三维医学图像配准

第八章 医学图像的配准与融合

第一节 概述

一、医学图像配准与融合的应用背景

随着计算机技术的飞速发展，与计算机技术密切相关的医学成像技术也是日新月异。但是，各种成像技术和检查方法都有它的优势与不足，并非一种成像技术可以适用于人体所有器官的检查和疾病诊断，也不是一种成像技术能取代另一种成像技术，它们之间是相辅相成、相互补充的。如CT和X线机对骨等密度较高的组织能提供高清晰的图像，MRI对人体软组织的成像具有较高的分辨率，而PET和SPECT则能够提供人体组织或器官的功能性代谢的图像。成像原理的不同造成了某一种成像模式所能提供的图像信息具有一定的局限性，有时单独使用某一类图像难以获得正确的诊断结论。因此，为了提高诊断正确率，需要综合利用患者的各种图像信息。图像配准与融合技术为医学图像的综合利用提供了很好的技术手段。

根据医学图像所提供的信息，可将医学图像分为两大类：解剖结构图像（CT、MRI、X线图像等）和功能图像（SPECT，PET等）。这两类图像各有其优缺点：解剖图像以较高的分辨率提供了脏器的解剖形态信息，但无法反映脏器的功能情况。功能图像分辨率较差，但它提供的脏器功能代谢信息是解剖图像所不能替代的，这些信息是对疾病特别是肿瘤进行早期诊断的

2011 年 第20卷 第 4 期 f5c099234a7302768e993960 计 算 机 系 统 应 用

Research and Development 研究开发127

VTK 医学图像三维重建应用及实现①

洪 涛1，潘志方1,2，林立本2，杨丽丽3，沈琴琴1

1(温州医学院 信息与工程学院，温州 325035)

2

(温州医学院 检验医学院与生命医学院，温州 325035) 3

(温州医学院 第一临床医学院，温州 325035)

摘 要：VTK 是开放源码的自由软件系统，可应用于图像处理、计算机图形学和科学计算可视化，在国内外被广泛用于各行各业。介绍了VTK 的基本组成、系统架构、可视化流程。并且将VTK 应用于医学图像可视化，使用面绘制的移动立方体法和体绘制的光线投影法，在Microsoft Visual Studio 2005下使用C++语言分别实现了医学图像三维重建，并给出了系统实例。实践证明，使用VTK 开发医学图像三维重建系统，重建效果好，开发时间少，代码重用率高。

关键词：VTK ；三维重建；动立方体法；光线投影法；医学可视化

Application

图像配准算法阅读笔记

一．图像配准的基本概念

图像配准主要包括四个方面：特征空间、搜索空间、相似性度量和搜索策略。

1.1 特征空间

特征空间指参考图像与浮动图像中可用于配准的特征。特征空间包括：图像的灰度值、点、边缘、曲线、曲面、不变矩等。

1.2 搜索空间

搜索空间指在配准过程中对图像进行变换的范围及变换方式。

变换范围分为三类：全局的、局部的和位移场的。全局变换是指整幅图像的空间变换都可以用相同变换参数表示。局部变换是指在图像的不同区域可以有不同的变换参数，（通常在区域的关键点位置上进行参数变换，其他位置进行插值处理）。位移场变换是指对图像中的每一像素点独立地进行参数变换，通常使用一个连续函数来实现优化和约束。

变换方式分为两种形式：线性变换和非线性变换。线性变换包括刚体变换(Rigid Body Transformation)、仿射变换(Affine Transformation)和投影变换(Projective Transformation)。非线性变换一般使用多项式函数，如二次，三次函数及薄板样条函数，指数函数等表示。

1.3 相似性度量

相似性度量是衡量每次变换结果优劣的准则，用来对变换结果进行评估，为搜索策略提供下一步动作提供

根据二维图像重建三维图形

摘要

自Parke首次使用人脸参数模型生成三维人脸图像以来，构建逼真的三维人脸模型一直都是计算机视觉领域的一个研究热点。本文在对三维人脸建模技术认真分析的基础上，对基于二维图像的三维人脸建模方法进行了深入的研究。主要研究内容包括以下几个方面：

