始新世时才有了犀类最早的代表———蹄齿犀类(Hyracodontidae ),至于真犀类(Rhinocerotidae )出现的时间就更晚了。
虽然有人认为蹄齿犀类的Triplopus 是由犀貘进化而来的,但这并不意味着犀貘就是犀类的直接祖先。
早在18世纪70年代,Leidy (1870),Marsh (1873)和C ope (1873)等人就对犀貘做过研究。
但是最为详尽的一次研究是由W ood (1934)完成的。
他认为犀貘这个类群是一个科,包括4属12种。
Radinsky (1967)根据以往在北美和欧洲发现的材料,认为犀貘类是貘超科沼貘科中的一个亚科,仅有1属3种———Hyrachyus modestus 、H .eximius 和H .minimus 。
前一个种发现于欧洲、北美和亚洲,而后两个种分别为北美和欧洲的特有种。
有关亚洲或我国的犀貘化石,Radinsky (1965)在其专著“亚洲早第三纪貘超科”中记述过cf.Hyrachyus ,这是犀貘化石在我国乃至亚洲的首次记录。
1982年黄学诗和齐陶在研究云南路南盆地早第三纪貘类化石时,建立了犀貘的两个新种———Hyrachyus lunanensis 和H .minor 。
变形测量的名词解释变形测量（Deformation Measurement）是一种用于测量物体形状、大小和变形程度的技术。
它是应用于世界各个领域的一项关键技术，包括工程、建筑、地质、环境科学等。
一、变形测量的原理和方法变形测量的原理基于物体在受力或环境变化下产生的形状变化。
通过测量变形前后物体的形状差异，可以得出物体变形的大小和方向。
不同的变形测量方法适用于不同尺度和用途的物体。
1. 光学法光学法是应用广泛的变形测量方法之一。
它利用光的传播特性，通过测量光线在物体表面的反射、折射或干涉，可以获得物体的形状信息。
常见的光学测量方法包括投影仪法、激光扫描法和立体视觉法。
投影仪法通过投射光线形成图案，然后通过摄像机或传感器捕捉图案在物体表面的形状，从而测量物体的变形情况。
激光扫描法则是通过激光与物体表面的相互作用，利用三角测量原理计算物体表面上各点的坐标，从而得出物体的形状。
立体视觉法则利用多个摄像机或图像传感器以不同角度捕捉物体的图像，并通过图像处理技术恢复物体的三维形状。
2. 电子测量法电子测量法主要利用电子元件或传感器测量物体的变形。
例如，应变计是一种常用的电子测量仪器，它通过测量物体在受力下的应变情况，进而计算出物体的变形。
此外，电阻应变计、应力传感器、位移传感器等也是常用的电子测量设备。
3. 高精度测量法对于要求更高精度的变形测量，还可以采用激光干涉法、激光干涉测量系统或全局导航定位系统等高精度测量技术。
这些技术通常需要更复杂的仪器设备和数据分析方法。
二、变形测量的应用领域变形测量在工程和科学研究中具有广泛的应用。
1. 建筑工程在建筑工程中，变形测量可以帮助检测和监测建筑物的变形情况，确保建筑物的结构和安全性。
例如，在高楼大厦的建设过程中，可以通过变形测量监测建筑物的形状变化，以及地基和地下管道的变形情况。
这些数据可以用于及时调整施工方案，避免潜在的安全风险。
2. 地理勘探在地质和地理勘探中，变形测量可以用于监测地壳运动、地表沉降和地下水位变化。
几何形态测量学1 什么是几何形态测量学几何形态测量学是一种计量学科，它研究物体表面形状、结构或拓扑特征等几何信息的测量、分析和处理。
该领域融合了数学、物理、计算机科学和机械工程等学科的知识，广泛应用于机械制造、航空航天、医学等领域。
其中最重要的方法之一是三维测量技术，它可以将物体表面的三维形态数字化，为形状识别、质量检测和反向工程等提供数据基础。
2 几何形态测量学的主要内容几何形态测量学主要包括：测量原理和方法、形状表示和描述、特征提取和匹配、形状度量和评价、形状分析和识别等方面。
2.1 测量原理和方法几何形态测量学的测量原理主要包括三维测量系统的模型建立、三维坐标测量和测量误差的处理方法等。
其中，三维测量系统的模型建立是指根据测量目标的特征和需求，构建几何测量系统的数学模型，确定测量点、路线和次序等。
2.2 形状表示和描述几何形态测量学的形状表示和描述是将三维测量系统获取的物体表面形状信息，以几何图形、统计形式或算法等形式表示和描述。
形状表示和描述是进行形状识别、特征提取和形状分析的基础工作。
2.3 特征提取和匹配特征提取和匹配是几何形态测量学的核心方法之一。
其主要任务是从复杂的几何表面中提取关键特征，用于形状识别、物体匹配、表面拓扑分析等应用中的自动处理。
