基于OpenGL的光线投射算法的研究

利用VC＋＋6．0以及OpenGL实现光线投射算（payCasting）法。介绍了光线投射算法以及OpenGL的知识。主要实验方法为：第一、对原始CT图像进行数据预处理、数据分类,得到满足绘制要求的规则体数据,并且对各个数据点赋予颜色值和不透明度;第二、利用体绘制算法绘制出人头（主要是人脑）图像,并且能够实现空间上三个方向的浏览与绘制功能,但是绘制速度比较慢。实验结果表明：采用光线投射算法能够实现人脑的三维可视化,并且能够绘制出清晰图像,图像效果令人满意。     

基于OpenGL的光线投射算法的研究

利用VC＋＋6．0以及OpenGL实现光线投射算（payCasting）法。介绍了光线投射算法以及OpenGL的知识。主要实验方法为：第一、对原始CT图像进行数据预处理、数据分类,得到满足绘制要求的规则体数据,并且对各个数据点赋予颜色值和不透明度;第二、利用体绘制算法绘制出人头（主要是人脑）图像,并且能够实现空间上三个方向的浏览与绘制功能,但是绘制速度比较慢。实验结果表明：采用光线投射算法能够实现人脑的三维可视化,并且能够绘制出清晰图像,图像效果令人满意。     

大规模战场电磁环境并行体绘制技术研究

提出了一种基于PC集群的大规模三维战场电磁环境并行绘制方法。该方法采用直接体绘制的三维体数据可视化方法;利用空间八叉树对电磁绘制区间进行空间分割,并采用先序遍历八叉树叶节点的方式进行任务分配;采用Binary-swap算法对各PC节点的生成图像逐次进行全屏幕深度合成。实验表明,该方法能够较好满足大规模战场电磁环境实时可视化的要求。     

飞行器表面矢量场数据动态纹理可视化方法

面向飞行器表面流场数据可视化的应用需求,提出一种基于线性卷积（LIC）及纹理平流（IBFVS）相结合的动态纹理可视化方法。算法通过将IBFVS方法的背景随机噪声替换为LIC纹理方式,结合了LIC纹理结果对比度高及IBFVS方法生成速度快的优势;针对LIC绘制速度慢的不足,利用GPU对曲面矢量场投影并插值,生成规则矢量数据场;用GPU对LIC部分进行并行加速,有效提高了LIC纹理图像产生速度;将LIC结果图像加入到IBFVS进行平流,生成纹理图像,最后加入颜色映射,丰富流场信息。实验结果表明,该方法生成的飞行器表面动态纹理图像对比度高,清晰度强,实时绘制性能好。     

医学图像三维可视化中任意平面切片的研究与实现

对医学图像的三维重建技术进行研究,利用介于面绘制和体绘制之间的切片法来实现三维体数据可视化,并针对断层图像序列所生成三维体数据的切片方法进行了深入讨论。提出一种可操作性很强的切片方法,能较好地实现三维体数据中冠状面、矢状面、特别是任意平面的切片。同时,该方法已经用VC6．0结合VTK（Visualization Toolkit）编程进行实现,效果符合医学诊断要求,并得到了有关应用。     

用于体绘制可视化的交互式直方图传递函数设计研究

医学图像体绘制可视化可以直接显示体数据的内部信息,成为可视化研究的一个重要的领域.由于医学图像数据本身的复杂性和传递函数的设计的灵活性,可视化传递函数成为研究的热点.通过CT,MRI设备获取的体数据,其质量受噪声影响严重,首先使用非线性增强方法对数据进行预处理,之后对体数据进行边界体素预判,并构造二维直方图用以设计传递函数,最终用光线投射算法绘制体数据.利用文中方法对大小为256×256×161的牙齿数据集进行非线性增强去噪,并设计传递函数,牙齿数据噪声得到了有效地抑制,不同边界区分比较明显.此外对牙齿体数据进行边界体素预判后,通过二维直方图查找边界的时间由78.2s减少至28.3s.实验结果表明,文中方法能有效地去除噪声、查找边界并提高绘制速度.基于构造出的直方图能够方便进行半自动化传递函数设计,提高绘制结果的质量.     

体数据可视化传递函数研究

体数据可视化被广泛地用于理解复杂的科学、工程、生物医学等领域的模拟和观测数据.体数据可视化的核心问题是传递函数的设置,用户通过设置传递函数、定义数值到颜色和不透明度等可视特征,然后由体可视化算法生成图像结果.文中从基于图像的传递函数、以数据为中心的传递函数、传递函数设置的用户界面和交互方式等角度,对传递函数的基础和研究现状进行综述,并对传递函数研究的前景进行了展望.     