(1) 从Poser7.0中导出通用三维人脸模型。根据MPEG-4的FDP标准，在正、侧面人脸照片上标出能基本反映人脸几何形状和结构特点的特征点。这两步为后面个性化人脸模型的创建奠定了基础。

(2) 采用了改进的径向基函数插值方法变换通用人脸网格模型,并对插值后的模型进行二次平滑处理，得到的特定人脸模型几何结构更加自然。

(3) 利用三张照片进行纹理合成。对三张照片分别进行匹配融合，然后对融合后的图像进行二次融合处理，使最终得到的纹理图像更加真实自然。根据合成的人脸纹理图像的特点，分别计算出人脸模型的各个部分的纹理坐标。

(4) 把模型数据和纹理数据导入到Visual C++6.0环境中利用OpenGL图形库进行纹理映射。

实验证明，本文提出的算法简便可行，有效避免了网格模型三角面片的扭曲，纹理映射效果生动逼真，得到了具有真实感的三维特定人脸模型。

关键词：三维人脸建模，特定人脸模型，径向基函

根据二维图像重建三维图形

摘要

自Parke首次使用人脸参数模型生成三维人脸图像以来，构建逼真的三维人脸模型一直都是计算机视觉领域的一个研究热点。本文在对三维人脸建模技术认真分析的基础上，对基于二维图像的三维人脸建模方法进行了深入的研究。主要研究内容包括以下几个方面：

(1) 从Poser7.0中导出通用三维人脸模型。根据MPEG-4的FDP标准，在正、侧面人脸照片上标出能基本反映人脸几何形状和结构特点的特征点。这两步为后面个性化人脸模型的创建奠定了基础。

(2) 采用了改进的径向基函数插值方法变换通用人脸网格模型,并对插值后的模型进行二次平滑处理，得到的特定人脸模型几何结构更加自然。

(3) 利用三张照片进行纹理合成。对三张照片分别进行匹配融合，然后对融合后的图像进行二次融合处理，使最终得到的纹理图像更加真实自然。根据合成的人脸纹理图像的特点，分别计算出人脸模型的各个部分的纹理坐标。

(4) 把模型数据和纹理数据导入到Visual C++6.0环境中利用OpenGL图形库进行纹理映射。

实验证明，本文提出的算法简便可行，有效避免了网格模型三角面片的扭曲，纹理映射效果生动逼真，得到了具有真实感的三维特定人脸模型。

关键词：三维人脸建模，特定人脸模型，径向基函

本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

题 目 红外与可见光图像配准

专业名称 自 动 化

学生姓名

指导教师

毕业时间 2014.06

本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

毕业 任务书

设计 论文

一、题目

红外与可见光图像配准

二、研究主要内容

选题来源于科研项目。红外与可见光图像由于相关性小，缺乏一致性特征，

因此配准的难度较大。针对红外与可见光图像配准的研究，拟采用基于特征的图像配准算法。配准算法中核心的部分在于特征的提取和特征的匹配两个部分。特征提取拟采用Harris角点或Susan角点检测算法，这两种算法稳定性好，也适合实时性场合需要。特征匹配阶段根据图像物理特性选择合适的匹配测度及匹配算法。最终实现一种自动、快速、较高性能的配准方法。

三、主要技术指标

1、开发

本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

题 目 红外与可见光图像配准

专业名称 自 动 化

学生姓名

指导教师

毕业时间 2014.06

本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

毕业 任务书

设计 论文

一、题目

红外与可见光图像配准

二、研究主要内容

选题来源于科研项目。红外与可见光图像由于相关性小，缺乏一致性特征，

因此配准的难度较大。针对红外与可见光图像配准的研究，拟采用基于特征的图像配准算法。配准算法中核心的部分在于特征的提取和特征的匹配两个部分。特征提取拟采用Harris角点或Susan角点检测算法，这两种算法稳定性好，也适合实时性场合需要。特征匹配阶段根据图像物理特性选择合适的匹配测度及匹配算法。最终实现一种自动、快速、较高性能的配准方法。

