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200706020112-丁江锋-经典图像重建方法

200706020112-丁江锋-经典图像重建方法
200706020112-丁江锋-经典图像重建方法

经典图像重建算法及其在X-CT成像中的应用

摘要:

计算机断层成像( Comp uted Tomo2grap hy ,简称CT) 是一种非侵入式的成像技术,已广泛应用于医学诊断和工业无损检测与质量评价。CT 技术包含了深刻的射线物理原理和数学理论,综合了射线源、辐射探测、数据采集、扫描传动机械、自动控制、图像重建与处理等六大系统技术. 图像重建法之矩阵法是CT早期使用的方法。

引言:

CT即工业计算机断层成像Industrial Computerized Tomography简称,ICT是计算机技术与放射探测技术相结合而形成的一种崭新的数值成像技术工业CT在无损检测NDT与无损评价NDE领域得到了广泛的应用,它在无损的状态下获得被检断面的二维灰度图像,然后以图像的形式清晰准确直观的展现被检物体的内部特征、装配情况、材料密度和缺陷的位置、大小以及性质。工业CT在本质上是一种射线检测技术但与常规的射线检测相比有其独特的优点。

工业CT可以给出被测工件的断层扫描图像,从图像上可以直观地看到目标细节的空间位置、形状、大小,感兴趣的目标不会受到周围其他细节的阻挡,图像容易识别和理解;它没有一般透视照相法普遍存在的影像重叠和模糊,空间分辨率和密度分辨率比常规的射线检测技术高两个数量级。工业CT技术被国际无损检测界公认最佳的无损检测手段。

20世纪的70年代由于计算机技术和放射学的密切接合,产生了图像技术的新一代,其结果人们称之为是医学上的一次革命,这就是计算机断层成像技术(或称断层扫描)。CT 的问世存放射学界引起了爆炸性的轰动,被认为是继伦琴发现X射线后工程界对放射学诊断的又一划时代的贡献。1979年的诺贝尔生理和医学奖破例地授予两位没有专门医学经历的科学家Godfrey.N Housfield与A1Ian MacleodCoormack。从此放射诊断学进入了CT时代。CT 装置很快推广,并在很短期间内获得极大发展。1971年世界上第一台CT系统诞生,1973年美国Mayo Clinic和麻省总医院即相继安继了颅脑CT,1974年美国制成第一代全身CT。此后20多年来CT装置很快得到推广,并获得了极大的发展。从第一台CT机问世至今,CT 设备已从第1代发展至第5代,其各项性能和速度都有了很大提高,扫描时间从4分钟到5分钟缩短到1秒钟甚至更短,最新式的CT机扫描速度可达每秒24层横断面图像,可以跟上血液在器官和组织中的流动,因而可以对心脏作动态检查,后来莱德利设计成功全身CT装置,进一步扩大了CT的检查范围,取得了更大的效益。

除X射线CT外,其他型号的CT也相继问世如单光子发射CT、核磁共振CT等均已付诸临床应用超声CT、微波CT的研究也取得了极大的进展。毫无疑问CT已成为影像诊断学领域中不可缺少的检查手段,计算机断层成像术作为一种高性能的无创伤诊断技术显然已在医学成像领域确定了其不可动摇的地位。

在医学应用中取得成功后,CT技术很快被应用到了工业检测上,发展成为工层扫描成像技术,ICT进入八十年代以来,发达的工业国家已经把X射线或射线的ICT用于航天航空军事冶金机械石油电力地质等产业部门的无损检测及无损评价。从使用的射线源来分工业CT主要分为X射线工业CT和à射线工业CT,à射线源体积小性能稳定而且穿透能力强但X 射线源的能量范围宽检测效率高。

工业CT技术发展非常迅速,1986年美国科学与公司推出由15Mev直线加速器提供的高能X射线,可检测直径2m的断面密度,分辨率达0.1%,最小可测裂纹宽为0.08mm 。1992年美国研究与应用公司推出由60Mev直线加速器提供的高能射线,可检测直径为3.9m 的固体火箭发动机。

我国的CT技术起步较晚于八十年代末才开始研究,到九十年代已逐步把ICT用于无损检测。

不仅如此CT作为一种技术,既有坚实的数学理论为依托,又有现代微电子与计算技术相支撑,必然在其他领域也会得到广泛应用。事实上CT在工业生产上,在地球物理研究上,甚至在农业林业和环境保护方面都已取得了令人瞩目的成果,并展示了美好的前景如用于反应堆组件的无损评估、火箭发动机、导弹等部件及钢板焊缝的无损检测,以及水泥制品的质量检查等扫描仪均能明察秋毫,而常规的无损探伤技术对此则往往不能胜任。