基于预计算切片序列的动态体绘制技术

为进一步提高基于硬件加速的体绘制技术的渲染性能,解决海量体绘制应用中体数据可视化环节的性能瓶颈,文中提出了一种基于硬件加速的实时切片体绘制技术的优化模型。相对于完全基于实时切片的体绘制系统,应用该技术在保证最终图像渲染质量的同时可节省动态判断切片方程的计算开销并大幅降低运行时的数据带宽需求。基于预计算的动态体绘制在切片方向选择空间中选取一组彼此正交的切片方案,并在预处理阶段生成切片几何数据,运行时根据视点位置通过特定判断算法进行方案选择。对基于分块的海量数据体绘制系统,该技术可有效降低海量体绘制的总体带宽消耗,从而进一步拓展系统的渲染规模。     

基于压缩域的脑成像大数据体可视化方法

脑科学是当今国际科技研究的前沿邻域,而对高精度脑成像数据进行可视化是脑神经科学在结构成像方面的基础性需求。针对高精度脑成像数据可视化过程中存在的数据量大以及绘制效率低的问题,提出了基于分类分层矢量量化和完美空间哈希相结合的压缩域可视化方法。首先对体数据进行分块,记录每块的平均值并依据块内体数据的平均梯度值是否为0进行分类;其次运用分层矢量量化对平均梯度值不为0的块进行压缩;然后用分块完美空间哈希技术存储压缩得到两个索引值;最后对上面的压缩体数据进行解码得到恢复体数据,采用分块完美空间哈希对原始体数据与恢复体数据作差得到的残差数据进行压缩。绘制时,只需将压缩得到的数据作为纹理加载到GPU内,即可在GPU内完成实时解压缩绘制。实验结果表明,在保证较好图像重构质量的前提下,该算法减少了数据的存储空间,提高了体可视化的绘制效率,从而可以在单机上处理较大的数据。     

基于GPU的三维地震数据场体绘制方法

体绘制技术是计算可视化研究和应用热点之一。在对三维数据体进行形式化定义基础上,讨论光线投射算法中数据体划分,重采样计算以及图像合成的原理和方法。利用着色器进行重采样和图像合成运算,实现体绘制的GPU加速。将GPU加速的光线投射体绘制方法应用于地震数据解释,分别实现地震数据的灰度和伪彩色样式可视化,并通过转换函数,凸显出地震数据场的层位特征,克服了地震数据剖面、切片以及三维面绘制图像的局限性。     

一种基于HIS模型的彩色图像背景减除快速算法

提出了一种彩色图像背景减除的快速算法。首先对当前待处理的彩色图像进行矢量滤波，并在HIS颜色模型下，利用彩色通道和亮度通道相互独立的特点，选取某一分量与背景图像进行差分运算，消除当前图像背景，最后填充空洞而得到较为精确的前景对象。该算法摒弃了传统上处理多维彩色向量繁杂的矢量运算，而采用优化后的线性运算加快了运算速度。而且不需要复杂的背景建模。实验表明该算法快速、有效。     

彩色三维体数据场的直接体绘制方法

提出基于光线投射和三维纹理映射的彩色体数据成像算法，研究如何从每个体素的R，G，B三元组映射成不透明度值，即不透明度转换函数。首先把原始的RGB色彩空间转换成LUV色彩空间；然后以亮度分量的中心差分来近似估计法向量，并应用Phong光照模型进行着色，根据亮度分量及其梯度等信息计算不透明度值；最后合成、累积颜色。对美国数字人男子照相彩色体数据分别采用两种算法进行实验。结果表明：基于光线投射的彩色体数据算法成像质量较高，可以表现体表毛细血管等细微结构，但速度较慢；基于三维纹理映射的彩色体数据成像算法速度较快，但成像质量适中。     

基于主动轮廓探索的多源色彩迁移

传统的多源色彩迁移算法常常利用欧氏色彩距离来分割目标图像,由于色彩序列的模糊性与不确定性,使得这种分割极易出现色彩扭曲现象. 针对这个问题,提出一种基于主动轮廓探索的多源色彩迁移算法. 首先,为将目标图像的主体与背景分离开,利用一种主动进化的方法生成虚拟轮廓线,并采用能量函数评价机制迫使虚拟轮廓线逐渐逼近实际轮廓线. 其次,合理利用源图像与目标图像在RGB、Gray和LMS等不同色彩空间的表示、分割、转换,实现其在lαβ空间的多源色彩迁移. 最后,将在lαβ空间迁移得到的目标图像逆向操作后恢复为RGB显示. 单源与多源色彩迁移的对比、灰度化色彩通道的选择以及各色彩空间不同色彩通道间的干涉性对比等实验验证了所提算法的合理性与有效性.     

