面向心脏表面断层数据的三角网格重构方法

针对不同轮廓线提取方法对心脏断层图像提取的心脏表面轮廓线数据产生的格式不同,研究并设计了一种通用的心脏表面三角网格重构方法。利用心脏形态和断层数据的基本特点,将余弦值旋转排列和缓排序的方法融入三次剖分三角网格生成方法中,实现了同步进行轮廓线点间关系的恢复与心脏表面的三角网格重建。详细阐述了其基本原理、实现策略和算法设计,并以实验验证了方法的有效性。     

综合平均曲率与网格边的特征线提取方法

随着数字几何获取技术的发展,大量的复杂形体采用网格模型表示。而网格模型的特征线或特征边缘的识别和提取是后续开展几何和特征识别的基础工作,为此提出一种综合平均曲率与网格边的三角网格模型特征线提取方法。分两次提取:首先利用三角面片法矢夹角大小对模型中的尖锐边进行初次提取特征点;然后综合平均曲率与网格边的关系对特征点进行二次提取;最后用两次提取边的顶点作为特征点,进行分类分组处理拟合成特征线。经过实例验证,该算法可以快速地提取尖锐边和过渡边等,具有很好的提取效果。     

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。     

参数化股骨曲面特征模型的构建

为了便于参数化股骨曲面模型的编辑修改,利用曲面特征将股骨的网格模型分割为有医用意义的曲面特征单元,提出建立股骨曲面特征模型的方法.首先结合医学解剖需求,将由平均化点云模型构建的三角网格模型分割为有特定意义的多个区域,构成特征区域;其次设计特征参数及参数间约束关系,通过轮廓线蒙皮创建特征曲面;最后将相邻特征曲面通过过渡曲面连接,生成股骨参数化CAD曲面模型.实验结果表明,该方法能够有效地表达股骨表面形状特征,利用高层参数对股骨模型直观地进行构建和编辑,为股骨假肢设计以及不完整股骨的数字化修复等提供基础工具.     

基于视觉曲率估算的文物线图绘制方法

针对表面富含噪声的文物三维模型特征线的有效提取问题,分析了预处理阶段导致纹理细节丢失的原因,提出了一种基于视觉曲率估算的文物线图自动绘制方法。首先,对三角网格模型顶点的高度函数空间进行均匀采样,通过统计高度函数中极值点的个数,实现对模型顶点的视觉曲率估算;然后,根据多尺度约束下模型顶点的视觉曲率分布,将模型划分为平坦区域和特征区域;接着,依据考古领域均值对特征区域的顶点进行锐化滤波,计算出新的三角网格模型的顶点坐标;最后,对三角网格模型提取特征轮廓线,实现对文物线图的自动绘制。实验结果表明,基于视觉曲率的特征轮廓线在保留文物模型表面纹理细节的同时,有效避免了简单脊线/谷线法绘制线图呈现的尖锐现象。     

三角网格模型的特征线提取

在反求工程中，散乱数据点云的曲面重构常采用三角网格模型，若将其转换成曲面实体模型则有更广泛的应用，从三角网格模型中提取特征线是转换过程中的重要步骤．在讨论反求工程中数据点云分块方法的基础上，采取“基于边”的方法来提取特征线：先提取特征点，再连接成特征线．根据相邻三角片的法矢夹角和各点主曲率是否为极值，分两次提取特征点，利用三角顶点加权和均匀化等方法减少狭长三角片对特征点提取的计算误差影响，再将特征点分组连接成B样条曲线．文中算法的结果可为B样条曲面分片拟合和建立B-rep曲面实体模型提供依据。     

交互式轮廓线骨架的提取

为精确抽取自由绘制的二维轮廓线骨架,提出了一种新的自适应骨架提取方法.将用户绘制的轮廓线,采用离散曲率约束,自适应调整步长,提取样点,进行最小二乘法实现样条曲线拟合,有效地突出了曲线形状特征;依据曲线模型的特征点,改进约束化三角剖分方法,高效地重建三角网格的拓扑结构;基于Voronoi图优化提取轮廓线骨架.实验结果表明了该算法的高效性和鲁棒性.     

