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以CT扫描为基础的水—岩相互作用三维可视化重建及损伤研究

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以CT扫描为基础的水—岩相互作用三维可视化重建及损伤研究

作者：窦宝西安理工大学

学位级别：硕士

水-岩相互作用是工程界经常遇到的科学课题,特别是岩体工程灾害,多数是因为水-岩相互作用使得岩体内部发生损伤破坏最终导致灾害发生,如边坡工程、水利工程等。为弄清水-岩相互作用过程中砂岩试样的损伤破坏规律,首先借助CT扫描技术,结... 详细信息

水-岩相互作用是工程界经常遇到的科学课题,特别是岩体工程灾害,多数是因为水-岩相互作用使得岩体内部发生损伤破坏最终导致灾害发生,如边坡工程、水利工程等。为弄清水-岩相互作用过程中砂岩试样的损伤破坏规律,首先借助CT扫描技术,结合三轴加载设备和自行研发的渗透水压力装置对砂岩试样进行损伤破坏试验;通过MIMICS三维可视化重建软件验证试验;通过三维可视化重建得出重建砂岩试样的体积V和表面积S,再由表面积S间接导出CT扫描断面面积A,结合CT扫描试验所得CT数,从细观和宏观角度研究损伤破坏规律。主要得出以下结论:(1)先进行砂岩试样的损伤破坏试验,对破坏拆样后的砂岩试样外表进行不同方位的拍照,然后对破坏后最后一次CT扫描砂岩试样进行三维重建验证试验,得出三维重建与试验外表出现裂纹一致;且在损伤试验过程中,通过三维重建可以观测到砂岩试样内部、及外表都是先出现少量初始微裂纹,接着在初始微裂纹附近集中、爆发式出现大量裂纹,在局部没有初始微裂纹的地方也出现少量新的微裂纹。(2)在细观角度,以相邻CT扫描区间砂岩试样为损伤小组,将CT数作为细观损伤变量时,砂岩试样先经过一个线性初始压密阶段,压密到一定程度后,出现线性损伤破坏迹象;将以三维可视化重建为基础的断面面积A作为细观损伤变量时砂岩试样先经过一个线性初始压密阶段,压密到一定程度后,出现指数式的损伤破坏迹象。(3)以三维可视化重建为基础,从宏观角度以砂岩试样整体为研究对象,将重建体积V和重建表面积S作为宏观损伤变量,得出将重建体积V和重建表面积S作为宏观损伤变量时,砂岩试样先经过初始的线性压密阶段,压密到一定程度后,出现指数式损伤破坏迹象。(4)处于水-岩相互作用下的砂岩试样更容易出现损伤破坏迹象。

关键词：水-岩相互作用 CT 可视化重建细观损伤宏观损伤

基于双目视觉的地下巷道可视化重建方法的研究

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基于双目视觉的地下巷道可视化重建方法的研究

作者：张立昊上海交通大学

学位级别：硕士

地下煤矿开采巷道的远距离场景再现技术对于实现煤矿开采工作的无人化有巨大意义。但现有的场景再现技术仅通过对掘进完成后的巷道进行各种测量获得数据以完成场景的建模与再现,无法推进掘进过程中的无人化。因此,本文设计制作了一套基... 详细信息

地下煤矿开采巷道的远距离场景再现技术对于实现煤矿开采工作的无人化有巨大意义。但现有的场景再现技术仅通过对掘进完成后的巷道进行各种测量获得数据以完成场景的建模与再现,无法推进掘进过程中的无人化。因此,本文设计制作了一套基于双目视觉的地下巷道可视化重建系统,通过双目摄像头获取场景图片,从中提取场景三维散点坐标,对地下巷道进行数学建模,实现对巷道掘进场景的三维可视化重建。首先,本文介绍了双目视觉的基础理论,包括双目摄像机的标定,三维散点的提取,以及特征点的检测和匹配等原理,提出了基于双目视觉的地下巷道可视化重建方法。为后续实验提供了理论支持。接着,提出了一种基于稀疏三维散点的巷道可视化方案对双目视觉得到的稀疏三维散点进行三维可视化重建。用断面中心线描述地下巷道,以梯形和拱形巷道为例建立数学模型,用多个小巷道体模拟整个巷道,提出了最佳中心线法,根据三维散点求出每个小巷道体的中心线位置,长度,和断面顶点等数据,画出并拼接成整个巷道,从而完成整条巷道的重建。然后,本文对前面所论述的理论进行了仿真实验。通过MATLAB模拟得到三维散点,提出了逐步等宽法用于模拟大弯度巷道三维散点,解决了大弯度巷道模拟过程中宽度不一致的问题。提出了点面随动法,用于模拟拱形巷道弧形顶盖的随机分布散点,使散点分布均匀,密度一致。引入了精确度参数用于评价巷道重建的准确度,量化了评价指标。通过实验对可视化重建算法进行了验证,实验表明,本文算法可以重建梯形巷道和拱形巷道,且具有一定的抗噪性和稳定性,但对于大弯度巷道,准确性有所下降。最后,搭建了软硬件平台对本文理论及算法进行了有效性验证。搭建了一个梯形巷道的简易模型,通过FPGA控制双目摄像头实时拍摄图片,在MATLAB中运行特征点的检测及三维重建算法,用C++建立巷道数学模型并进行参数计算求解,最后在MATLAB中显示重建得到的巷道三维模型。实验表明,本文算法可以对实物巷道模型进行可视化重建。

