"中国力学虚拟人"骨骼系统仿真平台研究

在中国可视人冷冻切片图像序列数据集的基础上,首先通过三次有理B样条曲线拟合获得人体头部、颈椎、胸腔、脊柱、上肢、下肢、手部和足部的骨组织曲线曲面模型;然后定义了中国力学虚拟人的整体坐标系统;最后采用opencascade三维建模算法编程实现了中国力学虚拟人骨骼系统的整体重建,开发了中国力学虚拟人骨骼系统仿真平台软件.该平台可以为航空航天、车辆工程、船舶工业、虚拟手术、医学教学、军事训练、人体生物力学研究、虚拟现实等提供精确的人体计算模型.     

心脏CT综合仿真模型及快速图像重建

首先介绍了胸部和运动两种CT(Computerized Tomography)心脏仿真模型,通过对原模型进行简化、改进和合并,定义了新的心脏综合模型.其次,通过坐标变换和心脏运动的简化实现了模型投影值的快速计算.最后,通过多周期采集模型的投影数据,由滤波反投影算法重建图像,仿真结果表明了模型及重建方法的有效性.     

CT自适应心率变速扫描研究

针对心脏运动导致CT图像的模糊,提出了自适应心率的CT变速扫描方法.该方法可根据心率和所需要的时间可分辨率自适应选择最优的扫描拔,获得理想的投影数据.为了验证该模型,通过分段线性和非线性变形模型仿真心脏运动,利用滤波反投影重建算法进行了心脏图像重建.重建结果表明:根据心率选择合适的扫描速度可得到理想的投影数据,有效地提高了心脏图像质量,从而为CT心脏成像提供新的模式.     

电容层析成像系统传感器的仿真分析及遗传算法图像重建

本文采用了有限元法和归一化敏感场对传感器进行了仿真分析和计算,并提出了敏感场数值从有限元域到成像域的转换方法和一种新的基于遗传算法的ECT图像重建方法。该图像重建方法利用流型数据作为初始值在一定的范围内搜索最优解,能以较高的精度重建两相流体的断层图像,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路。     

序列医学图像三维分割的一种方法

介绍了一种Live Wire和轮廓插值算法相结合的序列医学图像分割算法，在这个算法中又借鉴了活动轮廓模型方法的思想，使得这三种算法有机的结合在一起。并对传统的轮廓插值算法和-Live Wire进行了改进，结合活动轮廓模型方法的思想在重建的轮廓中根据实际图像的局部特征进行了自动收缩。实验表明这种算法能快速准确的从序列医学图像中分割出感兴趣的物体。     

医学增强现实建模方法研究

利用纹理映射和刚体变换配准方法,实现了女护理人模型图像结合中国数字女虚拟人数据集重建的解剖模型得到医学增强现实模型的显示.图像引导脑囊肿手术仿真中增强显示了脑囊肿、手术探针、颅骨、脑组织、护理人皮肤和MRI医学图像,显示了术前手术路径及周围脑解剖结构,增强了外科医生手术的真实感和精确性.     

基于并行映射卷积网络的超分辨率重建算法

针对基于卷积网络的超分辨率重建算法对不同场景下的图像存在复原质量不佳、细节信息丢失的问题,对卷积网络结构详细分析,结合重建模块和损失函数约束条件存在的问题,提出了基于并行映射卷积网络的超分辨率重建模型。该模型基于端到端的思想,构建并行映射网络及正则化约束条件,能对图像特征进行层次化自主提取,在高分辨率图像重建时极大地丰富图像特征的维数;并且将全变分正则化引入到重建模块,有效地克服了超分辨率的病态问题,从而获得鲁棒、丰富的图像信息,提升了重建图像的质量。实验结果表明,所提出的网络模型具有更优异的性能,其超分辨率算法在视觉评价和量化指标上取得了更好的重建效果。     

