短程线主动轮廓跟踪算法的研究——在复杂背景和非刚性运动目标跟踪中的应用

在复杂背景下对多个非刚性目标进行跟踪是计算机视觉中的一个难点 在短程线主动轮廓模型的基础上 ,利用力场正则化方法 ,并加入运动边缘信息 ,提出了一种在复杂背景下多个非刚性目标进行跟踪的方法 该方法由运动检测和跟踪两部分组成 :运动检测利用运动边缘信息对运动目标的运动做出检测 ,让轮廓曲线运动到目标轮廓附近 ;跟踪利用当前帧中的静态边缘信息对运动检测的结果加以修正 而跟踪这一步引入的偏差将在下一帧的运动检测中得到修正

利用逆向迭代法修正MRI图像中刚性运动伪影的研究

目的 提出逆向迭代修正法 (IIC)和基于直方图的熵准则函数 ,消除MRI图像中刚性平移运动伪影。方法 利用该熵函数建立的准则 ,IIC方法通过两个连续的步骤来消除仿真运动伪影 :①在所有可能的运动方向上添加逆向相位差 ;②利用熵判断函数估计出实际的运动方向和位移 ,从而消除运动伪影。结果 为了检验方法的可行性 ,通过对模板和医学图像的仿真实验 ,验证了逆向迭代修正法 (IIC)和基于直方图的熵准则函数的有效性和精确性。结论 IIC方法能够有效消除MR图像刚性平移运动伪影。

基于刚性运动模型的全局运动矢量探测方法

针对帧间旋转图像序列的稳定处理,提出一种新的运动矢量探测方法.首先进行多区域的块匹配,得到不同区域的局部平移运动矢量;然后利用刚性运动模型,获得包含旋转角度的全局运动矢量.与平移运动模型相比,刚性运动模型更加符合帧间运动的真实过程,因而本方法具有更好的稳像效果.航拍图像处理结果表明,帧间峰值信噪比达到29.47 dB,比基于平移运动模型的方法提高2.02 dB.

考虑带有任意刚性运动的旋翼桨叶响应计算方法

在中等变形梁的基础上引入桨叶的任意刚性运动,为解决桨叶动能项推导计算较为复杂的问题,建立了一种新的递推计算方法。该方法将桨叶的刚性运动按平动和转动分别处理,建立了相邻刚性运动坐标系间动能项引起的质量、阻尼、刚度和广义力递推计算方法。通过与桨叶扬起下坠碰撞试验数据的对比,表明本文的计算模型和动能项递推计算方法的正确性。并与基于小转角处理桨叶刚性运动的方法进行了对比,在计算桨叶较大范围刚性转动时,本方法优于基于小转角的处理方法。

基于非刚性运动分析理论的心脏运动估计

针对心脏的运动分析问题,本文提出一种采用非刚性运动分析理论,根据X射线冠状动脉造影图像序列中血管的形态变化分析心脏三维运动的算法。该方法根据已经被临床实验证实的有关心脏运动的先验知识,将复杂的心脏运动分解为整体运动和局部运动,按照从整体到局部、从粗糙到精细的顺序定量估计各运动组成部分的参数。实验结果表明,该算法可以得到心动周期中心脏运动的全面量化描述。

刚性运动中的二次曲面拼接问题

文章利用优化方法给出了刚性运动中两个二次曲面的拼接光滑程度的一种新定义，它是介于C-0连续和C-1连续之间的，并指出曲面在何处可以达到C-1连续，此方法适用于一些自由曲面的设计。

具有刚性运动的弹性梁单元动力学微分方程的精确表达式

抛弃了传统ＫＥＤ分析时普遍采用的“瞬时结构假定”，利用矩阵理论对梁单元动力学微分方程做了重新推导，导出了具有刚性运动的弹性梁单元的拉格朗日方程的精确表达式，该方程较以前的梁单元的动力学方程式表达简洁，易于使用，并且具有较高的精度，解决了传统的机构弹性动力学微分方程中精度要求高和表达式形式过于复杂之间的矛盾，该梁单元的动力学方程可供ＫＥＤ分析、比较和计算时使用。

3D非刚性图像运动校正在肝DCE-MRI定量成像中的应用

目的探讨3D非刚性图像运动校正在提高肝脏DCE-MRI图像质量和定量参数准确性的应用价值。方法 35例确诊肝细胞癌患者进行自由呼吸下全肝MRI灌注扫描,使用3D对比增强非刚性配准对多期动态增强扫描MRI图像进行图像运动配准,利用肝脏双血供模型和腹主动脉、门静脉时间-浓度曲线作为血管输入函数(VIF),分别获得肝癌、肝实质图像运动校正前后灌注参数(K^(trans)、K_(ep)、Ve、Vp、HPI)。比较图像运动校正前后各组定量参数差异。对运动校正前后图像质量分别进行客观和主观评价。测量病灶最大面积,比较原始图像上校正前后病灶面积的差异。结果使用3D图像运动校正后腹主动脉、门静脉时间-浓度曲线波动幅度缩小,平滑度更好。图像运动校正后肝癌K^(trans)、K_(ep)、Ve、Vp、HPI值均大于校正前,K^(trans)、Ve、Vp,值差异存在统计学差异(P<0.05),K_(ep)值两者间无统计学差异(P>0.05)。图像运动校正后肝实质K^(trans)、K_(ep)、Ve、Vp、HPI值均大于校正前,K^(trans)、Ve、Vp值差异存在统计学差异(P<0.05);K_(ep)值两者间无统计学差异(P>0.05);图像运动校正前后HPI值相近,且无统计学差异(P>0.05)。肝癌在原始图像上面积平均值运动校正前大于运动校正后,但无统计学意义(P>0.05)。校正后肝组织噪声低于矫正前,无统计学意义(P>0.05),校正后图像主观评分明显高于矫正前,差异存在统计学意义(P<0.05)。结论 3D非刚性运动校正能减少肝脏MRI多期动态增强图像运动伪影,有助于提高灌注定量参数的准确性。