关键词：地下巷道双目视觉三维散点提取可视化重建最佳中心线法逐步等宽法点面随动法

基于ITK与VTK的辅助诊断三维可视化重建算法研究

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基于ITK与VTK的辅助诊断三维可视化重建算法研究

作者：李丹阳北方工业大学

学位级别：硕士

有报告指出,中国是世界上肝病发生率最高的国家。三维重建技术作为辅助医疗手段是肝脏诊疗的关键技术之一。其主要过程是先对肝脏及病灶进行自动化分割,然后将分割结果进行可视化处理,从而为医生的临床诊断提供更加直观的图像引导,提高... 详细信息

有报告指出,中国是世界上肝病发生率最高的国家。三维重建技术作为辅助医疗手段是肝脏诊疗的关键技术之一。其主要过程是先对肝脏及病灶进行自动化分割,然后将分割结果进行可视化处理,从而为医生的临床诊断提供更加直观的图像引导,提高诊断的准确率。本文基于此背景,在三维重建过程中对肝脏的自动化分割及可视化重建效率做了相关研究。本研究的主要内容和创新点如下:(1)提出一种对腹部肝脏及病灶的自动化分割算法。级联两个全卷积神经网络,使用3DIRCAD公开数据集为训练数据,获得特征模型。所得肝脏及病灶的分割结构,与条件随机场相结合,最终得到了较为精确的分割结果。(2)提出一种面绘制移动立方体时间优化的快速算法。在绘制过程中,对体素的遍历条件加以约束,减少对空体素等势面的提取,以分割出的3DIRCAD数据集为输入,获取肝脏的三维重建图像。与直接利用移动立方体算法直接绘制的肝脏图像相比,重建时间有一定程度的缩短,重建效果较好。实验结果表明:结合级联全卷积神经网络和条件随机场对数据集3DIRCAD中肝脏的自动化分割精度能达到94%;提出面绘制时间优化算法重建时间上有10%的缩减:从分割后的重建效果看,精准的分割能有效去除其他器官对肝脏及病灶重建效果的影响。

关键词：医学图像全卷积神经网络可视化重建

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基于稀疏三维散点的地下巷道可视化重建方案

计算机系统应用 2017年第5期26卷 150-154页

作者：张立昊张峰张士文上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

为了对地下巷道进行三维可视化重建,提出了一种基于稀疏三维散点的巷道可视化方案.根据地下巷道的形状规律,建立了梯形断面巷道的三维数学模型,将巷道分为多段,根据稀疏的三维散点得到每段巷道的中心线位置、长度数据和断面顶点,画出每... 详细信息

为了对地下巷道进行三维可视化重建,提出了一种基于稀疏三维散点的巷道可视化方案.根据地下巷道的形状规律,建立了梯形断面巷道的三维数学模型,将巷道分为多段,根据稀疏的三维散点得到每段巷道的中心线位置、长度数据和断面顶点,画出每段巷道的各个面,以完成整条巷道的重建.实验验证表明,该方法可视化巷道所需要的三维点数量很少,且有一定抗噪性,稳定性.

