Hausdorff距离与GA相结合的医学图像配准

针对医学上多模态图像的特点,给出Hausdorff距离和遗传算法(GA)相结合的方法.通过给出适当的适应度函数,寻找出全局的最优解,并得到配准结果.这为医学临床诊断多模态信息融合提供了一种方法.     

基于小波分解与多约束改进的序列图像配准

序列图像配准是光学影像超分辨率重建应用中的关键技术,针对如何提高序列图像超分辨率重建过程中配准的速度和精度问题,提出了一种基于小波分解和改进的多约束准则相结合的配准方法.首先对参考帧和待配准帧进行小波分解,生成小波图像金字塔以缩小搜索空间.其次,从金字塔最高层开始利用由局部灰度熵准则、灰度相似性准则和简化欧式距离比例不变准则构成的改进多约束准则提取同名特征点对,利用最小二乘法计算初始配准参数,然后逐层向下,对配准参数进行修正,实现由粗到精的配准.最后,利用模拟生成图像序列与实际获取图像序列进行测试.实验结果表明该方法在参数获取达到较高精度的情况下能有效提高配准速度,具有较好的效果.     

改进Demons算法的非刚性医学图像配准

非刚性配准是医学图像处理的一个重要的研究方向。基于光流场模型的Demons算法由于仅依赖图像灰度梯度使图像变形,当缺乏梯度信息时图像的变形方向不能确定,因而容易造成误配准,且该算法只适合于单模态图像配准。本文针对最大互信息配准方法在多模态刚性配准中的成功应用,提出了一种可用于多模态图像配准的改进Demons算法。该方法在原有驱动图像变形力的基础上,增加两幅图像间互信息对当前变换的梯度作为附加力作用,使浮动图像向两图像间互信息增大的方向变形,正确地配准图像。为避免陷入局部极值并提高算法的运行速度,该方法在多分辨率策略下实现。使用单模态、多模态图像分别进行实验来验证此算法,并与原始Demons算法进行比较,实验表明,该方法能够快速地产生准确的配准变换。     

基于Fourier-Meliin算法的干涉图像配准

提出了采用Fourier-Mellin算法对大孔径静态干涉成像光谱仪的原始干涉图像进行配准的方法,用于校正由于推扫平台系统姿态不稳所造成的失真.采用Fourier-Mellin算法和相位相关算法求取干涉图像的旋转角度和缩放及平移参数,并通过多帧未校正的图像和校正后的图像分别拼接成大面积地域图像来验证算法.实验结果表明,通过人眼判断,可以实现对图像的配准,配准精度达到1Pixel,基本满足将LASIS原始干涉图校正为不失真图像的要求.     

光谱仪图像的亚像素配准

针对超光谱成像遥感存在的光谱仪图像间失配变形,影响地物目标光谱信息纯度的问题,提出了一种结合超光谱图像特点的亚像素配准方法来校正图像间的失配变形.首先,对待配准的可见光近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)光谱仪图像分别进行波段选择和主成分变换,将变换后的第一主分量图像作为待配准图像.然后,将待配准图像均匀划分为具有一定重叠率的图像块,利用相位相关方法估计对应图像块的亚像素平移参数,通过相位相关系数剔除错误的平移参数估计生成图像的光流场.最后,通过光流场来实现光谱仪图像的配准.实验结果显示,该方法配准精度优于0.1pixel,满足超光谱图像后续处理对配准精度的要求.     

基于人工免疫系统的医学图像配准

提出了一种基于人工免疫系统的图像配准算法.针对医学图像配准中常用的Powell算法容易陷人局部最优问题,以互信息最大为配准侧度,将体液免疫的思想应用于医学图像配准,较好地解决了局部最优这一难题.针对免疫算法计算量大的问题,对免疫选择算子进行了改进,降低了计算复杂度,并将外推搜索和黄金分割法用于种群初始化,进一步提高了计算效率.实验结果表明,论文提出的算法具有良好的精准性和稳定性,是一种有效的配准算法.     

