SAR三维立体重建实验报告
SAR立体三维重建
姓名： ******* 学号： ********* 班级： ************* 指导教师： ******
1实验目的
1、理解基于合成孔径雷达立体像对的灰度信息进行三维重建的基本原理与方法；
2、了解ERDAS IMAGINE的基本功能，熟练掌握StereoSAR模块的使用方法；
3、理解SAR传感器几何模型及基于地面控制点（Ground Control Points, GCPs）几何模型精化的原理与方法；
4、通过真实SAR像对的数据处理，掌握SAR立体三维重建的基本流程。
2实验数据说明
本实验采用ERDAS IMAGINE软件的示例数据，RADASAT影像StereoSAR_Ref.img和StereoSAR_Match.img，这两景影像分别拍摄于1996年9月24日和1996年9月17日。
3实验原理
经过试验九的操作，使我们对InSAR提取测区DEM有了一定的掌握。而摄影测量中我们也学习了基于立体像对制作测区三维景观图，因此在此次实验中我们利用摄影测量的原理基于SAR影像进行三维重建。
3.1 SAR立体图像的获取
立体图像在摄影测量中称为立体相对。所谓立体相对是由不同摄站摄取的具有一定重叠的两张相片。因此雷达立体图像也可以定义为：由天线位置探测获取的具有一定影像重叠的两幅雷达图像[1]。
雷达立体图像的获取方式有两种：同侧立体观测和异侧立体观测。前者是指飞行器沿着不同的航线飞行（两次飞行方向可以相同或者相反），雷达从地物的
一侧对同一地区成像，同侧立体观测有可分为同一高度和不同高度两类；异侧立体观测是指雷达从地物的两侧分别对同一地区成像。
图 3.1-1 雷达立体图像获取方式
异侧立体观测获取的雷达立体图像视差明显，基高比（摄影基线与航高之比）大，有利于提高地物目标点高程的测量精度。但是地形起伏较大的地区，目标地物在立体像对的两幅图像上的相应影像不仅颜色差异很大，而且由于地形起伏引起的几何变形差异也很大。因为高出地面地物目标的左侧向着左航线的雷达天线，有效反射面积大，影像为浅色调；而对于右航线，该地物目标左侧反射信号弱或者为盲区，所以影像为深色调。同理，地物目标右侧在两幅图像上的色调与地物目标左侧色调刚好相反，由于异侧飞行所获取的雷达立体图像，使一幅图像上的阴影位于地物目标的一侧，而另一幅图像上的阴影在地物目标的另一侧，这就给立体观察与测量带来了极大的困难。另外，采用斜距显示的雷达图像由于地形起伏的影响，同一地物目标在立体像对的两幅图像上的变形差异也很大。因此，异侧(对侧)获取的雷达立体图像，只适于平坦或丘陵而不适合山地的立体观察与测量[2]。
同侧同高度或者不同高度获取的雷达立体图像，视差和基高比虽然比异侧获取的雷达立体图像要小，但两幅图像上相应影像的色调和图像变形差异较小，只要对雷达工作参数进行适当选择，还是能获得较好的立体效应的，故在丘陵地、山地一般都采用同侧获取雷达立体图像进行地物目标的三维定位和立体测图[2]。
3.2 SAR立体图像的视差
SAR立体图像的视差指高出某一基准面的地物目标在两幅图像上的位移差。摄影测量中称之为立体像对的左右视差，是地物目标点高差的反应，由左右视差
可以推算出地物目标点间的高差。雷达图像有地距显示和斜距显示两种方式，因此视差(AP)与高差(Ah)的关系相应地有两种表达方式[3]。
1、地距显示图像的视差与高差关系
对于地距显示的雷达图像，视差（p ?）与高差（h ?）的关系为：
/(''
')h m p c t g c t g θθ?=? （式
3.2-1） 式中，'θ和''θ分别为天线'S 和''S 扫描至地物目标A 的视角，m 为像比例尺分母。
2、斜距显示图片的视差与高差关系
/(cos ''cos ')
h m p θθ?=? （式
3.2-2） 从上面两式中可以看出，高差不仅与视差有关，而且与视角也有关。就视差而言，侧视观测的SAR 立体图像的视差值比同侧观测的立体图的视差值要大，在图像清晰程度相当的情况下，视差值越大，立体观测效果就越好[3]。
3.3 SAR 立体图像的基高比
摄影测量中的基高比指摄影基线(立体像对的两个摄影站间的连线)与航高之比，基高比反应了空间交会图像的好坏，基高比越大，测定地物目标点的高程精度越高。同理，SAR 图像的基高比指两幅图像获取时飞机或者卫星运行轨道间的距离(B)与航高(H)之比。
对于地距显示的SAR 立体图像，其基高比为：
'''B c t g c t g H θθ= （式 3.3-1）
对于斜距显示的SAR 立体图像，其基高比为：
c o s ''c o s 'B H θθ= （式
3.3-2）
无论是地距显示或者斜距显示的SAR 立体图像，异侧观测的SAR 立体图像，其基高比比同侧观测的SAR 立体图像大。这就意味着由异侧观测的SAR 立体图像所测定的地物目标点的高程精度，比同侧观测方式测定的目标点的高程精度高。
3.4 SAR 立体定位原理
利用SAR 图像进行立体定位获取DEM 通常有三种方法:距离-多普勒模型、基于摄影测量理论的等效共线方程模型和视差高程相关模型。在本次试验中我们采用的是摄影测量的方式，即通过定向参数解算、立体交会等环节实心地面的点的定位。
立体SAR 图像定位是利用构成立体的两幅SAR 图像，依据相应的定向参数，由同名像点交会计算出相应地面点的三维坐标。具体的定位流程如图所示：
图 3.4-1 立体SAR 图像定位流程
其中：
1、定向参数通常由地面的控制点根据SAR影像的成像模式来求解，在无法获取地面控制点的情况下，可以通过轨道参数和SAR系统参数等获取定向参数（本此实验中是利用地面控制点获取的定向参数，具体处理流程如图所示）。
图 3.4-2 定向参数解算流程
2、地面点的三维坐标解算是根据SAR成像模式，建立同名像点对应的关系，具体流程如图所示：
图 3.4-3 地面点三维坐标解算流程
3.5 影响SAR立体测量精度的因素
对于SAR立体测量的精度，其影响因素主要包括：定向参数的精度、近距离边量测精度、同名点像点坐标测量精度、立体图像交会角、地形特征等等。
1、定向参数的精度
定向参数的精度主要取决于地面控制点的测量精度，一般如果地面控制点的测量精度高于所要求的精度，则引入地面控制点，否则直接利用传感器平台的轨道参数及求解。
2、近距离边量测的精度
近距离边长的测量误差主要是对定向参数解算精度和前方交会精度产生影响，从而影响SAR立体定位精度。
研究表明，一条航线的近距离边长对一幅雷达影像方位向和距离向误差变化影响很小，对航高的计算值影响相对较大，与此相关的雷达侧视角度和雷达立体交会角对立体定位精度都有不同程度的影响。从理论上来讲，在近距离边长量测误差相同的情况下，异侧立体定位精度比同侧立体高，且侧视角越小越利于高程定位，但侧视角太小会使得雷达图像上存在失真而不利于同名点的量测，导致立体定位精度降低。所以使用SAR立体定位获取DEM，对SAR图像的质量、立体交会角的要求比其他传感器图像都要高。
3、地形特征
地形的不同类型与SAR图像几何特征一样，对于雷达立体定位都是至关重要的，地形特征也是影响雷达立体定位精度的一个重要因素。这里的地形特征主要包括地形坡度因子(slope)和坡度朝向(aspect)。SAR图像获取时，对具有一定坡度的地物目标，在成像时有前坡和背坡两种情况，并且与雷达迭掩、雷达阴影等SAR图像几何畸变特征密切相关。因此，坡度因子和和坡度朝向对雷达立体定位的影响较为复杂，甚至能够引起严重的SAR图像畸变，使影像匹配变得更加困难，从而降低立体定位精度。
4 实验过程
为了能够更好的理解，将ERDAS的IMAGINE StereoSAR DEM模块处理流程展示如图所示：
