心内膜表面几何模型三维重建算法研究

心内膜三维表面重建是心内膜三维标测系统中的关键问题。为了满足实际应用需求, 根据采集到的散乱点云数据的特点, 提出了一种改进的泊松表面重建算法。在估计表面点云法向量的基础上, 对表面点云法向量进行法向量一致化处理, 有效地控制时间复杂度, 快速重建出平滑的心脏模型。针对泊松表面重建算法中构建MC曲面出现的二义性问题, 提出一种消除二义性的简化改进方法, 可以更加精确地获取模型逼真表面, 提高重建的速度和精度。同时, 可以根据医生的要求, 对重建出的模型实时修正, 满足临床应用。最后, 通过实验验证了算法的有效性和可行性。     

基于等值面优化重建医学图像的改进算法

医学图像可视化技术利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供了直观、全面、准确的病灶和正常组织信息.传统的方法直接采用由序列轮廓线生成的三角片来拟合曲面,重建的速度与效果均有限.为了提高医学三维图像的重建速度和效果,在对用于构造等值面的MCfMarching cubes)算法进行分析的基础上,提出一种三点线性插值法代替相邻多边形顶点的位置,并对等值面法向矢量场进行平滑,实现了目标图像的三维重建.     

基于等值面点的快速三维表面重建算法

医学图像可视化技术利用二维医学图像序列重建出三维模型,为医生提供了直观、全面、准确的病灶和正常组织信息。传统的方法直接采用由序列轮廓线生成的三角片来拟合曲面,重建的速度与效果均有限。本文采用了一种直接绘制等值面点的三维重建算法,该算法只对视觉有贡献,约占总体数据的2%左右表面点进行遍历绘制,大大提高了绘制速度。另外,本文提出了由等值面数据计算法向量的方法,实现了在只有等值面坐标数据的情况下计算法向量。     

复杂防雷条件下保护范围及三维模型研究

研究了复杂防雷条件下防雷保护范围模型的重建方法,提出通过保护范围 平面二维轮廓线重建保护范围三维模型的基本思路。通过运用滚球法原理,详细分析了利用 包络原理生成保护范围平面二维轮廓线产生的方法,并给出了相应的数学模型;研究通过二 维轮廓线重建三维模型的方法。由二维轮廓线重建保护范围模型的方案不仅适合于复杂条件 的防雷范围设计,同样也适合简单模型条件下的防雷范围模型,为防雷保护范围设计提供了 一条新的思路。     

基于RGB-D相机的多视角机械零件三维重建

为了低成本且高效的实现对机械零件的三维重建和参数测量,研究了利用RGB-D相机从6个角度拍摄机械零件,获得零件不同角度的深度图像与彩色图像,通过坐标转换将深度图像转换成点云数据。首先利用滤波算法去除点云噪声,分割出机械零部件的点云数据,并利用PCA主成分分析法计算点云数据的法向量;使用最近点迭代算法（ICP）实现相邻三视角点云数据的配准,得到正背面的点云,将正背面点云进行旋转融合得到最终的目标点云数据;最后使用泊松重建算法得到完整闭合的零件三维模型。实验结果表明本文的三维重建方法具有较好的鲁棒性和准确性,重建得到的三维模型细节清晰,点云误差较小。     

基于先验知识的单视图三维点云重建算法研究

单幅图像的三维重建是一个不适定问题,由于图像与三维模型间存在的表示模式差异,通常存在物体自遮挡、低光照、多类对象等情况,针对目前单幅图像三维模型重建中重建模型具有歧义性的问题,提出了一种基于先验信息指导的多几何角度约束的三维点云模型重建方法。首先,通过预训练三维点云自编码器获得先验知识,并最小化输入图像特征向量与点云特征向量的差异,使得输入图像特征分布逼近点云特征分布;然后,利用可微投影模块将图像的三维点云表示形式从不同视角投影到二维平面;最后,通过最小化投影图与数据集中真实投影图的差异,优化初始重建点云。在ShapeNet和Pix3D数据集上与其他方法的定量定性比较结果表明了该方法的有效性。     