三、主要技术指标

1、开发

三维地学产品系列

三维地学产品系列是在新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础平台K9基础上，实现综合地学数据的高效存储管理、更新维护、查询统计、地质成图成表、分析应用、专业评价及地质数据多元统计分析、三维地质建模、可视化及分析，面向地质人员、政府规划、建设部门、企事业单位以及社会公众等不同层次用户提供地质信息服务。

图 1三维地学产品系列建设目标

地学资料管理系统

地学资料管理系统C/S版

地学资料管理系统C/S版面向数据管理维护人员提供基础地理空间数据、各专题属性数据、成果图件、文档资料等各类资料的数据库管理维护及操作监测，辅助地学资料管理人员进行多元多尺度的可视化数据管理，包括地质数据库扩展与配置、地学资料的录入、导入导出、数据检查、显示查询浏览、钻孔地层交互式标准化、权限配置管理等。

图 2地学资料管理系统功能结构框架

地学资料管理系统B/S版

地学资料管理系统B/S版面向社会公众发布整理好的地学数据信息。通过MapGIS数据中心设计器自由定制数据的专业目录树，方便实时更新和发布；对大量地质资料元数据分类、分级管理，进行查询，发布；支持各种格式的地质资料的浏览；支持平面、球面模式下的三维模型展示和空间分析操作。

图 3数据查询结果显

河北工业大学

硕士学位论文

基于未标定图像序列的三维重建

姓名：齐利超

申请学位级别：硕士

专业：计算机应用技术

指导教师：于明

20091101

河北工业大学硕士学位论文

基于未标定图像序列的三维重建

摘 要

从二维图像获取三维世界信息一直是计算机视觉的主要研究目标。作为计算机视觉的一个重要分支，三维重建主要实现从二维图像计算出三维世界的模型。传统的三维重建是以摄像机标定为前提的，虽然可以获得较高的精度，但其应用范围受限。而基于未标定图像序列的三维重建，已引起越来越多的研究人员的关注，并提出多种重建方法。论文采用分层重建的思想，在完成射影重建的基础上，通过自标定获得摄像机内参提升模型到度量空间，得到了重建结果，涉及的关键技术有特征点检测与跟踪、基础矩阵的估计、三角化原理、集束调整、自标定和度量重建等。

首先，采用SIFT算子进行特征点的检测与跟踪，形成特征列表。相对于传统的SUSAN，Harris等算子，SIFT具有旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性。

其次，进行基于图像序列的射影重建。论文采用了RANSAC方法估计基础矩阵，关联图像序列，在此基础上，构建了射影投影矩阵。为准确求解空间点位置，提出了二阶迭代三角化方

摘要：我们描述凿：实时housescale系统 （300平方米以上）密集三维重建

板载通过使用动态一个谷歌探戈[1]移动设备 空间散列截断签订距离场[2]映射， 和本地化的视觉惯性测程。通过积极 剔除不包含表面场景的部分，我们避免 不必要的计算和内存浪费。即使在非常嘈杂 条件下，我们通过生产高品质的重建 利用空间雕刻。我们能够重建和渲染非常 在实时的2-3厘米的分辨率在移动大场面 设备无需使用GPU计算的。该用户能够 查看并与通过实时重建相互作用 直观的界面。我们提供定性和定量

上公开可用的RGB-D数据集[3]，并在数据集的结果 从两个设备收集实时。 引言

近日，手机厂商也开始加入

高品质的深度和惯性传感器到移动电话和

片。我们在工作中使用的设备，谷歌的探戈[1] 手机和平板电脑具有非常小的主动红外投影 深度传感器，高性能的IMU和组合 视摄像机宽视场（第四节-A）。其它装置，例如

作为Occiptal Inc.的结构的传感器。[4]具有类似的功能。 这些器件提供了板载的，完全集成的传感 平台的3D绘图与定位，与应用

从移动机器人为手持设备，无线增强 现实。

(a) CHISEL creating a map of an entire of