基于医学图像的三维测量技术研究和实现

针对由序列断层医学图像重建得到的三维图形,提出一种交互式三维测量技术.首先通过光线投射法实现了对三维空间中任意一点的拾取,将用户指定的屏幕二维坐标点转化为立体坐标系下的空间三维坐标.选取空间中两点后即可以对三维重建后的病人器官进行测量,得到较为满意的结果.此外,在原有拾取方法的基础上,作出一定改进,使用户更方便地获取空间中任意一点的坐标.     

基于立体视觉的鞋楦数字化研究

针对鞋楦图像在三维重建中的匹配问题,提出一种改进的鞋楦数字化方法。对鞋楦表面做纹理网格化处理,利用Harris与Laplace算子相结合的方法提取特征点,采用改进的去除误匹配方法进行精匹配,通过双目视觉三角测量法求出匹配点的三维坐标。使用迭代近邻点算法实现不同方向点集的坐标融合和三维拼接,对全部三维点云数据进行三角网格化和曲面拟合,完成鞋楦三维重建。实验结果表明,该方法能便捷、高效地实现鞋楦数字化重建,可满足个性化制鞋需求。     

医学图象体数据场的剖切显示方法

为了给医生提供一些全面、直观和准确的诊断信息 ,讨论了一种对医学图象体数据场进行二维和三维剖切显示的方法 ,其中对于二维剖切显示 ,可首先由用户通过人机交互的方式来给出对体数据场进行任意剖切显示的路径 ;然后运用反求工程的求解思路沿切割路径进行量化和采样来得到沿切割路径上每个采样点在对应图象坐标空间中的位置 ,并由此获得剖切平面上所有采样点的空间位置坐标 ;最后通过对体数据场进行重采样和插值操作来实现对空间体数据场的二维任意剖切显示 .对于三维剖切显示 ,可首先采用与二维剖切操作类似的图象采样和插值操作来获得纹理数据阵列 ,然后结合纹理映射技术 ,将纹理数据映射到三维坐标空间中 ,以实现数据场的三维空间剖切显示     

乒乓球的三维运动轨迹重建

主要基于图像序列对乒乓球的运动轨迹进行三维重建,并对乒乓球运动形态进行分析.首先对采集的图像进行立体校正,利用颜色识别和改进的霍夫圆检测算法提取出序列图像中乒乓球的圆心坐标;然后根据前后帧图像的特征点坐标差值在时间序列上匹配特征点;最后,利用三角测量法对匹配的特征点进行三维重建,并计算出乒乓球不同时刻的速度和加速度,实现了动态物体的三维运动重建.实验结果表明该三维运动重建方法提高了特征提取的准确性,有效地实现了时间序列上的匹配,获得了物体的三维运动数据.     

任意摆放的二次曲面体的三维重建

本文采用特征点匹配的方法,先由二维视力获取三维空间的点和曲线,然后经过一系列线性运算得出三维曲面。本算法可对任意二次曲面进行三维重建,不仅对曲面的空间摆放沿有限制,而且对曲面自身的对称性也无要求。因此,可将重建对象扩展为圆柱、椭圆柱、球、椭球、双曲面、抛物面等。本文给出的算例表明了算法的有效性。     

三维曲面的特征描述和特征匹配

本文提出了一种新的三维曲面特征描述算法,将二维图像上的特征描述思想推广到三维网格。算法将三维网格表示成从顶点到高斯曲率的映射函数,从而获得可类比于二维图像的相似性。借助于法线和梯度建立局部球坐标系,通过二维统计直方图对特征点邻域的几何信息进行描述,使得特征描述具有平移、旋转和缩放不变性,最终生成128维的特征向量(特征描述符)。基于特征向量,我们实现了多分辨率和异拓扑网格下的特征匹配,展示并分析了实验结果。本文的研究动机来源于三维扫描建模以及多视点三维重建技术中对特征描述和特征匹配的需求,主要的应用方向包括:扫描配准、模型注册、动画跟踪、对称检测和模型检索。     

三维模型的空间匹配与拼接

为获得敦煌莫高窟第172窟的全景三维模型,实现文化遗产数字化保护,提出一种三维模型的空间匹配与拼接方法。首先通过基于四目立体视觉系统的复杂场景三维重建方法,获取单一场景的三维模型;然后以场景真实三维点云数据的对应图像坐标为约束条件,进行高精度特征点匹配;最后以两对同名点在相邻两场景中的空间距离应该一致为条件,保留匹配精度高的点,用于计算旋转矩阵和平移矩阵,进行三维模型间的空间拼接。实验结果表明:与传统拼接方法相比,本文的模型拼接处无明显错位现象,视觉效果更好,传统方法与本方法的匹配误差分别为0.008 2和0.001 6,拼接精度得到显著改善。     

