医学图像三维表面模型重建

三维表面模型重建是医学图像处理的重要内容,是将CT和MRI等医疗影像设备获得的二维图像重建成三维立体表面显示图像的过程.本文重点研究了其重建算法的具体实现:(1)在建模上采用了基于体素的三维物体体积重建;(2)在显示上提出了基于Ray-Casting的三维物体二维直接显示技术.所以,和传统采用三角面拟合的方法相比,具有图像重建过程无需生成中间数据、无需进行3D物体的边界检测等优点,同时该算法并行性好,易于采用硬件方法实现加速.因此,本研究为医学图像三维表面模型重建应用软件的开发打下了理论基础.     

考虑视觉传达效果的震后区域三维图像虚拟重建

传统二维震害图像方法对震后区域进行研究时,由于其拍摄角度具有局限性,震后区域图像的视觉效果不理想。提出基于三维激光扫描技术的震后区域三维虚拟重建方法,采用三维激光扫描仪测量震后区域,获取该区域的点云数据,采用Cyclone软件合并点云数据后,得到震后区域拼接后的整体点云图,将该图点云数据进行去体外孤点、去噪声点以及点云取样等处理后实施封装,在封装的点云数据上采用Sketch模型实施贴图操作,实现视觉传达效果理想的震后区域三维图形的虚拟重建。实验证明,所提方法对震后区域的三维图像虚拟重建结果精度高、视觉效果好。     

由锥形束投影监控物体体密度变化的快速方法

体密度是物体特征信息的一个重要组成部分,该信息的动态监控可用来快速判断物体体密度是否发生变化。目前最常用的体密度监控方法是基于图像重建的近似计算,该方法首先利用锥形束投影数据实现体积重建,然后对物体的密度函数积分求得物体的体密度。这种方法算法复杂度较高,很难实现对体密度的实时动态监控。本文提出一种直接基于锥形束投影的体密度快速监控方法,不需要图像重建。仿真实验结果表明,这种方法在动态监控物体体密度变化时,具有较高的实时性和精确性,可以满足实际的动态监控需求,因而在工业检测等领域具有一定的应用价值。     

一种工业CT点云数据的NURBS曲面重构算法

虽然CT技术已经发展得相当成熟,但保证检测数据重构的精度还存在较大困难.本文将工业CT图像转化为三维散乱点云数据,研究数据预处理算法;对处理后数据进行NURBS曲面插值,完成了对NURBs曲面的董构.以某工件工业CT图像为例,通过VG软件转化为点云数据,利用VC++和OpenGL编程实现数据预处理算法和NURBS曲面拟...     

基于CUDA的三维数据并行可视化

科学计算可视化是发达国家20世纪80年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域,它运用计算机图形学和图像处理技术,将三维数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理,主要包括面绘制和体绘制两种方法。光线投射算法是最经典的三维数据体绘制方法,图像质量较高,但计算时间较长,基于CUDA的编程技术利用GPU的多核并行运算功能可显著提高计算速度,实现大规模三维数据的实时可视化。     

基于Bayesian-MCMC算法的地质统计学反演及其在油藏模拟中的应用

在油藏开发中,三维地质模型的精度直接影响油藏模拟的可靠性,而三维地震高分辨率反演的岩性体、物性体等结果在传统地质建模方法中并没有得到充分利用.为此本文将基于Bayesian-MCMC(贝叶斯推理-马尔科夫链蒙特卡罗)算法的地质统计学反演成果直接用于三维地质模型的建立和后续的油藏模拟当中.基于Bayesian-MCMC算法的地质统计学反演技术将约束稀疏脉冲反演和地质统计学模拟技术的优势相结合,以地震数据体、测井曲线和以概率密度函数、变差函数表达的地质信息为基础,反演得到纵、横向均具有高分辨率的三维岩性体、孔隙度体、饱和度体、泥质含量体等.这些结果通过时深转换直接建立高精度的三维岩性模型、物性模型,为后续的油藏模拟提供了高精度的基础数据.基于该方法重新建立的三维地质模型细节更加丰富、重新计算的气田静态储量与动态储量吻合好、生产井的历史拟合效果得到了明显的改善.充分说明重新建立的地质模型具有更高的精度、其增加的细节更符合地下的实际地质情况.文章首先简要介绍了基于Bayesian-MCMC算法的地质统计学反演的方法原理和实现流程,随后通过实例展示了该技术的在三维地质建模和油藏数值模拟中的应用效果.     

