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图像三维重建法在震损建筑实体建模中的应用研究

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世界地震工程 2017年第2期33卷 113-118页

作者：霍林生张耀文李宏男大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 大连交通大学土木与安全工程学院辽宁大连116028

震损建筑的震害研究对于建筑的震后安全评估具有重要作用,然而目前仅基于二维震害图像的方法,难以满足对建筑整体震损状况认识的需求。提出了应用图像三维重建法对震损建筑进行实体建模,实现震损建筑的三维模型重建。首先围绕建筑拍摄... 详细信息

震损建筑的震害研究对于建筑的震后安全评估具有重要作用,然而目前仅基于二维震害图像的方法,难以满足对建筑整体震损状况认识的需求。提出了应用图像三维重建法对震损建筑进行实体建模,实现震损建筑的三维模型重建。首先围绕建筑拍摄一系列图像,然后依次应用由运动恢复结构方法进行稀疏重建、多视图立体视觉方法进行密集重建,经尺度变换后,再用泊松表面重建方法进行表面重建,最后通过纹理映射方法重建出真实感强的三维模型。试验分析表明,方法对建筑的重建误差仅为1.5%,能够较好地满足整体震害研究的需要。

关键词：图像三维重建震损建筑三维建模多视图立体视觉泊松表面重建

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无人机集群对地跟踪与多视角图像三维重建

无人机集群对地跟踪与多视角图像三维重建

作者：刘桦辰西安工业大学

学位级别：硕士

作为智能化战争的一种重要作战形式,无人机集群作战突破了单架无人机负载受限和功能单一的局限,与计算机视觉技术的有效结合,使得其在战场感知、智能导航、目标跟踪打击和战场三维重构等方面展现出了巨大的优势,不管是在军用还是在民用... 详细信息

作为智能化战争的一种重要作战形式,无人机集群作战突破了单架无人机负载受限和功能单一的局限,与计算机视觉技术的有效结合,使得其在战场感知、智能导航、目标跟踪打击和战场三维重构等方面展现出了巨大的优势,不管是在军用还是在民用领域,都具有十分重大的研究和应用价值。因此探索具备高精度、高鲁棒性的目标跟踪与图像视觉三维重建算法始终是国内外研究的热门课题之一。本文利用无人机集群已传输回的视频序列与多视角图像序列完成对地面指定目标的跟踪与跟踪场景的复现,针对经典判别式核相关滤波跟踪算法KCF(Kernelized Correlation Filter)存在抗目标遮挡、抗尺度变化性差的问题,与传统增量式SFM(Structure From Motion)稀疏点云重建算法存在特征匹配精确率低、点云重投影误差高的问题提出改进方案。1)针对判别式核相关滤波KCF算法存在的缺陷,引入多特征融合机制,并在此基础上添加尺度滤波器,提高其抗目标遮挡、抗目标尺度变换能力,通过对位置滤波器进行降维和对尺度滤波器响应图子网格进行差值的操作来提升算法执行效率。实验结果表明,改进后的跟踪算法在目标发生遮挡、尺度变换以及短暂丢失视野的情况下,均具备较好的鲁棒性,中心位置误差值(Center Location Error)小于其余参与实验的跟踪器。2)针对经典尺度不变特征提取算法(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)描述子维度过高所导致特征提取效率低的问题,利用加速鲁棒特征提取算法(Speeded Up Robust Features,SURF)进行替代,鉴于随机抽样一致性算法(Random Sampling Consensus,RANSAC)所存在的应用局限性,本文提出了一种K最近邻算法(K-Nearest Neighbor)与渐进一致性采样算法(Progressive Sample Consensus,PROSAC)相结合的误匹配点筛选算法来改进特征点的匹配过程,以获取最优匹配集。实验结果表明,当无人机影像产生尺度、旋转角度、光照亮度与高斯模糊的变换时,改进特征匹配过程后的算法能在更短时间内获得更多数量的正确匹配对,匹配精确率和召回率均优于改进前。3)将本文提出的特征匹配算法应用于改进增量式SFM稀疏点云重建,选择基于面片的PMVS(Patch-based Multiview Stereo)算法将已构建的稀疏点云进一步扩展,稠密点云重建完成后进行可视化处理,最终输出三维模型。利用三组无人机集群所拍摄到的多视角图像数据集进行三维重建对比实验,实验结果表明,当数据集包含大视角、低光照亮度、高相似度和细粒度场景时,改进后的三维重建算法均能较好地还原目标纹理、颜色、轮廓和深度等信息,点云重投影误差小,重建精度和效率均优于传统三维重建算法。