图4-1 ERDAS IMAGINE StereoSAR DEM 流程图本次实验是在8.7版本上所进行的。
4.1 新建工程
在ERDAS的上方的工具栏中，依次点击：Radar||StereoSAR，得到新建项目
界面如图所示：
图 4.1-1 新建工程
然后再对应的文件夹下创建工程并命名。然后出现立体测图界面如图所示：
在SteroSAR工作面板中，左边竖向列出了数据处理中的每一步名称，同时红色箭头指示的是当前工作的数据处理步骤，在中间部分的是当前处理步骤的基本内容。
其中左侧的进度依次表示：Input（输入影像）、Subset（裁剪）、Despeckle(滤波处理)、Degrade(去噪/第一次降采样处理）、Register(配准)、Match(影像匹配)、Degrade（第二次降采样）Height（高程计算）、
4.2 影像输入
新建项目后，在中间面板区域依次点击两个图标，导入参考影像和匹配影像，导入后在下方会出现影像的基本信息如图所示：
图 4.2-1 影像导入
ERDAS IMAGINE StereoSAR DEM模块允许用地面控制点来纠正传感器参数。由于轨道精度较高，因此，如果没有较高精度的GCPs，不必进行纠正。一般，从1:24000地形图上选取的点或GPS测得的控制点能满足要求。并且，分布均匀的控制点能够得到更好的总体效果和更低的误差。
由于示例数据中有较高精度的GCPs，可以进行轨道纠正。点击中间面板中图标，并在弹出的对话框中选择GCPs File选项，如图所示：
图 4.2-2 加载gcc文件
点击OK之后打开Filename选择对话框，选择StereoSAR_USGS_Ref.gcc文件（地面控制点信息）并打开。如下图所示：
图 4.2-3 GCP采集界面
从下方的工具栏中，依次点击File||Load input，打开StereoSAR_ref_Control.gcc文件（GCP的影像坐标信息，将在X Input、Y Input 列中显示）。然后点击右面工具面板中的几何模型构建按钮，开始平差处理并得到解算精度，如图所示（单位为米）：
图 4.2-4 卫星轨道参数纠正
另一幅影像的轨道纠正类似处理。处理完后点击左下角的按钮执行该操作，在Input进度按钮处出现一个对勾如图所示，表示该操作以完成;
图 4.2-5 Input 进度完成
点击Next进入裁剪步骤。
4.3 裁剪
进入影像裁剪界面如图所示：
图 4.3-1 裁剪界面
裁剪选项使得使用时直观的，没有必要对两幅影像的子集定义精确到相同的区域，大致相同就可以了。该步骤是在两种情况下使用的：一是定义一个较小的影像范围可以用来测试相关参数，进而进行整景影像的计算；二是它可以用来限制两幅影像的范围以及重叠区域。限制输入的范围能够有效的节省数据空间。这里我们进行的是整幅影像，因此不必进行裁剪处理，直接点击执行按钮，得到两幅影像的结果如图所示：
图 4.3-2 ‘裁剪处理’结果
4.4滤波处理
由于SAR影像中含有较多噪声，对影像的配准有一定的影响，因此在配准前需要进行滤波处理来提高配准精度。
在完成影像裁剪之后，在StereoSAR面板中点击Next按钮，进入Despeckle 工作模板如图所示：
图 4.4-1 滤波界面
在Filter中选择滤波模式，在coef of variation中设置变化系数，在Moving Window中选择模板大小，然后执行操作。
影像滤波前后结果如图所示（上面两组为滤波前，下面两组为滤波后）：
图 4.4-2 滤波结果
从理论上说，去噪操作具有两重性。一方面，影像噪声在影像上是不相关的，因为它在两幅影像上都是随机分布的。因此，它仅仅给影像自动相关计算制造麻烦。斑点噪声的存在将使相关处理过程中出现假阳性（False positive）。另一方面，去噪算法的某些低通滤波特性可能会使像对的相似度提高，这有利于自动相关。
4.5 第一次降采样
降采样处理主要有以下几个目的：
1、降低影像分辨率，减少对系统资源的需求，从而从而在后续的处理步骤中缩短处理时间，降低生成中间文件的大小。
2、如果输入影像是单视复影像（Single Look Complex, SLC）,图像在距离向和方位向的分辨率是不一样的。如果想使影像在两个方向的分辨率一样，可以调整y方向的尺度系数来实现。
3、第二，如果数据存储空间或者处理时间有限，降低分辨率可以在降低图像大小的情况下处理整景影像。在这种情况下，将分辨率做2倍或者3倍的采样是适当的。需要注意的是，为了得到最大的精度，推荐使用全分辨率的影像，并对每个像素做相关匹配。
在降采样模板中，选中Degrade后可以设置X、YScale值（进行多视处理），由于本次实验的数据较小可以不进行此操作。选中Rescale to Unsigned 8-bit后点击执行，完成此步骤：
图 4.5-1 第一次降采样界面
降采样得到的结果如图所示：
图 4.5-2 第一次降采样结果
4.6 影像匹配
配准操作通过仿射变换来旋转匹配影像使之与参考影像更好的对齐。目的是调整影像使的影像视差主要分布在距离方向。这将使得匹配时匹配大大减少搜索窗口的大小。这一步的一个输出是X方向和Y方向的最大最小视差偏移（单位为像素）。作业员必须记下这些值，用于在匹配时调整相关系数算子（Correlator）参数文件（.ssc）。这些值对于相关系数算子来说是非常关键的，因此需要在配准这一步正确的获取。
影像配准中连接点的选取主要有两个基本步骤。首先，和其他影像到影像的配准一样，连接点的均匀分布会得到较好的配准结果。其次，由于要得到X方向和Y方向的最大最小视差偏移量，所选的连接点应该在这些具有最大最小视差偏移的地方。
在完成影像降级处理之后，在StereoSAR面板中点击Next进入Register工作模板如图所示：
图 4.6-1 影像匹配界面
然后点击按钮，弹出匹配中同名点选择界面：
图 4.6-2同名点选择界面
在GCP Tool中的File菜单下，选中，Load Reference选项，弹出Filename 选择对话框，选择StereoSAR_Ref_Tie.gcc文件打开，再选择Load Input选项打开StereoSAR_Match_Tie.gcc文件，如下图所示：
图 4.6-3 输入控制点及其坐标
然后在StereoSAR Registion Tool模板中点击按钮计算视差（parallax）值，如下图所示：
图 4.6-4 计算视差
此时得到两幅影像间的仿射变换参数以及在X方向和Y方向的最大最小视差偏移（单位为像素）如上图右侧所示。点击Close关闭StereoSAR Registration Tool模板，其他的相关窗口也随之关闭，此时Register模板中的内容也发生了变化。再在Register模板中点击执行按钮，执行Register操作得到的结果如图所
示：
在执行完匹配后，还需要检查匹配的精度。将两幅影像首先进行保存。在
Register模板底部点击按钮，打开1Mat_register.img配准影像。再在显示配
准影像的Viewer窗口中点击按钮，打开Select Layer To Add对话框，选择
1Ref_despkl.img文件，点击Raster Options标签进入Raster Options面板，取消
Clear Display的选择，点击OK两张影像将在同一Viewer窗口打开。再Viewer 窗口中Utility菜单下选择Swipe，使用Swipe面板中的滚动条浏览影像的配准情况如图所示：
图4.6-6 导入
图 4.6-7 取消Clear Display
在Register模板中点击按钮，进入StereoSAR Stereo Solutions Tool面板检查特征点高程情况，如下图所示：