人体膝关节几何解剖模型仿真

采用健康志愿者的膝关节CT扫描数据,通过医学断层图像处理软件得到骨骼轮廓曲线,并采用商用CAD软件重建包含股骨、胫骨及髌骨的人体膝关节的骨骼三维实体模型.采用MRI(核磁共振成像)图像,选取膝关节相关肌腱、韧带、软骨、半月板等轮廓控制点,提取轮廓,重建包含骨四头肌肌腱、髌腱、内外侧副韧带、前后交叉韧带、半月板以及股骨、胫骨、髌骨软骨在内的软组织三维实体模型.利用重建的膝关节骨组织的CT和MRI扫描点云,采用三维图像配准的方法,将膝关节各软组织组装在骨组织实体模型上,从而建立包含人体膝关节主要软组织在内的膝关节仿生模型.建立人体膝关节几何解剖模型,作为进一步力学分析的基础,共同为今后设计膝关节假体及其模拟试验台提供设计依据和评价指标.     

颌面部骨骼三维建模与通用仿真平台的建立

为了建立一个通用的三维颌面部骨骼系统仿真环境,将骨骼建模过程与仿真行为定义完全分离开,每一骨骼组织(包括每一颗牙齿)模型给定唯一的命名,使相关的行为方法与命名的名称唯一对应,实现了不同个体的颌面部骨骼模型,均可在同一仿真环境下实施给定的行为仿真.本研究基于人体切片图像和64层螺旋CT图像,重建了两个符合生理结构要求的颌面部骨骼三维模型.借助Virtools行为仿真开发软件,实现了两个模型符合生理运动的咬合过程仿真与初步的齿冠面修复仿真.     

基于小波神经网络的图像重建算法研究

针对传统的图像重构算法的不足,提出一种基于小波神经网络的图像重建快速学习算法。运用小波神经网络对图像重构进行了仿真研究。实验表明,对于不同的误差模型,小波神经网络采用不同的基函数可以很好地对非线性系统进行逼近,收敛速度快,近似精度高,而且网络规模比较小,计算量少。对计算机视觉和图像处理具有良好的应用价值。     

一种基于PC的快速三维图像重建方法

主要从传统FDK算法的改进和数据并行计算两方面来研究快速三维图像重建算法,提出了一种Z线优先重建法,能够有效地组织和划分重建数据,从而使得对重建数据的内存访问非常连续,便于采用单指令多数据(Single Instruction Multiple Data, SIMD)技术进行数据并行处理。最后基于Intel Pentium 4 CPU的PC平台,利用SSE/SSE2技术开发了三维图像快速重建引擎。实验结果表明本文提出的方法非常有效,与原始重建算法相比,在保证图像质量不受损失的前提下取得了20倍以上的重建加速比。     

多视图像的三维重建并行计算仿真平台

针对基于视频图像的三维重建所需设备复杂和计算量大的问题,提出基于CUDA的可视外壳并行计算仿真实验平台。用三维图形绘制管线中的视点模拟真实相机,应用相机参数将各图像中物体轮廓坐标统一转换到世界坐标系,利用CUDA并行计算可视外壳。在此平台上将基于体素的可视外壳生成算法转化为CUDA线程块并行计算,仿真实验表明加速效果明显。     

Study on the Medical Image Distributed Dynamic Processing Method

To meet the challenge of implementing rapidly advanced, time-consuming medical image processing algorithms, it is necessary to develop a medical image processing technology to process a 2D or 3D medical image dynamically on the web. But in a premier system, only static image processing can be provided with the limitation of web technology. The development of Java and CORBA (common object request broker architecture) overcomes the shortcoming of the web static application and makes the dynamic processing of medical images on the web available. To develop an open solution of distributed computing, we integrate the Java, and web with the CORBA and present a web-based medical image dynamic processing methed, which adopts Java technology as the language to program application and components of the web and utilies the CORBA architecture to cope with heterogeneous property of a complex distributed system. The method also provides a platform-independent, transparent processing architecture to implement the adva     