基于对称结构特征的探地雷达图像模板匹配算法

稳定不变的地下特征使得探地雷达在自动驾驶定位领域展现了巨大的应用前景,基于探地雷达定位性能和探地雷达图像匹配效果呈正相关,而稳定的特征提取算法优势是影响探地雷达图像匹配的重要因素.然而,探地雷达图像的物理分辨率较低,容易受到杂波和噪声的干扰,设计一个稳健的特征提取算法应用于探地雷达图像处理仍然是一项具有挑战性的任务.现有的方法多是基于梯度和滤波器特征等低层次视觉特征为基础设计的方法.低层次特征的不稳定使得现有方法对于弱回波图像的特征难以检测.基于上述问题,该文将相位对称性引入探地雷达图像处理当中,并提出了一种基于图像对称结构的特征提取算法,同时定义了新的相似性度量.首先,基于探地雷达图像中含有丰富的地质分层特征和对称双曲线特征,相位对称性在探地雷达图像中具有稳健的特征维持能力.其次,通过计算相位对称性特征的方向信息构建矢量对称性特征,最后结合图像处理中的直方图统计思想设计出具备稳定形状描述能力的特征提取算法(Histogram of Oriented Vector Phase Symmetry, HOVPS).通过在实测数据上比较相关算法和近年所提出最新算法相比,所提算法在特征分辨率较...     

基于ICT断层扫描图像的逆向工程软件平台

本文介绍了一种基于ICT断层扫描图像的逆向工程软件平台.该软件运用图像图形处理中的边缘检测、阈值分割、边界细化、矢量化及格式转换等算法与技术,实现了工件由三维断层ICT数据到CAD图纸再编辑的功能.软件操作流程简便清晰,易于使用.     

任意扫描轨迹下三维Shepp-Logan体模的投影方法

图像重建是将二维投影数据转换为三维体数据的数学过程。分析图像重建算法性能的常用手段是数值仿真,而获取数字体模的投影数据是仿真实验的第一步。Shepp-Logan体模应用最为广泛,本文首先介绍三维Shepp-Logan体模及其改进形式。重点讨论在任意扫描轨迹下三维Shepp-Logan体模的投影方法。并运用该方法模拟了工业CT中常用的圆轨迹与螺旋轨迹成像过程。数值分析结果显示,两种扫描轨迹得到的重建图像均方误差均小于2‰,本文的方法可以达到较高的精度。     

环工作面三维直流电阻率法研究及应用

本文在矿井直流电法理论基础上,推导环工作面三维直流电法测量深度公式,得到环工作面三维直流电法记录点坐标位置.基于以上理论,建立了环工作面三维直流电法异常体模型,分析了环工作面三维直流电法二极装置、三极装置、四极装置异常体响应特征,得出环工作面三维直流电法各装置敏感度低的主要原因是缺少必要的数据采集点.为了提高环工作面三维直流电法分辨率,最大限度增加工作面内侧的采集数据点.基于以上原因本文提出了对角偶极装置采集模式及多装置的数据叠加反演处理方法,以增加工作面内采集数据点,提高三维勘探的精度.本文通过某矿8802工作面底板富水性探查实例,说明该方法的有效性.     

