基于复形法配准工业产品CT切片模型和CAD模型*

在对工业产品进行体积CT扫描时,会存在定位偏差问题,所以工业产品CT切片模型与其CAD模型之间的配准是必不可少的。首先从CT切片模型的表面选取n个点,再把这n个点到CAD模型的距离平方和作为目标函数,通过复形法搜索目标函数极小值,就可求出空间变换的位置匹配参数和角度匹配参数。仿真结果表明,利用复形法可得到满意的结果。     

基于复形法配准工业产品CT切片模型和CAD模型

在对工业产品进行体积CT扫描时．会存在定住偏差问题，所以工业产品CT切片模型与其CAD模型之间的配准是必不可少的。首先从CT切片模型的表面选取n个点，再把这n个点到CAD模型的距离平方和作为目标函数，通过复形法搜索目标函数极小值，就可求出空间变换的位置匹配参数和角度匹配参数。仿真结果表明．利用复形法可得到满意的结果。     

基于SVD-ICP算法配准CT切片重构模型与CAD模型

利用三维CT设备对工业产品进行无损检测时,由于存在定位偏差问题,CT切片重构模型和CAD理论模型会存在微小的偏差,因此需要将这二者进行匹配。文章首先从重构模型的表面任选一部分点作为初始点集,通过SVD-ICP算法求取最近邻点集,反复迭代直至达到迭代停止条件。这样可以确定出最优旋转矩阵和平移向量,从而将两个模型匹配起来。在求取最近邻点的过程中利用线性八叉树加快速度。仿真实验表明:利用该方法匹配两个模型可以达到比较满意的效果。     

基于立体视觉的玉米叶片形态测量与三维重建

提出一种基于立体视觉的玉米叶片形态测量和重建的方法。利用双目立体视觉系统获取玉米叶片的两幅图像,通过图像分割技术和边缘检测算法对每幅图像中的玉米叶片进行边缘提取;利用极线约束和彩色图像RGB值对图像进行匹配,计算出叶片边缘的三维坐标,从而恢复叶片的三维边缘;利用对叶片边缘的恢复技术,对叶片曲面进行三维重建;根据恢复的区域点云,可以测出任意两点的空间距离,实现了对叶片的三维测量。试验结果表明,此方法能够很好地恢复玉米叶片的三维信息,为玉米叶片三维形态的无损、快速检测监测提供了新的方法。     

基于增强现实的产品质量信息传递方法

针对当前工作人员通过二维图纸或者三维CAD模型来检测零件时存在的效率低下等问题,提出一种基于增强现实的产品质量信息传递方法.首先以制造特征为基本载体提取三维CAD模型的产品质量信息;然后离线生成待测模型的多视角模板图像集,并建立模板图像与制造特征之间的关联关系;最后根据摄像机获取的制造现场实时图像建立实时图像与模板图像之间的匹配关系,并根据匹配模板图像的关联信息初始化相机姿态,利用此姿态实现产品质量信息在真实制造现场场景中的叠加.实验结果表明,该方法可以有效地实现产品质量信息在制造现场的传递,提高产品的质量检测效率和减轻工作人员的负担.     

基于遗传算法与模型投影的三维物体匹配

基于遗传算法与模型投影的三维物体匹配,实际上是三维参考模型投影参数的搜索和优化过程.本文采用粗细层次结合的策略,即先基于模型外轮廓,再进行整体边缘匹配的方法,使模型参数在优化过程中迅速得到正确的初始值,提高遗传算法优化的效率.相似度评价函数采用34Chamfer距离变换,提出使用距离变换的标记图方法建立目标图像边缘点与其距离图的对应关系,降低噪点的影响,目标图像的特征也可以通过对应关系在匹配过程中被引用.实验结果显示本文方法在三维物体匹配中的有效性.     

一种二维工程图向三维模型的尺寸映射算法

针对当前制造型企业内部存在二维工程图和三维CAD模型之间的数据共享问题,提出一种基于图匹配的二维工程图向三维CAD模型的尺寸映射算法,将二维工程图中的尺寸信息直接映射到对应的三维CAD模型上。首先将三维模型进行投影得到投影视图,然后将投影视图和二维工程图转化为一种空间关系图,对两个空间关系图进行图匹配,找出图元间的映射关系,并且利用工程图中尺寸标注的特点对算法进行改进,提高算法效率和可靠性。实验结果表明,该算法可以很好的实现二维工程图向三维CAD模型的尺寸映射。     

