基于光传播Monte Carlo模拟的三维模型特征提取方法

在现代工业设计、人工智能、软件设计等领域,三维模型正展现强劲需求与活力,传统三维模型特征提取方法仅能提取模型表面特征,难以满足复杂模型特征提取需求,为提高三维模型的特征提取精度,基于光谱分析以及可见光传播特性,提出一种具有高区分度的三维模型特征提取方法。首先利用光散射系数、吸收系数、各向异性等光学特性参数,量化分析光在不同介质中透射、散射、反射概率,并确定最佳光谱模拟波段;其次采用Monte-Carlo法模拟光子束在三维模型中的传播历程,获得光子束传播轨迹的角度、距离、能量等多种统计量,计算不同统计量权重,经过统计分析后完成特征提取;然后在ESB国际通用三维模型库中,测试不同光子束数量、约束空间形状对特征提取效果影响,从而确定最佳模拟参数;最后使用多种特征提取方法与光传播模拟法进行特征提取效果比较,并采用查准率、查全率以及E测度评价指标对特征提取效果进行定量测试。实验结果表明,三维模型特征提取准确度对光传播约束空间形态较为敏感,光子传播的最佳约束空间为球体;三维特征提取效率随着光子束数量升高而降低,在保证特征提取精度的前提下,10000~25000区间是光子束模拟数量的最佳取值范围;基于光传播模拟的特征提取准确度高于小波变换、距离夹角以及D2分布方法,能够满足三维模型检索需求,更适合复杂三维模型的离线特征提取与应用。结合光谱分析与可见光传播特性的模型特征提取法拓宽了光谱分析的应用范围,能够提取出融合三维模型表面特性与内部形态的有效特征,为高精度特征提取技术研究注入新动力。

一种基于格子玻尔兹曼前向模型的荧光扩散断层成像系统

荧光扩散断层成像(Fluorescence Diffuse Optical Tomography,FDOT)对于医学诊断、药物研究等生物医学应用具有重要意义。通过FDOT,可以定量、无创地获得生物组织中的荧光探针分布,从而实现相应目标的三维定位和检测。为了降低FDOT的使用成本,该研究设计了一套以格子玻尔兹曼(Lattice Boltzmann)前向模型为核心的FDOT系统。该系统集成了光传播模拟和FDOT重建两大功能,具体由参数模块、算法模块、结果显示模块和数据交互模块组成。为了验证该平台的有效性,该研究进行了光传播模拟实验和FDOT重建实验,并分别对比了蒙特卡罗的光传播模拟结果和待重建标记物的真实位置。实验表明,该研究提出的FDOT系统有着良好的可靠性,并具有很高的推广价值。