1988年9月清华大学通过了à射线工业CT实验系统研究的博士论文(系

统采用Co60 NaI单探头平行束扫描旋转极坐标重建法)。1991年10月在重庆大学通过了à射线四探头实验系统鉴定,重庆大学ICT研究中心是全国最早从事ICT研究的科研单位之一,在全体科研人员的共同努力下作为火炬计划预备项目的我国第一台实用型à射线工业CT机:XN-1300于1993年5月诞生。重庆大学ICT研究中心经多年研究,现已成功开发出一系列的射线第一、第三代ICT系统,其性能获得业界的好评。2001年通过国家验收的CD-400CG的主要技术指标达到了90年代未国际水平,标志着我国工业CT技术已步入先进国家的行列。

起源: 1917,Radon提出投影重建图像理论,证明二维或三维的物体能通过其投影图的无限集合而唯一地重建出来。由物体的一组横断面的投影来重建图像是一种独特的处理

方法。投影重建图像方法已经广泛应用于放射学、非破坏性工业测试和数据压缩等

领域。CT是图像重建方法在工业无损检测和医学上获得的最重要的应用之一。目

前、图像重建问题依然是CT技术研究的问题之一。经典图像重建算法之矩阵法是

CT研发初期使用的方法。

方法原理:

如图,设物体(为简单起见,设物体为2×2大小像素)各部分的衰减系数都是未知的,根据投影X射线成像的原理,当入射强度为的X射线通过物体之后,检测器获得的射线强度为I,有

如果4个方程独立,则联立求解上方程组,可求出4个μ值。

4个方程都是独立的吗?

(3)+(4)-(2)=(1)

4个方程中有一个可以由其它3个方程的组合给出,即独立方程数少于待求未知数个数。

为此有必要取对角线投影值,增加独立方程数。

将对角线投影加入,取前3个方程,可得4个独立方程,解出u值。

在计算机屏幕上,可以用颜色或灰度来表示u的大小,从而被扫描的物体的切面图像即可显示出来。

但时为求一幅图象,方程组数达到28000个。这表明计算工作量非常巨大。

为获得足够数量的独立方程组需要采集远远大于N2个的投影数据。因为有许多方程是相关的,即产生了冗余。当方程的数量超过未知数个数时,方程组的解未必收敛。为此,人们不断探索新的算法,以解决诸如此类问题。

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

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;