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 一、实验目的： 1．掌握核磁共振的原理与基本结构； 2．学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析； 3．了解核磁共振在实验中的具体应用； 二、实验原理 核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。 原子核可按I的数值分为以下三类： 1)中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数，另一为基数，则I为半整数，如： I=1/2；1H、13C、15N、19F、31P等； I=3/2；7Li、9Be、23Na、33S等； I=5/2；17O、25Mg、27Al等； I=7/2，9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等。 以自旋量子数I=1/2的原子核（氢核）为例，原子核可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向： 氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： a.与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; b.与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;
正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差：△E= μH0（μ磁矩，H0外磁场强度）。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。三、实验仪器 400MHz超导傅里叶变换核磁共振波谱仪 （仪器型号：AVANCE III 400） 四、仪器构造、组成 1)操作控制台：计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。 计算机主机运行Topspin程序，负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜：AQS（采样控制系统）、BSMS（灵巧磁体系统），VTU（控温单元）、 各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲，并接收，放大，数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作，这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS：这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制，负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统：自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。 本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的
图像三维重建技术
1概述 随着计算机软硬件技术的快速发展，大规模复杂场景的实时绘制已经成为可能，这也加快了虚拟现实技术的发展，又对模型的复杂度和真实感提出了新的要求。虚拟场景是虚拟现实系统的重要组成部分，它的逼真度将直接影响整个虚拟现实系统的沉浸感。客观世界在空间上是三维的，而现有的图像采集装置所获取的图像是二维的。尽管图像中含有某些形式的三维空间信息，但要真正在计算机中使用这些信息进行进一步的应用处理，就必须采用三维重建技术从二维图像中合理地提取并表达这些 三维信息。 三维建模工具虽然日益改进，但构建稍显复杂的三维模型依旧是一件非常耗时费力的工作。而很多要构建的三维模型都存在于现实世界中，因此三维扫描技术和基于图像建模技术就成了人们心目中理想的建模方式；又由于前者一般只能获取景物的几何信息，而后者为生成具有照片级真实感的合成图像提供了一种自然的方式，因此它迅速成为目前计算机图形学领域中的研究热点。 2三维建模技术 三维重建技术能够从二维图像出发构造具有真实感的三维图形，为进一步的场景变化和组合运算奠定基础，从而促进图像和三维图形技术在航天、造船、司法、考古、 工业测量、 电子商务等领域的深入广泛的应用。3基于图像的三维重建技术 基于图像的建模最近几年兴起的一门新技术，它使用直接拍摄到的图像，采用尽量少的交互操作，重建场 景。 它克服了传统的基于几何的建模技术的许多不足，有无比的优越性。传统的三维建模工具虽然日益改进，但构建稍显复杂的三维模型依旧是一件非常耗时费力的工作。考虑到我们要构建的很多三维模型都能在现实世界中找到或加以塑造，因此三维扫描技术和基于图像建模技术就成了人们心目中理想的建模方式；又由于前者一般只能获取景物的几何信息，而后者为生成具有照片级真实感的合成图像提供了一种自然的方式，因此它迅速成为目前计算机图形学领域中的研究热点。 4 基于图像重建几何模型的方法 4.1 基于侧影轮廓线重建几何模型 物体在图像上的侧影轮廓线是理解物体几何形状的 一条重要线索１当以透视投影的方式从多个视角观察某一空间物体时，在每个视角的画面上都会得到一条该物体的侧影轮廓线，这条侧影轮廓线和对应的透视投影中心共同确定了三维空间中一个一般形状的锥体１显然，该物体必将位于这个锥体之内；而所有这些空间锥体的交则构成了一个包含该物体的空间包络１这个空间包络被称为物体的可见外壳，当观察视角足够多时，可见外壳就可以被认为是该物体的一个合理的逼近。鉴于此类算法一般需要大量的多视角图像，因此图像的定标工作就变得非常复杂。 4.2采用立体视觉方法重建几何模型 基于立体视觉重建三维几何是计算机视觉领域中的经典问题，被广泛应用于自动导航装置。近年来，立体视觉 图像三维重建技术 康皓，王明倩，王莹莹 （装甲兵技术学院电子工程系，吉林长春130117） 摘要:基于图像的三维重建属于计算机视觉中的一个重要的研究方向，从提出到现在已有十多年的历史。文章首先对三维重建技术做了详细阐述，并着重从计算机图形学的研究角度对基于图像建模技术进行了综述，介绍了 具有代表性的基于图像建模的方法及其最新研究进展,给出了这些方法的基本原理， 并对这些方法进行分析比较,最后对基于图像建模技术的未来研究给出了一些建议和应解决的问题。