基于中心点的自适应匹配算法

随着指纹识别技术的广泛应用，人们对指纹匹配速度和精度的要求越来越高。为了满足用户的需求，研究人员提出了许多优秀的匹配算法，其中点匹配算法是目前研究较广泛的一种算法。由于指纹录入时产生旋转、平移和非才性形变，一般在进行精确的匹配之前先将指纹进行校正。切践校正算法简单，有利于解决指纹录入时产生的旋转和平移，提高匹配速度。在点匹配算法中，利用特征点的方向信息和坐标信息进行匹配，同时采用自适应阀值法，对指纹录入时产生的非玑性形变具有较好的鲁棒性，可以提高识别率。     

基于胶囊内窥镜图像的肠胃道三维重建技术

为了改进胶囊内窥镜观测的准确性和真实性,提出了基于胶囊内窥镜序列图像的胃肠道三维重建的方法.首先利用SIFT算法提取前后两幅序列图像中尽可能多的对应特征点;计算获取各特征点在成像面上的二维坐标;进一步利用8点算法计算胶囊内镜运动变化的旋转矩阵和平移矢量.进而计算得到每个特征点的相对三维坐标和世界三维坐标;然后,采用Delaunay三角剖分算法对各三维点进行网格化,并完成场景的三维重建.实验表明相机与被测点距离在100 mm之内时,得到的深度误差小于1 mm;距离250 mm内时,相对误差在3％之内.说明所提出的算法是可行的.     

基于多幅图像的三维重建

针对当前三维重建系统中大量的交互和频繁的失真,根据运动进行物体三维重建的原理,设计了一个简便易操作的三维重建系统.首先经过相机标定,立体匹配点,进而运用双视点三维重建原理即三角测量得到三维坐标:然后运用运动的连续性,综合多视点下的三维信息结合图像特征点的二维局部属性进行优化,最后经过三角剖分和纹理渲染得到物体真实的形状.与传统的三维重建系统相比,该系统能够在用户交互很少的情况下进行三维重建,且能重建出完整的低失真的三维模型.     

基于拓扑分析的三维动漫人物造型重构

传统方法在三维动漫人物造型重构过程中未确定关键特征点,导致姿态图像匹配度低和收敛速度慢,为此设计一种基于拓扑分析的三维动漫人物造型重构方法。引用拓扑分析确定三维动漫人物造型的点、线、面结构,运用基于融合技术的边缘检测方法提取造型特征点,计算特征点的梯度值和梯度方向,以此来确定关键特征点,生成主方向和特征描述符。在此基础上计算与其对应的源数据库中关键点的描述符距离,根据最小距离和次小距离的比值实现特征点的匹配,利用交互式几何约束变形完成三维动漫人物造型重构。测试结果表明：设计的三维动漫人物造型重构方法的姿态图像匹配度整体在0.6以上,远高于传统重构方法的匹配度,且该方法的收敛速度较快,说明其适合应用在三维动漫人物造型重构设计中。     

最优几何匹配程序下重建时间连贯3D动画的研究

对RGB-D数据的三维重建进行优化,由此提出基于时间连贯的重建策略。在完成数据收集之后,对其中的RGB数据进行光学特征点的提取,由此获取两帧相互之间的初始系数3D关系。在对这些特征点进行细化时,则运用了最优几何匹配系统,然后利用特征点对连续帧的三维点云展开匹配,这个过程与帧分辨率独立;最后完成时间连贯的3D动画重建,具体是借助于运动向量对齐策略。通过实验得出,本文提出的策略能够对该3D动画进行重建。相较于其他方法,数据利用率更高,同时还有较高的精准度,在计算效率方面也具有一定优势。     

基于半直接法SLAM的大场景稠密三维重建系统

当前三维重建系统大多基于特征点法和直接法的同时定位与地图重建(SLAM)系统,特征点法SLAM难以在特征点缺失的地方具有较好的重建结果,直接法SLAM在相机运动过快时难以进行位姿估计,从而造成重建效果不理想.针对上述问题,文中提出基于半直接法SLAM的大场景稠密三维重建系统.通过深度相机(RGB-D相机)扫描,在特征点丰富的区域使用特征点法进行相机位姿估计,在特征点缺失区域使用直接法进行位姿估计,减小光度误差,优化相机位姿.然后使用优化后较准确的相机位姿进行地图构建,采用面元模型,应用构建变形图的方法进行点云的位姿估计和融合,最终获得较理想的三维重建模型.实验表明,文中系统可适用于各个场合的三维重建,得到较理想的三维重建模型.     