一种快速的空间变换模型计算方法

提出一种基于Sobel算子特征点检测的快速空间变换模型计算方法。利用Sobel算子对边缘的敏感特性生成Sobel描述器,进行特征点的描述和匹配,并运用PROSAC算法快速消除误匹配,从而计算出空间变换模型。实验结果表明,算法采用简单的Sobel算子组合成描述器,快速提取出了图像中的特征点,并且根据相似性描述器准确地进行了特征点匹配,提高了空间变换模型的计算速度,为增强现实和图像拼接等视觉领域应用提供了前提[1,2]。     

PTZ摄像机视频与三维模型的配准技术研究

针对基于投影纹理映射的虚实融合系统,提出了一种PTZ摄像机视频与三维模型实时配准的技术.选取PTZ摄像机若干特定姿态的子图像组成一张全景图像,进行最优匹配图像的搜索,用SURF图像配准的方法对实时视频图像进行透视变换,利用最优匹配图像的三维投影信息将实时视频图像精确投影到三维模型中.实验结果表明,该算法具有较高的准确性,适用于虚实融合系统中PTZ摄像机视频的三维配准.     

工程图公差和粗糙度向三维模型的映射技术

配合企业对基于MBD的产品设计和制造需求,为解决工程图与三维模型的标注映射问题,针对工程图中的形位公差和粗糙度,提出一种基于图匹配的工程图向三维CAD模型的标注映射算法.首先,基于DXF中性文件提取形位公差和粗糙度;然后,关联形位公差粗糙度和与之对应的工程图图元;建立三维模型投影所得的投影视图和工程图的空间关系图,对两个空间关系图进行图匹配;最后,获得工程图形位公差和粗糙度与三维CAD模型标注平面的关联.实验结果表明,该算法可以很好地实现工程图形位公差和粗糙度向三维CAD模型的标注映射.     

基于工业CT切片数据的CAD模型重构

为了使工业CT（computed tomography）扫描获得的切片数据能够被CAD软件直接处理并进行模型重构，在得到切片轮廓点坐标数据的基础上，提出了用IGES（Initial Graphics Exchange Specification）格式作为边缘轮廓坐标数据和CAD软件交换标准的方法，并采用VC^＋＋设计了IGES格式转换软件。实现了IGES格式文件的生成，并用逆向软件Imageware重构出三维CAD模型，取得了较好的效果。     

小物体3维重建中影像与几何模型的配准

目的 近景摄影测量中的目标几何形状复杂,且拍摄影像的角度变化大,给影像与几何模型的配准带来了困难。传统单幅影像与几何模型配准的做法,由于缺乏自动粗配准的方法,效率相对较低。将多视影像首先统一坐标系的做法,在近景目标的复杂背景下也难以实现。方法 为此,将近景目标置于平面标定板上,利用相机标定的方法同时解算出影像的内外方位元素,实现多视影像坐标系的统一。然后人工选取3组以上同名点,做多视影像与几何模型的绝对定向,得到初始配准参数。最后使用多视影像与几何模型漫反射渲染图之间的归一化互信息作为相似性测度,用Powell非线性优化方法得到配准参数的精确值。结果 实验结果表明,使用标定板可以稳定地获取多视影像的内外方位元素,用绝对定向得到的配准参数进行影像和几何模型的交替显示仍然可以看到明显的裂缝,在经过互信息优化后裂缝现象得到明显改善。结论 多视影像与几何模型配准相比传统单幅影像与几何模型配准,人工选取同名点的工作量大大减少,由于人工选点存在误差,影响绝对定向的精度,使用归一化互信息作为测度进行非线性优化,可以获得更高的精度。     

三维表面与平面数据间的自适应配准

三维体数据与二维平面数据间的配准是手术导航的基础。与以往的思路有所不同,论文通过把三维表面投影到平面上,利用光照模型计算投影平面的灰度值,实现投影图像与实拍照片间的匹配,在匹配中调整投影参数使得两平面图像达到最佳相似,进而实现三维到二维的自适应配准。     

基于二维超声- 三维 CT 配准的肾脏穿刺定位方法可行性研究

医学影像引导的经皮肾穿刺手术是经皮肾镜取石术中建立手术通道的重要手段,高质量的 实时医学图像可以提高术中穿刺精度,减少手术风险。针对自由呼吸下经皮肾穿刺靶点的导航定位问 题,该研究提出了一种基于术中二维超声-术前三维 CT 实时配准的肾脏穿刺定位方法。首先对肾脏轮 廓特征的二维超声图像和三维 CT 图像进行由粗到精的快速配准,然后通过超声探头标定,将配准融合 后的图像注册到手术空间,实现穿刺靶点的实时定位。人体腹部模型实验结果表明,超声探头标定均 方根误差为 0.998 mm,二维超声和三维 CT 数据配准误差为 0.709 mm,平均配准运算时间为 1.15 s,最 终的平均定位误差为 2.265 mm。     