关键词:三维建模技术；图像建模技术；计算机图形学；虚拟现实中图分类号：TP271文献标识码：A 文章编号1006-8937（2009）11-0042-02 Three-dimensional image reconstruction technique KANG Hao,WANG Ming-qian,WANG Ying-ying （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｒｍｏｒｅｄＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ１３０１１７，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Image-based Three-dimensional reconstruction is an important research direction in computer vision ,from now more than ten years'history.This article first describes three-dimensional reconstruction technique in detail and review image-based modeling techniques from the perspective of computer graphics research,introduce a representative of the method of image-based modeling and the latest research progress,give the basic principles of these methods,analysis and compare these methods,finally,give a number of recommendations and problems which should be solved on image-based modeling technology for future research. Keywords:three-dimensional modeling techniques;image modeling techniques;computer graphics;virtual reality 收稿日期：2009-03-19 作者简介：康皓（1978-），女，吉林长春人，硕士研究生，讲师，研 究方向：计算机辅助设计与编程。 TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE 2009年6月Jun.2009 企业技术开发 第28卷
阿贝成像原理实验报告
佛山科学技术学院 实验报告 课程名称近代物理实验实验项目阿贝成像原理和空间滤波 专业班级 10物师姓名邓新炬学号 02 仪器组号 指导教师朱星成绩日期 2013年月日
2、关于阿贝成像原理 成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换。第一步把物面光场的空间分布()y x g ,变为频谱面上空间频率分布() y x f f G ,，第二步则是再作一次变换，又将() y x f f G ,还原到空间分布()y x g ,。 3、空间滤波 空间函数变为频谱函数，再变回到空间函数（忽略放大率）。显然如果我们在频谱面（即透镜的后焦面）上放一些不同结构的光阑，以提取（或摒弃）某些频段的物信息，则必然使像面上的图像发生相应的变化，这样的图像处理称为空间滤波，频谱面上这种光阑称为滤波器。滤波器使频谱面上一个或一部分频率分量通过，而挡住其它频率分量，从而改变了像面上图像的频率成分。例如光轴上的圆孔光栏可以作为一个低通滤波器，而圆屏就可以用作为高通滤波器。 四 实验步骤 1、实验光路调节 在光具座上将小圆孔光阑靠近激光管的输出端，上下左右调节激光管，使激光束能穿过小孔；然后移远小孔，如光束偏离光阑，调节激光管的仰俯，再使激光能穿过小孔，重新将光阑移近，反复调节，直至小孔光阑在光具座上平移时，激光束能通过小孔光阑。 2、阿贝成像原理实验 如实验光路图在物平面上放上一维光栅，用激光器发出的细锐光束垂直照到光栅上，用一短焦距薄透镜（6~10cm ）组装一个放大的成像系统，调节透镜位置，使光栅狭缝清晰地成像在像平面屏上，那么在频谱面上的衍射点如图所示。在频谱面上放上可调狭缝或滤波模板，使通过的衍射点如下图所示：（a ）全部；（b ）零级；（c ）零和±1级；分别记录图片信息。 3、阿贝一波特实验（方向滤波） （1）光路不变，将一维光栅的物换成二维正交光栅，在频谱面上可以观察到二维分立的光点阵（频谱），像面上可以看到放大了的正交光栅像，测出像面上的网格间距。 （2）在频谱面放上可旋转狭缝光阑（方向滤波器），在下述情况：（a ）只让光轴上水平的一行频谱分量通过；（b ）只让光轴上垂直的一行频谱分量通过；（c ）只让光轴上45°的一行频谱分量通过。记录像面上的图像变化、像面上条纹间距，并做出适当的解释。 五 实验数据和数据处理 1. 1解释阿贝成像实验
最新核磁共振实验报告
一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解核磁共振的基本原理； （2）学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g 的方法： （3）掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号； （4）测量19F 的g N 因子。 2.实验仪器 NM-Ⅱ型核磁共振实验装置，水 样品和聚四氟乙烯样品。 探测装置的工作原理:图一中绕 在样品上的线圈是边限震荡器电路 的一部分，在非磁共振状态下它处在 边限震荡状态（即似振非振的状态）， 并把电磁能加在样品上,方向与外磁 场垂直。当磁共振发生时，样品中的 粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 原子核自旋角动量不能连续变化，只能取分立值即： P = 其中I 称为自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2，2，5/2，…本实验涉及的质子和氟核 F 19 的自旋量子数I 都等于1/2。类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量不能连续变化，只能取分立的数值 自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩， 其大小为： P 2M e g =μ 核磁共振 实验报告
其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子，对不同种类的原子核g 的数值不同，g 成为原子核的g 因子。由于核自旋角动量在任意给定的z 方向的投影只可能取（2I+1）个分立的数值，因此核磁矩在z 方向上的投影也只能取（2I+1）个分立的数值： 2M e g p 2M e g m z z ==μ 原子核的磁矩的单位为： 2M e N =μ 当不存在外磁场时，原子核的能量不会因处于不同的自旋状态而不同。通常把B 的方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩的相互作用能为： B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=?-= 核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场的频率。量子数m 取值不同，则核磁矩的能量也就不同。原来简并的同一能级分裂为(2I+1)个子能级。不同子能级的能量虽然不同，但相邻能级之间的能量间隔 却是一样的，即： B E γ=? 而且，对于质子而言，I=1/2，因此，m 只能取m=1／2和m= -1/2两个数值。简并能级在磁场中分开。其中的低能级状态,对应E 1=-mB ，与场方向一致的自旋，而高的状态对应于E 2=mB ，与场方向相反的自旋。当核自旋能级在外磁场B 作用下产生分裂以后，原子核在不同能级上的分布服从玻尔兹曼分布。 若在与B 垂直的方向上再施加一个高频电磁场（射频场），且射频场的频率满足一定条件时,会引起原子核在上下能级之间跃迁。这种现象称为共振跃迁（简称共振）。 发生共振时射频场需要满足的条件称为共振条件： B π γν2= 如果用圆频率ω=2πν 表示，共振条件可写成：B γω=
三维重建综述
