有限衍射超声三维成像及其表面重建方法

为了正确快速地进行超声三维图像重建，讨论了有限衍射波束三维脉冲回波成像新方法，即使用有限衍射阵列声束一次发射成像，不仅成像区域声束不会发生扩散，而且可得到高信噪比、高帧率的超声三维图像。针对成像后由获取的数据归一化形成的空间散乱数据场，提出了一种新的插值三维重建算法，该算法从散乱数据场中自动提取边界，首先构造出一个辅助曲面，然后通过一种特殊的Hermite插值，在数据点的矩形作用域集合内，对辅助曲面进行变形，进而得到最终的插值曲面。实验结果表明，由于该算法无须三角剖分，因而计算速度快，且光顺效果好。     

逆向工程中基于三目视觉自动提取并构造复杂曲面边界技术

在逆向工程中复杂曲面零件表面的几何模型的构造是研究重点之一，根据零件表面 的数字化数据提取零件表面的边界是构造零件几何模型的关键步骤．本文提出基于三目视觉 方法来提取和构造复杂曲面边界的技术．从一幅图像中提取反映物体边界的特征点，再利用 图像匹配方法得到这些特征点的空间坐标，最后以这些特征点构造出物体边界B样条曲线．     

基于形态学的MR图像左心室自动定位算法

左心室重建为3D空间模型能快速评价各种心脏病,左室扭转揭示了重要的生理及病理发现.但由于左心室MRI图像具有弱边缘、与周围的组织之间存在低对比度区域,利用Snake模型分割左心室图像时,一般需要采用半自动的方法获取初始曲线.为解决此问题,本文提出一种MR图像的左心室自动定位算法,用于的左心室MRI图像分割算法.该算法利用形态学理论自动获取左心室的重心以及边界形状变化允许空间,勾画出相应初始轮廓曲线,以便进行重建.文中以小香猪左室加标记MRI作为应用研究对象,进行了全图像序列的研究.实验表明改算法能够精确的获取左心室区域信息,实现其自动定位.     

海量散乱点的曲面重建算法研究

基于海量散乱点的曲面重建在机械产品测量造型、计算机视觉、根据切片数据的医学图像重建等领域中有重要应用.给出了一种以物体表面上不附加任何几何和拓扑信息(包括测点法矢、曲面边界信息)的散乱点集为处理对象,自动生成物体表面的三角网格模型的算法.该算法首先根据测点的邻近测点估算曲面在该测点处的法矢,并采用优化的顺序对法矢方向进行调整以使各测点处的法矢都指向曲面外侧,最后用步进立方体算法输出三角网格模型.采用新的方法计算切平面,不但进一步提高了效率,而且改善了曲面边界及尖锐棱边区域的重建效果.还提出并解决了法矢方向传播中可能出现的局部“孤岛”问题.同时,提出了一种对海量数据进行空间划分的算法,从而大大提高了海量数据的处理效率.应用实例表明,算法效果良好     

加标记的左心室核磁共振图像位移场的运动重建

利用改进的左心室数字模拟器提供的加标记的核磁共振图像(MRI),文章研究左心室位移场的运动重建方法。先以双三次B样条曲面技术拟合短轴和长轴影像层三个方向的标记面,然后采用最小二乘原理确定短轴和长轴影像层标记点1D逆向位移场的最优控制顶点,在此基础上拟合的短轴影像层上标记点的3D逆向位移场达到亚像素精度。这对于跟踪心肌点几何位置,分析左心室的运动变形具有重要意义。     

结合水平集方法和形状约束Snake模型的左心室MRI图像分割

提出结合水平集方法和形状约束Snake模型的左心室MRI图像分割算法.由于左心室存在弱边缘、与周围的组织之间存在低对比度区域,Snake模型分割左心室MRI图像时,将会出现变形曲线泄漏现象.通过对训练图像的配准、变化模式的分析,定义左心室的边界形状变化允许空间.根据心脏MRI图像的特点,使用水平集方法在平均形状周围构造形状约束能量场.在Snake模型中增加形状约束能量项后,能够有效处理变形曲线的泄漏问题.通过将演化曲线投影到形状允许空间,对其施加形状约束.心脏MRI图像的分割实验证明了模型的有效性.     