其中特征提取的方法包括几何特征、拓扑特征、统计特征等。
2.4 形状度量和评价形状度量和评价是用于对三维测量系统采集的物体表面形状信息进行定量描述和分析的方法。
其主要任务是从形状特征等方面对物体形状的差异、相似度和变化趋势进行度量和评价。
2.5 形状分析和识别形状分析和识别是几何形态测量学的重要应用之一。
通过形状分析和识别，可以实现对物体的自动检测、识别和分类等。
形状分析和识别的方法包括样本匹配、基于特征的形状匹配、基于模型的形状匹配等。
3 几何形态测量学的应用几何形态测量学在工业制造、航空航天、医疗、文化遗产等领域被广泛应用。
其中最常见的应用包括：3.1 精密制造在精密制造领域，几何形态测量学可以用于检测零件的尺寸、位置和形状等，以保证产品的质量和精度。
孜孜不倦的探索者徐钦琦【期刊名称】《化石》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】1页(P45)【作者】徐钦琦【作者单位】中国科学院古脊椎动物与古人类研究所【正文语种】中文张森水教授（1931-2007）是一位从事旧石器研究的科学工作者。
裴文中院士和他合写的《中国猿人石器研究》（1985）是一本不朽的巨著。
在此书出版的那一年，张先生54岁。
在大家的心目中，张森水教授已经功成名就了。
然而在1998年，67岁的张先生仍然兴致勃勃地来到安徽的繁昌。
面对刚刚发掘出来的那一大堆令考古学家既熟悉又陌生，似真又似假的石头块，张先生没有丝毫的犹豫，他又一次以满腔的热情投身研究了！1999年一大批从事旧石器研究的中外专家来到繁昌，其中有美国科学院的院士等令人仰望的著名学者。
我清楚地记得，当时多数的学者对这批旧石器是持怀疑态度的。
但张森水教授的神态却十分坚定，毫不动摇。
他多次私下对我言道，“我相信，这批旧石器是东亚远古人类最早的活动证据！”对于张森水教授的这种勇敢无畏的科学精神，我由衷地感到钦佩。
诚如我们的祖先所言，光阴似箭，日月如梭。
《安徽繁昌人字洞——早期人类活动遗址》（2009）一书的出版已经整整九年了。
而离张森水先生的逝世，则已十一年了。
事实证明，我们的这本专著经受住了时间的考验。
在当前，科学界再也没有人反对我们的科学研究的成果了。
我是研究古哺乳动物的。
人字洞的化石明白地告诉我们：它们是东亚早更新世的产物，距今应有200～240万年。
早在1998年，邱占祥院士和我们就已经对此达成了共识。
所以在当年，张先生所面对的乃是200多万年前的旧石器。
众所周知在1998年之前，我国还从未发现过那么早的旧石器。
因此我们课题组的成员心中明白，年逾古稀的张森水教授将投入的乃是一个完全崭新的研究领域。
然而，我们欣喜地看到，张先生在生前按时把论文完篇了。
他的逝世没有影响这本专著的及时出版。
邱占祥院士对张先生的论文给予了极高的评价。
第19卷 第4期2000年11月人 类 学 学 报A CTA AN THRO POLO G I CA S I N I CA V o l 119,N o 14N ov .,2000综 述物体形态的三维测量技术周文莲(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所,北京 100044)收稿日期:2000203206本研究为中国科学院院长基金资助项目(990404)作者原为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士后研究人员,现在北京协和医院口腔科工作。
人体测量学(an th ropom etry )是人类学的一门分支学科,主要研究人体测量和观察方法,并通过人体整体测量与局部测量来探讨人体的特征、类型、变异和发展规律(邵象清,1985)。
人体测量在医学、人类学、考古学研究中很重要。
传统的人类学测量方法是用直脚规、弯脚规、三脚平行规、特殊量角器等专用仪器,量度人体或骨骼表面两点间的直线距离或弧线长度,以及线、面间的角度。
测量的准确度和速度均有一定的局限性,而且获得的是一维数据。
众所周知人体及人类骨骼为复杂的三维结构,一维的数据结果难以真正充分体现人体或骨骼的某些特征,为此学者们一直在不断地寻找理想的三维测量方法,作为对传统人类学测量方法的补充和发展。
本世纪五六十年代有人用绘制航测地图的方法进行人体测量,称之为“立体摄影法”(Stereopho tograp hy ),但由于设备复杂昂贵,未能被推广。