关键词：可视化重建巷道三维模型稀疏散点抗噪性

基于VR技术的实验室安全事故应急处置系统设计

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现代电子技术 2019年第12期42卷 122-126,131页

作者：王军王卫宏姜玮吉林大学吉林长春130062 吉林大学教务处吉林长春130062 吉林大学科学技术处吉林长春130062

为了提高实验室安全管理和监控力量,提供安全稳定的科研环境,充分利用VR技术的高度逼真模拟功能,设计实现了实验室安全事故应急处置系统。系统中各种传感器采集实验室环境信息,基于该信息VR系统装置构建实验室安全事故模型库,模拟实验... 详细信息

为了提高实验室安全管理和监控力量,提供安全稳定的科研环境,充分利用VR技术的高度逼真模拟功能,设计实现了实验室安全事故应急处置系统。系统中各种传感器采集实验室环境信息,基于该信息VR系统装置构建实验室安全事故模型库,模拟实验室安全事故数值,并实现事故现场可视化重建。在此基础上,实验室安全监控装置实现事故报警信息分析、处理后,依据报警信息切断实验室内电源、启动排风系统、清空实验室内所有人员。同时VR系统装置将模拟的安全事故应急处置现场可视化重建结果发送到反馈控制装置,为事故应急处置提供可靠依据。经实验验证,该系统处置5次实验室火灾与爆炸事故的平均总用时为8.83s,7.0s,低于对比系统,应急处置效率高。

关键词： VR技术实验室安全事故应急处置可视化重建监控装置系统设计

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基于空间机械臂双目视觉测量的关键技术研究

基于空间机械臂双目视觉测量的关键技术研究

作者：郭鑫中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

本文以空间机械臂为选题背景,研究了广泛应用于其中的双目视觉测量技术。空间机械臂作为航空航天领域不可缺少的关键设施之一,涉及的学科较为广泛,包括视觉测量技术、伺服控制技术、机械电子等,在空间站的建设与维护中作用巨大。依赖于... 详细信息

本文以空间机械臂为选题背景,研究了广泛应用于其中的双目视觉测量技术。空间机械臂作为航空航天领域不可缺少的关键设施之一,涉及的学科较为广泛,包括视觉测量技术、伺服控制技术、机械电子等,在空间站的建设与维护中作用巨大。依赖于视觉技术,空间机械臂能够完成对接、维修和清除轨道垃圾等多项工作。随着视觉技术的快速发展,双目视觉测量技术在航天领域受到更多的关注。双目视觉技术顾名思义,是一种模仿人类视觉系统的成像技术,即使用两个摄像机探测三维空间,根据获取的图像得到物体的空间信息,是计算机视觉领域中最受研究学者关注的技术。该技术以其效率高、结构简单、成本低、直观等优势应用在人工智能、医疗系统等多个领域。对该技术涉及到的位置测量、姿态估计及三维重建等问题进行研究具有重大的意义。随着需求的增加,双目视觉系统在提高精度方面面临着新的挑战。针对这一挑战,本文将研究工作分为双目视觉系统、摄像机标定技术、立体匹配技术及三维信息的可视化重建,具体的工作内容如下:1、研究了空间机械臂双目视觉系统,对系统涉及到的摄像机标定、图像校正、立体匹配及三维重建等几个主要部分进行了分析。双目系统成像主要基于透视投影原理,在该模型下,对涉及到的三大坐标系(世界坐标系、摄像机坐标系及图像坐标系)间的相互转换关系进行了研究。2、在摄像机标定阶段,研究分析了标定原理。本文首先对标定方法进行了分析对比,重点学习了张正友标定法。张氏标定法原理简单、易于实现,是目前应用最为广泛的标定手段。本文基于张正友标定法及提出的双目标定策略完成标定实验。最后由标定结果完成了对真实场景下双目图像的矫正工作。3、本文重点研究了立体匹配技术。在最初计算匹配代价时,提出了在改进的Census变换的基础上结合互信息和梯度信息,并把融和后的结果作为相似性测度;代价聚合阶段,在传统引导滤波的基础上引入自适应权重的思想,使得不同窗口内的规整化参数能够自适应调整;在计算视差及优化阶段,由于误匹配点的存在,得到的初始视差并不准确。本文首先基于胜者为王(WTA)方法获取视差值,接着使用优化算法完成对视差的修正,在遮挡区域采用左右一致性方法插入新的视差值。4、研究分析了基于双目视觉的三维重建。重建过程的关键在于空间特征点三维坐标的获取,对于双目相机得到的图像对可依据三角测量法计算三维坐标。为使重建后的效果图与原图中的物体更加的贴近,首先采用三角剖分将图像分成若干个三角形区域并使用贴图功能将区域内纹理信息粘贴到特征点坐标上实现可视化重建。

关键词：双目系统标定原理匹配算法可视化重建