基于凸包算法的三维表面重建中边缘轮廓提取

在三维表面重建过程中,边缘轮廓的提取起着关键的作用.为了对头部CT图片中的颅骨边缘进行有效地提取,提出利用平面凸包进行边缘轮廓提取的方法.利用该方法提取出头部CT图像中的颅骨边缘,并将其作为三维表面重建中的轮廓输入,取得了良好的效果.同时,将通过该方法得到的颅骨边缘应用于基于颅骨的三维面貌复原技术研究中,为面貌复原技术的发展提供了新的思路.     

三维颅骨模型获取方法研究

颅面复原是一种对人类的颅骨进行面部容貌复原的技术,该技术以人类学、法医学、解剖学中的头骨与面貌相互关系规律为科学依据,广泛应用于考古、刑侦等领域。其中获取三维颅骨模型是实现复原的第一步,颅骨模型的准确与否会直接影响到将来颅面复原的准确性。文中主要介绍了两种获取三维颅骨模型的方法,一种是对CT图像进行面绘制三维重构,另一种是使用三维扫描仪获取三维颅骨模型。之后对获取的颅骨模型建立法兰克福坐标系。实验表明,通过这两种方法获取的颅骨模型为颅面复原提供了良好的颅骨原始数据。     

基于曲线演化的CT颅骨外轮廓提取

准确有效地提取颅骨区域的单层外轮廓线是基于轮廓线颅骨三维模型重建的关键问题之一。针对颅骨复杂外形单层外轮廓提取困难,提出了一种基于曲线演化的方法。首先对图像进行阈值分割获得颅骨区域,然后初始化一条包括该区域的单层闭合曲线,对该曲线应用一种新的微分方程进行演化,最终获得颅骨区域的外轮廓线。实验结果表明,该方法可自动处理颅骨CT图像,准确获得颅骨的单层外轮廓,有效解决了颅骨单层外轮廓提取问题。     

三维颅骨模型获取方法研究

颅面复原是一种对人类的颅骨进行面部容貌复原的技术,该技术以人类学、法医学、解剖学中的头骨与面貌相互关系规律为科学依据,广泛应用于考古、刑侦等领域。其中获取三维颅骨模型是实现复原的第一步,颅骨模型的准确与否会直接影响到将来颅面复原的准确性。文中主要介绍了两种获取三维颅骨模型的方法,一种是对cT图像进行面绘制三维重构,另一种是使用三维扫描仪获取三维颅骨模型。之后对获取的颅骨模型建立法兰克福坐标系。实验表明,通过这两种方法获取的颅骨模型为颅面复原提供了良好的颅骨原始数据。     

基于测地回归模型的颅面复原

颅面复原是指根据一个未知颅骨的特征预测出对应的面貌,在考古研究、医学整容、刑事案件调查等领域有重要应用.为解决颅面复原过程中存在着数据量大、需要大量标定特征点的手工工作及颅面特征点定义困难的问题,针对三角网格表示的三维颅骨和面皮模型,将颅面模型用从鼻尖出发的一组测地线表示,提出了基于测地回归的颅面复原方法.该方法首先从三维人脸模型的鼻尖点提取一组测地线;然后以颅骨和对应的人脸模型上提取的测地线作为训练样本,采用偏最小二乘回归统计模型复原未知颅骨对应人脸模型的测地线;最后通过迭代最近点算法将生成的测地线与人脸统计模型进行匹配,实现复原测试颅骨的面貌.在192套颅面数据库上进行了颅面复原实验,将基于测地回归法复原的结果与主成分分析法和偏最小二乘回归法复原结果对比,实验结果表明,该方法能够提高复原精度,减少复原时间,取得了良好的复原效果.     

改进的基于特征点软组织厚度的颅面复原方法

现有三维颅面复原技术大多依据颅骨特征点的软组织厚度统计值。针对现有统计值指标涵盖的年龄、胖瘦等属性段较宽泛导致复原面貌缺乏个性的缺点,提出了一种改进方法。首先通过CT扫描仪获得颅面样本数据,并通过图像重构获得三维颅骨和人脸模型;然后采用一种半自动特征点标定方法对三维颅骨样本进行特征点标定,并求解特征点软组织厚度;之后采用支持向量回归方法构建特征点软组织厚度与属性之间的函数关系;最后根据待复原颅骨的属性以及回归函数计算特征点软组织厚度,在此基础上采用薄板样条函数对参考人脸模型进行变形获得复原面貌。实验结果表明,相比于已有方法,该方法能获得更准确的软组织厚度,提高颅面复原的准确度。     

