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医学图像的三维可视化算法研究

作　者: 王雅琦
导　师: 魏颖
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 体绘制 光线投射 三维重建 医学图像
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


医学图像三维重建是一个多学科交叉的研究领域,是计算机图形学和图像处理在生物医学工程中的重要应用,涉及数字图像处理、计算机图形学以及医学领域的相关知识。它通常是指利用人类的视觉特性,通过计算机对二维数字断层图像序列形成的三维体数据进行处理,将其变换为具有直观立体效果的图像来展示人体组织的三维形态,为医生的临床诊断和治疗提供有用的可视化信息。因此,它不仅在理论研究方面有重要意义,而且对于临床医学等有着重大的意义和应用价值,是当前医学图像处理的研究热点。医学图像三维可视化技术通常可分为面绘制和体绘制两大类。本文首先对几种典型的面绘制和体绘制方法进行了分析,并对及其优缺点做了评述。与面绘制相比,体绘制算法不仅能够表现物体表面信息,而且还能够可视化物体内部信息,是本文的研究重点。接下来,本文系统地探讨了体绘制算法中的经典算法——光线投射法,深入研究了它的基本原理以及关键技术,包括数据分类、颜色和不透明度赋值、Phong光照模型、深度调制、重采样和三线性插值、空间变换、投影变换、图像合成等。光线投射算法能够产生高质量的图像,但是计算量较大,绘制速度慢。针对以上问题,本文提出了两种加速算法,以达到减少投射光线的目的。其一,计算体数据包围盒及其投影,避免发出与体数据场不相交的光线；其二,将自适应与像空间相关性结合,利用双线性插值计算部分像素点颜色。此外,本文将四元数法应用于三维旋转中,取代传统的矩阵方法,从而大大减少计算量,提高计算的效率最后,利用VC++6.0在计算机上设计完成了交互式医学图像三维重建系统,可实现三维重建的基本功能,并对本文提出的加速方法进行验证,取得了良好的效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-15
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 论文的主要工作和结构  13-15
第2章 医学图像三维可视化技术分析与评述  15-25
  2.1 三维数据场可视化流程  15-16
  2.2 常用面绘制方法  16-19
    2.2.1 连接轮廓线法  16
    2.2.2 Marching Cubes方法  16-18
    2.2.3 Dividing Cubes方法  18-19
  2.3 常用体绘制方法  19-23
    2.3.1 光线投射法  19-20
    2.3.2 抛雪球法  20-21
    2.3.3 错切-变形法  21-22
    2.3.4 基于硬件的三维纹理映射方法  22-23
  2.4 面绘制和体绘制的比较  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 光线投射算法的分析与实现  25-41
  3.1 体数据  25-26
    3.1.1 体数据来源  25
    3.1.2 体素定义  25
    3.1.3 体数据的结构  25-26
  3.2 基本原理  26-27
  3.3 体绘制中的关键技术  27-38
    3.3.1 数据分类  27-29
    3.3.2 颜色和不透明度赋值  29-30
    3.3.3 光照模型  30-32
    3.3.4 深度调制  32-33
    3.3.5 重采样和插值计算  33
    3.3.6 空间变换  33-36
    3.3.7 投影变换  36-37
    3.3.8 图像合成  37-38
  3.4 体绘制的加速技术  38-40
    3.4.1 提前中止合成  39
    3.4.2 间隔投射光线  39
    3.4.3 自适应调整采样频率  39
    3.4.4 其他加速方法  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 光线投射体绘制改进算法研究  41-55
  4.1 改进的算法流程  41-42
  4.2 包围盒及其投影区域的计算  42-44
  4.3 自适应投射光线  44-46
  4.4 基于四元数的三维旋转  46-52
    4.4.1 四元数的基本概念  47-48
    4.4.2 四元数的性质  48
    4.4.3 用四元数表示三维旋转  48-49
    4.4.4 四元数法与矩阵方法的比较  49-52
  4.5 本章小结  52-55
第5章 软件设计与实验结果分析  55-67
  5.1 软件设计  55-60
    5.1.1 系统要求  55-56
    5.1.2 系统流程  56-57
    5.1.3 系统的基本功能  57-59
    5.1.4 主要的类及函数  59-60
  5.2 实验结果及分析  60-65
  5.3 本章小结  65-67
第6章 总结与展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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