基于Kinect的物体表面重建方法研究

随着测量技术的发展,基于深度图像的物体表面重建技术得到了越来越多的应用。本文实现了一种基于Kinect的物体表面重建方法。通过Kinect采集原始数据并经过感兴趣剔除、原始点云滤波、不同帧点云之间的配准、物体表面重建以及网格平滑等步骤,构造出了物体表面的模型。与传统的基于深度图像的重建方法相比,本文方法简便实用,能够获得较好的重建效果。     

基于CT图像的汽车碰撞假人上衣模型点云数据提取研究

CT辅助逆向工程技术是在不破坏实物原型基础上,利用CT扫描获得物体内外表面有序点云数据,是现代产品设计与建模的重要手段。对于具有薄壁结构的产品,传统方法在利用其CT断层图像提取点云数据时,会存在轮廓线交错、断点等问题,影响着点云的提取精度。本文针对汽车碰撞假人上衣这种薄壁件表面点云数据提取困难的问题,提出一种适用于复杂薄壁件内外点云提取的新方法。实验证明,该方法能够得到高精度的复杂薄壁件内外表面点云数据,为后续的CAD建模提供基础。     

实景树木参数化建模方法研究

受限于航空倾斜摄影图像的拍摄角度，三维重建场景中的树木模型存在大量失真、变形和空洞。而更为精细的树木建模方法，如基于近景图像、激光点云的树木建模方法效率低且成本较高。因此，提出一种具有真实感的实景树木参数化建模方法，对真实场景中的航空倾斜摄影图像和树木三维点云进行特征提取，归纳各类树木的几何外形、拓扑结构和纹理材质，设计一套适用于各类树木的生长规则，最终实现实景树木多细节层次建模。实验结果表明，该方法能够保证模型整体的完整性和细节的真实性，同时满足场景渲染要求，为三维场景重建、数字林业和智慧城市等应用提供有效的技术支撑。     

基于计算机视觉和粒子系统的三维云模拟

云是很常见的一种自然现象，真实感云的模拟是计算机图形学领域具有挑战性的研究课题。文章提出了一种基于计算机视觉和粒子系统的三维云建模方法。首先利用计算机视觉技术从现有的二维云图像中提取云的三维信息，然后利用粒子系统填充该三维空间，最后通过纹理映射和Billboard技术实现三维云的绘制。与以往云建模方法相比，该方法简单、实用，适用于模拟不同种类的云，如层云、积云、卷云等。     

改进的三维可视化用光线投射算法

把图像处理、光线投射与包围体技术有机结合，提出了一种提高成像质量和速度的三维可视化新方法。该方法利用物体空间的包围体算法来减少追踪光线的数量，加快了绘制速度。通过实际的医学胸部CT图像的三维重建实验，取得了较好的三维显示效果和速度，验证了改进的光线投射算法对胸部CT图像的快速三维可视化问题的有效性。     

显微三维分析软件设计与开发

论述了显微三维分析软件系统的组织结构和程序流程; 针对因离焦光线的干扰而产生的模糊光学断层图像序列, 基于断层内相邻像素和断层间相邻像素的相关信息, 采用改进的最大期望算法对光学断层图像序列进行去模糊处理; 对去模糊处理后的三维光学断层图像序列, 介绍了一种基于表面点绘制的三维数据场表面重建反走样方法, 加快了重建速度, 同时具有较好的显示效果; 三维体绘制时, 提出了多维半自动阻光度转换函数解决方案, 清晰地显示出了物体内部的细节变化; 采用基于体素的方法计算重建后的物体的表面积和体积; 通过三维分割和标记算法, 实现了在三维空间内选择感兴趣目标的操作。     

基于高噪声深度图像的树木模型重建

对现实世界中的植物模型进行真实准确的重建一直是计算机图形学的一个重要目标。基于激光扫描仪提供的深度图像的树木重建近年得到越来越多的关注。当扫描距离过远或者扫描精度较低的情况下深度图像带有较大的噪声,这给重建带来了很大的困难。本文提出了一种针对高噪声深度图像的树木自动重建技术,本算法以主曲率分析为基础,首先通过二次曲面拟合计算各个点对应的主曲率方向,之后利用各个点云与周围点云的主曲率相似度将噪声点云去除,利用点云分割技术将属于不同树枝的点云初步分离,最后从分割数据中提取树枝的骨架点以及半径,完成重建。利用本方法 ,我们对一个具有高噪声的深度图像进行了处理,从中提取出了树木的三维模型。本算法能够利用之前算法无法处理的高噪声的深度图像重建树木模型,降低了树木重建算法对输入数据精度的要求,同时减少了手工交互。     