岩石三维图像裂缝提取方法

提出一种新的岩石三维图像裂缝提取算法。首先对三维岩石孔隙模型的每个连通分量执行表面重建、拉普拉斯网格平滑、网格简化等操作。根据三角网格面积和网格单位法向量方向特征,将三角网格划分为不同类别。利用形状因子判定每个三角网格类构成的三维空间结构是否具有裂缝特征。对具有裂缝特征的三维空间结构所包含的体素点集执行形态学膨胀操作,并与原始三维岩石孔隙模型连通分量的体素点集进行逻辑与操作,与操作结果即岩石裂缝。实验结果表明,该方法具有较好的裂缝提取效果。     

三维封闭三角网格孔洞边界识别算法

针对三维封闭三角网格模型的缺失实体孔洞,提出一种边界识别算法。以手绘曲线作为输入,结合轮廓线法得到目标孔洞的近似边界点集,生成连续的孔洞轮廓线。按照曲线点集并以孔洞轮廓线辅助搜索孔洞的上边界,根据上边界向下搜索得到孔洞的下边界。该算法可用于满足二维流形、可定向及封闭的三角网格模型上孔洞边界的定位,能够简化孔洞边界的定位过程,提高设计系统的易用性。     

基于轮廓线的三维网格曲面绘制

在融合了交互式轮廓绘制与网格造型技术的基础上,提出了一种快速三维网格曲面建模方法.根据绘制轮廓线的特征点分布,进行约束化三角网格剖分,提取二维轮廓线的骨架;选取骨架点和采样点投影到三维空间椭球曲面,并引入二面角原则,优化了空间离散数据点的三角化算法;最后缝合骨架点,获得三维网格曲面表示.实验结果表明了该算法的直观性、高效性.     

一种新的基于snake模型的水平集图像分割方法

介绍了一种新的变分函数来替代传统水平集方法中的符号距离函数,因而可以完全忽略重复初始化符号距离函数的步骤,提高了计算效率。用一个能量函数来表示基于snake模型水平集函数的变化情况。其中能量函数主要由内部能量和外部能量表示。利用内部能量描述曲线的张力和平滑性;外部能量则基于图像数据,并在图像的目标边界形成极小值。同时最小化内部和外部能量,产生内力和外力：内力控制曲线演化的方向,并保持曲线不被过度弯曲;外力则吸引曲线到达目标边缘。     

基于曲率匹配的细胞几何形状特征提取方法

细胞轮廓的几何形状是细胞学涂片判读的重要参考,对研究宫颈病变的计算机辅助诊断具有重要意义。针对现有基于形状模板匹配的几何形状识别方法鲁棒性较差的问题,提出了基于曲率匹配的几何形状特征提取方法,通过比较模板轮廓和待识别轮廓的曲率,计算曲率曲线之间的相似度,进而得到细胞轮廓的形状特征,并采用依次旋转轮廓选取最佳匹配的方法来解决轮廓方向不一致的问题,采用以面积等效圆的半径比作为放大比率进行轮廓缩放的方法来解决轮廓大小不一致的问题。通过相关实验证明了该方法所提取的几何形状特征具有尺度不变性和旋转不变性,并与改进Hausdorff距离进行了实验对比,结果表明提取的形状特征能更加准确地识别出细胞轮廓的几何形状。     

Geometry curves: A compact representation for 3D shapes

We propose a novel compact surface representation, namely geometry curves, which record the essence of shape geometry and topology. The geometry curves mainly contain two parts: the interior and boundary lines. The interior lines, which correspond to the feature lines, record the geometry information of the 3D shapes; the boundary lines, which correspond to the boundary or fundamental polygons, record the topology information of the 3D shapes. As a vector representation, geometry curves can depict highly complex geometry details. The concept of geometry curves can be utilized in many potential applications, e.g., mesh compression, shape modeling and editing, animation, and level of details. Furthermore, we develop a procedure for automatically constructing geometry curves which obtain an excellent approximation to the original mesh.     