三维重建综述 三维重建方法大致分为两个部分1、基于结构光的（如杨宇师兄做的）2、基于图片的。这里主要对基于图片的三维重建的发展做一下总结。 基于图片的三维重建方法： 基于图片的三维重建方法又分为双目立体视觉；单目立体视觉。 A双目立体视觉： 这种方法使用两台摄像机从两个(通常是左右平行对齐的，也可以是上下竖直对齐的)视点观测同一物体，获取在物体不同视角下的感知图像，通过三角测量的方法将匹配点的视差信息转换为深度，一般的双目视觉方法都是利用对极几何将问题变换到欧式几何条件下，然后再使用三角测量的方法估计深度信息这种方法可以大致分为图像获取、摄像机标定、特征提取与匹配、摄像机校正、立体匹配和三维建模六个步骤。王涛的毕业论文就是做的这方面的工作。双目立体视觉法的优点是方法成熟，能够稳定地获得较好的重建效果，实际应用情况优于其他基于视觉的三维重建方法，也逐渐出现在一部分商业化产品上;不足的是运算量仍然偏大，而且在基线距离较大的情况下重建效果明显降低。 代表文章：AKIMOIO T Automatic creation of3D facial models1993 CHEN C L Visual binocular vison systems to solid model reconstruction 2007 B基于单目视觉的三维重建方法: 单目视觉方法是指使用一台摄像机进行三维重建的方法所使用的图像可以是单视点的单幅或多幅图像，也可以是多视点的多幅图像前者主要通过图像的二维特征推导出深度信息，这些二维特征包括明暗度、纹理、焦点、轮廓等，因此也被统称为恢复形状法（shape from X） 1、明暗度（shape from shading SFS） 通过分析图像中的明暗度信息，运用反射光照模型，恢复出物体表面法向量信息进行三维重建。SFS方法还要基于三个假设a、反射模型为朗伯特模型，即从各个角度观察，同一点的明暗度都相同的;b、光源为无限远处点光源;c、成像关系为正交投影。 提出：Horn shape from shading：a method for obtaining the shape of a smooth opaque object from one view1970(该篇文章被引用了376次) 发展：Vogel2008年提出了非朗伯特的SFS模型。 优势：可以从单幅图片中恢复出较精确的三维模型。 缺点：重建单纯依赖数学运算，由于对光照条件要求比较苛刻，需要精确知道光源的位置及方向等信息，使得明暗度法很难应用在室外场景等光线情况复杂的三维重建上。 2、光度立体视觉（photometric stereo） 该方法通过多个不共线的光源获得物体的多幅图像，再将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现物体形状的恢复。 提出：Woodham对SFS进行改进（1980年）：photometric method for determining surface orientation from multiple images(该文章被引用了891次) 发展：Noakes：非线性与噪声减除2003年； Horocitz：梯度场合控制点2004年； Tang：可信度传递与马尔科夫随机场2005年； Basri：光源条件未知情况下的三维重建2007年； Sun：非朗伯特2007年； Hernandez：彩色光线进行重建方法2007年；
透射电镜实验报告
透射电镜实验报告 实验报告 课程名称电镜技术成绩姓名学号实验日期 2013.3.27 实验名称透射电子显微镜原理、结构、性能及成像方指导教师 式 一、实验目的与任务 1. 初步了解透射电镜操作过程 2. 初步掌握样品的制样方法(主要是装样过程) 3.拍摄多晶金晶体的低分辨率照片(<300000倍)和高分辨率照片(>300000 倍)，并对相关几何参数、形态给予描述。用能谱分析仪对样品的成分进行分析。 二、实验基本原理 1.仪器原理 透射电子显微镜是以图像方式提供样品的检测结果，其成像的决定因素是样品对入射电子的散射，包括弹性散射和非弹性散射两个过程。样品成像时，未经散射的电子构成背景，而像的衬底取决于样品各部分对电子的不同散射特性。采用不同的实验条件可以得到不同的衬底像，透射电子显微镜不仅能显示样品显微组织的形貌，而且可以利用电子衍射效应同样获得样品晶体学信息。本次实验将演示透射电镜的透射成像方式和衍射成像方式。 (1)成像方式 电子束通过样品进入物镜，在其像面形成第一电子像，中间镜将该像放大，成像在自己的像面上，投影镜再将中间镜的像放大，在荧光屏上形成最终像。 (2)衍射方式
如果样品是晶体，它的电子衍射花样呈现在物镜后焦面上，改变中间镜电流，使其对物镜后焦面成像，该面上的电子衍射花样经中间镜和投影镜放大，在荧光屏上获得电子衍射花样的放大像。 2.仪器结构 主机主要由:照明系统、样品室、放大系统、记录系统四大部分构成。 3.透射电子显微镜的样品制备技术 4.图像观察拍照技术 透射电镜以图像提供实验结果。在观察样品之前对电子光学系统进行调查，包括电子枪及象散的消除。使仪器处于良好状态。观察过程中选合适的加速电压和电流。明场、暗场像及选区电子衍射的观察和操作方法不同，应按况选择。三、实验方法与步骤 1( 登陆计算机 2( 打开操作软件 3( 检查电镜状态 4( 装载样品 5( 插入样品杆 6( 加灯丝电流 7( 开始操作 8( 结束操作 9( 取出样品杆 10( 卸载样品 11( 刻录数据 12( 关闭操作软件 13( 退出计算机
3D立体显示技术综述
3D立体显示技术综述 Tuesday, May 24, 2011 09:44 引言 理想的视觉显示与日常经历中的场景对比，在质量、清晰度和范围方面应该是无法区分的，但是当前的技术还不支持这种高真实度的视觉显示。随着2009年底卡梅隆导演的《阿凡达》热映，三维立体(3D Stereo)显示技术成为目前火热的技术之一，通过左右眼信号分离，在显示平台上能够实现的立体图像显示。立体显示是VR虚拟现实的一个实现沉浸交互的方式之一，3D(3 dimensional)立体显示可以把图像的纵深，层次，位置全部展现，观察者更直观的了解图像的现实分布状况，从而更全面了解图像或显示内容的信息。 电影《阿凡达》热映的后时代，全民步入了3D立体的时代，随着技术的发展和对3D技术关注度的剧增，3D显示技术的普及化应用已进入紧锣密鼓的实用阶段。本文旨在介绍目前各种系统或设备对三维立体实现方式，推广三维立体的认知度。 1、3D立体显示原理 3D立体显示的基本原理如图表1所示。图中表示两眼光轴平行的情况，相当于两眼注视远处。内瞳距（IPD）是两眼瞳孔之间的距离。两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的原因。F是距离人眼较近的物体B上的一个固定点。右面的两眼的视图说明，F点在视图中的位置不同，这种不同就是立体视差。人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。这就是人类的立体视觉，由此获得环境的三维信息。 人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。这时两眼的光轴都通过点F。两个光轴的交角就是图中的会聚角。因为两眼的光轴都通过点F，所以F点在两个视图中都在中心点。这时，与F相比距离人眼更远或更近的其他点，会存在视差。人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。
核磁共振实验报告
应物0903班 核磁共 振实验报告 王文广U8 苏海瑞 U8