基于先验知识的肝脏轮廓线提取算法研究

准确有效地提取肝脏CT序列的轮廓线是腹部软组织三维模型重建与可视化的关键问题之一。针对肝脏轮廓线提取准确性不高的问题, 提出了一种基于先验知识的肝脏轮廓线提取算法。首先利用拉普拉斯算法进行CT图像增强, 再利用基于边缘先验知识的套索模型对感兴趣区域进行半自动的初始化, 最后通过改进的Snake算法准确地提取肝脏CT图像的边缘。针对序列CT肝脏的边缘提取, 提出根据CT图像序列之间的相关性, 将上一幅图像的轮廓线提取结果作为下一幅CT图像边缘提取的初始化点, 接着批处理地提取CT序列的肝脏边缘。实验结果表明：该算法大大减少了手动初始化结果对目标边缘轮廓准确提取的依赖性, 并有效地解决了肝脏轮廓线的提取问题。     

基于Snake模型和射线法的颅面重建方法

MC颅面重构方法复原的面皮和颅骨三角片数量大且存在杂质。针对该问题,基于断层轮廓序列,利用改进的Snake模型提取闭合颅骨轮廓线,通过射线法对该轮廓线进行二次处理得到最外层轮廓线,从而实现颅面三维重构。实验结果表明,该方法在颅面数据量较小的情况下,可以准确表达人的面部和颅骨的形态信息。     

基于中轴表达的三维模型轮廓提取方法

三维网格模型的轮廓信息在网格检索、网格简化、网格重建中有着广泛应用。现有的轮廓提取方法较为复杂,需要分析和过滤网格模型的几何特征,计算量大且有时无法生成完整的轮廓信息。近年来,三维模型的中轴表达研究趋于成熟,在表达模型几何拓扑关系上有独特的优势。因此,提出了一种基于中轴表达的三维模型轮廓提取方法：首先提取三维模型的中轴表达信息,将中轴角点投影到三维模型表面;然后根据每个区域的拓扑关系选择适合的角点连接关系,将投影点连接形成模型区域轮廓;再针对投影过程中产生的误差进行分析和纠正;最后合并区域轮廓得到三维模型的完整轮廓。通过对多个模型数据库中代表性的三维网格模型进行实验和重建误 差比较,该方法的平均重建质量较现有方法约有 10%的提升,在重建质量和轮廓信息完整度方面优于现有方法。     

一种沿法线方向的三维深度测量方法

在颅骨面貌复原中为了真实反映面部软组织的厚度信息，需要沿法线方向进行三维深度测量。采用对坐标轴进行旋转的方法，将沿法线方向的三维深度测量中复杂的三维计算简化为二维计算，降胝了实现该测量的复杂度，使问题变得简单直观。此方法也适用于其它研究领域中沿法线方向的深度测量。     

ECT系统中三维图象重建的研究

论文讨论了在ECT系统中利用二维断层图象进行三维表面重建的方法。首先对二维断层图象序列进行抽取轮廓、细线化、轮廓线追踪处理;然后对两相邻断层图象进行轮廓匹配;在两层已知(重建)图象轮廓中间插入若干个插值图象时采用同经度方向位置校准轮廓加权平均方法获得插值轮廓;最后在相邻的已知轮廓或插值轮廓采用最短对角线法进行三角片表面重建。仿真结果表明,利用上述方法可以较好地重建物体的三维表面。     

一个基于结构化特征匹配的月面三维重建方法

基于图像建立三维月面地图对于月球车任务规划、导航控制具有重要意义。本文提出一种基于参数化轮廓结构特征匹配的月面三维重建方法，该方法从月面立体图像中提取特 征物的轮廓特征，通过参数化轮廓特征匹配恢复特征物的三维信息，从而建立三维月面地图。本文以Apollo 15登月计划的着陆区域为例，建立了一个三维月面地图。     

由任意形状轮廓线重建三维表面的方法研究

由一组二维轮廓线重建出物体的三维表面是医学数据可视化的一种主要绘制方式。当轮廓线比较复杂,例如当遇到非凸轮廓或相邻层轮廓线相差过大时,常用的三角化拼接方法就会失败。文章提出一种新的轮廓拼接方法能够处理任意形状的轮廓线。该方法的基本思想是对轮廓线进行凹凸性层次分析,然后将相邻轮廓线从外到内逐层拼接,从而构成一个三角化的物体表面。实验结果表明,该算法对于手动勾画和自动提取的轮廓线都可以给出较好的重建效果。     

一种改进的薄壁文物碎片特征轮廓线提取技术

针对使用一般的边界提取方法提取三维网格模型特征轮廓线不完整问题,提出一 种新的薄壁文物碎片特征轮廓线提取的综合算法。区别了特征轮廓线和轮廓线的概念,引入主 轮廓线和次轮廓线以及二级邻接生长曲面的概念。主轮廓线的提取使用改进的基于边重数判断 的提取方法;提出次轮廓线的一种新的提取方法：首先对三维网格曲面分割并识别断裂面,然 后对断裂面的二级邻接生长曲面进行曲面扫描,提取次轮廓线;最后从主轮廓线和次轮廓线中 得到三维模型的特征轮廓线。使用该算法准确地提取了文物碎片的特征轮廓线,实验结果表明 此方法稳定且准确。     