用主动轮廓模型优化网格曲面上的特征线

对主动轮廓模型在三维网格曲面上的表示进行研究．首先提出一种根据输入的点快速确定初始特征线的追踪投影法；然后计算出特征线的主动轮廓模型能量，其中特征能用平均曲率来表示；最后，特征线经多次迭代后移动到能量极小处，实现优化．实例表明，优化后的特征线既光滑又逼近特征．     

灰度级信息的目标边界精确周长估算

目的 针对图像目标边界不连续或具有模糊性导致的目标周长无法精确估算这一问题,结合边界跟踪,提出一种基于灰度级信息的目标边界精确周长估算方法。方法 该方法利用目标边界的灰度级信息,同时结合边界跟踪得到的内外边界来估计目标图像的边界周长,从而提高边界周长估计的精确性和鲁棒性。为了获得目标物体真实周长,实验采用人工合成图像。结果 实验应用所提方法和3种传统周长估算方法分别计算合成目标对象的周长,并与真实周长比较。为了验证所提方法的有效性和鲁棒性,实验中对目标对象的边界进行不同程度的加厚模糊化;并在边界加入噪声,使边界不连续。当边界变得复杂时,本文所提方法的优势得到极大体现。结论 实验结果表明,在边界模糊和边界不连续的情况下,本文所提的算法具有更好的适应性和稳定性。     

基于链码的二维碎片轮廓匹配算法

首先利用边界链码的跟踪技术,提取出二维碎片的轮廓信息,同时对轮廓线进行细化、去噪和编码处理,得到二维轮廓线的一维链码信息描述,并在此基础上提出一种基于链码的二维碎片轮廓匹配方法.将二维碎片的形状匹配变为只对一维字符的处理,从而使得二维碎片的拼合简单化.实验表明该方法能够有效的找出一对复杂轮廓线上恰当的对应特征段,实现碎片物体的复原.     

等高线形状变化规律的研究

为了准确地从地图上获取地形高程信息,在对等高线形状的变化规律进行深入研究的基础上,首先从理论上论述了等高线形状变化的相似性规律;然后根据该规律研究出了描述等高线相似性传递的2维整体内插模型;最后利用该模型分析了现有的图形内插算法,并提出了基于物理场概念的等高线相似性传递模型.为了验证该模型的应用效果,分别对一模拟数据和一实际等高线数据进行了实验,实验结果表明基于物理场概念的等高线相似性传递模型不受初始等高线形状限制,在初始等高线光滑性较差时也能够有效地获取描述3维地形高程起伏变化规律的等高线信息.     

基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量方法

针对口杯酒瓶盖对激光打码角度的特殊要求,研究一种口杯酒瓶盖旋转角度测量方法,该方法提出使用几何法与模板匹配法两种方法测量口杯酒拉环及中心文字与水平线的角度。其中,几何法通过连通域搜索和计算重心,定位圆环感兴趣区域,基于圆环被拉环切割部分的特征,得到凹凸方向的特征加强区域,有效计算出口杯酒瓶盖拉环与水平线之间的角度。模板匹配法通过分析在理想情况下口杯酒的文字字样,得到文字字样轮廓,平滑轮廓,并以此作为匹配时的形状模型。匹配过程中,对新图像查找形状模型,得出口杯酒中心文字与水平线的角度。该测量方法高速、准确、稳定,满足高速生产线的实时在线检测需求,解决了现有的口杯酒瓶盖激光打码的问题。     

基于线结构光扫描的结冰冰形三维测量

现有三维扫描仪进行结冰冰形测量时需喷涂显影剂,无法满足结冰生长过程3D冰形在线测量需求。为此,基于线结构光扫描,提出了结冰冰形三维测量方法,搭建了基于传送带的线结构光扫描冰形测量装置,对线结构光视觉测量系统进行标定,获取了摄像机和激光平面方程参数,采用改进的梯度重心法实现了低对比度冰体图像激光光带亚像素中心位置提取,结合标定结果计算了冰体轮廓线三维坐标,再根据传送带运动距离,对冰体轮廓线逐行拼接,得到整个冰体三维测量点云。实验结果表明,对半径已知的圆柱形冰块进行轮廓线测量,相对误差为0.157 mm。