图像超分辨率重建

收稿日期:2008唱08唱21;修回日期:2008唱10唱28 作者简介:王培东(1953唱),男,黑龙江哈尔滨人,教授,硕导,CCF会员,主要研究方向为计算机控制、计算机网络、嵌入式应用技术;吴显伟(1982唱),男(回族),河南南阳人,硕士,主要研究方向为计算机控制技术(wu_xianwei@126.com). 一种自适应的嵌入式协议栈缓冲区管理机制 王培东,吴显伟 (哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,哈尔滨150080) 摘 要:为避免创建缓冲区过程中必须指定大小和多次释放而导致可能的内存泄露和代码崩溃的弊端,提出一种自适应的嵌入式协议栈的缓冲区管理机制AutoBuf。它是基于抽象缓冲区接口而设计的,具有自适应性,支持动态内存的自动分配与回收,同时实现了嵌入式TCP/IP协议栈各层之间的零拷贝通信。在基于研究平台S3C44B0X的Webserver网络数据监控系统上的测试结果表明,该缓冲区的设计满足嵌入式系统网络通信的应用需求,是一种高效、可靠的缓冲区管理机制。 关键词:嵌入式协议栈;抽象缓冲区;零拷贝;内存分配 中图分类号:TP316 文献标志码:A 文章编号:1001唱3695(2009)06唱2254唱03doi:10.3969/j.issn.1001唱3695.2009.06.077 Designandimplementationofadaptivebufferforembeddedprotocolstack WANGPei唱dong,WUXian唱wei (CollegeofComputerScience&Technology,HarbinUniversityofScience&Technology,Harbin150080,China) Abstract:Toavoidtraditionalmethodofcreatingbuffer,whichmusthavethesizeofbufferandfreememoryformanytimes,whichwillresultinmemoryleaksandcodescrash.ThispaperproposedaflexiblebuffermanagementmechanismAutoBufforembeddednetworkprotocolstack.Itwasadaptiveandscalableandbasedonanabstractbufferinterface,supporteddynamicme唱moryallocationandbackup.ByusingtheAutoBufbuffermanagementmechanismwithdatazerocopytechnology,itimplementedtotransferdatathroughtheembeddednetworkprotocolstack.ThemanagementmechanismhadbeenappliedtotheWebserversystembaseonS3C44b0Xplatformsuccessfully.Theresultsinrealnetworkconditionshowthatthesystemprovidesagoodper唱formanceandmeetsthenecessaryofembeddednetworksystem.Keywords:embeddedstack;abstractbuffer;zero唱copy;memoryallocation 随着网络技术的快速发展,主机间的通信速率已经提高到了千兆数量级,同时多媒体应用还要求网络协议支持实时业务。嵌入式设备网络化已经深入到日常生活中,而将嵌入式设备接入到互联网需要网络协议栈的支持。通过分析Linux系统中TCP/IP协议栈的实现过程,可以看出在协议栈中要有大量数据不断输入输出,而管理这些即时数据的关键是协议栈中的缓冲区管理机制,因此对嵌入式协议栈的缓冲区管理将直接影响到数据的传输速率和安全。通用以太网的缓冲区管理机制,例如4.4BSDmbuf [1] 和现行Linux系统中的sk_buf [2] 多是在大内存、 高处理速率的基础上设计的,非常庞大复杂。由于嵌入式设备的硬件资源有限,特别是可用物理内存的限制,通用的协议栈必然不适用于嵌入式设备,在应用时要对标准的TCP/IP协议进行裁剪 [3] 和重新设计缓冲区管理机制。 1 缓冲区管理机制的性能需求分析 缓冲区管理 [4] 是对内存提供一种统一的管理手段,通过该 手段能够对可用内存提供分配、回收、数据操作等行为。内存的分配操作是根据一定的内存分配策略从缓冲区中获得相应大小的内存空间;缓冲区的数据操作主要是向缓冲区写数据,从缓冲区读数据,在缓冲区中删除数据,对空闲的内存块进行合并等行为;内存的回收就是将已空闲的内存重新变为可用内存,以供存 储其他新的数据。 为了满足长度不一的即时数据的需求,缓冲区对内存的操作主要集中在不断地分配、回收、合并空闲的内存块等操作。因为网络中的数据包小到几个字节大到几千个字节,不同长度的数据对内存的需求必然不同。现存嵌入式设备中的内存多是以物理内存,即实模式形式存在的,没有虚拟内存的形式,对内存的操作实际是操作真实的物理内存,所以对内存操作要特别谨慎。在传统使用动态分配的缓冲区(通过调用malloc()/free())在函数之间传递数据。尽管该方法提供了灵活性,但它也带来了一些性能影响。首先考虑对缓冲区的管理(分配和释放内存块)。如果分配和释放不能在相同的代码位置进行,那么必须确保在某个内存块不再需要时,释放一次(且仅释放一次)该内存块是很重要的,否则就会导致内存泄露。其次是必须确定缓冲区的大小才能分配该内存块。然而,确定数据大小并非那么容易,传统做法是采用最大的数据尺寸的保守估计。而采用保守估计预分配的内存大小总是远超过实际需要的大小,而且没有一定的范围标准,这样难免会导致资源的严重浪费。 随着数据在协议栈中的不断流动,内存块的多次释放和多次分配是难以避免的,而保守估计对于有限的资源来说又是一种浪费的策略。因此为了能有效地利用资源,设计一种可自控的、不用预判断大小的数据缓冲区接口就势在必行。 第26卷第6期2009年6月  计算机应用研究 ApplicationResearchofComputers Vol.26No.6Jun.2009

遥感卫星图像处理方法

北京揽宇方圆信息技术有限公司 遥感卫星图像处理方法 随着遥感技术的快速发展,获得了大量的遥感影像数据,如何从这些影像中提取人们感兴趣的对象已成为人们越来越关注的问题。但是传统的方法不能满足人们已有获取手段的需要,另外GIS的快速发展为人们提供了强大的地理数据管理平台,GIS数据库包括了大量空间数据和属性数据,以及未被人们发现的存在于这些数据中的知识。将GIS技术引入遥感图像的分类过程,用来辅助进行遥感图像分类,可进一步提高了图像处理的精度和效率。如何从GIS数据库中挖掘这些数据并加以充分利用是人们最关心的问题。GIS支持下的遥感图像分析特别强调RS和GIS的集成,引进空间数据挖掘和知识发现(SDM&KDD)技术,支持遥感影像的分类,达到较好的结果,专家系统表明了该方法是高效的手段。 遥感图像的边缘特征提取观察一幅图像首先感受到的是图像的总体边缘特征,它是构成图像形状的基本要素,是图像性质的重要表现形式之一,是图像特征的重要组成部分。提取和检测边缘特征是图像特征提取的重要一环,也是解决图像处理中许多复杂问题的一条重要的途径。遥感图像的边缘特征提取是对遥感图像上的明显地物边缘特征进行提取与识别的处理过程。目前解决图像特征检测/定位问题的技术还不是很完善,从图像结构的观点来看,主要是要解决三个问题:①要找出重要的图像灰度特征;②要抑制不必要的细节和噪声;③要保证定位精度图。遥感图像的边缘特征提取的算子很多,最常用的算子如Sobel算子、Log算子、Canny算子等。 1)图像精校正 由于卫星成像时受采样角度、成像高度及卫星姿态等客观因素的影响,造成原始图像非线性变形,必须经过几何精校正,才能满足工作精度要求一般采用几何模型配合常规控制点法对进行几何校正。 在校正时利用地面控制点(GCP),通过坐标转换函数,把各控制点从地理空间投影到图像空间上去。几何校正的精度直接取决于地面控制点选取的精度、分布和数量。因此,地面控制点的选择必须满足一定的条件,即:地面控制点应当均匀地分布在图像内;地面控制点应当在图像上有明显的、精确的定位识别标志,如公路、铁路交叉点、河流叉口、农田界线等,以保证空间配准的精度;地面控制点要有一定的数量保证。地面控制点选好后,再选择不同的校正算子和插值法进行计算,同时,还对地面控制点(GCPS)进行误差分析,使得其精度满足要求为止。最后将校正好的图像与地形图进行对比,考察校正效果。 2)波段组合及融合 对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。包括选取最佳波段,从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合,使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性,又有丰富的光谱信息,从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。 3)图像镶嵌