蛛网膜下腔出血计算机辅助诊断的现状与展望

蛛网膜下腔出血由于通过蛛网膜下腔循环而导致出血信号难以检测,从而导致对该疾病的漏诊率可高达25%。本文综述了蛛网膜下腔出血计算机辅助诊断的现状:蛛网膜下腔出血在影像上可以表现为脑沟消失和/或对比度低的高信号,难以用传统的图像分割方法分割出血信号。现有的方法是先通过图谱配准或距离变换估计蛛网膜下腔,然后通过机器学习识别在估计的蛛网膜下腔是否有信号异常。现有算法的问题在于少量出血的高信号以及部分脑沟消失容易漏检。本文较为详细地介绍了基于距离变换估计蛛网膜下腔并基于支持向量机的蛛网膜下腔出血识别,为进一步提高诊断率,提出了可能的发展方向,即研究新的图像分析算法,实现低对比度高信号的检测,并准确地量化脑沟。     

Shadow based texture registration for 3D modeling of outdoor scenes

This paper presents a novel method for the registration of texture images with a 3D model of outdoor scenes. We pose image registration as an optimization problem that uses knowledge of the sun’s position to estimate shadows in a scene, and use the shadows produced as a cue to solve for the registration parameters. Results are presented on a controlled experiment and for a large scale model of an archaeological site in Sicily.     

基于仿射CPD的股骨医学图像配准方法*

股骨医学图像配准是股骨三维重建技术的主要研究内容,通过机器辅助获得配准的参数决定了三维重建的准确性。针对传统ICP算法普遍存在的准确度和鲁棒性的较低问题,提出一种基于仿射CPD的股骨医学图像配准方法,使配准自动化以及精准化。该方法通过边缘提取获得浮动、参考点集;在配准后获取结果参数;通过结果参数将股骨通用模型摆成股骨个体化骨折姿态。实验结果：平移、旋转的平均误差分别小于2.1mm、 1.6;配准失败率仅在10%左右;三维重建后的3D图像真实度较高。结论：本文所述的方法对于图像配准和三维重建是可行的和高效的。     

基于姿态编码器的2D/3D脊椎医学图像实时配准方法

2D/3D医学图像配准是骨科手术三维实时导航中的一项关键技术,然而传统的基于优化迭代的2D/3D配准方法需要经过多次迭代计算,无法满足医生在手术过程中对于实时配准的要求。针对该问题,提出一种基于自编码器的姿态回归网络来通过隐空间解码捕获几何姿态信息,从而快速地回归出术中X射线图像对应的术前脊椎位置的3D姿态,并经过重新投影生成最终的配准图像。通过引入新的损失函数,以“粗细”结合配准的方式对模型进行约束,保证了姿态回归的精确度。在CTSpine1K脊椎数据集中抽取100组CT扫描图像进行10折交叉验证,实验结果表明：所提出的模型所生成的配准结果图像与X射线图像的平均绝对误差（MAE）为0.04,平均目标配准误差（mTRE）为1.16 mm,单帧耗时1.7 s。与基于传统优化的方法相比,该模型配准时间大幅缩短。相较于基于学习的方法,该模型在快速配准的同时,保证了较高的配准精度。可见,所提模型可以满足术中实时高精配准的要求。     

基于边缘保护尺度空间的形变配准方法及在自适应放疗中的应用

计划CT图像与锥形束CT (Cone beam CT, CBCT)图像的配准是基于CBCT图像引导放射治疗(Image guided radiation therapy, IGRT)系统中实现自适应放疗(Adaptive radiation therapy, ART)的关键部分.边缘保护多尺度空间基于非线性扩散模型,可以为基于互信息的配准提供丰富的空间位置信息.为了提高系统中配准算法性能,本文提出了一种基于边缘保护尺度空间与自由形变模型(Free form deformation, FFD)相结合的多尺度形变配准方法.我们采用了在不同的尺度上根据精细程度选择相应的自由形变控制点数,由粗及精地恢复形变.同时, 提出了自动获取非线性扩散模型中平滑参数λ的方法来实现全自动配准. 实验结果表明,本文提出的方法用于基于CBCT的图像引导放射系统时,可实现日常放疗时的CBCT图像和计划CT图像准确且快速的配准.通过获得的形变域,可实现CBCT图像肿瘤靶区、危及器官(Organ at risk, OR)和等剂量线的自动勾画,从而实现剂量体积直方图(Dose volume histograms, DVH)分析.最终实现了放疗计划从CT到CBCT的自适应转移.