基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建

针对典型的点云配准方法中伪特征点过多导致配准效率低和配准结果不精确的问题,提出一种基于特征点动态选择的三维人脸点云模型重建方法。该方法在粗配准阶段,采用动态特征矩阵求解法获取粗匹配特征变换矩阵以避免伪特征点的干扰。在精配准过程中,采用二次加权法向量垂直距离法在人脸流形表面选择更有效的特征点以减少伪特征点的数量,并采用基于特征融合与局部特征一致性的迭代最近点方法进行精配准。经过对比实验验证了算法的可行性,实验结果表明,提出算法能够实现高精度且快速的三维人脸点云模型重建,且均方根误差达到1.816 5 mm,相较于其他算法,在模型重建精度和效率方面都有所提升,具有良好的应用前景。     

基于稀疏图像序列的雕塑点自动云三维重构方法

为了提高对雕塑点稀疏图像的点云三维重建的分析能力,提出一种基于稀疏图像序列的雕塑点自动云三维重构方法,基于稀疏散乱点三维重建和锐化模板特征匹配方法进行图像三维重建。采用三维角点检测和边缘轮廓特征提取方法,进行雕塑点稀疏图像三维点云特征检测,对检测的雕塑点稀疏图像点云数据进行信息融合处理,采用梯度运算方法进行特征分解,实现对雕塑点稀疏图像的信息增强和融合滤波。结合局部均值降噪方法进行图像的提纯处理,提高雕塑点稀疏图像轮廓重建能力,采用锐化模板特征匹配和块分割技术,实现雕塑点自动云三维重构。仿真结果表明,采用该方法进行雕塑点自动云三维重构的准确性较高,图像匹配能力较好,且重构输出信噪比较高。     

基于透视式增强现实的BIM建筑三维重建仿真

为了提高三维建筑模型的精准度,需要深入研究BIM建筑三维重建方法。当前方法耗时较长,得到的三维建筑模型与实际建筑之间的误差较大,存在效率低和精准度低的问题。将透视式增强现实技术应用到BIM建筑三维重建中,提出基于透视式增强现实的BIM建筑三维重建方法,通过BIM构建初始三维建筑模型,采用直接线性变换算法计算摄像机的内部参数和外部参数,完成摄像机标定。在摄像机标定结果的基础上采用LK光流计算方法得到像素在图像中的光流,根据光流的方向阈值和光流的大小筛选图像中的光流,提取到图像的匹配点,基于初始三维建筑模型针对建筑图像匹配点构成空间三维点云,采用Delaunay方法对空间三维点云进行三角化处理,针对处理后的建筑图像通过贴纹理完成BIM建筑三维重建。仿真结果表明,所提方法的效率高、精准度高。     

动态水面数据采集与重建方法

自然现象模拟是计算机图形学中的一个重要研究热点.如何快速逼真地模拟自然现象是此类研究的主要目的.传统的解决思路大多采用基于物理的建模方法,而随着采集设备的快速发展,基于采集图像的重建方法得到了广泛关注与研究.本文以液体为研究对象,总结了近年来基于采集图像的重建方法的部分研究成果.针对动态水面,提出了一种动态水面数据采集与重建方法.首先,设计并搭建一套基于多相机的动态水面数据采集系统,采集得到多视图下不同水面运动现象的连续帧图像.其次,通过提取采集图像序列中每幅图像的亚像素级特征点,进行特征点匹配并建立特征点与物理空间中三维点的映射关系.然后,结合水介质的光学折射特性迭代求解水面上三维点阵的高度场和法向量.最终获得动态水面的重建结果.实验结果表明该方法能快速生成与采集水面可视效果相近的三维重建结果,可在计算机游戏、医学、科学研究可视化等领域具有应用前景.     

3D fingerprint reconstruction system using feature correspondences and prior estimated finger model

The paper studies a 3D fingerprint reconstruction technique based on multi-view touchless fingerprint images. This technique offers a solution for 3D fingerprint image generation and application when only multi-view 2D images are available. However, the difficulties and stresses of 3D fingerprint reconstruction are the establishment of feature correspondences based on 2D touchless fingerprint images and the estimation of the finger shape model. In this paper, several popular used features, such as scale invariant feature transformation (SIFT) feature, ridge feature and minutiae, are employed for correspondences establishment. To extract these fingerprint features accurately, an improved fingerprint enhancement method has been proposed by polishing orientation and ridge frequency maps according to the characteristics of 2D touchless fingerprint images. Therefore, correspondences can be established by adopting hierarchical fingerprint matching approaches. Through an analysis of 440 3D point cloud finger data (220 fingers, 2 pictures each) collected by a 3D scanning technique, i.e., the structured light illumination (SLI) method, the finger shape model is estimated. It is found that the binary quadratic function is more suitable for the finger shape model than the other mixed model tested in this paper. In our experiments, the reconstruction accuracy is illustrated by constructing a cylinder. Furthermore, results obtained from different fingerprint feature correspondences are analyzed and compared to show which features are more suitable for 3D fingerprint images generation.     

Point fingerprint: a new 3-D object representation scheme

This paper proposes a new, efficient surface representation method for surface matching. A feature carrier for a surface point, which is a set of two-dimensional (2-D) contours that are the projections of geodesic circles on the tangent plane, is generated. The carrier is named point fingerprint because its pattern is similar to human fingerprints and plays a role in discriminating surface points. Corresponding points on surfaces from different views are found by comparing their fingerprints. The point fingerprint is able to carry curvature, color, and other information which can improve matching accuracy, and the matching process is faster than 2-D image comparison. A novel candidate point selection method based on the fingerprint irregularity is introduced. Point fingerprint is successfully applied to pose estimation of real range data.