基于断层CT图像的三维重建

对由一组二维CT图像重建三维结构的方法进行研究,先对图像进行几何校正,再对图像实施分割,然后用基于形状的插值方法计算出插值层的物质信息,形成三维数据;同时提出一种绘制数据场所包含的半透明或表面物质的快速算法．     

基于插值函数的三维图像表面重建算法

在放射医学、核医学、无损检测及评价和数据压缩等众多领域,研究在不破坏被检测物体的情况下,观察物体内部组织的结构及空间位置,具有重要的理论意义和应用价值.为了获取物体内部的数据信息,通常采用射线扫描方式,然后根据实际需要,运用不同方法进行图像重建.本文研究受损的颅骨扫描图像,提出基于插值函数三维图像表面重建算法,改进了已有的图像重建过程.从数据采集到图像重建的全过程都在计算机上实现,并给出了背景物质检测、图像分割、图像剥离和三维图像表面重建仿真结果.最后对结果进行分析,证明了基于插值函数的三维图像表面重建算法可以有效地提高重建图像的质量.     

三维人体运动跟踪中形状特征表述重建

针对在重建三维人体运动跟踪形状特征时,人体运动姿态重建结果与真实值具有较大偏差且不能长时间有效跟踪的问题,提出基于联合优化法的三维人体运动跟踪形状特征表述重建方法.采用POCS算法将三维人体运动跟踪中的形状捕捉问题转换为正则规划问题,实现对三维人体运动跟踪中的形状捕捉.采用Bayes理论统计估计方法,将捕捉到的形状数学建模问题转化为目标函数最大化问题.采用Fisher线性判别分析法对三维人体运动跟踪中的形状特征点进行自动定位,利用联合优化法重建已经定位的形状特征表述.结果表明,所提方法可以有效捕捉三维人体运动跟踪中的形状特征,且重建精度较高,准确性较好.     

基于光度立体视觉法的织物三维表面形态研究

提出了一种基于光度立体视觉方法对织物进行三维表面重建，结合有限差分法，获取织物的三维轮廓数据，重建织物的表面形状并加以分析。     

由粗到精的三维人脸稀疏重建方法

针对传统三维人脸重建算法精度不高的问题,提出一种由粗到精的三维人脸稀疏重建方法。根据稀疏形变模型方法对待重建人脸的部分区域显著点进行重建,得到第1步重建结果,并在此基础上进行后续重建。将第1步的重建结果作为新的参考模型,求取待重建人脸与参考模型的特征点的坐标投影距离,从而求取参考模型的形变因子,完成最终三维人脸的重建。由于两步稀疏重建的作用不同,对重建过程中参数的选取也采用不同方式。实验结果表明,该方法能有效提高人脸重建精度,同时保持较快的重建速度。     

由LeNet-5从单张着装图像重建三维人体

提出基于LeNet-5的从单张着装图像恢复人体三维形状的方法,建立着装人体正面轮廓和人体形状空间之间的映射模型,实现了高效、精确的三维人体建模,可以应用于对人体表面形状精度要求较高的场合,如虚拟试衣. 基于PGA在流型空间上对公开的三维人体数据集进行数据扩增,给虚拟人体进行着装,构建着装人体数据库. 从着装人体正面投影图像中提取信息,以人体形状参数及正、侧面轮廓信息为约束,基于LeNet-5完成三维人体重建. 实验证明,对于身穿不同款式服装的人,采用的模型通常都能从单张着装图像中重建得到较高精度的三维人体模型.     

基于照片的图像合成技术

在目前的虚拟现实技术中，基于图像的对象技术发展很快，其中三维技术是通过一定的方法利用已知的图像信息重建对象的三维模型，然后对三维模型进行渲染。但现有技术的局限，重建三维模型有相当的困难。由于二维渐变技术不需要三维信息，因此比三维模型重建更易实现，二维图像渐变技术发展也非常之快，还存在某些缺陷，生成的目标图像容易出现畸变。而一种新的二维渐变算法，视域渐变算法先将两张源图进行变形，然后进行插值，克服了一般渐变算法的缺陷。     

基于点云数据的主成分分析重构表面算法

提出一种基于三维点云数据的主成分分析重建三维表面模型的方法,该方法利用基于主成分分析的动态聚类方法对三维扫描数据进行聚类,进而对点云数据重构一点片,研究在局部利用二维三角网构网技术构建三角网,然后在考虑局部三角网边缘一致性的基础上组合成整体三维表面模型的算法。应用实例表明,该算法能有效地完成重建物体三维表面模型。     

三次样条插值在变径内腔重建中的应用

结合变径内腔容积参数检测的特殊要求,在分析了内径-进深容积检测方法的基础上,提出了一种基于三次样条的内腔直径参数插值和基于插值后函数的内腔三维内表面高精度重建方法.该方法是在对内腔容积内径和进深间接测量的基础上,对测量中测头沿轴间歇移动时各进深直径值应用三次样条函数进行数值插值,通过建立M关系三对角方程组,并用"追赶法"实现插值函数稳定收敛求解,从而获得内径函数曲线的光滑高精度表达式,然后以插值后的内径函数曲线为母线进行内腔内表面的三维空间容积重建.实验和仿真结果证明:该方法能够克服直接累加和传统的分段低次线性插值方法由于函数本身的特性,在各次间歇测量点处产生的衔接不光滑性,满足了变径内腔内表面容积重建中的视觉需求;同时在不增加计算量的前提下使得插值后容积的测量精度得到了提高,且满足2‰测量误差的要求.     

