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《重庆大学》 2003年
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基于可变形模型的轮廓提取与表面重建

成思源  
【摘要】:轮廓提取与表面重建是计算机视觉中的重要研究课题,其在虚拟现实、自控车辆、机器人环境分析、监控系统中的物体跟踪与识别、生物医学图像处理、工业在线自动检测、形状反求等方面有着广泛的应用前景。基于断层数据的三维重建是通过提取被测物体的截面轮廓曲线以实现被测对象的三维反求和重构的一种测量方法,是目前国内外研究的热点。根据断层图像提取的实体轮廓可以通过表面重建得到物体的CAD模型,或直接应用于快速成形系统。在此过程中,从断层测量图像中提取实体轮廓是关键的一步。 近年来,将物理原理引入物体的形状恢复吸引了学者们的研究兴趣,基于可变形模型的轮廓提取与表面重建就是其中的一类。可变形模型可视为在内力和外力作用下的能量极小化样条模型,内力来自几何模型,约束它的形状;外力来自图像特征,引导它的行为,将其吸引至图像特征处。可变形模型的提出给传统的计算机视觉理论及应用研究带来了新的观点和思维方式,已经被越来越多的研究者成功地应用于图像分割、运动跟踪、3D重建、立体匹配等许多领域,并已发展成为计算机视觉与模式识别中最为活跃和成功的研究领域之一。 因此,基于可变形模型的断层图像轮廓提取与表面重建研究,在科学研究及工程应用中有着重要的意义。本论文主要针对医学断层图像的轮廓提取与表面重建,重点对B样条可变形模型进行了研究。本文在系统地分析了国内外关于可变形模型理论与应用研究的基础上,提出了一种基于有限元法的B样条主动轮廓模型;并将其应用于由断层图像导出的截面轮廓数字曲线的拟合,利用自适应有限元技术提高拟合精度;最后将其推广到三维,提出了基于有限元法的B样条主动曲面模型。本文主要工作和结论如下: (1)对可变形模型的基础理论进行了论述,并从弹性理论的观点对可变形模型的物理本质进行讨论分析;然后从几何表达、能量方程及优化方法三个方面对可变形模型的理论研究与发展进行了综述,指出了可变形模型理论上存在的问题及进一步研究的方向。 (2)提出了一种基于有限元法的B样条主动轮廓模型。B样条方法是当前自由曲线曲面造型最为流行的方法,而有限元法是一种有效地求解泛函极值问题的数值方法。该模型以三次B样条曲线段作为有限单元,运用有限元法对B样条主动轮廓的能量泛函极值问题进行求解,从而实现对图像的轮廓提取。该模型结合了B样条方法与有限元法的优点,可快速稳定地收敛到目标轮廓,得到的B样条轮廓有利于进一步的表面重建处理。 WP=6 (3)提出了基于自适应有限元的B样条主动轮廓模型,并将其应用于基于断层图像的表面重建。首先对断层图像的边缘提取方法进行了论述,针对得到的截面轮廓数字曲线,提出了一种基于自适应B样条主动轮廓拟合方法。该方法避免了传统插值、近似方法中的采样点数量、分布及参数化过程所带来的问题,通过在拟合过程中插入新的控制点,提高拟合精度,实现对数字轮廓的整体逼近。最后,由各断层截面的B样条轮廓重构出物体的三维模型。 (4)将二维的B样条主动轮廓模型扩展到三维,提出了基于有限元法的B样条主动曲面模型。通过在数据点与模型之间连接虚拟弹簧,建立光顺模型,并以双三次B样条曲面片作为单元,运用有限元法对模型在虚拟弹簧作用下的变形问题进行求解,得到光顺后的B样条曲面;并在此基础上,提出了一种新的基于断层数据的表面重建方法,可很好地解决不均匀截面族的曲面生成问题。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP391.4

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张中岳;康戈文;;一种基于方向趋势的轮廓提取方法[J];可编程控制器与工厂自动化;2010年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张军;贾瑞清;;基于DDE的Matlab与VB接口编程技术及其工程应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
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3 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
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6 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 刘磊;王永骥;;基于单目视觉的机器人动态目标识别与跟踪[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 ;A Hardware-Accelerated Segmentation Algorithm for Moving Object Generation[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 周艳;唐权华;金炜东;;基于自适应噪声检测的彩色图像插值滤波算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 冯麟涵;舰船系统抗冲击性能全局优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 赵猛;大屏幕多人沉浸式立体显示系统[D];大连海事大学;2010年
10 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宝宽;正畸三维测力装置的设计与牙周应力分析系统的建立[D];南京医科大学;2009年
2 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
3 饶吉来;基于图像处理的型面联接件检测技术研究[D];河南理工大学;2010年
4 王庆牛;煤系地层三维地质建模及可视化技术研究[D];河南理工大学;2010年
5 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