基于MATLAB的CT图像三维重建的研究与实现

基于MATLAB的CT图像三维重建的研究与实现 作者:张振东 来源:《电子世界》2013年第03期 【摘要】介绍了利用MATLAB软件对CT切片图像进行三维重建的方法与程序实现。分别对体绘制法、面绘制法实现的三维重建进行了研究与讨论。利用MATLAB软件制作GUI界面,实现对肺部CT图像的三维重建以及切分操作。 【关键词】体绘制;面绘制;三维重建;GUI界面 CT(Computed Tomography)技术是指利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的扫描方式。自从CT被发明后,CT已经变成一个医学影像重要的工具,虽然价格昂贵,医用X-CT至今依然是诊断多种疾病的黄金准则。利用X射线进行人体病灶部位的断层扫描,可以得到相应的CT切片图像。医生可以通过对连续多张CT切片图像的观察,来确定有无病变。应用三维重建技术可以将连续的二维CT切片图像合成三维可视化图像,便于观察研究。医学图像的三维建在判断病情、手术设计、医患沟通和医学教学等方面具有很高的研究价值。CT图像通常是以DICOM格式存储,实验中通常需要转换格式。本文分别研究讨论了利用MATLAB软件实现对JPG格式的CT切片三维重建的两种常用方法,并制作GUI界面实现切分操作。 1.MATLAB软件在生物切片图像三维重建中的应用 MATLAB7.O提供了20类图像处理函数,涵盖了图像处理包括近期研究成果在内的几乎所有的技术方法,是学习和研究图像处理的人员难得的宝贵资料和加工工具箱。 Matlab软件环境提供了各种矩阵运算、操作和图象显现工具。它已经在生物医学工程,图象处理,统计分析等领域得到了广泛的应用。在三维重建方面,使用的数据量相对较大,同时涉及到大量的矩阵、光线、色彩、阴影和观察视角的计算,对于非计算机专业研究人员来讲,难度很大。利用MATLAB软件中的图像处理函数、工具箱操作,可以大大简化研究。 2.常用的三维重建方法 2.1 面绘制 面绘制法是指利用几何单元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构,实现三维重建,也被称为间接绘制方法。

CT图像三维重建(附源码)

程序流图: MATLAB 源码: clc; clear all; close all; % load mri %载入mri 数据,是matlab 自带库 % ph = squeeze(D); %压缩载入的数据D ,并赋值给ph ph = phantom3d(128); prompt={'Enter the Piece num(1 to 128):'}; %提示信息“输入1到27的片的数字” name='Input number'; %弹出框名称 defaultanswer={'1'}; %默认数字 numInput=inputdlg(prompt,name,1,defaultanswer) %弹出框,并得到用户的输入信息 P= squeeze(ph(:,:,str2num(cell2mat(numInput))));%将用户的输入信息转换成数字,并从ph 中得到相应的片信息P imshow(P) %展示图片P D = 250; %将D 赋值为250,是从扇束顶点到旋转中心的像素距离。 dsensor1 = 2; %正实数指定扇束传感器的间距2 F1 = fanbeam(P,D,'FanSensorSpacing',dsensor1); %通过P ,D 等计算扇束的数据值 dsensor2 = 1; %正实数指定扇束传感器的间距1 F2 = fanbeam(P,D,'FanSensorSpacing',dsensor2); %通过P ,D 等计算扇束的数据值 dsensor3 = 0.25 %正实数指定扇束传感器的间距0.25 [F3, sensor_pos3, fan_rot_angles3] = fanbeam(P,D,... 'FanSensorSpacing',dsensor3); %通过P ,D 等计算扇束的数据值,并得到扇束传感器的位置sensor_pos3和旋转角度fan_rot_angles3 figure, %创建窗口 imagesc(fan_rot_angles3, sensor_pos3, F3) %根据计算出的位置和角度展示F3的图片 colormap(hot); %设置色图为hot colorbar; %显示色栏 xlabel('Fan Rotation Angle (degrees)') %定义x 坐标轴 ylabel('Fan Sensor Position (degrees)') %定义y 坐标轴 output_size = max(size(P)); %得到P 维数的最大值,并赋值给output_size Ifan1 = ifanbeam(F1,D, ... 'FanSensorSpacing',dsensor1,'OutputSize',output_size); %根据扇束投影数据F1及D 等数据重建图像 figure, imshow(Ifan1) %创建窗口,并展示图片Ifan1 title('图一'); disp('图一和原图的性噪比为:'); result=psnr1(Ifan1,P); Ifan2 = ifanbeam(F2,D, ... 'FanSensorSpacing',dsensor2,'OutputSize',output_size); %根据扇束投影数据F2及D 等数据重建图像 figure, imshow(Ifan2) %创建窗口,并展示图片Ifan2 disp('图二和原图的性噪比为:'); result=psnr1(Ifan2,P); title('图二'); Ifan3 = ifanbeam(F3,D, ... 生成128的输入图片数字对图片信息进行预处 用函数fanbeam 进行映射,得到扇束的数据,并用函数ifanbeam 根据扇束投影数据重建图像,并计算重建图像和原图的 结束

