Personalized Cranium Defects Restoration Technique Based on Reverse Engineering

The purpose of this paper is to overcome the limitations of the traditional cranial defects restoration technique and better satisfy the aesthetic and comfort demands of different patients. An arithmetic profile curve blending technique was used based on a well-proportioned points cloud data obtained by analyzing computer tomography (CT) images of the patients. This technique uses reverse engineering technique to reconstruct a model of the defective cranium, taking all the characteristics of the protruding cranium into consideration to check the form and appropriateness of the restoration and to adjust the surface in real time to obtain the ideal shape. Then, the model is transferred to a multiple-point forming (MPF) pressure machine to produce a titanium alloy restoration model. The system has greater flexibility, shorter production cycles, and lower cost through the use of digital production technology, guarantees the quality of the cranial defects restoration model, reduces the surgical risks, and alleviates the patients’ pain. In addition, an improved contour curved bridge algorithm technique is used to repair any cranium defects on the contour curve to make the contour more complete and closed.     

基于小波双立方插值的Bessel拟合图像复原算法

对模糊图像复原的目的在于对图像进行去模糊、去噪及建立在特征值基础上的矢量化处理,最大限度恢复原图像。本文提出了一种基于小波双立方配比插值的贝塞尔拟合图像边缘特征复原的新算法,在初始图像降质处理基础上通过小波双立方配比插值（Wavelet Bi-cubic）、双三次插值法得到融合样本图像,并在Canny边缘检测基础上提出对拟合边缘特征点的贝塞尔曲线拟合,最后将图像特征轮廓分别进行Delaunay剖分算法的矢量化处理,保留原始灰度色彩复原图像。实验对这三种方法的轮廓复原图像与原始清晰图像进行对比,由具体参数（PSNR、SSIM、FSIM以及运算时间TOC等）说明验证。实验结果表明,经由小波双立方配比插值与贝塞尔拟合得到的轮廓图像复原比双三次插值与贝塞尔拟合得到的轮廓图像复原效果要好,且明显缩短运算时间。     

一种新的活动轮廓模型算法

传统的活动轮廓模型具有处理速度慢，运算量大，对凹陷轮廓处理效果差等缺点．本文把小波多分辨率技术应用于主动轮廓算法，结合梯度矢量流(gradient vector flow，GVF)概念，首先在低分辨率的图像上进行处理，得到结果后，再在高分辨率层次上继续处理，由此解决了初始轮廓必须离真实轮廓很近的问题，提高了运算速度；同时利用小波分解的方向性，降低了搜索的范围，进一步提高了轮廓收敛的速度；由于使用了GVF所产生的外力场，对于凹陷轮廓同样可以保证正确的收敛．同时比原始的GVF方法处理速度要快得多．     

活动轮廓模型在医学图像分割的综述

医学图像分割作为图像处理领域的一个研究热点,长期受到广大科研工作者的关注。活动轮廓模型作为医学图像分割的一个重要工具,在近30年的研究中得到了长足的发展。根据活动轮廓模型的表达方式不同,将活动轮廓模型分为参数活动轮廓模型、几何活动轮廓模型;相对于参数活动轮廓模型,几何活动轮廓模型中曲线的运动过程是基于曲线的几何度量,如曲线的法线、曲率等;又由于水平集方法在几何活动轮廓模型的成功应用,使得几何活动轮廓模型在曲线的拓扑变化、数值求解等方面有不少优势。为了全面展示活动轮廓模型的发展历程及其在医学图像领域的应用,首先简述活动轮廓模型的发展历程及一些偏微分方程的基础知识;然后,详细分析几种较为经典活动轮廓模型;接着,对两种类型的活动轮廓模型进行对比分析;最后,对全文进行总结,并对活动轮廓模型的发展与未来进行展望。     

基于NX的凸轮轮廓曲线设计系统的研究与开发

提出了一种凸轮轮廓曲线自动化设计方法——利用数值驱动凸轮运动轨迹,根据凸轮分度曲线的运动规律计算轮廓线上任意点的坐标数据,然后生成凸轮轮廓曲线的数据文件,以该方法为基础,在NX平台上开发出通用平面盘型凸轮的自动化设计系统。该系统根据凸轮轮廓曲线的数据文件生成所需的凸轮模型,极大地提高了凸轮设计的效率和精度。     