基于U型网络的X线头影图像特征点自动定位

为了提高口腔临床诊断效率,提出一种基于U型生成对抗网络的X线头影测量图像结构特征点自动定位方法。该方法在生成对抗网络框架下构建U型生成器网络,用于学习从当前图像到目标特征点偏移距离图的映射;再构建鉴别器网络以判断预测的偏移距离图是否与真实数据一致。将新采集的X线头影测量图像作为已训练的U型生成器网络输入,得到新图像针对目标特征点的偏移距离图,然后通过回归投票方法从预测出的偏移距离图中获得检测目标特征点坐标。实验结果表明,该方法相较于其他方法具有更高的检测成功率,能较准确地获得X线头影测量图像中结构特征点的位置。      

积分法三维电阻率成像

二维或是三维电阻率反演成像研究,最关键的环节是在反演系数矩阵即敏感矩阵(或雅可比矩阵)的求取上.本文从微分方程的积分解出发,推导了表达式极为简单的三维雅可比系数矩阵,构造了成像方程.根据反演方程系数的稀疏特征,采用改进的降维高斯赛德尔迭代法来求解该反演方程,并通过内外迭代的结合,对大型稀疏欠定方程能很快收敛,得到可靠的解答.合成数据模型结果及实际资料的成像结果表明积分法不但实现起来极容易,成像结果的精度也相当高.     

三维多尺度体曲率的算法及应用(英文)

为了充分提取与挖掘储层结构及构造信息在时间(深度)和空间上的多尺度特征,构造了一种新的三维多尺度体曲率分析方法,并给出了三维体曲率快速提取算法。与常规的体曲率方法相比,本文方法的改进主要体现在以下两个方面:①在体曲率分析中引入时频域分频展开和对应的空间波数域多尺度自适应微分算子,可同时在时间和空间上反映地震信息的多尺度特征;②将不同尺度的体曲率数据进行有机融合,充分利用了不同尺度曲率异常信息,同时突出有效异常,降低噪声影响,为体曲率属性解释奠定基础。利用该方法处理了陆上和海上三维地震资料,实现了对储层展布、断层及裂缝发育带的检测及多尺度特征的有效刻画。     

3D geoelectric tomography and archaeological applications1

Following a previous paper in which the principles of a 3D ground-surface tomographic processing of self-potential data were established, we extend the method to active source geoelectric surveying. The main purpose of the new tomographic approach is to obtain a physical image reconstruction of the induced electric charges distributed over buried resistivity discontinuities. The information is produced in a probabilistic sense, as the mathematical formulation underlying the method treats only the intrinsic physical nature of the generated electric field underground and the method of its ground-surface detection, independently of the geometry of the unknown structures. In practice, a 3D tomography is realized by cross-correlating a set of distributed electric-field ground-surface data with a scanning function, representing a unit positive point charge located anywhere in the lower half-space. The resolution of the method is tested on the synthetic response of a 3D structural simulation of an archaeological target, consisting of an infinitely resistive prismatic body immersed in a half-space, including surface inhomogeneities and layering. Finally, the field response of a 3D structure consisting of a hypogeal dromos-chamber tomb inside the Sabine Necropolis at Colle del Forno, close to Rome, is presented and discussed.     

适于大规模数据的三维Kirchhoff 积分法体偏移实现方案

为适应实际生产中对大规模三维工区数据处理的效果及效率的要求,提出了按三维成像体输出成像结果的3D Kirchhoff积分法偏移实现方案.将地震数据按共偏移距道集形式排放,每个共偏移距数据的偏移类似于一个3D叠后Kirchhoff积分偏移,极大地降低了对计算机内存和局部盘及I/O通讯率的要求.每个地震道的成像(输出等时面)在由炮检点连线定义的旋转坐标系中进行,更好地考虑了偏移孔径计算及反假频处理.同时兼顾了超大规模地震数据PSTM成像处理中内存需求量、I/O通讯问题、并行处理方案及效率优化的细节问题.并行计算用偏移距号和每个共偏移距数据体中的线号作为一级和二级索引进行任务分解,更适应当前计算机集群中计算节点比较多的情况.最后考虑了在基本不影响效率的前提下的断点保护处理方案.理论及实际数据测试结果说明了该方案的可行性,与商业软件的对比验证了该方案的优越性.在此较完善的实现方案基础上,可以容易地把更优越的积分类偏移方法迅速推向实用化.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究（四）——阻抗张量分解的多测点-多频点统计成像分析