70年代初,美国学者M eadow s 等(1970)、日本学者T akasak i (1970)根据莫尔云纹法(M o ir étopography )的原理,研制出适用于测量人体表面形状的云纹测量仪,相继应用于人体测量。
由于该方法设备简单,操作简便,仪器价格低廉,遂被广泛地运用于医学和生物学形态测量领域,成为一种划时代的技法(陆庆五、张振标、金观昌,1993)。
国内从八十年代开始云纹仪的开发和生产,最初应用于儿童脊柱侧弯的定性诊断和分析;其后用于正位颜面结构形态特征的三维测量分析(王兴,1989)。
用莫尔云纹法研究颅骨形态的报道不多,较详尽的是H ershkovitz 等(1991)关于颅骨轮廓的实验研究和陆庆五等(1993)的报道。
近年来,随着科学技术的进步,物体形态的三维测量技术取得了长足的发展,已广泛应用于生物医学、实物仿形、机器人视觉、塑形加工等领域,并推动人体测量方法发生很大变革。
在此,特将物体形态的三维测量技术综述如下:一般而言,三维测量技术主要有两类:接触式和非接触式测量(张曙,1996)(图1)。
1 接触式测量主要方法为三维坐标测量仪,原用于工业机械测量中,后渐独立出来成为专门的一种测量技术,常用的数据采集方式有触发式和连续式。
111 触发式数据采集采样头的探针每次接触模型表面,就采集一个轮廓的数据,然后再横向移动一个间距,采集相邻的轮廓数据,最后构筑整个表面的线框模型。
触发式数据采集的速度较低(每秒一点至几点)。
早期的三维坐标测量仪大都是这一类。
其精度可达015um。
图1 三维测量技术的分类T he classificati on of the th ree 2di m ensi onal m easurem ent112 连续式数据采集近年出现了被称为高速扫描机的连续式数据采集系统,即采样头的探针沿着模型表面以某一切向速度移动后就产生对应各坐标偏移量的电流或电压信号并转换成对应点的坐标值。
机械接触式测量技术已非常成熟,但这类方法要求必须与实物接触,因而不适合柔软物体的测量,且对测头不能触及的表面无法测量;另外,它的扫描数字化速度受到机械限制,速度较慢,且需补偿测头直径,从而影响了测量效率。
测量仪的机械结构复杂,对工作环境要求很高,必须防震、防灰、恒温等,使其应用范围受到一些限制。
尽管世界各国生产厂家试图用各种高新技术来改变这一现状,至今都未能从根本上解决测量仪原理本身所造成的结构庞大和复杂的不足,难以满足当今高效率、高精度测量的需求。
三维坐标测量仪在80年代被引入口腔医学领域,主要用于牙齿大小、形态、 曲线等方面的研究(曾祥龙,1991)。
山田晃弘(1987)报道用三维测量仪测量牙颌模型;1991年北京医科大学口腔医学院正畸科研制出计算机辅助的接触式测量系统——Y M -2115型三维测量仪,使牙颌模型的测量精度达到新水平。
该仪器工作范围150mm ×200mm ×100mm 。
光栅的分辨率为0101mm ,三维坐标各轴的精确度为0101mm (张丁,1991)。
近年来,随着计算机视觉这一新兴学科的兴起和发展,用非接触的光、电方法对曲面形体的三维快速测量已成为大趋势。
・523・ 4期周文莲:物体形态的三维测量技术 2 非接触式测量主要方法有激光扫描法、立体摄影法、光学传感器法、结构光照法(又称为密栅云纹法、莫尔云纹法)及计算机体层摄影(CT )等。
211 激光扫描法(La ser scann i ng )(M o ss et a l .,1989;M D TV 公司,1997)根据光源特点和性质又可分为以下几种:(1)点式激光扫描器单束激光打在测试件表面,由摄像头摄取其反射光点。
试件表面每个点的X 、Y 坐标由试件图像每一像素的位置确定,Z 坐标值则根据三角学原理算出。
(2)线状激光扫描器(条带光源)单束光源方法每次仅能处理一点,因而速度较慢,为了加快速度可使用条带状光源,利用三角学原理同时处理多个点,从而使测量速度大大加快。
(3)区域式激光扫描器(面光源)比前两种激光扫描器更进一步,这种激光扫描器可对一个方形区域进行激光发射,可以一次性记录整个区域内的三维坐标点。
目前这三种方式都有商品化的激光三维扫描器。
激光扫描的速度相当快,但扫描精度受测试件的材料及表面特性影响。
、暗而无光的表面、透明或半透明的材料都难以进行测量。
为此不得不去寻求专门的材料制作扫描模型或用专门的粉喷涂到被测表面,使之“灰化”;另外激光扫描系统的价格昂贵,非一般用户所能承受。