插件修复遥感图像方法

遥感影像条带修复2015/10/9

目录 一.技术流程图 (2) 二.目的及内容 (2) 2.1 目的 (2) 2.2 内容 (2) 三.数据下载 (3) 四.添加补丁 (3) 五.去条带 (4) 5.1. landsat_gapfill插件去条带 (4) 5.2. tm_destripe插件去条带 (6) 六.分析 (9) 七.总结 (10)

一.技术流程图 图1 技术流程图二.目的及内容 2.1 目的 学会下载LANDSAT_7 ETM+影像和修复条带2.2 内容 (1)LANDSAT_7 ETM+影像下载 (2)tm_destripe插件修复条带 (3)landsat_gapfill插件修复条带

三.数据下载 到地理空间数据云下载行列号为118 038的上海部分影像,时间为2013年5月1日,经度为121.92,纬度为31.73,云量为0,如图2所示。 图2landsat数据信息 由于Landsat-7 ETM+机载扫描行校正器(SLC)故障导致2003年5月31日之后获取的图像出现了数据条带丢失,严重影响了Landsat ETM遥感影像的使用。因此需要对LANDSAT-7 ETM+影像进行去条带处理,以方便对影像信息的提取及研究分析。 四.添加补丁 ENVI去条带补丁有tm_destripe和landsat_gapfill,常用的补丁为tm_destripe。将补丁插件添加到根目录对应文件夹下, ENVI4.8为:C:\Program Files (x86)\ITT\IDL\IDL80\products\envi48\save_add,ENVI5.1为:C:\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\save_add 重启ENVI软件,即可使用去条带插件。

机器视觉—三维重建技术简介

三维重建技术简介 一、视觉理论框架 1982年,Marr立足于计算机科学,首次从信息处理的角度系统的概括了心理生理学、神经生理学等方面已经取得的重要成果,提出了一个迄今为止比较理想的视觉理论框架。尽管Marr提出的这个视觉理论框架仍然有可以进行改进和完善的瑕疵,但是在近些年,人们认为,计算机视觉这门学科的形成和发展和该框架密不可分。 第一方面,视觉系统研究的三个层次。 Marr认为,视觉是一个信息处理系统,对此系统研究应分为三个层次:计算理论层次,表示与算法层次,硬件实现层次,如下图所示: 计算机理论层次是在研究视觉系统时首先要进行研究的一层。在计算机理论层次,要求研究者回答系统每个部分的计算目的与计算策略,即视觉系统的输入和输出是什么,如何由系统的输入求出系统的输出。在这个层次上,将会建立输入信息和输出信息的一个映射关系,比如,系统输入是二维灰度图像,输出则是灰度图像场景中物体的三维信息。视觉系统的任务就是研究如何建立输入输出之间的关系和约束,如何由二维灰度图像恢复物体的三维信息。 在表示与算法层次,要给出第一层中提到的各部分的输入信息、输出信息和内部信息的表达,还要给出实现计算理论所对应的功能的算法。对于同样的输入,如果计算理论不同,可能会产生不同的输出结果。 最后一个层次是硬件实现层次。在该层次,要解决的主要问题就是将表示与算法层次所提出的算法用硬件进行实现。 第二方面,视觉信息处理的三个阶段。 Marr认为,视觉过程分为三个阶段,如表所示:

第一阶段,也称为早期阶段,该阶段是求取基元图的阶段,该阶段对原始图像进行处理,提取出那些能够描述图像大致三维形状二维特征,这些特征的集合构成所构成的就是基元图(primary sketch)"。 第二阶段也称中期阶段,是对环境的2.5维描述,这个阶段以观察者或者摄像机为中心,用基元图还原场景的深度信息,法线方向(或一说物体表面方向)等,但是在该阶段并没有对物体进行真正的三维恢复,因此称为2.5维。 第三阶段也称为后期阶段,在一个固定的坐标系下对2.5维图进行变换,最终构造出场景或物体的三维模型。 二、三维重建技术现状 目前三维重建的方法大致可分为三类,即:用建模软件构造的方式,多幅二维图像匹配重建的方式以及三维扫描重建的方式。 对于第一种方式,目前使用比较广泛的是3D Max, Maya, Auto Cad以及MultiGen-Creator等软件。这些三维建模软件,一般都是利用软件提供的一些基本几何模型进行布尔操作或者平移旋转缩放等操作,来创建比较复杂的三维模型。这样所构建出来的模型,比较美观,而且大小比例等非常精确。然而,这需要建模者精确知道三维场景的尺寸、物体位置等信息,如果没有这些信息,就无法建立精准的模型。 第二种方式是利用实时拍摄的图像或者视频恢复场景的三维信息。这种方式是基于双目立体视觉,对同一物体拍摄不同角度的图像,对这些图像进行立体匹

图像超分辨率重建处理算法研究概要

第4l卷第ll期 2011年11月 激光与红外 LASER &INFRARED V01.41,No.11 November,2011 文章编号:1001-5078(201111-1278-04 图像超分辨率重建处理算法研究 ?图像与信号处理? 万雪芬1,杨义2,崔剑3 (1.华北科技学院,河北三河065201;2.东华大学,上海201620;3.北京航空航天大学,北京100191 摘要:超分辨算法为实现图像和视频分辨率提高的一种方法。其广泛应用于数字电视、医学图像处理、军事与遥感等领域。超分辨率图像通过融合多帧相似的低分辨率图像达到提高图像细节的目的。本文对使用较为普遍的频域方法、非均匀差值算法、凸集投影算法、迭代反投 影算法、最大后验概率方法及基于学习的方法进行了分析,并简要讨论了超分辨算法未来的发展方向。 关键词:图像处理;超分辨率;低分辨率重建 中图分类号:TP751文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001-5078.2011.11.023 Research on super-resolution image reconstruction WAN Xue—fenl,YANG Yi2,CUI Jian3

(I.Nordl China Institute of Science and Technology,Sanhe 065201,China;2.Donghua University,Shanghai 201620,China; 3.Beihang University,Beijing 100191,China Abstract:Super-resolution image reconstruction is a technique to reconstruct high resolution image or video from a 8e- quence of low resolution images.It has been widely used in digital TV,medicinal processing,military and remote剐m8一 ing.The super resolution method is summarized in this paper.Some super resolution image reconstructions ale dis— cussed for super-resolution image reconstruction.The tendency and development prospect a弛also discussed. Key words:image processing;super resolution;low resolution image reconstruction l 引言 近年来,数字图像采集技术已被广泛应用于工控、安监、军事与消费等领域。但由于价格成本因素限制,很多情况下通过低端图像采集设备获得的图片质量与分辨率较低,往往不能满足实际的要求。利用一系列相似的低分辨的图像,经过超分辨率技术的处理,可以得到一幅分辨率较高、包含信息较多的图像。这个处理过程就是超分辨率重建。采用超分辨率技术可以在不更换原有设备的前提下,提高图像的分辨率、改善图像的质量。 超分辨率技术用途较为广泛。在数字电视领域,可以利用超分辨率重建技术将数字电视信号转化为与高清晰度电视接收机相匹配的信号,提高观众的体验。在医疗领域,提高医学图像的分辨率,可以帮助医生做出正确的诊断。在军事、气象领域,通过侦查卫星与气象卫星获得图片的分辨率通常难以达到人们期望的分辨率级别,使用超分辨率技术,通过对观测结果做后期处理,可以更好地识别目标,更好地服务于军事安全和日常生活。

CT图像三维重建(附源码)

程序流图: MATLAB 源码: clc; clear all; close all; % load mri %载入mri 数据,是matlab 自带库 % ph = squeeze(D); %压缩载入的数据D ,并赋值给ph ph = phantom3d(128); prompt={'Enter the Piece num(1 to 128):'}; %提示信息“输入1到27的片的数字” name='Input number'; %弹出框名称 defaultanswer={'1'}; %默认数字 numInput=inputdlg(prompt,name,1,defaultanswer) %弹出框,并得到用户的输入信息 P= squeeze(ph(:,:,str2num(cell2mat(numInput))));%将用户的输入信息转换成数字,并从ph 中得到相应的片信息P imshow(P) %展示图片P D = 250; %将D 赋值为250,是从扇束顶点到旋转中心的像素距离。 生成128的图片信息 输入图片数字选择 对图片信息进行预处理,并进行展示 用函数fanbeam 进行映射,得到扇束的数据,并展示 用函数ifanbeam 根据扇 束投影数据重建图像,并 展示 计算重建图像和原图的性噪比,并进行输出 结束