核磁共振实验报告 一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象，记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μ和总角动量j P 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比
对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μ和自旋角动量j P 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-== 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场 0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ?，当有外界条 件提供与E ?相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ ?= 的氢核发射能量为h ν的光子，当0= 2B h h γνπ 时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0= 2B h h γνπ 得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差 ()0sin 2m h B B t γωπ +有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式 ()0sin 2m h B B t γωπ +总能成立。如图，
SAR三维立体重建实验报告要点
SAR立体三维重建 姓名： ******* 学号： ********* 班级： ************* 指导教师： ******
1实验目的 1、理解基于合成孔径雷达立体像对的灰度信息进行三维重建的基本原理与方法； 2、了解ERDAS IMAGINE的基本功能，熟练掌握StereoSAR模块的使用方法； 3、理解SAR传感器几何模型及基于地面控制点（Ground Control Points, GCPs）几何模型精化的原理与方法； 4、通过真实SAR像对的数据处理，掌握SAR立体三维重建的基本流程。 2实验数据说明 本实验采用ERDAS IMAGINE软件的示例数据，RADASAT影像StereoSAR_Ref.img和StereoSAR_Match.img，这两景影像分别拍摄于1996年9月24日和1996年9月17日。 3实验原理 经过试验九的操作，使我们对InSAR提取测区DEM有了一定的掌握。而摄影测量中我们也学习了基于立体像对制作测区三维景观图，因此在此次实验中我们利用摄影测量的原理基于SAR影像进行三维重建。 3.1 SAR立体图像的获取 立体图像在摄影测量中称为立体相对。所谓立体相对是由不同摄站摄取的具有一定重叠的两张相片。因此雷达立体图像也可以定义为：由天线位置探测获取的具有一定影像重叠的两幅雷达图像[1]。 雷达立体图像的获取方式有两种：同侧立体观测和异侧立体观测。前者是指飞行器沿着不同的航线飞行（两次飞行方向可以相同或者相反），雷达从地物的
一侧对同一地区成像，同侧立体观测有可分为同一高度和不同高度两类；异侧立体观测是指雷达从地物的两侧分别对同一地区成像。 图 3.1-1 雷达立体图像获取方式 异侧立体观测获取的雷达立体图像视差明显，基高比（摄影基线与航高之比）大，有利于提高地物目标点高程的测量精度。但是地形起伏较大的地区，目标地物在立体像对的两幅图像上的相应影像不仅颜色差异很大，而且由于地形起伏引起的几何变形差异也很大。因为高出地面地物目标的左侧向着左航线的雷达天线，有效反射面积大，影像为浅色调；而对于右航线，该地物目标左侧反射信号弱或者为盲区，所以影像为深色调。同理，地物目标右侧在两幅图像上的色调与地物目标左侧色调刚好相反，由于异侧飞行所获取的雷达立体图像，使一幅图像上的阴影位于地物目标的一侧，而另一幅图像上的阴影在地物目标的另一侧，这就给立体观察与测量带来了极大的困难。另外，采用斜距显示的雷达图像由于地形起伏的影响，同一地物目标在立体像对的两幅图像上的变形差异也很大。因此，异侧(对侧)获取的雷达立体图像，只适于平坦或丘陵而不适合山地的立体观察与测量[2]。 同侧同高度或者不同高度获取的雷达立体图像，视差和基高比虽然比异侧获取的雷达立体图像要小，但两幅图像上相应影像的色调和图像变形差异较小，只要对雷达工作参数进行适当选择，还是能获得较好的立体效应的，故在丘陵地、山地一般都采用同侧获取雷达立体图像进行地物目标的三维定位和立体测图[2]。 3.2 SAR立体图像的视差 SAR立体图像的视差指高出某一基准面的地物目标在两幅图像上的位移差。摄影测量中称之为立体像对的左右视差，是地物目标点高差的反应，由左右视差
凸透镜成像规律实验报告
凸透镜成像规律实验报告 年级班级姓名日期 实验目的： 1．观察凸透镜成缩小实像、放大实像、虚像的条件； 2．加深对实像的理解； 3、认清物距的变化引起像的大小和像距的变化。 实验器材：________，________，________，_________。 实验步骤： 1．凸透镜固定在光具座的中央，蜡烛和光屏放在凸透镜的两侧。点燃蜡烛，使火焰、透镜光屏的中心在同一高度；(注：凸透镜焦距 f =10cm) 2．将蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，移动光屏直到光屏上出现边缘清晰的蜡烛的像为止；记录下蜡烛到凸透镜的距离、像的大小和倒正； 3．将蜡烛向凸透镜移近一段距离，重复上述操作，直到不能在屏上得到蜡烛的像； 4．继续把蜡烛向凸透镜靠近，试着用眼睛观察像在何处？像是怎样的？ 实验数据记录： 实验序号物距像的性质像距 1 2 3 4 5 6 7 ┇
实验结论： 延伸探究： 1、成实像时，固定凸透镜不动分别把蜡烛靠近透镜和远离透镜，观察物距和像距的变化情况，及像的大小变化。 结论：远离时，物距，像距，像，填（增大、减小）靠近时，物距，像距，像，填（增大、减小）2、当凸透镜成实像时，用手或用不透明的物体挡住透镜的上部分或下部分，光屏上的像可能有什么变化？试一试。 3、当凸透镜成实像时，如果把蜡烛和光屏的位置调换下，还能不能成像？成像的特征有没有发生改变？可以用什么知识来解释你看到的现象？ 4、如果在实验时，发现烛焰的像在光屏的下边缘，如果不改变烛焰和屏的位置，只移动透镜，使像移到光屏的中央，那么应将凸透镜向________移动。如果要使像向右移动，那么应该把蜡烛向______移动。 课后思考 1、想一想：光屏的作用是什么？如果将光屏移走，烛焰通过凸透镜还能成实像吗？
三维立体显示技术发展现状与前景分析
三维立体显示技术现状分析与应用前景
目录 引言： (3) 1、三维立体技术概述 (3) 1.1、概念 (3) 1.2、特点 (3) 2、三维立体显示技术研究 (4) 2.1、眼镜式3D (4) 2.1.1、色差式 (4) 2.1.2、互补色 (4) 2.1.3、偏振光 (4) 2.1.4、时分式 (5) 2.2、裸眼式3D (5) 2.2.1、光屏障式 (5) 2.2.2、柱状透镜 (5) 2.2.3、指向光源 (6) 3、三维立体技术应用 (6) 3.1、应用范围 (6) 3.2、目前已存在的 (6) 4、三维立体技术发展存在的问题 (7) 4.1、技术壁垒 (7) 4.2、消费者体验 (7) 5、三维立体技术发展前景 (8) 【参考文献】 (8)
