超高压电子显微镜三维图像重构的方法与初步结果

建立了超高压电镜三维图像重构的方法与系统,首次在２ＭＶ加速电压下进行了从获得二维电镜像到三维重构尝试。通过图像校下在敢单轴放置试样夹中因试样高度变化引起的放大倍数和像转为动的问题;提出了利用投影像的镝像对称关系来确定倾斜轴方向以及计算倾斜角度上相邻两个投影像间的差来进行平移校直的方法,大肠杆菌试样重构的实验结果表明,超高压电镜三维图像重构技术能够有效地再现厚试样的内部构造,在生物学和材料科学等领域     

电子显微镜成像质量与样品倾斜角度关系的数值化评价

提出用计算图像点扩散函数的等效面积(归一化点扩散函数值大于等于0 7071时所对应的自变量定义域的面积)的方法来评价电镜图像质量,用此方法对一组实际的用于三维重构的超高压电镜图像的质量进行了分析,从计算值上得出电子显微镜成像质量与样品倾斜角度的关系.在样品单轴旋转的条件下,随着样品倾斜角度的增加,电镜图像质量下降;倾斜角度大于60°时,图像质量急剧下降.30°、60°和70°时的点扩散函数的等效面积分别是0°时的2 5、4 5和11 7倍.这种镜像质量随样品倾斜角度(尤其是角度大于60°)增加而变差的效应,将限制通过增大样品倾斜角度范围来提高三维重构分辨率的效果,同时表明电镜三维重构中样品的倾斜存在最佳的角度范围.     

基于二维图像和多点统计方法的多孔介质三维重构研究

提出了一种基于多孔介质二维薄片图像和多点统计方法的多孔介质三维重构方法.将微米精度的多孔介质二维薄片图像作为初始的训练图像,利用多点统计方法重构其下层图像.将每次获得的下层图像作为新的训练图像,利用多点统计方法继续重构该训练图像的下层图像.二维重构图像的每个像素对应成三维空间的一个体素,依次叠加每层的二维重构图像得到最终的三维多孔介质图像.将该方法应用于砂岩样品的三维重构,通过与真实情况下砂岩体数据的比较发现,该方法重构的多孔介质具有与其相似的孔隙结构特征.     

厚样品电子断层成像中的电子透过率非线性效应

为提高透射电子显微术中厚样品电子断层成像的质量,研究了电子透过率与样品质量厚度之间的非线性关系对厚样品电子断层成像的影响.在微米量级厚样品电子透过率实测结果的基础上,通过计算机模拟生成系列投影像并进行了图像重构.模拟结果表明,电子透过率的非线性会在重构结果中产生伪结构,投影值偏离量随投影位置的变化率与伪结构相关.进一步评价了样品在不同倾斜角度范围时电子的非线性透过率对图像重构质量的影响,发现这种影响随样品倾斜角度增大而增强,并有可能降低图像重构的质量.     

胶片非线性特性对电子断层摄影术成像质量的影响

为了分析胶片的非线性特性对电子断层摄影术成像质量的影响,以Kodak4463(SO-163)型电子显微镜胶片为例,按照其成像光密度值与电子曝光量对数值之间的关系曲线(D-lgE曲线)对模型样品的线性投影像实施变换,并采用计算机仿真方法进行了三维重构.计算结果表明,随着最大曝光范围对应的D-lgE曲线片段的非线性度的增加,三维重构图像质量下降,尤其当最大曝光范围向D-lgE曲线的饱和区扩展时,三维重构的图像出现了严重失真的现象(重构图像与模型样品图像之间的相关系数从线性投影像对应的0.85减小到0.6以下).分析结果表明,调整样品的电子曝光量来改变胶片最大曝光范围在D-lgE曲线上的位置,可以降低胶片非线性特性对三维重构图像质量的影响,该研究结果对用胶片为记录媒体的电镜三维重构具有指导意义.     

基于VTK的光线投射算法的采样间距

在VTK算法平台上,分别采用细胞显微图像和头部图像等三维体数据实现了光线投射体绘制算法。实验采用不同的采样间距,得到不同的重构效果,所需的重构时间也不同。通过比较与分析采样间距与重构效果和重构时间的关系,获得合理的采样间距,为不同的序列切片图像三维重建技术研究与应用提供了实验基础。     

基于压缩感知的图像重构GUI系统

本文利用MATLAB平台设计了基于压缩感知的图像重构GUI系统,针对不同的变换基、测量矩阵、重构算法对图像的压缩采样及重构进行了比较和讨论,其中变换基包括小波变换基和离散余弦变换基;测量矩阵包括随机矩阵如高斯矩阵和贝努利矩阵,以及确定矩阵如哈达玛矩阵和托普利兹矩阵;重构算法包括正交匹配追踪算法和压缩采样匹配追踪算法.并通过峰值信噪比PSNR衡量了图像重构的性能.该GUI系统能够为基于压缩感知的图像重构提供直观的实现平台.     