基于二维点云图的三维人体建模方法

近年来基于二维图像的三维建模方法取得了快速发展,但就人体建模而言,由于摄像头采集到的二维人体图像包含衣物、发丝等大量的纹理信息,而像虚拟试衣等相关应用需要将人体表面的衣物褶皱等纹理信息去除,同时考虑到裸体数据采集侵犯了用户的隐私,因此提出一种基于二维点云图像到三维人体模型的新型建模方法。与摄像机等辅助设备进行二维图片数据集的采集不同,该算法的输入是由三维人体点云模型以顶点模式绘制的二维点云渲染图。主要工作是建立一个由二维点云图和相应的人体黑白二值图构成的数据集,并训练一个由前者生成后者的生成对抗网络模型。该模型将二维点云图转化为相应的黑白二值图。将该二值图输入一个训练好的卷积神经网络,用于评估二维图像到三维人体模型构建的效果。考虑到由不完整三维点云数据重建完整的三维人体网格模型是一个具有挑战性的问题,因此通过模拟二维点云的破损和残缺状态,使得算法能够处理不完整的二维点云图。大量的实验结果表明,该方法重建出的三维人体模型能够有效实现视觉上的真实感,为了对重建后的精度进行定量的分析,选取了人体特征中具有代表性的腰围特征作为误差评估;为了增加三维人体模型库中人体形态的多样性,还引入一种便捷的三维人体模型数据增强技术。实验结果表明,该算法只需要输入一张二维点云图像,就能快速创建出相应的数字化人体模型。     

基于三角面片的三维医学图像体视化

为了辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性直至准确的定量分析,文中主要讨论基于三角面片的三维医学图像体视化.对去噪后的二维断层图像提取最外层轮廓并对每层轮廓线进行拐点检测,在相邻两层轮廓间进行轮廓点的匹配和重建,然后通过显示得到物体表面的三维图像,即可实现体数据的可视化.     

基于三角面片的三维医学图像体视化

为了辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性直至准确的定量分析,文中主要讨论基于三角面片的三维医学图像体视化。对去噪后的二维断层图像提取最外层轮廓并对每层轮廓线进行拐点检测,在相邻两层轮廓间进行轮廓点的匹配和重建,然后通过显示得到物体表面的三维图像,即可实现体数据的可视化。     

基于点云数据的复杂建筑体真三维建模与应用

传统建筑物三维建模方法费时费力、精度低、采用接触式测量,且仅能获得建筑物少量特征点及线状数据。与传统测量方法相比,地面三维激光扫描技术(Terrestrial Laser Scanner,TLS)方法可快速、高效、非接触式地获取建筑物表面高精度三维信息,因此其较传统建筑物三维建模方法优势显著。以古田会议旧址为研究对象,首先介绍了研究目标的主要特征以及点云数据采集方案;其次以高复杂度建筑物建模为需求出发,详细阐述了点云数据预处理及建筑物三维模型重建相关核心技术及方法;并重点讨论了与其相关的点云数据配准拼接、去噪简化、二维轮廓线提取、三维实体重建;最后实现古田会议旧址高复杂度三维几何模型重现,并采用先进的3D打印技术按1∶40比例尺制作3D打印点云数据的微缩模型。通过与实地测量数据对比分析得知,采用地面三维激光测量方法采集点云数据的建筑物建模精度优于传统测量方法。此研究成果可应用于古田会议旧址等文化遗产的文物修复、变形监测、虚拟重现等方面。     

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．     

基于倾斜摄影测量的矿产地形三维可视化建模研究

对矿产地形进行三维可视化建模,指导地质勘探,提出基于倾斜摄影测量的矿产地形三维可视化建模方法,采用倾斜摄影测量进行矿产地形的三维图形重建,提取矿产地形的三维边缘轮廓特征量,采用稀疏性的模板特征匹配方法进行矿产地形三维可视化的块匹配,构建矿产地形的边界分布轮廓线,采用不规则三角网重建方法进行矿产地形三维可视化图像的视觉重构,结合倾斜摄影测量方法实现对矿产地形的三维离散点数据重构,提高对矿产地形三维可视化建模的精度。仿真结果表明,采用该方法进行矿产地形三维可视化建模的精度较高,视觉重构效果较好。     