【摘要】本文主要介绍了3D立体技术在商业应用上的发展现状，以及其发展前景。首先介绍了3D立体技术的概念和相关特征，然后简要说明其分类和技术应用，主要介绍了在显示方面的技术，分析了其存在的技术壁垒、发展存在的问题和适用盲区，最后介绍了它的发展前景。 【关键词】3D立体技术显示技术眼睛式裸眼式现状分析发展前景 引言： 随着计算机技术和和网络技术的飞速发展，3D立体的应用研究也越来越受到广泛关注。它已然不止在高科技的商业上层出现，2008年北奥会开幕式的立体卷轴的设计，2010年欧洲出现了第一张3D报纸，同年在国际消费电子展上出现了3D电视，而电影《阿凡达》将全球影视视角提高到三维立体的角度，国内随后也有《龙门飞甲》的3D特效给观众带来了前所未有的体验。日本京都府精华町的东洋纺阪京研究所开发3D电子模特，也将3D技术应用到虚拟服装领域。目前，国内也出现了很多3D特效的商业广告，在昆明就有公交站台广告，一些整形医院也推出了一系列基于三维立体技术的平面广告，满足了消费者对整体或局部立体感的需求。这些都是三维立体技术在生活中的应用。 1、三维立体技术概述 1.1、概念 （1）、三维立体图：是一类能够让人从中感觉到立体效果的平面图像。观察这类图像通常需要采用特殊的方法或借助器材。 (2)、三维立体技术:利用先进的数码合成技术制作神奇三维立体，选择清晰的照片或底片将其扫描到电脑里，直接在电脑里利用专业的三维立体制图软件进行配图和数字处理，用高精度彩喷机打印出来，再用冷裱机装裱即可。 （3）、三维立体显示技术：将三维影像通过一定的手段显示出来，并被观众体验到的技术。 1.2、特点 （1）、视觉上层次分明色彩鲜艳，具有很强的视觉冲击力。 （2）、立体图给人以真实、栩栩如生，人物呼之欲出，有身临其境的感觉，有很高的艺术欣赏价值。 （3）、利用三维立体图像包装企业，使企业形象更加鲜明，突出企业实力和档次，增加影响力
核磁共振成像实验报告
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名 同组者： 教师： 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理； 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法； 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程； 4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一．核磁共振现象 原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强，
持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。 如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后（氢）质子状态 脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间（T1） 90°脉冲停止后，纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态，测量时间距射频脉冲终止的时
三维血管的重建
血管的三维重建 摘要 对于血管的三维重建，本文研究了血管这一类特殊管道的中轴线及其半径的算法，绘制中轴线在XY 、YZ 、ZX 平面的投影图这些问题，问题分为三部分。 针对第一部分，先将100张切片图片在MATLAB 中导出生成0-1矩阵数据，在计算100张切片的最大内切圆半径及对应圆心坐标，为减小误差求100张切片最大内切圆的平均半径41666.29 d 。中轴线的曲线方程可在MATLAB 中拟合得到。 针对第二部分，得到中轴线曲线方程在MATLAB 中绘制出中轴线方程的空间曲线，之后将其投影在XY 、YZ 、ZX 平面上。 针对第三部分，对100张切片进行叠加重合，得到血管的三维立体图，再通过MATLAB 对血管的三维立体图进行优化完成血管的三维重建。 关键词：MATLAB 软件 管道半径中轴线曲线方程
一、问题重述 1.1基本情况 断面可用于了解生物组织、器官等的形态。如果用切片机连续不断地将样本切成数十、成百的平行切片，可依次逐片观察。根据拍照并采样得到的平行切片数字图象，运用计算机可重建组织、器官等准确的三维形态。 1.2相关信息 假设某些血管可视为一类特殊的管道，该管道的表面是由球心沿着某一曲线（称为中轴线）的球滚动包络而成。 现有某管道的相继100张平行切片图象，记录了管道与切片的交。图象文件名依次为0.bmp、1.bmp、…、99.bmp，格式均为BMP，宽、高均为512个象素（pixel）。 取坐标系的Z轴垂直于切片，第1张切片为平面Z=0，第100张切片为平面Z=99。Z=z切片图象中象素的坐标依它们在文件中出现的前后次序为（-256，-256，z），（-256，-255，z），…（-256，255，z）， （-255，-256，z），（-255，-255，z），…（-255，255，z）， …… （255，-256，z），（255，-255，z），…（255，255，z）。 1.3提出的问题 问题一：计算出管道的中轴线与半径，给出具体的算法。 问题二：绘制中轴线在XY、YZ、ZX平面的投影图。 问题三：绘制血管的三维重建立体图。
立体显示技术简介
立体显示技术简介 陈 曦 （四川长虹电器股份有限公司多媒体产业公司四川绵阳 621000） 【 摘 要 】 传统显示技术只显示二维平面的信息，而立体显示技术显示的是物体的深度信息，它利用人眼的立体视觉特性来复现立体图像。本文将对立体显示技术的发展历程、显示原理、常见立体显示技术以及长虹立体显示产品开发历程进行初步的介绍。 【 关键词 】立体显示、光栅法、分时法、分光法 一、引子 随着显示技术的飞速发展，电视机产品正在进行更新换代，以LCD、PDP为代表的新一代高清数字平板显示设备迅速崛起并快速取代了传统的CRT显示设备。这些新的显示技术的应用推广，虽然让电视画面的清晰度和主观效果得到了大幅度的提高，但显示技术仍停留在二维平面显示阶段。 随着3D标准的制定、HDMI1.4版本的发布以及蓝光碟机对3D的支持，3D产业链正在形成。现代显示技术在继数字化、高清化之后，正开始迎来立体化的新一轮升级大发展。美国、日本、韩国等国家或地区纷纷开播3D电视，尤其是2010CES消费电子展上各厂家纷纷推出3D显示设备，以及电影《阿凡达》的上映，在全球迅速掀起3D热潮，包括长虹在内的各大电视厂家纷纷研发出3D电视并上市销售。本文将对立体显示技术的显示原理、常见立体显示技术以及长虹立体显示产品开发历程进行初步的介绍。 二、立体显示原理 研究人员发现，无论用两只眼睛还是只用一只眼睛观察物体均可以获得立体感觉。总的说来，立体视觉的形成因素包括双眼视觉差异、透视感觉、画面细腻程度的差异、光照造成的阴影深浅变化、物体运动导致其大小及角度的变化等。其中双眼视觉差异是获取立体感觉的主要因素，这是由于人的两只眼睛之间存在约65毫米左右的距离，因此在观察物体时，两只眼睛所获取的图像信息会存在一定的细微差异。正是基于双眼视觉差异产生立体感觉的原理，研究者们绞尽脑汁，设计出了多种不同的方法来重现立体图像。 三、常见立体显示技术 常见的立体显示技术主要有分色法、分光法、分时法、分屏法、光栅法以及全息法等。其中分色法、分光法、分时法、分屏法等均需要佩戴专用的眼镜，而光栅法、全息法属于自由立体显示技术，适用于裸眼观看。 通常在发送端用两台或多台摄像机，从不同方位模拟双眼进行摄像，得到具有视觉差异的图像信号，再通过一定的处理方法融合一路信号传送，电视机接收到上述信号后解码还原成分别供两眼观看的图