CT辅助逆向工程技术在畸齿矫正中的应用研究

如何快速、高精度获取齿形CAD模型是目前畸齿矫正行业中的技术难题。介绍了一种基于3D-CT的牙颌数字模型快速获取方法。利用3D-CT扫描获得牙齿石膏阳模精细的三维灰度图像;对三维CT图像进行相应的图像、图形处理,获取实物内外表面点云数据;并将其输入CAD设计平台,逆求出实物原型的CAD模型。与传统逆求方法相比,该方法具有扫描速度快、点云数据各向等分辨率和逆求精度高的优点。     

人皮质骨微管道结构的三维重建

目的　探讨一种从切片图像反求建模的方法,并对人皮质骨微管道三维结构行形态观察。方法　采用人桡骨中段为研究对象,经过预处理、脱水、包埋,利用连续切片技术,经图像处理反求建模法重构人桡骨中段的三维显微模型。对三维模型进行测量、推算,得到哈佛氏管走向、长度等数据。结果　用此种方法建模得到的三维显微结构,真实地反映了人桡骨的骨内微结构。形态观察得出哈佛氏管在远离连通处夹角较小,平均为5 7°。在连通处附近(400~800μm),平均夹角为12 2°。结论　重构骨三维显微结构,得到哈佛氏管的空间特征,为给人工活性骨的设计提供模型,进而指导人工活性骨的设计与制造。     

基于点云辐射场的新视角图像生成网络

新视角图像生成是指使用同一场景、多个位置和角度拍摄的一组图像，生成新颖视角位置处的场景图像，在真实拍摄的城市建筑场景图像中存在移动的瞬态对象，对静态建筑造成遮挡，导致生成的新视角图像模糊、存在伪影甚至建筑物生成错误。针对于此，本文提出了一种基于点云辐射场的新视角图像生成方法。首先，通过瞬态对象过滤模块得到静态建筑图像；然后，分别经过2D CNN和3D CNN网络获取图像特征和图像点云信息，二者结合构建神经点云；最后，输入多层感知机网络获取场景采样点位置的体积密度和颜色信息，并指导体渲染模块生成新视角位置的图像。在Photo Tourism数据集与最新的几种方法进行比较，实验结果和可视化结果表明，所提方法在数据集上有较好的效果表现，有效地解决了生成图像中存在伪影和建筑物生成错误的问题。     

目标分割图中粘连对象的自动切割和分离

针对图像分析中获得的目标分割图上出现的多个对象相互粘连的情况,根据此粘连对象的形态特征,设计并实现了一种基于数学形态学水域生长的粘连对象自动切割和分离方法。该方法通过在目标图中进行腐蚀和膨胀处理,由极限腐蚀获得各个独立对象的核,再由这些对象核膨胀进行水域生长,产生分界线,最后达到自动切割、分离粘连对象的目的。本文给出了一种快速、有效、自动地实现了粘连对象的分离处理方法,成功地解决了目标粘连现象对后续分析、测量产生干扰的问题。     

灰度图像序列中基于二次帧差的分割算法

视频对象的分割在基于内容的视频编码及视频检索中占有重要的地位。在快速准确的原则上,利用视频序列中的时域及空域信息,提出了一种分割运动对象的仿真方法。首先利用二次帧差求交集的方法求出图像帧的运动区域,然后利用形态梯度算子得到图像帧的边缘信息,最后时空结合并填充就可以分割出运动对象。实验证明分割效果较好并节省了处理时间。     