人体局部曲面建模与自由变形方法

人体曲面建模与自由变形方法是实现人体数字化的关键技术。给出了提取平面点云数据的方法及平面点云排序算法，介绍了基于平面数据的B样条曲面重构算法，重点叙述了用FFD（Free Form Deformation）技术实现曲面变形的算法及自由变形方法的特点，最后给出了人体胸部曲面建模与自由变形的实例，实例表明使用FFD进行曲面变形的效果比较自然。     

基于融合分层条件随机场的道路分割模型

为了在道路检测中结合图像的多尺度特征以及点云的空间结构特征,使检测算法能有效地排除道路场景中的阴影、光线等干扰,本文提出一种基于融合分层条件随机场的图像和点云融合的道路分割模型．首先,利用Meanshift算法产生多个尺度的超像素分割,建立基于图像的多尺度分层条件随机场．将点云数据投影到图像平面,再建立基于点云的多尺度分层条件随机场．在条件随机场的像素层和点云层之间建立连接,构造多尺度的融合模型．然后,针对多尺度融合模型中图像层的每一层和点云层的每一层,分别提取对应尺度的图像特征或点云特征．每一层用梯度提升树算法根据提取的特征训练1个分类器,利用每一层的分类器得到对应层的数据项代价．最后,使用α扩张算法对融合模型进行联合优化求解．在KITTI Road数据集上的实验结果表明,该方法具有良好的道路检测性能．     

利用三目视觉获得复杂曲面的边界曲线

复杂零件表面几何模型的构造是逆向工程的研究重点，根据零件表面数据提取零件表面的边界是构造零件几何模型的关键步骤．提出了基于三目视觉方法提取和构造复杂曲面边界的技术．将一台摄像机固定在三坐标测量机(CMM)横梁上，通过沿X，Y方向移动CMM从而获得物体在空间三个不同位置的图像；从一幅图像中提取反映物体边界的特征点，通过与其他两幅图像匹配得到这些特征点的空间坐标，最后以这些特征点构造出物体边界的B样条曲线。     

结合统计模型和曲线演化的左心室MRI图像分割

提出结合区域统计模型和图像梯度信息的MRI图像分割算法.由于心脏的变形和血液的流动,MRI图像中出现弱边界、局部梯度极大值区域、伪影等现象.基于图像梯度构造停止项的水平集方法难以分割此类图像.本文提出两阶段图像分割算法.首先结合先验知识和直方图,确定图像中像素的类别总数.用极大似然估计原理求出每一类的先验概率和概率分布参数,根据像素属于感兴趣区域(ROI)的后验概率构造水平集速度函数,通过曲线演化获取ROI的粗边界.然后再使用图像梯度构造速度函数对边界进行细化.实验结果表明,本文算法能够有效分割心脏MRI图像.     

基于柱坐标B样条活动曲面模型的3D分割方法

基于长轴和短轴系列核磁共振图像重建3D左心室内外表面是提取左心室基本形态参数以及左心室运动分析的基础.提出了柱坐标B样条主动表面(CBAS)模型,将其用于3D分割左心室内外膜表面. CBAS模型的等参曲线网格由B-snake模型组成,根据短轴、长轴成像平面在3D空间中的位置关系,网格中的节点在两幅短轴及长轴图像上寻找对应的边缘点,节点间的采样点则在单一的短轴或长轴图像上获得图像能量.首先利用改进的模糊Hough变换确定短轴图像中左心室心肌内外轮廓的大致位置,其次用其构建柱坐标B样条主动曲面模型的初始表面.对左心室表面的分割过程在柱坐标下进行,使得模型在SA图像及LA图像上形状的改变能够统一为一个参数的变化,减小了模型的复杂度.最后通过与手工分割结果的线性回归分析证明了方法的准确性.     

基于边界轮廓的区域生长算法在RBC提取中的应用

提出一种基于边界轮廓的区域生长算法提取各个细胞的图像,并运用阴影恢复技术进一步得到每个细胞的三维高度场数据,这些三维数据可用于计算细胞表面曲率。整个提取算法分为三个步骤：轮廓跟踪、区域生长、基于SEM成像条件的三维形状重建。考虑到重叠细胞的统计特征,只需提取处在最上层的细胞。实验结果表明,该方法具有很强的可行性和实用性。     

Multiphase segmentation using an implicit dual shape prior: Application to detection of left ventricle in cardiac MRI

Cardiac magnetic resonance imaging (MRI) has been extensively used in the diagnosis of cardiovascular disease and its quantitative evaluation. Cardiac MRI techniques have been progressively improved, providing high-resolution anatomical and functional information. One of the key steps in the assessment of cardiovascular disease is the quantitative analysis of the left ventricle (LV) contractile function. Thus, the accurate delineation of LV boundary is of great interest to improve diagnostic performance. In this work, we present a novel segmentation algorithm of LV from cardiac MRI incorporating an implicit shape prior without any training phase using level sets in a variational framework. The segmentation of LV still remains a challenging problem due to its subtle boundary, occlusion, and inhomogeneity. In order to overcome such difficulties, a shape prior knowledge on the anatomical constraint of LV is integrated into a region-based segmentation framework. The shape prior is introduced based on the anatomical shape similarity between endocardium and epicardium. The shape of endocardium is assumed to be mutually similar under scaling to the shape of epicardium. An implicit shape representation using signed distance function is introduced and their discrepancy is measured in a probabilistic way. Our shape constraint is imposed by a mutual similarity of shapes without any training phase that requires a collection of shapes to learn their statistical properties. The performance of the proposed method has been demonstrated on fifteen clinical datasets, showing its potential as the basis in the clinical diagnosis of cardiovascular disease.     