dsensor1 = 2; %正实数指定扇束传感器的间距2 F1 = fanbeam(P,D,'FanSensorSpacing',dsensor1); %通过P,D等计算扇束的数据值 dsensor2 = 1; %正实数指定扇束传感器的间距1 F2 = fanbeam(P,D,'FanSensorSpacing',dsensor2); %通过P,D等计算扇束的数据值 dsensor3 = 0.25 %正实数指定扇束传感器的间距0.25 [F3, sensor_pos3, fan_rot_angles3] = fanbeam(P,D,... 'FanSensorSpacing',dsensor3); %通过P,D等计算扇束的数据值,并得到扇束传感器的位置sensor_pos3和旋转角度fan_rot_angles3 figure, %创建窗口 imagesc(fan_rot_angles3, sensor_pos3, F3) %根据计算出的位置和角度展示F3的图片 colormap(hot); %设置色图为hot colorbar; %显示色栏 xlabel('Fan Rotation Angle (degrees)') %定义x坐标轴 ylabel('Fan Sensor Position (degrees)') %定义y坐标轴 output_size = max(size(P)); %得到P维数的最大值,并赋值给output_size Ifan1 = ifanbeam(F1,D, ... 'FanSensorSpacing',dsensor1,'OutputSize',output_size); %根据扇束投影数据F1及D等数据重建图像 figure, imshow(Ifan1) %创建窗口,并展示图片Ifan1 title('图一'); disp('图一和原图的性噪比为:'); result=psnr1(Ifan1,P); Ifan2 = ifanbeam(F2,D, ... 'FanSensorSpacing',dsensor2,'OutputSize',output_size); %根据扇束投影数据F2及D等数据重建图像 figure, imshow(Ifan2) %创建窗口,并展示图片Ifan2 disp('图二和原图的性噪比为:'); result=psnr1(Ifan2,P); title('图二'); Ifan3 = ifanbeam(F3,D, ... 'FanSensorSpacing',dsensor3,'OutputSize',output_size); %根据扇束投影数据F3及D等数据重建图像 figure, imshow(Ifan3) %创建窗口,并展示图片Ifan3 title('图三'); disp('图三和原图的性噪比为:');

【CN110148085A】人脸图像超分辨率重建方法及计算机可读取的存储介质【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910323776.X (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 智慧眼科技股份有限公司 地址 100193 北京市海淀区昆明湖南路51 号中关村军民融合产业园C座207 (72)发明人 刘蒸蒸 刘伟华  (74)专利代理机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 43211 代理人 刘宏 (51)Int.Cl. G06T 3/40(2006.01) (54)发明名称 人脸图像超分辨率重建方法及计算机可读 取的存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种人脸图像超分辨率重建 方法。本发明的人脸图像超分辨率重建方法,独 创性地提取了两种人脸语义先验知识,将两种人 脸先验信息和人脸超分辨率重建网络的编码部 分拼接合并后作为人脸超分辨率重建网络的解 码部分的输入,确保了重构的人脸图像包含更多 的人脸先验信息,并且将人脸超分辨率重建网络 和多任务人脸语义先验知识提取网络共同作为 生成对抗网络的生成器,使得重建后的高分辨率 人脸图像更加真实逼真,执行速度也很快,对于 不同程度低分辨率的人脸图像都具有良好的鲁 棒性。本发明的人脸图像超分辨率重建方法,对 于由于采集设备和环境以及网络传输介质、图像 压缩等因素引起的低分辨率图像的超分辨率重 建具有良好的应用效果。权利要求书3页 说明书8页 附图5页CN 110148085 A 2019.08.20 C N 110148085 A