偏振探测系统的图像配准

分振幅式偏振探测成像系统的各分光路图像之间存在位置误差,率先完成各分光路图像之间的图像配准是进行偏振探测的前提条件。针对探测过程中,目标特征不明显、图像特征难以提取、各分光路图像间灰度变化较大的问题,提出适用于分振幅式偏振探测成像系统各分光路图像的相似性度量函数,并在此基础上,完成各分光路图像间的配准工作。首先,根据图像间的位置误差会造成偏振信息图像中出现信息异常区域的原理,研究了相似性度量函数的提取算法;接着,根据探测系统的各分光路的成像特点,确定图像间的几何变换参数;以遗传算法作为参数优化搜索算法,搜索得到最优的几何变换参数,完成整个图像配准算法的设计;最后,分别利用构造图像和实际采集图像,对配准算法进行了验证,并以图像间互信息值(MI)衡量图像配准的精度。实验结果表明:配准后的构造图像的MI为2.692 5,高于特征配准方法的实现精度;实际采集图像配准后的MI达1.849 3,同样高于特征配准方法的实现精度。基本满足偏振探测系统的图像配准需求。     

逆向工程中基于小波和曲率图像的离散数据配准

提出了基于小波和曲率图像的数据配准算法,用于逆向工程中不同视角测量数据的配准.对原始数据不需要进行预处理,该算法可直接操纵原始数据,并自动检测不同视角数据集的公共重叠部分,进行快速配准.首先采用局部Bezier曲面拟合方法计算测量数据的离散曲率,然后采用主元分析方法对数据进行采样,构造曲率图像.利用小波分析对曲率图像进行匹配后,可求得原数据集的公共重叠数据.在此基础上利用单位四元数法可求得空间旋转和平移矩阵,实现原始数据配准.运行实例证明了此算法的有效性.     

基于边缘拐点的医学图像配准

利用控制点进行医学图像配准是医学图像处理领域的重要研究内容,其中控制点的选取是重点研究的一点.本文提出先将图像二值化,提取边缘,在边缘处利用边缘信息及其邻域内的信息提取拐点作为控制点.将变形图像和参考图像的拐点坐标分别作为网络学习的输入和输出样本,经过训练得到一组网络连接权参数,利用学习好的网络预测配准图像.以人脑CT图像为例,通过实验验证了算法的有效性.     

基于空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空间编码的图像拼接新方法,可以实现大尺度三维面形的测量。     

面向室内移动机器人的改进3D-NDT点云配准系统

点云配准是室内移动机器人位姿估计和环境构建的关键步骤,现有点云配准算法难以工作在低纹理场景中。为提高室内移动机器人环境适应能力,提出了一种改进三维正态分布变换（3D NDT）点云配准算法。通过改进ORB特征提取算法,确保低纹理下的特征点提取;此外,为提高点云配准精度和效率,提出改进的3D NDT算法快速获取高精度的点云配准矩阵。采用国际知名的公共数据集TUM作为评测数据,实验结果表明本文算法达到或优于现有主流点云配准算法的性能（均方根误差低于002 m）,相对传统3D NDT算法配准时间缩短3倍以上;并且能工作在低纹理场景中。因此,改进的算法能提高室内移动机器人环境适应能力。     

基于分支限界的三维曲面全局配准方法

在三维测量中常需要将测量点云数据与已知曲面模型进行配准。采用隐式函数建立点云数据到曲面模型的距离场,进而进行非线性优化求解可以有效提升配准效率。然而由于点到曲面的近似距离及刚性变换的约束,其误差函数呈现非凸性而导致迭代极易陷入局部最优。为实现全局配准,提出了一种利用分支限界算法搜索点到曲面近似距离平方和误差函数最小化变换参数的方法。通过确定刚体变换参数空间中误差函数的上下界限加快搜索,并结合一种等效距离公式的LevenbergMarquardt算法优化的局部配准方法加速收敛并保证配准精度。三维模型的配准实验与分析验证了本文全局配准方法的有效性。     

Algorithms for accurate 3D registration of neuronal images acquired by confocal scanning laser microscopy

This paper presents automated and accurate algorithms based on high‐order transformation models for registering three‐dimensional (3D) confocal images of dye‐injected neurons. The algorithms improve upon prior methods in several ways, and meet the more stringent image registration needs of applications such as two‐view attenuation correction recently developed by us. First, they achieve high accuracy (≈ 1.2 voxels, equivalent to 0.4 µm) by using landmarks, rather than intensity correlations, and by using a high‐dimensional affine and quadratic transformation model that accounts for 3D translation, rotation, non‐isotropic scaling, modest curvature of field, distortions and mechanical inconsistencies introduced by the imaging system. Second, they use a hierarchy of models and iterative algorithms to eliminate potential instabilities. Third, they incorporate robust statistical methods to achieve accurate registration in the face of inaccurate and missing landmarks. Fourth, they are fully automated, even estimating the initial registration from the extracted landmarks. Finally, they are computationally efficient, taking less than a minute on a 900‐MHz Pentium III computer for registering two images roughly 70 MB in size. The registration errors represent a combination of modelling, estimation, discretization and neuron tracing errors. Accurate 3D montaging is described; the algorithms have broader applicability to images of vasculature, and other structures with distinctive point, line and surface landmarks.     