关键词：无人机影像目标跟踪图像三维重建特征提取与匹配运动恢复结构

面向人体头部CT图像三维重建技术研究及可视化系统设计

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面向人体头部CT图像三维重建技术研究及可视化系统设计

作者：方文海西北民族大学

学位级别：硕士

随着计算机技术和医学技术的发展,医学逐渐融入了现代社会,医学图像成为近年来的热门话题。各大医院的医生对三维影像的实际要求越来越高。医学图像处理是医生通过非侵入方式取得人体或人体某部分内部组织影像,并且用于医疗或医学研究... 详细信息

随着计算机技术和医学技术的发展,医学逐渐融入了现代社会,医学图像成为近年来的热门话题。各大医院的医生对三维影像的实际要求越来越高。医学图像处理是医生通过非侵入方式取得人体或人体某部分内部组织影像,并且用于医疗或医学研究技术的过程。计算机断层扫描技术是一种高分辨率且使用范围广泛的医学图像处理技术。由于CT图像的处理较为复杂,很难确定病源的所在位置,而医学图像三维可视化能很好帮助医生实时诊断病情,所以进行CT图像的三维可视化系统研究具有现实意义。人体的头部是关键部位,精确分割区域并进行可视化显示,可推动制定手术前的方案和术中导航。但由于CT图像中存在加性噪声和大量零值像素点,会造成服务器无意义的损耗。因此,开展相关图像的分割及可视化系统性研究在提高医学自动化能力上有重要研究价值。本论文以医学专用头部CT图像作为研究对象,采用MFC和VTK工具包,结合移动立方体法,开展关于CT图像的可视化系统设计:(1)实现CT图像预处理操作并掌握基础知识。先从CT技术的发展和规律入手,了解文件格式类型,对CT图像实现格式转化;通过图像插值填补中间数据,确保形态完整,辨析不同方法的作用;对图像滤波器开展分析,引入滤波处理避免噪声与离散像素的干扰,而形态学运算则是对数据描绘,保全图像最本质结构并去除杂点。用直方图均衡化达到图像增强的作用,这些预处理方式一定程度上保证图像质量,为后期操作打下了基础。(2)研究了医学图像主要的三维重建技术。首先通过图像分割和区域提取得出感兴趣区域,以达到减少后期像素点计算量的目的,为算法重建速度提升奠定基础。三维重建绘制方面,对两种主流重建算法“面绘制”和“体绘制”分析,论述包括移动立方体法、轮廓滤波法和光线投射法,实现不同方法的甄别。重建过程主要以面绘制中的移动立方体算法开展,深入了解运算法则和实现流程,在实验中体现算法的效果。最后结合光线修正模型搭建模拟渲染效果,形成重建实验数据体模型。(3)可视化数据交互验证。以VS2010和VTK5.6可视化库为开发平台,进行序列读取和可视化分析。先实现工具包框架搭建,然后构思系统的整体设计、考虑实验基础架构,明确设计目标、应用结构以及工作流程。后续分模块设计,讨论其背后原理与实现,分为图像读取、图像预处理、图像分割、图像重建、图像交互和后台数据报表这几大类;并将这些内容集成到可视化系统内部并检验;最后通过构造测试用例检验程序的运行结果并分析。经过实验数据表明,三维重建结果能直观显示头部各组织的位置分布,具有较好的精确度,能用于实验仿真和虚拟手术操作。

关键词： CT图像图像分割图像三维重建可视化系统设计

基于Depth from Focus的图像三维重建

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南京航空航天大学学报 2007年第2期39卷 181-186页

作者：王金岩史文华敬忠良上海交通大学空天科学与技术学院上海佳悦数码科技有限公司上海200081

应用改进Laplacian聚焦算子实现序列图像的融合显示,用高斯插值算法得到图像三维重建中的高度图,并设计一种轮廓线算法对高度索引图进行了三维重建;成功地应用于摄像机拍摄序列图像的三维重建,弥补了摄像机物镜焦深范围有限不能采样清... 详细信息