1.一种人脸图像超分辨率重建方法,用于对低分辨率人脸图像进行超分辨率重建处理,其特征在于, 包括以下步骤: 步骤S1:采用多任务人脸语义先验知识提取网络提取低分辨率人脸图像的两种人脸先验信息,两种人脸先验信息分别为face parsing maps和face landmark heatmaps; 步骤S2:构建人脸超分辨率重建网络,人脸超分辨率重建网络包括解码部分和编码部分; 步骤S3:将提取的两种人脸先验信息和人脸超分辨率重建网络的编码部分拼接合并后作为人脸超分辨率重建网络的解码部分的输入; 步骤S4:将人脸超分辨率重建网络的解码部分和编码部分、以及多任务人脸语义先验知识提取网络共同作为生成对抗网络的生成器G,并构建判别器D进行对抗训练,同时构建人脸超分辨率重建网络的整体损失函数; 步骤S5:输入低分辨率人脸图像并采用Adam最优化方法迭代更新人脸超分辨率重建网络的参数; 步骤S6:重复执行步骤S5直至整体损失函数收敛,并保存网络模型和参数。 2.如权利要求1所述的人脸图像超分辨率重建方法,其特征在于, 所述步骤S1中的多任务人脸语义先验知识提取网络通过以下步骤构建: 步骤S11:采用3个Residual模块和2个Hour -Glass模块并结合skip connection机制构建多任务人脸语义先验知识提取网络; 步骤S12:初始化多任务人脸语义先验知识提取网络的参数,并构建基于像素级别L2范数的损失函数,然后采用Adam最优化方法训练网络,保存训练好的模型。 3.如权利要求2所述的人脸图像超分辨率重建方法,其特征在于, 所述基于像素级别L2范数的损失函数为 其中,p truth 表示真实的人脸先验信息,p estimate 表示多任务人脸语义先验知识提取网络估计的人脸先验信息。 4.如权利要求2所述的人脸图像超分辨率重建方法,其特征在于, 所述步骤S11具体包括以下步骤: 步骤S111:先利用双线性插值算法对输入的低分辨率人脸图像进行重建,再将重建后得到的人脸图像输入至卷积核为7*7、步长为2的“CONV -BN -ReLU ”卷积结构,“CONV -BN -ReLU ”卷积结构输出人脸图像; 步骤S112:将“CONV -BN -ReLU ”卷积结构输出的人脸图像输入至3个Residual模块,Residual模块的卷积核为3*3、步长为1,Residual模块输出人脸图像; 步骤S113:将Residual模块输出的人脸图像输入至2个Hour -Glass模块,Hour -Glass模块输出人脸图像; 步骤S114:采用两个单独的1*1卷积核对Hour -Glass模块输出的人脸图像进行多任务人脸语义先验信息提取,分别输出表示face parsing maps的特征图和表示face landmark 权 利 要 求 书1/3页2CN 110148085 A

遥感图像处理方法

遥感图像处理方法 随着遥感技术的快速发展,人们已经从遥感集市中获得了大量的遥感影像数据,如何从这些影像中提取人们感兴趣的对象已成为人们越来越关注的问题。但是传统的方法不能满足人们已有获取手段的需要,另外GIS的快速发展为人们提供了强大的地理数据管理平台,GIS数据库包括了大量空间数据和属性数据,以及未被人们发现的存在于这些数据中的知识。将GIS技术引入遥感图像的分类过程,用来辅助进行遥感图像分类,可进一步提高了图像处理的精度和效率。如何从GIS数据库中挖掘这些数据并加以充分利用是人们最关心的问题。GIS支持下的遥感图像分析特别强调RS和GIS的集成,引进空间数据挖掘和知识发现(SDM&KDD)技术,支持遥感影像的分类,达到较好的结果,专家系统表明了该方法是高效的手段。 遥感图像的边缘特征提取观察一幅图像首先感受到的是图像的总体边缘特征,它是构成图像形状的基本要素,是图像性质的重要表现形式之一,是图像特征的重要组成部分。提取和检测边缘特征是图像特征提取的重要一环,也是解决图像处理中许多复杂问题的一条重要的途径。遥感图像的边缘特征提取是对遥感图像上的明显地物边缘特征进行提取与识别的处理过程。目前解决图像特征检测/定位问题的技术还不是很完善,从图像结构的观点来看,主要是要解决三个问题:①要找出重要的图像灰度特征;②要抑制不必要的细节和噪声;③要保证定位精度图。遥感图像的边缘特征提取的算子很多,最常用的算子如Sobel算子、Log算子、Canny算子等。 1)图像精校正 由于卫星成像时受采样角度、成像高度及卫星姿态等客观因素的影响,造成原始图像非线性变形,必须经过几何精校正,才能满足工作精度要求一般采用几何模型配合常规控制点法对进行几何校正。 在校正时利用地面控制点(GCP),通过坐标转换函数,把各控制点从地理空间投影到图像空间上去。几何校正的精度直接取决于地面控制点选取的精度、分布和数量。因此,地面控制点的选择必须满足一定的条件,即:地面控制点应当均匀地分布在图像内;地面控制点应当在图像上有明显的、精确的定位识别标志,如公路、铁路交叉点、河流叉口、农田界线等,以保证空间配准的精度;地面控制点要有一定的数量保证。地面控制点选好后,再选择不同的校正算子和插值法进行计算,同时,还对地面控制点(GCPS)进行误差分析,使得其精度满足要求为止。最后将校正好的图像与地形图进行对比,考察校正效果。 2)波段组合及融合 对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。包括选取最佳波段,从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合,使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性,又有丰富的光谱信息,从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。 3)图像镶嵌 如果工作区跨多景图像,还必须在计算机上进行图像镶嵌,才能获取整体图像。镶嵌时,除了对各景图像各自进行几何校正外,还需要在接边上进行局部的高精度几何配准处理,并且使用直方图匹配的方法对重叠区内的色调进行调整。

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