三维可视化技术研究

三维可视化技术在医学及工业领域应用广泛。文章首先介绍了三维可视化技术的概念,分析了三维可视化技术的原理和关键算法,即面绘制、体绘制、点绘制算法;然后对三维可视化开发包VTK进行了介绍,并以Ray Casting算法为例给出了基于VTK的三维体绘制算法的实现过程;最后对三维可视化技术的发展趋势进行了展望。     

一种迭代的锥束CT螺旋轨迹几何参数标定算法

针对工业锥束计算机断层成像螺旋轨迹扫描中系统几何参数失配严重影响重建图像质量的问题,提出了一种基于双球体模的高精度、迭代的几何参数标定算法.首先在载物台的升降轴上选择少数测试点,并根据投影几何关系建立关于所有测试点的几何参数的非线性最小二乘求解模型,然后利用计算机图形学中的消失线理论和高斯牛顿算法对模型进行求解,最后利用线性拟合和插值计算升降轴上所有采集投影位置处的系统几何参数.实验结果表明,该方法能够有效改善几何参数失配引起的重建图像失真,并且算法求取参数的精度接近50 μm.     

康普顿背散射图像重建算法的GPU加速研究

在康普顿背散射成像中,射线源和探测器放置于物体同侧,无需旋转即可重建出物体内部断层图像。但康普顿背散射图像重建算法计算复杂度较高,重建耗时较长。根据康普顿背散射图像有序子集最大期望法(ordered subsets expectation maxization,OSEM)重建算法的执行特点,设计了适合算法正投影和反投影的并行策略进行GPU加速。重建结果表明,所使用的加速策略能够在保证重建图像质量的同时获得较高的加速比。     

基于改进空体素跳跃法的光线投射算法

提出一种针对计算统一设备架构(CUDA)存储器的访存优化策略。在此基础上,给出适用于CUDA存储器的改进空体素跳跃法,以减少对空体素采样点的处理,加快基于Phong光照模型的光线投射算法的运行速度。实验结果表明,该算法能在保证图像质量的前提 下,提高图像绘制速度。     

一种基于稳定区域的图像特征描述子

当不同成像条件下图像局部内容的特征存在明显差异时,会导致特征描述子难以正确匹配。为此,提出一种基于稳定区域的图像特征描述子。利用最大稳定极值区域检测算法提取图像的稳定区域,结合图像特征点的位置和尺度信息,根据稳定区域计算特征主方向,在适应于特征点所属稳定区域尺度的较大邻域内,生成基于对数-极坐标系的特征描述子。应用结果表明,该描述子在图像局部内容变化较大时仍具有旋转不变性和稳定的匹配性能,能有效解决印刷电路板CT图像的配准问题。     

基于点对匹配的印刷电路板CT图像配准方法

针对PCB CT图像在拼接时存在较多相似区域无法有效配准的问题,提出一种基于点对匹配的方法.首先根据邻近特征点生成特征点对,并简化一种快速低维的特征描述子KPB-SIFT来描述特征点对,然后通过规定点对方向和点对分类匹配降低误匹配,最后给出一种匹配点方向约束条件,并基于该条件提出一种错误匹配点抑制算法提取正确匹配点.实验结果表明,该算法在保持较低时间复杂度的同时,匹配正确率达到95.58％,能够提取较多均匀分布的正确匹配点,从而能有效地解决PCB CT图像的配准问题.     

基于全局二值特征描述子的三维CBCT图像快速匹配算法

三维图像拼接是通过锥束CT(CBCT)获取大尺寸物体完整的高分辨率三维图像过程中的关键技术之一,成为目前三维图像处理的一个新的研究方向.针对基于特征点的三维CBCT图像拼接技术中相似特征匹配正确率低、匹配过程耗时长的问题,提出一种基于全局二值特征描述子的三维CBCT图像快速匹配算法.首先对二值特征描述子BRIEF进行三维拓展,以适应三维图像;在此基础上加入全局描述子,增强特征描述子的独特性;在特征点匹配时,根据上述特征描述子的特点设计由粗到精的匹配策略,提高特征匹配正确率和效率.实验结果表明,该算法简单有效,可以在大量相似特征条件下提高特征点匹配的正确率,同时也显著提升了匹配速度.     

图像分割中的超像素方法研究综述

目的 超像素(superpixel)是近年来快速发展的一种图像预处理技术,它将图像快速分割为一定数量的具有语义意义的子区域,相比于传统处理方法中的基本单元——像素,超像素更有利于局部特征的提取与结构信息的表达,并且能够大幅度降低后续处理的计算复杂度,在计算机视觉领域尤其是图像分割中得到了广泛的应用,为使国内外研究者对超像素理论及其在图像分割中的应用有一个比较全面的认识,对其进行系统综述.方法 以图像分割为应用背景,在广泛调研文献特别是超像素最新发展成果的基础上,结合对比实验,对每种方法的基本思想、方法特点进行总结,并对超像素分割目前存在的局限性进行说明,对未来可能发展方向进行展望.结果 不同的超像素分割算法在分割思想、性能特点上各不相同.当前的超像素方法普遍在超像素数量、紧密度与分割质量、算法实用性之间存在相互制约,同时对于某些特殊目标的分割也难以取得较好的结果.结论 超像素作为一种有效的图像预处理手段具有较高的研究价值,但针对目前超像素存在的一些局限性还需要进行深入的研究.     

基于Tesla平台的快速反投影运算

反投影运算是锥束CT图像重建算法中运算量最大,最耗时的部分,是制约重建速度的瓶颈。为此,在计算统一设备架构模型下,应用体素驱动法实现基于Tesla平台的反投影(BP)并行运算,并对BP运算上的访存和数学指令进行优化。实际CT数据的重建结果表明,该方法的运算速度是CPU串行程序的198倍,效率高且易于实现。     

基于最优化分块的大规模数据体绘制加速方法

GPU加速体绘制已成为体可视化领域的研究热点,然而超出显存的大规模数据无法直接载入,成为GPU应用的瓶颈。分块技术能够在保证图像质量的条件下解决该问题,但分块数据的频繁加载和访问明显降低了绘制速度。针对上述问题,通过建立最优化分块模型得到了大规模数据的最优分块,并通过构造节点编号纹理和改进距离模板设计的方法进一步提高了基于八叉树的分块体绘制算法的绘制速度。实验结果表明,该方法加速效果明显。