复杂采空区三角网模型剖面轮廓线提取方法

 采空区是矿山安全生产面临的主要灾源之一,准确获取采空区剖面等信息是实施采空区灾害防治及空区周边资源安全开采的重要基础,而采空区三角网模型剖面轮廓线提取是采用可视化方法实现采空区剖面准确获取的前提。在分析目前常用的三角网模型剖面轮廓线提取方法（即最小距离法、扇形区域法和凸包算法）运用于提取边界复杂的采空区剖面轮廓线时存在缺陷的基础上,对传统的方法进行了改进,形成了适用于复杂边界采空区三角网模型剖面轮廓线的提取方法--凸包压入法。首先以垂直于任意坐标轴的平面剖切采空区三角网模型得到轮廓线的无序点集,提取无序点集的凸包线作为初始轮廓线,然后将包络于初始轮廓线内的点按张角最大的原则全部添加到轮廓线中,获得完整的剖面轮廓线,形成采空区剖面。实际应用表明,研究形成的算法能够快速有效地提取复杂采空区的剖面轮廓线,可准确获取复杂采空区剖面,具有很好的实用价值。     

基于多点成形的颅骨钛板假体数字化制造技术

基于多点成形技术,提出了一种全新的用于颅骨缺损修补的钛板假体数字化制造技术.首先,从病人患处的CT数据集中重构颅骨三角网格模型.然后,采样该三角网格模型获得代表性散乱点集,使用薄板样条插值技术重建得到钛板假体表面形状模型.最后,将该表面模型传递给多点成形CAD/CAM系统控制多点压力机最终成形出所需的钛板假体.得益于多点成形和计算机辅助设计技术的紧密融和,该技术能够显著缩短钛板假体的制造周期,同时大大提高假体与患处的贴合精度.目前,应用该技术已完成近10例,可以初步证实其可行性及效率.     

融合C-V和GVF的测地线活动轮廓模型

对于有凹陷边界或弱边界的待分割目标,采用传统的测地线活动轮廓(GAC)模型无法进行准确的图像分割.为了解决这一问题,提出了一种融合C-V模型、GVF模型和GAC模型的图像分割算法.在该算法中,GAC模型的单位内法向量与GVF模型的梯度矢量流共同作用,促使轮廓曲线向目标的边界方向运动;而GAC模型单位内法向量与C-V模型的区域信息的力场共同作用,不仅促使轮廓曲线向目标的边界方向运动,而且使轮廓曲线稳定在目标的边界上.仿真实验证明了上述方法的有效性,同时还证明了该方法对轮廓曲线的初始位置具有较好的适应性.     

基于梯度向量流的活动轮廓模型

针对当前活动轮廓模型对噪声敏感, 难实现弱边界图像的准确分割问题, 提出一种基于梯度向量流的活动轮廓模型. 首先采用Contourlet变换对图像进行去噪处理, 解决了噪声对图像分割的干扰; 然后在活动轮廓模型中引入一个指示函数, 用于描述向量场与轮廓曲线间的关系, 通过轮廓曲线演化过程实现图像分割; 最后用实验对本文模型的图像分割性能进行验证. 实验结果表明, 该方法可以快速、 准确地实现多种类型的图像分割, 分割精度和抗噪能力优于其他活动轮廓模型.     

一种全局隶属度和小波能量相结合的活动轮廓模型

计算机化X射线体层照相(computeried tomography, CT),图像中的磨玻璃型肺结节,由于其具有模糊的轮廓,且肺结节区域与其邻域的亮度值相差很小等特性,一般的图像分割算法很难对其进行精准地分割。针对该问题,提出一种全局隶属度和小波能量相结合的活动轮廓模型。首先,利用全局隶属度函数调整初始活动轮廓曲线,使之与目标边界的距离更接近,且形状更相似;同时,基于全局隶属度的边界停止函数能快速收敛于目标边界,使得预测曲线更加贴合待分割目标;其次,基于小波能量的局部活动轮廓模型数据项增强了目标与背景之间的对比度,进而能更精准地分割在低对比度和亮度非均匀场景中的目标轮廓。将该模型应用于全实质及部分实质磨玻璃型肺结节的CT图像中,实验证明了本文算法的优越性。     

基于水平集运动目标检测与跟踪方法

针对目前常采用的运动分析检测方法存在的缺点,提出了基于水平集理论的测地线活动轮廓模型与背景差分相结合的运动目标检测方法.该方法使水平集函数免重新初始化,大大减少了曲线演化迭代的次数和运行时间,得到准确的运动目标轮廓.通过与粒子滤波和mean shift跟踪方法的比较,最终采用效率最高、最优的Kalman滤波预测物体的运动轨迹.实验结果表明,该方法对刚性和非刚性两类目标都具有较好的检测与跟踪效果.     