插值在医学图像三维重建中的应用

随着影像医学的发展,CT、MRI等医学成像技术获取的二维断层图像不能很好地满足现代临床医学诊断的要求,迫切需要一种将二维断层图像实现三维重建和显示的技术.研究由CT二维断层序列来构建组织和器官的三维几何模型的技术.引入Hermite和三次样条插值方法,并对其在二元和三元插值上进行推广,实现对二维图像和三维表面的插值重建.     

Application of generalized regression neural network on fast 3D reconstruction

Over the past decade,robots have been appearingin the operating rooms.With the robotic system assis-tance,operations have become lesser invasion.Roboticsurgery requires the use of computer imaging to diag-nose and perform the operation.A three dimension(3…     

基于柱面反投影算法的三维物体表面纹理重建

从图像中提取纹理用作纹理映射是三维重建的常用方法之一,然而通过相机获取的照片纹理经常存在失真变形．不能直接用于纹理映射,故需要研究失真纹理的校正针对圆柱面物体提出一种柱面反投影算法,将物体在圆柱面上的影像纹理投影到二维视平面上显示,并用线性插值算法对缺损的像素值进行插值校正,然后利用SIFT（Scale Invariant Feature Transform）尺度不变特征点匹配算法对校正后的纹理图像进行特征点提取与匹配,最后采用加权平滑算法实现图像的拼接,从而得到宽视角的纹理图像．实验表明,利用上述方法能够有效地生成三维重建所需的纹理．     

冷轧带钢缺陷表面形状恢复新算法

为改善冷轧带钢表面缺陷分类识别性能,提出基于从阴影恢复形状原理的表面缺陷三维重构算法． 针对表面缺陷检测系统的光路设计,提出一种改进的Oren-Nayar漫反射模型,结合透视投影模型推导出相应 的反射图方程,利用基于高阶Lax-Friedrichs汉密尔顿函数和牛顿迭代相结合的快速扫描算法完成了该方程 的求解,实现表面缺陷三维信息的提取．利用合成图像和表面缺陷图像进行三维重构实验,结果表明该算法 重构精度高,验证了改进光照模型的正确性．该三维重构算法能够有效地提取冷轧带钢表面缺陷三维信息, 有助于提高表面缺陷分类识别性能     

双三次样条插值联合变换相关器亚像素探测技术

针对传统光学联合变换相关器只能探测到整数像素的位移矢量,提出用双三次样条插值方法提高联合变换光相关器探测位移矢量精度到亚像素.用光学联合变换相关器探测2幅图像的整数像素位移,取峰值整数坐标的5×5邻域,用双三次样条插值对此邻域进行二元曲面拟合,对曲面求导得到亚像素位移矢量,再用拟合法来复原图像.对比采样精度分别为0.01、0.1像素时的稳像效果,结果表明,两者峰值信噪比相差不大,但采样精度为0.1像素时,所花时间更能满足稳像实时性的要求.基于双三次样条插值的光学联合变换相关器探测精度达到0.1像素,峰值信噪比得到了较大提高.     

金属铭牌压印凸凹字符的分割

针对压印字符表面的立体特征,提出了一种基于表面三维形状信息的金属铭牌压印凸凹字符图像分割的方法。使用一种简化的四光源立体技术获得铭牌图像各点的法向量后,基于图论聚类方法,实现了压印凸凹字符的分割。同时,在传统的开环图像处理中引入了闭环反馈控制,获得了分割参数的优化。较传统的基于二维图像分割的方法,本方法的分割结果更令人满意,具有很好的鲁棒性和自适应性,提高了字符的识别率。     

Vertebrae CT Images 3D Reconstruction with Improve Marching Cubes Algorithm

基于改进Marching Cubes算法的椎骨CT图像三维重建

#$TAB刘侠,刘欢,王淼淼,王波

（哈尔滨理工大学 自动化学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

1）本文对原始CT图像进行预处理时,采用双边滤波去噪算法,该算法对于骨骼数据的图像预处理效果相对其他方法较好,对于提高椎骨重建精度至关重要;

2）在椎骨特征提取时,利用区域增长的思想,并未遍历图像中的全部体素,而是通过选定种子体素,区域增长后提取出全部包含椎骨信息的体素（包含等值面的体素）,大幅度降低遍历时间,提高重建速度;

3）在进行等值面与体素棱边交点计算时（等值点）,利用黄金分割方法代替传统的线性插值法,减少公共棱边的重复计算次数,进而提高重建效率。

关键词：椎骨CT,Marching Cubes算法,三维重建

     

GPU加速的鲁棒性人脸2.5D重建方法

针对人脸三维重建问题,提出利用多面体模型快速从人脸三幅光度立体图像中重建其2.5D结构的鲁棒性方法,并较少受高光和阴影以及毛发的影响。以漫反射光照模型建立多面体每个面与人脸图像每个像素点间的方程组,利用加权最小二乘方法求解初始人脸2.5D结构,并利用计算机图形学算法以包含镜面反射和阴影的绘制模式虚拟合成该初始结构的光度立体图像。以此虚拟光度立体图像进行第二次重建,并比较两次重建结果的差异以推断重建方法的误差,从而修正计算结果。为加速计算过程,给出了充分利用现代可编程图形处理器(GPU)高速并行计算能力的硬件实现计算的方法。在YaleB人脸数据库上的实验表明,该方法能快速重建出人脸的2.5D形状和纹理,并克服阴影和高光以及毛发的影响。