7 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
8 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
9 白廷义;基于激光扫描数据的隧道曲面重建技术研究[D];山东科技大学;2010年
10 刘帅;大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李白;李雪飞;刘正东;;基于三维点云数据的虚拟人台模型的构建[J];北京服装学院学报(自然科学版);2008年01期
2 易鑫;李雷;;基于数学形态学的snake模型图像分割[J];兵工自动化;2007年09期
3 李海云,李光颖,王筝;一种基于水平集的脊柱MRI图像分割算法的研究[J];北京生物医学工程;2004年03期
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9 张永华;程耀东;闫浩文;刘纪平;;多尺度空间线状实体形状相似关系的表达与度量[J];测绘科学;2008年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆成刚;基于微分方程的若干图像分析论题研究[D];浙江大学;2003年
2 王元全;可形变模型及其在心脏核磁共振图像分析中的应用研究[D];南京理工大学;2004年
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5 娄联堂;目标轮廓提取方法研究[D];华中科技大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭欣;假肢接受腔计算机辅助制造系统[D];河北工业大学;2002年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 王俊超;刘晨帆;徐明世;纪山;兰伟;;语义相似性度量技术在地名匹配研究中的应用[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2012年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 于纯妍;基于偏微分方程的生物信息图像处理方法研究[D];大连海事大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张洋;岳东杰;朱邦彦;;基于B样条曲面拟合的文物表面重建方法研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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5 叶铭;王成焘;;骨骼的轮廓提取和轮廓的B样条描述[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年
6 付峥;郑小强;;综合约束条件下变分法求解SFS问题[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
7 张瑞菊;王晏民;宋代学;;基于古建筑三维激光扫描数据的三维重建研究(英文)[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
8 陈雷;于明;罗永兴;张海哲;李轶博;;低信噪比复杂结构图像中的一种动态轮廓提取方法[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
9 涂承宇;肖宗坤;;主观轮廓提取方法研究[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
10 朱丽青;李红松;王玲;杨永峰;;基于VFC主动轮廓模型的红外图像轮廓提取[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 徐亚静;可视化中药揭秘[N];中国医药报;2004年
2 李七渝 张绍祥;关键技术:步步为营[N];计算机世界;2003年
3 向良璧;断层图像处理分析技术取得重大成果[N];经济参考报;2003年
4 唐萍 陈珊珊 朱晓颖;南林大发明“木材CT”[N];中国绿色时报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 成思源;基于可变形模型的轮廓提取与表面重建[D];重庆大学;2003年
2 杜鹏;可变形物体的三维统计可变形模型构建及其在物体重建和运动识别中的应用[D];中国科学技术大学;2011年
3 孙阳光;物体边缘轮廓提取新方法研究[D];华中科技大学;2009年
4 周筠;面向生物医学仿真的表面重建和四面体化技术研究[D];中南大学;2012年
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6 王元全;可形变模型及其在心脏核磁共振图像分析中的应用研究[D];南京理工大学;2004年
7 张勇;医学图像可视化技术及其在虚拟骨折手术中的应用[D];大连理工大学;2002年
8 田怀文;机械零件反求建模关键技术研究[D];西南交通大学;2005年
9 唐震;CT三维表面重建辅助颌面部整形手术系统的研究[D];第三军医大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 陈远新;基于DICOM3.0标准的医学图像显示和处理研究[D];重庆大学;2004年
3 邱明;基于可变形模型的CT图像病灶分割及参数测量[D];西安理工大学;2005年
4 许丽萍;激光标刻矢量图形生成方法的研究[D];华中科技大学;2005年
5 凃佳;数控冲床的汉字加工CAM技术研究[D];武汉理工大学;2009年
6 张春平;航空油液中微小颗粒的尺寸检测与计数[D];吉林大学;2006年
7 刘兴忠;红外图像处理在实时检测中的应用[D];电子科技大学;2003年
8 杨容浩;基于拆分—组合的地图要素自动提取方法研究[D];西南交通大学;2005年
9 翁璇;硅微通道阵列红细胞变形性测量系统图像处理分析方法研究与实现[D];重庆大学;2007年
10 秦菁;张量投票算法及其应用[D];华东师范大学;2008年
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