一种基于重心计算的角点检测算法

提出了一种基于重心计算的轮廓曲线角点提取算法.针对图像的数字化轮廓曲线,首先,以等曲线长为特征点检测邻域,通过插值法得到精确的支持区域端点;接着,采用分割多边形法计算支持区域重心,避免了重心近似引起的误差;最后,以曲线上的点到其对应支持区域重心距离为特征值,依据该特征值区域最大化方法实现角点提取.实验证明,本算法具有较强的抗噪声、干扰能力,且运行速度快,角点寻找准确.     

一种基于NURBS插补器的高精度交叉耦合控制方法

数控机床各联动轴动态性能不一致会给零件加工带来较大的轮廓误差.在分析传统机床轮廓控制方案不足的基础上,针对高精度数控加工需要,提出了一种基于NURBS插补器的简单实用的高精度交叉耦合控制方法,克服了传统交叉耦合控制方法轮廓误差模型计算的非线性、时变性、不精确性.在建立的基于DSP的数控实验台上验证了该方法的有效性.该方法对于零件的高精度数控加工具有重要意义.     

基于法向力活动轮廓模型的医学图像分割

提出法向力活动轮廓模型并应用到医学图像分割中,实验结果表明该模型能扩大初始轮廓曲线收敛范围,正确分割侧脑室图像.而且,初始轮廓曲线愈接近目标真实边界,迭代次数愈少,分割速度愈快.     

基于法向力活动轮廓模型的医学图像分割

提出法向力活动轮廓模型并应用到医学图像分割中，实验结果表明该模型能扩大初始轮廓曲线收敛范围，正确分割侧脑室图像．而且，初始轮廓曲线愈接近目标真实边界，迭代次数愈少，分割速度愈快．     

带评价系统的曲率相关有向主动轮廓模型

主动轮廓模型广泛应用于很多领域,但这个框架下的模型都有两个关键的难点.针对这一问题,通过对已有方法失败原因的分析,本文提出了一种新颖的外力大小与曲率相关的主动轮廓模型(CDM模型).任何粗分割方法都能为该模型预测方向提供灵活有效的线索,并且模型外力的大小定义为曲线曲率的相关方程.这使得该模型具有许多与众不同的优点,并能够有效避免自相交现象的发生.在不同的收敛过程和不同的主动轮廓模型中,评价模块的出现能够有效地度量模型结果与真实目标轮廓之间的相似度.实验结果显示,CDM模型在其他模型失败的例子中能够得到正确、鲁棒的结果,并且能够在医学图像中精确地拟合目标轮廓.     

顺序统计滤波能量驱动的鲁棒快速图像分割

为了提升图像分割的速度与初始轮廓和参数鲁棒性,提出了一种基于有序统计滤波能量驱动的鲁棒主动轮廓模型。首先用顺序统计滤波的边力函数来代替传统的数据拟合,进一步引入边力函数能量泛函快速自适应地吸引曲线向目标的边界演化。为了有效地调节水平集函数,利用优化后的长度项对曲线进行平滑和缩短,并通过标准梯度下降法将能量泛函最小化。最后实验结果表明提出的方法能够更加快速、准确地分割图像,并且对初始轮廓和参数具有较强的鲁棒性。     

滚子从动件盘形凸轮的三维快速精确设计

凸轮机构设计主要包括凸轮轮廓曲线和从动件运动规律的设计.在确定从动件的运动规律后,根据从动件的运动规律来确定凸轮的轮廓曲线,利用Matlab编程语言,可以精确作出任意凸轮轮廓曲线和各种从动件的运动规律曲线,同时还可以将设计出来的精密轮廓曲线导入三维软件Pro/engineer中进行三维建模,达到快速精确设计凸轮的目的.     

视觉注意特征的变分水平集图像分割模型

针对传统主动轮廓模型较低的鲁棒性能和对先验知识融合能力的不足,基于视觉注意机制的先验知识和曲线演化的理论框架,首先建立图像底层视觉显著性特征的数学模型,在此基础上提出新的曲线演化能量泛函模型,然后对该能量泛函采用变分水平集方法进行推导,得到曲线演化的偏微分方程,数值实验表明该模型相对于经典主动轮廓模型具有更强的抗噪性与分割效率.该模型的提出为进一步在主动轮廓模型中引入更高层次视觉显著性特征、得到更优越的分割模型打下了基础.     

基于熵结合的活动轮廓分割模型

针对传统活动轮廓对图像分割鲁棒性较差的问题, 将基于区域的轮廓模型和基于梯度的轮廓模型通过图像熵与图像梯度和进行结合。通过图像熵与图像梯度和建立基于梯度与基于区域结合的活动轮廓模型。将水平集函数嵌入到模型中, 对模型结果进行连续分割, 并进行拓扑变化。采用窄带方法进行快速演化。实验证明, 该方法有较好的鲁棒性和较快的分割速度, 对图像分割理论的发展提供了新的研究途径。