基于正交频谱重构的微波三维成像方法

传统微波三维成像方法的回波数据量非常大, 基于目标场景稀疏的压缩感知成像方法虽然可以降低采样率和数据量, 但字典矩阵内存占用巨大, 且对连续分布目标成像效果不佳。针对上述问题, 本文分析了目标回波在三维频域的数据分布特征, 根据构建的频谱正交投影重构模型实现了目标三维频谱的重构。为了进一步优化重构模型, 以最小图像熵作为判别准则对重构的正则化参数进行了最优估计, 并得到最优的频谱重构结果。本文所提方法具有较好的成像效果, 较高的运算速度和较小的内存占用。计算机仿真实验和微波暗室实验验证了本文所提方法的有效性。     

一种基于STL样本的锥束CT快速仿真方法

针对STL样本基元,根据锥束CT仿真投影的特点,研究了一套基于八叉树的锥束CT仿真投影快速计算方法,并采用SIMD技术对投影计算中的关键部分进行并行计算,进一步提高了生成仿真投影图象的速度。实验结果表明,在保证投影图象精度的前提下,该方法较之于UG样本投影计算有65～90倍左右的加速比,极大地提高了锥束CT仿真投影的计算速度,增强了仿真系统的实用性。     

水平集方法中窄带构造技术

提出了距离模板方法并从时间复杂度、窄带宽度以及零水平集点数对窄带生成的影响等方面与快进方法、快速扫描方法进行了比较;在分析快进方法的基础上,给出了一种窄带构造算法;改进了全局快速扫描算法,以用于生成窄带。2D图像分割与3D表面重建的仿真实验表明,距离模板方法能够较快地分割图像;快进和快速扫描方法适合于表面重建等3D应用。     

基于图像的脸部模型调整及表情动画技术研究

采用一种基于图像的三维人脸模型主动调整方法,实现了三维特定人脸模型的真实感重建和表情动画生成。通过特定人脸的正面和正侧面图像上的93个人脸表情特征点,采用整体调整及基于径向基函数插值的局部调整方法对通用三维人脸模型进行几何调整,并利用变形拼接及多分辨率图像融合技术生成无缝的人脸纹理镶嵌图,实现具有真实感的三维特定人脸模型重建。改进了人脸肌肉物理模型并结合弹性约束模型,避免了在表情动画处理中由于肌肉收缩力过大导致网格三角片毁坏而破坏人脸的拓扑结构问题,其局部网格动态细分策略,使生成的表情动画更加细腻。     

基于小波分析的图像插值技术研究

基于小波分析理论，提出一种医学图像断层间的插值方法。通过对医学图像的小波变换，插值图像边缘对应的高频子图，得到在轮廓上过渡的图像：对小进变换的低频子图，在小窗口邻城内利用灰度直方图统计得到其概率灰废值并寻找最佳插值匹配点。使得插值图像在灰度上得到很好的过渡；通过小波逆变换得到最终的插值图像。通过与以往算法的对比和分析，本算法所获得的插值图像在形状和灰度方面均达到了较高的清晰度，满足断层图像的插值要求，可有效用于医学图像的三维重构。     

裂隙灯显微图像角膜的快速、自动三维重建

角膜病变大都与角膜的几何形状的改变密切相关,快速自动的显示角膜三维形状对角膜疾病的诊治具有重要意义。提出了一种基于裂隙灯显微图像的快速、自动的角膜分割、重建方法。基于蓝色分量水平投影累积量实现了角膜快速定位。采用颜色聚类分割出角膜部分。利用一种基于曲线拟合思想的方法去除大目标周围小噪声。对于病变严重的角膜我们采用面积最大的方法识别角膜,去除噪声。采用三次样条曲线插值角膜的内外表面。在基于模型的配准中,利用角膜的对称性,设计了配准模型。实现了面绘制的角膜重建。提出方法不需要人工交互,重建速度快。重建效果较好。