一种用于表面重建的外边界轮廓线提取算法

医学图像处理中边界轮廓线的提取是科学计算可视化技术中的一个研究热点,足计算机图形学和图像处理技术在生物医学工程中的重要应用.在医学图像的三维重建、模式识别等的应用中,常常需要保留感兴趣的物体区域,从而必须用外边界作为轮廓线.在分析Log算了作用原理的基础上,提出片实现了一种新的按光栅顺序扫描取点然后进行边界跟踪的轮廓线提取算法,最后按照最短对角线法进行轮廓连接.实验证明,算法可以有效地消除噪声,获得更加精确的象素级边界轮廓,重建效果较为满意.     

外边界跟踪算法在医学断面图像的应用研究

在医学图像的三维重建、模式识别等应用中,常常需要保留感兴趣的物体区域,从而必须用外边界作为轮廓线,文章介绍一种在背景明确情况下的外边界跟踪方法,该方法无需进行二值化,是一种在医学断面方面通用性较强的算法。     

Reconstruction of 3D contour with an active laser‐vision robotic system

This paper presents a 3D contour reconstruction approach employing a wheeled mobile robot equipped with an active laser‐vision system. With observation from an onboard CCD camera, a laser line projector fixed‐mounted below the camera is used for detecting the bottom shape of an object while an actively‐controlled upper laser line projector is utilized for 3D contour reconstruction. The mobile robot is driven to move around the object by a visual servoing and localization technique while the 3D contour of the object is being reconstructed based on the 2D image of the projected laser line. Asymptotical convergence of the closed‐loop system has been established. The proposed algorithm also has been used experimentally with a Dr Robot X80sv mobile robot upgraded with the low‐cost active laser‐vision system, thereby demonstrating effective real‐time performance. This seemingly novel laser‐vision robotic system can be applied further in unknown environments for obstacle avoidance and guidance control tasks. Copyright © 2011 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

基于B样条曲线的断层离散数据平滑算法

通过二维断层图像进行三维对象重建是现今较为活跃的研究领域，而二维断层数据的质量将直接影响到三维重建的效果。提出了一种对医学断层离散数据在三维重建前进行预处理的方法，通过单层轮廓平面内平滑以及多层轮廓基于层间关系的B样条曲线拟合对原始数据进行了平滑处理，减少了重建后层与层之间的锯齿现象，使得在此基础上的三维重建效果得到了明显的改善。算法具有一定的通用性，同样适用于其它领域的数据处理。     

轮廓线的经纬线连接法

为了减少面绘制中三角面片数量,节省空间,提高重建效果,提出了经纬线连接法。该方法利用夹角对轮廓线进行重采样,并用等比法生成辅助采样点,实现采样点一一对应,连接采样点形成四角面片来组成物体表面,实现三维重建。以一组头部CT图像为研究对象进行实验仿真,仿真分析表明对轮廓线进行重采样,用四边形代替三角形,减少了面片数量,节省了存储空间,重建时间较短,重建效率较高。     

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.     

一种基于轮廓线的三维表面模型的快速切割算法

在科学计算可视化的领域中,医学图象数据的三维重构和手术模拟是一个研究热点。该文设计并实现了一个基于轮廓线的三维表面模型的快速切割算法,称为“双面切割算法”。该算法充分利用了原始数据的几何及拓扑信息,将三维表面模型的切割操作转化到二维空间中,从而避免了一般三维物体切割算法中三角面片直接求交的大量运算。双面切割算法在进行切割运算时,同时得到切割后的模型及它们的交集模型,并维持了物体数据结构的完整性。