融合特征的自适应超像素图割算法

目的针对图割（GrabCut）算法对于前景与背景颜色特征相差不大容易发生分割错误,SLIC（simple linear iterative clustering）预分割在对应情况下边缘不够准确以及时间复杂度较高等问题,提出一种融合特征的自适应超像素GrabCut算法。方法该算法首先将图像转化到Lab色彩空间,并对原图像提取Gabor纹理特征,综合得到融合特征;再利用融合特征改进SuC方法,使用改进方法对图像进行预分割,提取超像素区域,构建区域邻接图;然后保存每个超像素区域的融合特征,对两种特征分别进行高斯混合模型（Gaussian mixture model,简称GMM）建模,并利用相对熵自适应调整分割过程中混合特征的权重,优化Gibbs能量函数;最后执行迭代图割算法,得出分割结果。结论实验结果表明,本算法对颜色特征不佳的情况下有较好的分割效果,并通过改进的SLIC预分割提高了算法的执行效率,降低了迭代次数,前景物体边缘也得到较好的保护。     

Reducing metal artifacts in cone-beam CT images by preprocessing projection data

PURPOSE: Computed tomography (CT) streak artifacts caused by metallic implants remain a challenge for the automatic processing of image data. The impact of metal artifacts in the soft-tissue region is magnified in cone-beam CT (CBCT), because the soft-tissue contrast is usually lower in CBCT images. The goal of this study was to develop an effective offline processing technique to minimize the effect. METHODS AND MATERIALS: The geometry calibration cue of the CBCT system was used to track the position of the metal object in projection views. The three-dimensional (3D) representation of the object can be established from only two user-selected viewing angles. The position of the shadowed region in other views can be tracked by projecting the 3D coordinates of the object. Automatic image segmentation was used followed by a Laplacian diffusion method to replace the pixels inside the metal object with the boundary pixels. The modified projection data were then used to reconstruct a new CBCT image. The procedure was tested in phantoms, prostate cancer patients with implanted gold markers and metal prosthesis, and a head-and-neck patient with dental amalgam in the teeth. RESULTS: Both phantom and patient studies demonstrated that the procedure was able to minimize the metal artifacts. Soft-tissue visibility was improved near or away from the metal object. The processing time was 1-2 s per projection. CONCLUSION: We have implemented an effective metal artifact-suppressing algorithm to improve the quality of CBCT images.     

Metal artifact reduction in cone beam computed tomography using forward projected reconstruction information

In this work we present a new method to reduce artifacts, produced by high-density objects, especially metal implants, in X-ray cone beam computed tomography (CBCT). These artifacts influence clinical diagnostics and treatments using CT data, if metal objects are located in the field of view (FOV). Our novel method reduces metal artifacts by virtually replacing the metal objects with tissue objects of the same shape. First, the considered objects must be segmented in the original 2D projection data as well as in a reconstructed 3D volume. The attenuation coefficients of the segmented voxels are replaced with adequate attenuation coefficients of tissue (or water), then the required parts of the volume are projected onto the segmented 2D pixels, to replace the original information. This corrected 2D data can then be reconstructed with reduced artifacts, i. e. all metal objects virtually vanished. After the reconstruction, the segmented 3D metal objects were re-inserted into the corrected 3D volume. Our method was developed for mobile C-arm CBCTs; as it is necessary that they are of low weight, the C-arm results in unpredictable distortion. This misalignment between the original 2D data and the forward projection of the reconstructed 3D volume must be adjusted before the correction of the segmented 2D pixels. We applied this technique to clinical data and will now present the results.     

基于HSV空间的肿瘤免疫组化阳性目标自动提取分析

目的提出一种基于HSV空间的免疫组化阳性目标自动提取分析方法。方法首先,依据阳性目标在HSV颜色空间的分布规律,联合使用了H分量、S分量和V分量作为阈值条件,结合最大熵单阈值分割算法,建立阳性目标分割提取模型;然后,提取阳性目标区域的特征参数,定量分析阳性目标的密度、强度等指标参数。结果实现了血管、细胞核、细胞浆和细胞膜等阳性目标的自动提取分析。结论试验结果可为建立免疫组化标准化的判断指标提供量化基础。     

基于广义霍夫变换的多目标跟踪算法

提出了一种融合局部特征匹配与概率外观模型的多目标跟踪方法。引入局部特征可以减轻外观模型跟踪算法对前景提取质量的过度依赖,并提高对目标姿态变化和遮挡情况的适应性。首先利用目标局部特征构建描述目标特征信息与空间信息的码书。然后建立基于目标全局特征的颜色与概率外观模型。最后经过广义霍夫变换迭代过程预测目标的可能位置。实验结果表明,本文算法能在目标姿态变化、严重遮挡等情况下,取得可靠而高效的跟踪效果。