妈祖宫庙三维全景地理信息平台设计

以地图学、空间信息技术、人文地理学为理论基础,基于三维全景技术、网络地理信息系统等技术,实现妈祖宫庙的三维信息可视化管理。采集高分辨率图像序列以及经纬度信息,经消除图像噪点及光照差异后进行拼接与投影得到最终全景影像数据,建立三维全景影像数据库与空间数据库;然后根据全景影像像素坐标与地理坐标之间的映射关系,实现三维全景影像与空间数据的无缝集成,设计妈祖宫庙三维全景地理信息平台。该平台可实现妈祖宫庙空间查询与分析,以全方位场景漫游的形式直观呈现宫庙及其周围环境纹理信息,为妈祖宫庙信息化管理与旅游服务提供有效支持。     

基于倾斜影像点云的建筑物提取算法研究

多视倾斜影像密集匹配后能够生成海量点云数据,但数据本身缺乏有效的建筑物分类信息.针对此问题,提出一种基于倾斜影像点云的建筑物提取算法.首先对三维点云进行去噪处理和植被的剔除,将点云进行空间格网分区后降维到二维平面,通过赋予二维平面格网内每个点一定的权值,进而对格网进行特征值重采样.然后对二维平面进行图像形态学处理,利用骨架提取算法找到建筑物的轮廓,将该轮廓和三维点云进行融合后重新整饰建筑物边缘,提取出最终的建筑物点云.两组实验结果表明,该方法提取的建筑物点云轮廓清晰,建筑物立面提取较好,该算法具有较好的稳健性.     

基于影灭点的单视图三维重构

提出了一种单视图三维重构方法,该方法需要用户提供图像点及其对应三维点之间的几何信息.由于结构场景有大量平面构成,存在大量的平行性和正交性约束,所以该方法主要应用于结构场景的三维重构.重构过程分为两部分:首先,基于三组互相垂直方向的影灭点,对方形象素摄像机进行定标;然后,基于用户提供的共面性和场景平面的影灭线,计算点的三维坐标.采用真实图像测试,说明该方法有效且简单易用.     

基于单线激光雷达的廊道环境数字重构技术

针对廊道环境的数字重构问题,设计了一种基于单线激光雷达的数字重构系统.该系统利用移动机器人搭载单线激光雷达传感器,构建三维雷达扫描系统,实现廊道环境的自动扫描和实时重构.首先进行系统的硬件搭建,其次详细介绍了系统的数字重构过程,主要包括移动机器人控制模块设计、坐标转换、数据融合等.为了解决移动机器人运动偏离的问题,在控制系统中加入模糊PID(porportion integral differential)控制算法,保证了系统数据采集的准确性.对于2D点云到3D点云的转换的问题,提出了一种里程计数据和激光雷达传感器数据融合的方法.最后进行实验测试.结果 表明:该系统可以实现对一般复杂的廊道场景进行自动化采集和实时重构,不仅精度高而且重构特征明显.     

基于数码相机图像的三维重构

针对传统三维坐标测量方法的局限性,提出了利用数码相机对物体进行三维重构,达到对物体进行非接触测量的目的．采用标准图像法对数码相机内部和外部参数分别标定,与传统的相机标定相比,简化了求解的复杂性．基于同一物体的两幅图像,给出了其三维重建理论和算法．并举例说明了三维重构的具体实现步骤和方法．     

单个活细胞图像分析系统的研制与应用

单个活细胞分析是生命科学领域的研究热点之一，按照单个活细胞分析的特殊要求，利用PI公司MicroMAX-5MHz-782Y型致冷CCD，研制了高性能数字图像系统，其具有高灵敏度、高时空分辨率、高精度等优点。建立了动态图像分析技术，适于半透明生物试样的三维重建技术等显微图像分析方法，并在单粒子追踪、脉冲电场刺激下鸡胚小脑粒细胞内Cn^2＋浓度空间分布测定等实验中得到了成功应用。实践证明，该系统比较适合单个活细胞的图像分析。     