212 立体摄影法(Stereophotography )(曾祥龙,1991)人类视觉之所以为立体,是由于左、右两只眼睛与观察物的成角略有差异,形成两个稍不同的影象,再经过大脑的精细综合,形成有长、宽、高度的立体象。
立体摄影法就是根据人体双目视觉的原理,从两个不同的角度同步摄取被测物,然后使用二维平面照片进行三维重构。
该方法运用解析几何原理,借助于摄影机获得被测物影象,然后用立体测图仪完成所得图象的三维分析。
多应用于航空测量、机器人的视觉系统中;在生物医学、口腔医学领域的应用报道始于60年代;也曾用在人类学研究中,最近一篇报道是关于灵长目磨牙形态的分类学意义(H artm an ,1989),结果发现灵长目磨牙形态与以分子生物学相似性为基础的进化关系并不一致,认为磨牙牙冠测量不能作为灵长目种系发生的评价指征。
213 结构化光照法(又称密栅云纹法、莫尔云纹法,M o ir éTopography )两组相互重叠的栅线,在光的干涉下将产生明暗相间的条纹,称为云纹或莫尔云纹。
人们很早就发现这一现象,但将其作为一种测量方法,应用于物体形态、轮廓和位移的量测,却只有几十年的历史。
1945年To llenaar 第一次从几何学上解析了云纹现象,奠定了云纹测量计算中几何法的基础;1948年发表了第一篇云纹法测量变形体位移的论文。
1954年D an 2tu 提出“云纹条纹代表等位移线”的学说,奠定了云纹测量计算中位移场法的基础。
作为一种新型实验力学研究方法的密栅云纹法,到六十年代初才开始应用于形变体的弹塑性变形和塑性变形测量(曹起骧等1990)。
所谓结构光就是具有一定特性的光源,主要有单条光栅和密栅两种形式。
单条结构光的测量原理与线状激光扫描方法相同,只是光源不同。
密栅云纹法是近年来的研究热点之・623・ 人 类 学 学 报19卷一,它包括面外云纹法和投影栅相位法。
面外云纹法是将密栅结构光投射到被测物表面,由于物体高度信息的调制而使栅线发生畸变,畸变的栅线与基准栅线干涉得到云纹图,即被测物表面的等高线,对此云纹图进行处理就可获得高度信息。
换言之,面外云纹的基本原理是:光]基准光栅]物体表面]形成变形光栅]变形光栅与基准光栅间产生干涉条纹,即反映物体表面凸凹信息的云纹等高线]摄影、摄像,获取云纹图,供测量分析。
与面外云纹法不同,投影栅相位法不进行光学干涉,而是直接利用被调制栅线的相位畸变信息得到物体的三维信息,它采用数学的方法解调相位。
这样就避免了提取云纹中心线、确定云纹级数等过程,而且可以自动判别物体的凸凹性,因此图象处理宜于实现自动化、具有较高的精度和灵敏度(由志福,1998)。
(1)面外云纹法:包括影像云纹法、投影云纹法图2 影像云纹法原理图T he m echanis m of the Shadow M o ir ém ethod I —点光源(Spo t lamp 2house ) C —摄像机(Cam era )影像云纹法(Shadow M o ir ém ethod ):最早由M eadow s 等(1970)、T akasak i (1970)提出并用于人体形态的测量。
该方法是把基准光栅放在靠近被测试件表面处,将基准光栅(采用点光源或平行光源)投影到被测物体表面,通过同一栅板观察物体,从而形成干涉条纹(图2)。
由于影像云纹法测量的面积必须小于所使用的基准栅栅板的面积,而制作大面积、高精度的栅板十分困难,因而影像云纹法对测量的面积有一定的限制,比较适用于检测较小尺寸的形面。
另外,当被测形面的梯度变化较大时,投影到被测物体表面的栅线易发生散射而变得模糊不清,这样就限制了被测物体的可测景深,所以此方法多用于形面比较平缓物体的测量(由志福,1998)。
为了避免以上不足,有学者建议在影像云纹中用曲面栅代替平面栅(W egdam ,1992),曲面栅线的表面相当于被测物体表面的复制品。
曲面栅的研究和开发给影像云纹法增添新的生机和活力,然而,应用曲面栅还需建立一套新的基于几何光学系统的影像云纹求解算法,计算较为复杂。
投影云纹法(P ro jecti on m o ir ém ethod ):1971年由日本学者Suzuk i 和Yash izau 提出。
该方法利用光源将基准栅经过聚光镜投影到被测试件表面,经物体表面调制后的栅线与观察点处的参考栅相互干涉,从而形成云纹(图3)。
其优点是可用较小的高密度栅板代替较大尺寸的栅板来检测较大的形面,扩大了该检测法的适用范围(钟约先等,1992)。
当然,该法中所使用的栅线密度也有一定的限制。
从理论上推知,采用普通光作为光源照射时,所使用栅线的最大密度为40线 毫米(转引由志福,1998)。