基于自适应Riesz分数阶微分的雾天图像增强

为了提高雾天图像的清晰度,解决分数阶微分阶数取值的单一性问题,提出了一种新的自适应分数阶微分的图像增强方法。基于具有六阶精度的Riesz分数阶微分的近似计算公式,构造了一种新的高精度分数阶微分掩模——RH算子,并对其进行改进,形成了IRH算子。针对图像局部特征建立了分数阶微分函数,提出了一种分数阶微分选取准则,实现了阶数逐点自适应选取的方法。结合IRH算子,形成了自适应IRH图像增强算法。对于彩色图像,由于RGB空间各通道之间独立性低,对各通道增强后再叠加可能会出现颜色失真,因此将图像由RGB空间转化到HSV空间且只对亮度通道进行增强处理。选择一组雾天图像进行了实验,并与Tiansi算子,基于分割的自适应分数阶微分图像增强算法以及自适应分数阶微分的复合双边滤波算法进行了比较,实验结果表明所提算法具有明显的增强效果,并且通过计算信息熵和平均梯度进一步表明了该算法的有效性。     

基于色调映射的快速低照度图像增强

在弱光条件下,图像通常具有低能见度。为了增强低照度图像,提出一种基于全局自适应色调映射的快速增强方法。将图像从RGB颜色空间变换到YUV颜色空间,对亮度通道进行双边滤波,得到基本层和细节层;对基本层图像进行自适应全局色调映射,再叠加细节层的图像信息;恢复图像色彩饱和度,并重新变换到RGB空间。该算法能快速实现增强,且增强效果更显著,尤其对有大面积低像素的图像处理得更好。     

基于颜色体积直方图的图像检索

HSV颜色空间能够较好地模拟人类视觉系统感知颜色的模式。为了更好地利用HSV颜色空间的优点,提出了一个新型的特征描述子(称之为颜色体积直方图),并且将其应用于图像检索。它首先把彩色图像从RGB空间转换为HSV颜色空间,然后把彩色图像均匀量化为72种颜色,最后利用颜色体积来描述图像特征。该算法在具有15000张彩色图像的Corel图库上进行了实验。结果表明,提出的彩色体积直方图能够结合颜色和空间特征,检索性能明显高于颜色直方图和局部二值模式直方图。     

基于暗原色先验原理的水下图像增强

针对水下光衰减和散射导致的图像严重降质问题和用传统方法进行水下图像增强 产生色偏现象,提出一种新的水下图像增强方法。基于暗原色先验原理进行水下图像增强,用 软抠图的方法对图像暗通道进行细化;在图像前0.1%最亮的像素点中,用中值滤波算法计算出 这些像素点的中值,再计算这些像素点和与之对应的中值的差值,差值最小的像素点作为背景 光的预估值,并用该像素点所在区域颜色饱和度方差来判断预估背景光的准确性;利用Retinex 算法和图像各颜色通道的衰减系数比对增强后的图像进行颜色校正。实验表明,该方法能有效 地去除水下图像中的雾色、校正图像色偏问题,进而提高图像对比度。     

使用VHD的可视人体成像方法研究

利用彩色数据进行体绘制，可以创建真实感图像，并具有揭示体内真实细节的能力。虽然彩色数据是可用的，但它并不包含依赖于视点的光线反射信息和光线在体素中的传播属性。本文提出了基于VHP彩色数据的体绘制算法框架，着重讨论了如何利用Phone光照模型进行着色，以及在HSI色彩空间中计算阻光度值。实验结果表明，本文算法成像质量高，可以表现人体的细微结构和纹理信息。     

基于暗原色先验原理的偏振图像浓雾去除算法

在浓雾天气下,针对基于常规偏振特性去雾算法去雾效果不理想的特点,提出了一种基于暗原色先验原理的颜色空间转化算法去除偏振图像的浓雾。相比传统的成像技术,偏振图像探测技术在复杂环境下的目标探测和识别处理具有独特的优势,偏振图像通常采用强度图、偏振度图、偏振角图来表征目标的偏振信息。为了达到偏振信息与去雾模型相结合的目的,采用一种颜色空间转化的方法,首先把偏振信息转化到HIS颜色空间对应的亮度、色度、饱和度等各分量中,再把HIS颜色空间映射到RGB空间;其次,结合雾霾图像的大气散射模型用暗原色先验原理求图像的暗通道图;最后,在图像的稀疏先验基础上用softmatting算法细化修正大气传输率。实验结果表明,在能见度很低时,去雾后图像的标准差、信息熵、平均梯度等指标比现有的偏振去雾技术提高很多,该方法能有效增强浓雾天气下图像的整体对比度,提高偏振图像的目标识别能力。