三维数字像重建及显示的软件系统实现

提出了一种三维数字像重建及基显示的软件系统结构设计和实现方法,整个软件系统结构是根据面向对象的程序设计思想,利用ViaualC 6.0的编程环境和MFC提供的各种资源建立的,三维数字成像系统的功能块,如三维编码数据的采集、解调、重建和三维数字遥显示,都通过相应的应用类设计实现,此外,通过将OpenGL技术嵌入到软件系统实现了三维数字图象的各种快速显示方法,包括顶点显示、网络显示和纹理映射显示,结果证明,该软件系统提供了友好的图形用户界面、高效的数据处理和重建、以及的三显示功能。     

可重构三维激光彩色扫描仪

针对原三维激光扫描系统3DLCS存在的问题,研制了基于FPGA的可重构实时三维激光彩色扫描仪.介绍了系统基本测量原理和系统总体构成,设计了基于FPGA处理器的硬件系统结构,并阐述了其工作原理.由FPGA处理器完成提取图像中激光带中心线、人头轮廓线和中心颜色线等算法.对三维重建有用信息经计算机接口送入主机,在主机上进行三维重建和三维构型.描述了系统数据处理流程和关键算法.系统可以实时地获取目标的三维和色彩信息,并在计算机上重建和显示立体三维图形.列出了实验结果.采用FPGA专用集成电路和主从式系统结构,大大提高了物体三维信息获取的速度,显著的改进了整个系统的性能,降低了产品成本.     

非接触式三维重建技术综述

三维重建是获得物体三维信息的技术,是计算机视觉和计算机图形学领域的研究热点,广泛应用在机器人视觉导航、工业制造、医学等领域,具有较高的研究价值。目前,三维重建技术的方法众多,三维重建的外界环境、使用设备和物体的几何形状等因素都会对三维重建效果的准确性、稳定性产生一定的影响。通过分析原理,对主动式三维重建的飞行时间法、光栅重建、结构光重建和被动式三维重建的单目、双目、多目重建等非接触式三维重建技术进行了分析。     

一种通用的X射线锥形束投影生成算法

为了排除投影测量过程中的随机因素，更好地进行重建，提出了一种通用的X射线锥形束投影生成算法。首先将几何模型离散化为三维数组，然后沿着穿过模型的每条射线利用三维性插值法计算线积分，只要将几何形体进行离散化，就可以使用通用的子程序计算投影。这种算法不仅易于扩充，而且能够处理不规则和内部密度不均匀的物体。模拟实验得到了满意的结果。该算法为后续的重建提供了良好的基础。     

Three-dimensional atomic imaging of crystalline nanoparticles

Determining the three-dimensional (3D) arrangement of atoms in crystalline nanoparticles is important for nanometre-scale device engineering and also for applications involving nanoparticles, such as optoelectronics or catalysis. A nanoparticle's physical and chemical properties are controlled by its exact 3D morphology, structure and composition. Electron tomography enables the recovery of the shape of a nanoparticle from a series of projection images. Although atomic-resolution electron microscopy has been feasible for nearly four decades, neither electron tomography nor any other experimental technique has yet demonstrated atomic resolution in three dimensions. Here we report the 3D reconstruction of a complex crystalline nanoparticle at atomic resolution. To achieve this, we combined aberration-corrected scanning transmission electron microscopy, statistical parameter estimation theory and discrete tomography. Unlike conventional electron tomography, only two images of the target--a silver nanoparticle embedded in an aluminium matrix--are sufficient for the reconstruction when combined with available knowledge about the particle's crystallographic structure. Additional projections confirm the reliability of the result. The results we present help close the gap between the atomic resolution achievable in two-dimensional electron micrographs and the coarser resolution that has hitherto been obtained by conventional electron tomography.     

基于显微视觉的沥青路面微观纹理三维重构

针对沥青路面微观形貌常用检测方法的不足,融合显微视觉的局部放大特性和数字图像处理技术,提出了基于显微视觉的沥青路面微观纹理三维重构方法。根据激光三角测量原理建立显微视觉三维重构数学模型;利用立体显微镜采集序列图像,对图像进行插值处理和阈值分割,并提取光条中心线;采用Delaunay三角剖分算法实现表面三维重构。与基于聚焦深度的沥青路面微观纹理三维重构方法进行试验对比分析,结果表明,本文方法对光照均匀性无特殊要求,具有精度高、操作简便、三维直观性强等特点。     

非对称火焰三维温度分布测量的重构算法

为了适应非对称火焰三维温度分布测量的需要，发展了一种三维重构算法。该算法既有别于医学成像和机械探伤等领域常用的变换法，便于在算法中加入火焰的某些先验信息，又不同于通常的有限级数扩展法，具有较快的运算速度，从而可以减少三维重构误差。采用这一算法在保证一定精度的前提下，可通过少投影实现火焰的三维温度分布测量。仿真运算及实验结果均证明此算法是可行的。