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基于MRI的果实三维体视技术研究

王伟  
【摘要】: 果实的品质检测和损伤研究在果实分级中具有重要意义。目前,果实品质无损检测分级主要是根据农产品的生理特性、电学特性、光学特性、声学特性等来进行,但缺少直观的三维可视化影像技术的支持,针对这一现状,本文研究了基于MRI(Magnetic Resonance Imaging)的果实三维体视技术。主要研究内容和结论有: 1.建立了MRI果实图像序列采集方案。在MRI图像采集中,不同的成像方式会构成不同的序列,获得的图像有各自的特点和相应的应用范围。根据MRI成像的特点和果实组织对比度特性,建立了MRI果实图像序列采集方案。 2.确定了图像滤波、分割、断层图像插值等MRI图像的预处理方案。图像预处理和分割是进行图像三维重建的必要准备,图像分割效果的优劣直接影响三维重建果实的效果。本文研究了基于区域的图像分割和基于阈值的图像分割两种图像分割方法在图像处理中的应用,并在实验中成功分割出果核等果实组织器官。 3.改进了光线投射体绘制算法,提高了体绘制三维重建的速度。直接体绘制算法可以得到高质量的三维重建图像,但它需要遍历数据场空间的每个采样点并计算每个采样点对屏幕像素的贡献,所以数据处理量十分巨大。因此,本文提出了一种基于模板的光线投射算法,该算法在体素空间添加一个基平面,并把从基平面上发出的具有相同的模式的射线模板存储起来,避免每条射线离散化时多次调用三维DDA算法,大大减少了光线投射的计算量,在一定程度上提高了此算法实现的效率。 4.完成了应用上述算法的软件系统,本文简要讨论系统设计、实现和算法流程,并讨论关键技术的实现过程。最后利用VTK在Windows平台上实现了基于MRI的果实三维重建系统。论文针对两种数据集设计了若干组测试。测试结果表明,在无需升级硬件的情况下,优化之后算法的整体效率提升了47%,使得在普通PC机上也能获得体绘制算法带来了良好的可视化效果。


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