基于单经纬仪的视觉测量三维数据拼接方法

本文针对大型自由曲面三维视觉测量中的数据拼接问题，建立了经纬仪透视投影模型，提出了以平面靶标为中介坐标系，以经纬仪坐标系为全局坐标系的三维数据拼接方法。在大型自由曲面的若干测量子区域附近放置一个平面靶标，通过视觉传感器拍摄平面靶标上的特征点，求得视觉传感器坐标系到靶标坐标系的变换矩阵；通过经纬仪观测靶标上的特征点，求得靶标坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。因此，可求得视觉传感器坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。将视觉传感器所测得的各子区域的三维数据统一到了经纬仪坐标系下，即完成了大型自由曲面的全局测量。经实验验证，数据拼接的RMS误差小于0．487mm。     

二维AutoCAD图转到Pro/E中进行三维处理的方法

根据国内CAD领域二维设计占主流的现状,针对如何实现二维图形向三维的转换,文中介绍了采用Pro／E把AutoCAD中的二维图形转换成三维模型的方法。     

3D and 2D structural characterization of 1D Al/Al2O3 biphasic nanostructures

1D Al/Al₂O₃ nanostructures have been synthesized by chemical vapour deposition (CVD) of the molecular precursor [^tBuOAlH₂]₂. The deposited nanostructures grow chaotically on the substrate forming a layer with a high porosity (80%). Depending on the deposition time, diverse nanostructured surfaces with different distribution densities were achieved. A three‐dimensional (3D) reconstruction has been evaluated for every nanostructure density using the Focus Ion Beam (FIB) tomography technique and reconstruction software tools. Several structural parameters such as porosity, Euler number, geometrical tortuosity and aspect ratio have been quantified through the analysis with specified software of the reconstructions. Additionally roughness of the prepared surfaces has been characterized at micro‐ and nanoscale using profilometry and AFM techniques, respectively. While high aspects ratio around 20–30 indicates a strong anisotropy in the structure, high porosity values (around 80%) is observed as a consequence of highly tangled geometry of such 1D nanostructures.     

Automatic deformable registration of histological slides to μCT volume data

Localizing a histological section in the three‐dimensional dataset of a different imaging modality is a challenging 2D‐3D registration problem. In the literature, several approaches have been proposed to solve this problem; however, they cannot be considered as fully automatic. Recently, we developed an automatic algorithm that could successfully find the position of a histological section in a micro computed tomography (μCT) volume. For the majority of the datasets, the result of localization corresponded to the manual results. However, for some datasets, the matching μCT slice was off the ground‐truth position. Furthermore, elastic distortions, due to histological preparation, could not be accounted for in this framework. In the current study, we introduce two optimization frameworks based on normalized mutual information, which enabled us to accurately register histology slides to volume data. The rigid approach allocated 81 % of histological sections with a median position error of 8.4 μm in jaw bone datasets, and the deformable approach improved registration by 33 μm with respect to the median distance error for four histological slides in the cerebellum dataset.     

Attitude-sensor-aided in-process registration of multi-view surface measurement

A novel method for in-process registration of 3D point clouds scanned from different views is presented. A miniature attitude sensor, which can output its pitch, roll and yaw angles in real-time, is mounted on the scanner. The relative pose between the attitude sensor and the scanner is calibrated in advance by a simple yet effective algorithm. When the scanner is moved from one standpoint to another in a measuring process, the real-time readings of the attitude sensor is utilized to compute the rotation movement of the scanner. After applying the rotation transformation to the current point dataset, the translation movement is efficiently determined by exploiting the normal vector constraint between the correspondence points. The rigid transformation obtained fully automatically can serve as a qualified initial estimate for further fine registration. Experiments demonstrate the applicability of the proposed method.     

基于SolidWorks的2D到3D的转换

SolidWorks是一套优秀的机械三维设计软件,其中2D到3D的转换功能,可以将其他CAD软件绘制的2D草图或者Solidworks自身构建的2D草图转换为3D模型,从而实现了各种机械设计软件之间的协同设计,提高了企业产品设计效率。