应用改进Laplacian聚焦算子实现序列图像的融合显示,用高斯插值算法得到图像三维重建中的高度图,并设计一种轮廓线算法对高度索引图进行了三维重建;成功地应用于摄像机拍摄序列图像的三维重建,弥补了摄像机物镜焦深范围有限不能采样清晰大幅图像的不足。理论和实验结果证明,用该方法生成的二维融合图像和三维显示图像,恢复出比较精确的物体表面深度信息,提高了图像的清晰度。

关键词：图像融合图像三维重建聚焦深度序列图像

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基于图像三维重建的隧道超欠挖检测方法研究

中南大学学报（自然科学版） 2020年第3期51卷 714-723页

作者：阳军生张宇祝志恒傅金阳谢壮王立川中南大学土木工程学院湖南长沙410075 广州地铁设计研究院股份有限公司广东广州510010 中国铁路成都局集团公司有限公司四川成都610082

提出一种基于图像三维重建的隧道超欠挖检测方法。该方法基于计算机视觉运动恢复结构算法(SFM)和半全局匹配算法(SGM)实现隧道实际开挖轮廓图像三维点云重建,再利用Delaunay三角剖分算法实现隧道实际开挖轮廓三维曲面模型重建,并基于设... 详细信息

提出一种基于图像三维重建的隧道超欠挖检测方法。该方法基于计算机视觉运动恢复结构算法(SFM)和半全局匹配算法(SGM)实现隧道实际开挖轮廓图像三维点云重建,再利用Delaunay三角剖分算法实现隧道实际开挖轮廓三维曲面模型重建,并基于设计开挖轮廓线和中心轴线建立隧道设计开挖轮廓三维曲面模型;以蒙华铁路大围山隧道DK1665+454—DK1665+484作为工程试验段进行现场试验分析,对所提方法有效性进行验证。研究结果表明:通过隧道实际开挖轮廓三维曲面模型与设计的开挖轮廓三维曲面模型比较分析,可实现对不同类型隧道整体超欠挖状况、超欠挖值、超欠挖面积以及超欠挖体积进行检测与评价;隧道设计开挖轮廓三维曲面模型具有数据采集设备简单、不干扰施工、检测范围全面、检测结果准确的特点;图像三维重建检测方法可实现隧道超欠挖准确检测,检测精度与三维激光扫描检测方法的相近,且比传统检测方法的精度高。

关键词：隧道工程超欠挖运动恢复结构半全局匹配三维图像点云图像三维重建

基于图像三维重建的退役零件表面失效特征表征方法

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中国表面工程 2021年第3期34卷 149-158页

作者：张琦张秀芬蔚刚内蒙古工业大学机械工程学院呼和浩特010051 内蒙古自治区先进制造技术重点实验室呼和浩特010051 内蒙古机电职业技术学院呼和浩特010070

退役零件的失效程度是判断其可再制造性的关键因素之一,为克服失效程度难以快速精确量化的问题,提出一种基于图像三维重建的退役零件失效特征表征方法。针对失效特征重建精度要求高的特点,在由运动恢复形状(Shape from motion,SFM)算法... 详细信息

退役零件的失效程度是判断其可再制造性的关键因素之一,为克服失效程度难以快速精确量化的问题,提出一种基于图像三维重建的退役零件失效特征表征方法。针对失效特征重建精度要求高的特点,在由运动恢复形状(Shape from motion,SFM)算法的基础上提出一种自标定全局SFM三维点云重建算法,利用光束平差法优化相机焦距、径向畸变参数,实现了相机自标定,增加了全局SFM算法的鲁棒性;以重建有效三维点数量占比、点云完整度和相机位姿准确度为评价指标,构建了重建精度评价模型,实现了图像三维重建精度的量化评价;提出了退役零件表面失效特征量化方法和实施流程,并定义了失效特征信息计算公式;最后,以电梯导靴为例,对其表面磨损失效特征进行了量化表征。试验结果表明,该方法可以有效地用于毫米级及以上的退役零件表面失效特征的快速量化表征。