核磁共振成像实验报告
核磁共振成像实验 【目的要求】 1.学习和了解核磁共振原理和核磁共振成像原理； 2.掌握MRIjx 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程； 【仪器用具】 MRIjx 核磁共振成像仪、计算机、样品（油） 【原 理】 磁共振成像（MRI ）是利用射频电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B 0中的含有自旋不为零的原子核（1H ）的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得物质的组织驰豫信息和氢质子密度信息（采集共振信号），用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建，形成磁共振图像的方法和技术。 具体的讲，核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术。当具有自旋的原子核的磁矩处于静止外磁场中时会产生进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋的原子核会吸收特定频率的无线电射频电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。在停止射频脉冲后，原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被物体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就是做核磁共振成像过程。 MRI 的特点： ● 具有较高的物质组织对比度和组织分辨力，对软组织分辨率极佳，能清晰地显示软组织、软骨结构，解剖结构和医学上的病变形态，显示清楚、逼真。 ● 多方位成像，能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。 ● 多参数成像，获取T 1加权成像（T 1W1）：T 2加权成像（T 2W2）、质子密度加权成像(PDW1)，在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T 1、T 2和PD 的信号对比，在医学上对显示解剖结构和病变敏感。 ● 能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。 ● 以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全、无创。 一、核磁共振原理 产生核磁共振信号必须满足三个基本条件：（1）能够产生共振跃迁的原子核；（2）恒定的静磁场（外磁场、主磁场）B 0；（3）产生一定频率电磁波的交变磁场，射频磁场（RF ）；即：“核”：共振跃迁的原子核；“磁”：主磁场B 0和射频磁场RF ；“共振”：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。 1. 原子核的自旋和磁矩 原子核由质子和中子组成，原子核有自旋运动，可以粗略的理解为原子核绕自身的轴向高速旋转的运动，对应有确定的自旋角动量，反映了原子核的内禀特性。自旋的大小与原子核中的核子数及其分布有关，质子数和中子数均为偶数的原子核，自旋量子数I=0，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。原子核自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I 决定， )(1+=I I l I 。 原子核具有电荷分布，自旋时形成循环电流，产生磁场，形成磁矩，磁矩的方向与自旋角动量方向一致，大小I P γγμ==，P 是角动量，γ是磁旋比，等于
三维重建方法综述
三维重建方法综述 三维重建方法大致分为两个部分1、基于结构光的2、基于图片的。这里主要对基于图片的三维重建的发展做一下总结。基于图片的三维重建方法： 基于图片的三维重建方法又分为双目立体视觉；单目立体视觉。 A双目立体视觉： 这种方法使用两台摄像机从两个(通常是左右平行对齐的，也可以是上下竖直对齐的)视点观测同一物体，获取在物体不同视角下的感知图像，通过三角测量的方法将匹配点的视差信息转换为深度，一般的双目视觉方法都是利用对极几何将问题变换到欧式几何条件下，然后再使用三角测量的方法估计深度信息这种方法可以大致分为图像获取、摄像机标定、特征提取与匹配、摄像机校正、立体匹配和三维建模六个步骤。王涛的毕业论文就是做的这方面的工作。双目立体视觉法的优点是方法成熟，能够稳定地获得较好的重建效果，实际应用情况优于其他基于视觉的三维重建方法，也逐渐出现在一部分商业化产品上;不足的是运算量仍然偏大，而且在基线距离较大的情况下重建效果明显降低。 代表文章：AKIMOIOT Automatic creation of 3D facial models 1993 CHENCL Visual binocular vison systems to solid model reconstruction 2007 B基于单目视觉的三维重建方法: 单目视觉方法是指使用一台摄像机进行三维重建的方法所使用的图像可以是单视点的单幅或多幅图像，也可以是多视点的多幅图像前者主要通过图像的二维特征推导出深度信息，这些二维特征包括明暗度、纹理、焦点、轮廓等，因此也被统称为恢复形状法（shape from X） 1、明暗度（shape from shading SFS） 通过分析图像中的明暗度信息，运用反射光照模型，恢复出物体表面法向量信息进行三维重建。SFS方法还要基于三个假设a、反射模型为朗伯特模型，即从各个角度观察，同一点的明暗度都相同的;b、光源为无限远处点光源;c、成像关系为正交投影。 提出：Horn shape from shading：a method for obtaining the shape of a smooth opaque object from one view 1970(该篇文章被引用了376次) 发展：V ogel2008年提出了非朗伯特的SFS模型。优势：可以从单幅图片中恢复出较精确的三维模型。 缺点：重建单纯依赖数学运算，由于对光照条件要求比较苛刻，需要精确知道光源的位置及方向等信息，使得明暗度法很难应用在室外场景等光线情况复杂的三维重建上。 2、光度立体视觉（photometric stereo） 该方法通过多个不共线的光源获得物体的多幅图像，再将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现物体形状的恢复。 提出：Woodham对SFS进行改进（1980年）：photometric method for determining surface orientation from multiple images(该文章被引用了891次) 发展：Noakes：非线性与噪声减除2003年； Horocitz：梯度场合控制点2004年； Tang：可信度传递与马尔科夫随机场2005年；Basri：光源条件未知情况下的三维重建2007年；Sun：非朗伯特2007年； Hernandez：彩色光线进行重建方法2007年； Shi：自标定的光度立体视觉法2010年。 3、纹理法（shape from texture SFT） 通过分析图像中物体表面重复纹理单元的大小形状，恢复出物体法向深度等信息，得到物体的三维几何模型。