基于大地电磁阻抗张量分解技术,本文提出了两种电性主轴方位的统计描述图像：随频率变化的统计分布成像（频率分布云图）和随测点序列变化的统计分布成像（测点分布云图）.这两种图像与传统的统计玫瑰图一起,较全面地描述了最佳主轴的分布特征.在进行构造维性分析过程中,通过定义二维有效因子e_2d,来压制一维结构和三维结构、突出纯二维结构的影响.e_2d被用于电性主轴的统计加权,有效地起到了滤波的作用;同时,统计成像中还考虑了数据质量的影响.为了得到稳定、高质量的区域阻抗张量数据,提出并实现了共主轴的多测点-多频点阻抗张量分解新算法.最终,完成了以上各项处理手段的可视化实现.本文通过两个理论模型和一个实测算例,以共轭阻抗法（CCZ法）为基础,展示了这一新技术的有效性.     

基于Contourlet变换和ICA的多时相遥感图像变化检测

为了提高多时相遥感图像变化检测的精确度和运算效率,本文提出了一种基于Contourlet变换和独立分量分析(ICA-Independent component analysis)的变化检测算法.利用Contourlet变换多尺度、多方向性和各向异性等性质,对图像数据进行多尺度分解,再对分解后的数据进行独立分量分析,利用改进的基于牛顿迭代的固定点ICA算法分离出互相独立的数据分量,然后将分离后的数据分量转变成图像分量,最终对变化图像分量经阈值分割实现变化检测.实验结果表明,与现有的基于PCA、基于ICA、基于小波变换与ICA三种变化检测算法相比,本文算法能有效地分离出变化信息,减少了计算的复杂性,得到的变化图像具有更高的精确度,且对背景有较强的稳健性.     

A multiple-point statistics algorithm for 3D pore space reconstruction from 2D images

Fluid flow behavior in a porous medium is a function of the geometry and topology of its pore space. The construction of a three dimensional pore space model of a porous medium is therefore an important first step in characterizing the medium and predicting its flow properties. A stochastic technique for reconstruction of the 3D pore structure of unstructured random porous media from a 2D thin section training image is presented. The proposed technique relies on successive 2D multiple point statistics simulations coupled to a multi-scale conditioning data extraction procedure. The Single Normal Equation Simulation Algorithm (SNESIM), originally developed as a tool for reproduction of long-range, curvilinear features of geological structures, serves as the simulation engine. Various validating criteria such as marginal distributions of pore and grain, directional variograms, multiple-point connectivity curves, single phase effective permeability and two phase relative permeability calculations are used to analyze the results. The method is tested on a sample of Berea sandstone for which a 3D micro-CT scanning image is available. The results confirm that the equi-probable 3D realizations obtained preserve the typical patterns of the pore space that exist in thin sections, reproduce the long-range connectivities, capture the characteristics of anisotropy in both horizontal and vertical directions and have single and two phase flow characteristics consistent with those of the measured 3D micro-CT image.     

2D共炮时间域高斯波束偏移

针对传统射线方法在奇异区成像精度不高,而2D频率域高斯波束叠前深度偏移需要计算成像点处每个频率的格林函数,影响计算效率的问题,本文通过使用复走时代替实走时,改变频率域下成像公式的积分顺序,给出了在时间域下进行高斯波束偏移的方法和计算公式.本文使用复杂数值模型验证了2D时间域高斯波束叠前偏移方法的正确性,并同传统射线偏移成像结果做了对比.对比结果表明时间域高斯波束偏移在成像精度上优于传统射线偏移.