一种由轮廓线重建物体表面的方法

针对基于轮廓线拼接重建物体表面所出现的轮廓对应和分叉问题,提出了一种通过体数据转换由轮廓线实现重建物体表面的方法。在分析体数据构造中出现逼近精度问题的前提下,通过提高轮廓线上点的密度,生成精确度较高的体数据。该方法通过对相邻层轮廓线区域的集合运算,只对处于集合运算解中的像素点进行距离函数值的计算。采用MC（Marching Cubes）算法生成等值面,完成物体的表面重建。实验结果表明,该方法能顺利解决基于轮廓线拼接重建物体表面中出现的轮廓对应问题和分叉问题,既提高重建表面精确度,又加快整个表面的重建速度,是一种可行的方法。     

医学断层图像三维重建的辅助轮廓线法

在原有的轮廓线基础上生成与之相似的辅助轮廓线．然后把各轮廓线三角化形成一层层的三角面片,最后按一定的规则把各层三角面片从外到内直接连接形成四面体,从而完成三维重构．文中算法尤其适合基于断层轮廓线的医学图象三维重构,与已有的三维重构法（如MC．MT,Delaunay四面体化）相比,具有算法简单、思路自然、易于实现的特点．     

复杂断层轮廓集分段分面三角化表面重构

针对多嵌套、多分支任意复杂断层轮廓集的三角化表面重建,提出一种基于轮廓拓扑分类编码和结构识别的分段分面表面重构方法(DS-P).通过设计一种拓扑编码方案,提出确定轮廓匹配关系、分支及分支类型的准则;讨论了多轮廓合并、单轮廓分裂及嵌套分支、连通分支处理方法;设计了任意复杂断层轮廓集表面重建的软件系统架构和工作流程.实验结果表明,该方法应用简单、运算效率高、可靠性强.与经典方法和BPLI方法相比,文中方法不仅能更好地处理轮廓匹配中的二义性及分支问题,还能有效地解决导致BPLI方法失效的投影面内边重叠和多重交叉、轮廓嵌套、轮廓严重偏置、轮廓线释放等情况下的表面重构问题.     

多轮廓线的三维形体重构技术研究与实现

实际应用中,三维重构经常面对的不是直接的体数据信息,而是一序列的二维轮廓线数据,因此基于轮廓线的三维重构研究有着极其重要的实用价值。在多轮廓线的三维形体重构中,轮廓对应、轮廓拼接、分叉处理和末端轮廓线的封闭处理等是其关键技术。提出了三维重构中每一个实现步骤具体的解决方案。针对轮廓线绕向问题提出了夹角和检测法,有效避免了轮廓多边形的绕向误判;对轮廓线一对多分叉问题提出了按周长比率解决问题的思路;在末端轮廓线的三角剖分算法中提出了最大张角三角形方法,减少了三角剖分的计算量,达到了在各种形态轮廓线条件下能够实现正确的拼接。实现结果表明,轮廓线拼接过程中每个步骤的解决方法是正确有效的,相较于其他实现方法通用性更强。     

一种辅助轮廓线的断层医学图像三维重建算法

针对轮廓线重建过程中的轮廓分叉问题,提出了一种改进的多轮廓线三维重建算法,通过构造辅助轮廓线将多轮廓线的连接转换为单轮廓线的连接,改进了利用多轮廓线进行三维重建的不足,利用可接受表面实现特征点的三角化,并根据曲率的变化拟合重建过程中的不光滑表面,进而实现断层医学图像的三维重建。实验结果证明,运用本算法在保证重建物体正确的同时,缩短了体数据的构造时间,加快了整个表面的重建速度。     

基于B样条的平面轮廓重构闭合曲面算法

由一组平行轮廓线重构三维闭合表面是三维可视化研究的主要内容之一。文中通过对B样条插值算法的研究,提出了一种新的公共节点矢量确定方法,利用该方法首先对经过预处理的CT牙齿图片提取轮廓线获得三维数据点,之后对轮廓线数据点进行B样条曲线的拟合,在每条拟合曲线上根据所确定的节点矢量值重新采样,由重新采样的三维数据点利用B样条曲面插值算法构造闭合曲面．所构造的闭合曲面是对原始轮廓数据的拟合。通过实例验证可看出该方法可获得较好的拟合曲面,经过误差分析检测,满足拟合条件,因此该方法可以保证几何重建的准确性。