关键词：图像三维重建由运动恢复形状(SFM) 退役零件失效特征表征自标定

虚拟中国人女性一号肝脏图像三维重建和虚拟手术的切割

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中华外科杂志 2005年第11期43卷 748-752页

作者：方驰华周五一黄立伟王博亮钟世镇南方医科大学附属珠江医院肝胆外科广州510282 厦门大学计算机科学系南方医科大学临床解剖研究所

目的研究数字化虚拟肝脏三维重建及虚拟肝脏手术的切割。方法采用数字化虚拟中国人女性一号(VirtualChineseHumanFemaleNo.1VCHF1)数据集中所有包含肝脏的连续图像,首先对组织切片图像进行配准后从中分割提取出肝实质、肝静脉、胆管、... 详细信息

目的研究数字化虚拟肝脏三维重建及虚拟肝脏手术的切割。方法采用数字化虚拟中国人女性一号(VirtualChineseHumanFemaleNo.1VCHF1)数据集中所有包含肝脏的连续图像,首先对组织切片图像进行配准后从中分割提取出肝实质、肝静脉、胆管、胆囊等组织的图像信息,然后应用可视化工具包(VisualizationToolkit,VTK)三维重建,建立肝脏表面及内部结构的三维形态模型,并开发一个基于PC机和Windows平台的肝脏三维可视化演示系统。结果在肝脏三维可视化演示系统中,肝脏实体立体感强,可以通过设定肝脏及其管道系统的透明度,以及对模型的放大、缩小和上下左右不同方向的旋转,来观察肝脏及管道结构的立体形态。并可以按任意角度对虚拟的肝脏进行切割和观察切割面结构。结论利用VCHF1数据集中肝脏图像,在VTK基础上开发的基于PC机和Windows平台的肝脏三维可视化演示系统基本达到了比较满意的程度,为今后数字化虚拟肝脏及虚拟各种肝脏手术的研究做了积极探索。

关键词：女性一号图像三维重建切割虚拟手术 Windows平台数字化虚拟中国人三维可视化 Chinese Toolkit Female 组织切片图像可视化工具包肝脏手术 Human 图像信息三维形态内部结构肝脏实体管道系统立体形态肝脏图像

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一种改进的图像三维重建技术研究

激光杂志 2019年第4期40卷 64-67页

作者：朱硕黄新蕊危新宇许树文王晨曦童亚拉湖北工业大学理学院武汉430068

目前图像三维重建得到了广泛应用。摄像机成像仪上的光条纹中心是实现三维重建的重要信息源。针对光条纹中心提取方法中的Steger算法计算量大、运算时间较长的缺陷,本文将GPU多网格(grid)多块(block)多线程(thread)的并行运算优势,与Ste... 详细信息

目前图像三维重建得到了广泛应用。摄像机成像仪上的光条纹中心是实现三维重建的重要信息源。针对光条纹中心提取方法中的Steger算法计算量大、运算时间较长的缺陷,本文将GPU多网格(grid)多块(block)多线程(thread)的并行运算优势,与Steger算法每个像素点卷积运算相互独立的特点相结合,设计了一种利用GPU加速的改进的Steger算法,以减少运算耗时。实验结果表明:GPU下的光条纹提取时间为CPU下的1/16到1/12,大大提高了运算效率,减少了计算时间。

关键词： Steger算法光条纹中心提取 GPU加速图像三维重建

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图像三维重建在输电线路在线监测中的应用

低碳世界 2017年第28期7卷 25-26页

作者：张高林长园深瑞继保自动化有限公司广东深圳518057

在电力系统运行过程中,自然界的因素对电力系统的正常运行产生极大的影响,最为严重的是输电导线覆冰。为了防治覆冰引起安全事故,需要做好输变电设备覆冰的监测和预防工作。本文首先对图像三维重建原理进行了介绍,然后对输电线路覆冰图... 详细信息

在电力系统运行过程中,自然界的因素对电力系统的正常运行产生极大的影响,最为严重的是输电导线覆冰。为了防治覆冰引起安全事故,需要做好输变电设备覆冰的监测和预防工作。本文首先对图像三维重建原理进行了介绍,然后对输电线路覆冰图像三维重建方法进行了介绍,并对应用效果进行了分析。

关键词：图像三维重建输电线路在线监测