基于阴影恢复形状的起皱织物表面形态重建研究

阴影恢复形状算法是计算机视觉中的一个重要研究课题 ,该算法应用于织物三维表面重建 ,为客观评价织物起皱等级奠定了基础 .提出了一种新的阴影恢复重建算法 ,并阐述了该算法的实现步骤和计算方法 .先利用合成图象对算法进行迭代计算并验证 ,获得了较为准确的重建图象 ,然后再结合真实模板进行重建 ,重建准确度较高 .同时说明了该算法可应用于真实织物的表面重建之中 ,并可从获得的织物三维轮廓数据中提取特征值 ,实验表明 ,这些特征值均可从不同侧面表征织物的褶皱程度 ,特征值与织物的褶皱程度基本呈线性相关     

一种面向三维点集的快速表面重构算法

在对目前比较流行的空间三角化算法进行对比研究的基础上 ,对 Hugues Hoppe提出的算法进行了改进 ,即借鉴 Marching Cubes算法的基本思想 ,首先通过自动选取适当的参数 ,用包围盒方法将三维散乱点划分为数据区域 ;然后求取点的切平面及法向 ,同时采用广度优先算法遍历数据点来调整法向和快速地求取 Marching Cubes的等势函数 ;最后用基于查表法的 Marching Cubes来输出三角面片 ,即得到表面模型 .实验结果表明 ,改进后的算法效率有较大的提高 .新算法不仅适用于表面三维散乱点数据 ,也可以对体数据进行重构 ,具有一定的通用性 .     

A hierarchical stochastic modelling approach for reconstructing lung tumour geometry from 2D CT images

ABSTRACT

Lung cancer is one of the deadliest cancers in both men and women. Nowadays, several methods are used to cure this cancer including surgery and radiotherapy. These methods require prior knowledge about the shape of tumours. This type of knowledge may also help physicians to determine the cancer type. In this paper we propose a novel approach for 3D reconstruction of tumour geometry from a sequence of 2D images. The proposed approach consists of two phases: tumour segmentation from computed tomography (CT) images and 3D shape reconstruction. Segmentation is conducted using snake optimisation and Gustafson–Kessel clustering. For 3D reconstruction, first, we propose a new approach to interpolate some intermediate slices between original slices. Then, the well-known marching cubes algorithm is used for surface reconstruction. Eventually, we smoothen the surface using an explicit fairing algorithm. Experiments show that our new approach can highly improve the quality and the accuracy of the reconstructed tumour shape.     

Electromagnetic imaging for shape and variable conductivity

We consider the inverse problem of determining both the shape and the conductivity of a two-dimensional (2D) conducting scatterer from the knowledge of the far-field pattern of TM waves by solving the ill-posed nonlinear equation. Based on the boundary condition and measured scattered field, a set of nonlinear integral equations is derived and the imaging problem is reformulated into an optimization problem. Satisfactory reconstructions are achieved by the genetic algorithm. Numerical results demonstrate that, even when the initial guess is far away from the exact one, good reconstruction can be obtained. In addition, the effect of Gaussian noise on the reconstruction results is investigated. The numerical results show that multiple incident directions permit good reconstruction of shape and, to a lesser extent, conductivity in the presence of noise in measured data. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 14, 433–440, 2004.     

动力学修正的柔性体复合变形算法

传统柔性体变形算法存在动力学仿真不足的问题,为此,提出一种基于物理意义的复合变形算法.使用填充球模型丰富柔性体的动力学性质,解耦模型的局部变形和整体变形.柔性体外表面采用弹簧-质点模型,通过虚拟力的分层渲染,增强操作者的触觉感受.同时采用Shape Matching算法对模型的重心位置进行修正,解决由局部向全局传递形变...     

基于快速建立四面体网格的有限元心脏建模

针对目前通过医学成像技术获得心脏序列图像来提取相关心脏结构参数,判断心脏的功能的三维心脏建模技术的热点问题.提出了一种基于快速建立四面体网格的有限元心脏建模的方法,结合心脏这种形变模型的各种约束条件,模拟心脏的动态形变,利用有限元与生物力学原理构建心脏表面重建的有限元方程,由心脏表面三角网格数据点快速构建一系列不相重叠的四面体网格单元,以满足单元的应力矢量及单元节点位移矢量计算的需要,为模拟重建心脏运动奠定基础.实验结果表明了有效性和可行性.