非刚性人体运动动作图像姿态轮廓提取算法

针对人体运动动作图像提取传统方法仅能获取局部最佳解,提取的特征序列不连续,导致轮廓提取效果差的问题,提出一种非刚性人体运动动作图像姿态轮廓提取算法.首先,对人体运动动作图像序列中的尺度不变特征变换(SIFT)进行提取预处理,获取人体特征提取图,设计一种人体运动序列顺序概率图模型,以保证特征序列提取的连续性;其次,构建人体肢体外观模型,基于该外观模型采用序列影像高精度轮廓提取算法提取当前人体运动动作帧的轮廓线.实验结果表明,该算法能提取连续的特征序列,提取的人体姿态轮廓精确度较高,且具有较高的效率和鲁棒性.

基于OMP-CADMM的非合作运动人体ViSAR成像方法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)人体成像技术凭借其高分辨、强穿透、易部署和高安全性,已成为SAR拓展至日常民用领域的关键技术之一.然而现有SAR人体成像方法大多针对固定场景下的静态人体目标进行合作式成像,难以满足开放场景非合作成像应用的需求.为此,本文基于人体运动的块稀疏性与一致性约束,提出了一种面向非合作运动人体的视频SAR(Video SAR,ViSAR)成像方法 .该方法首先结合ViSAR子孔径快速成像技术,简化人体非刚性运动模型,建立非刚性运动相位误差参量模型;随后结合人体运动的块稀疏性与时间连续性,基于正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)稀疏恢复算法估计人体运动相位误差;最后基于一致性交替方向乘子法(Consensus Alternating Direction Multiplier Method,CADMM)优化框架,保留人体目标局部结果的一致性共有特征,从多个局部补偿结果集中优化出人体的全局聚焦成像结果,实现人体的非刚性运动补偿与全局精细优化.实验结果表明该文所提方法可实现非合作走动人体的视频化高分辨精细成像.

非刚性配准运动校正算法与双扇区重组对改善冠状动脉CTA图像质量的对比分析

目的一种基于非刚性配准的运动校正算法智能边缘修复技术(intelligent boundary registration,IBR)已应用于冠状动脉CTA成像。通过与双扇区重组图像质量的比较,评估IBR技术应用于冠状动脉成像的效果。方法本回顾性研究经医院伦理委员会批准,并获得患者的知情同意。收集本院行能谱CT冠状动脉CTA检查且平均心率为65次/min(范围58~75次/min)的70例可疑心肌缺血患者,在最佳心动时相进行双扇区图像重组(SSB2),即为SSB2组;在最佳心动时相进行单扇区图像重组,基于最佳单扇区重组执行IBR重组以生成IBR图像,即为IBR组。采用5分制评分(5=图像质量优秀;1=不能满足诊断要求),评价指标包括:整体图像质量、血管的评估(连续性、有无运动伪影、血管的边缘模糊与否)。由两位心血管放射学医师通过双盲和独立观察比较,对SSB2和IBR处理后的图像分别进行冠状动脉整体水平和冠状动脉节段评分。结果共分析了70位患者冠状动脉的984个节段。两位医师的评分结果具有良好的一致性(k>0.81),SSB2组和IBR组的平均评分分别为(4.02±1.28)和(4.45±1.01),两者间的差异具有统计学差异(Z=-9.22,P<0.01)。在基于冠状动脉节段的分析中,可接受的图像质量不低于3分的百分比分别为88.3%和91.2%,具有统计学差异(X^2=5.68,P<0.05);可接受的图像质量不低于4分的百分比为分别为73.3%和88.5%,具有统计学差异(X^2=6.47,P<0.05)。在重组的血管中不可评估的节段IBR组明显低于SSB2组,差异具有统计学意义(4.2%与9.5%,X^2=12.13,P<0.01)。结论能谱CT冠状动脉IBR技术可以提高冠状动脉CTA的图像质量,减少阶梯状伪影。

利用GPS时间序列对块体运动进行空间信息分离

利用GPS时间序列对块体运动的信息进行了分离,发现块体的刚性运动、应变贡献部分变形和非规则变形所占的比重有明显差异,其中第一部分比重最大,其余两部分比重相当。从与地震孕育关系的角度看,后两部分与地震孕育的联系更紧密一些,它们反映了地震孕育过程的能量积累和震前的快速形变。最后,利用BJFS,BJSH,JIXN和KC014个GPS连续站数据计算了不同部分的信息分离结果,并分析了2006年河北文安5.1级地震前块体的变形特征。

多尾鳍协调推进模式刚/柔运动仿真对比分析

提出了一种新型的仿生水下混合推进模式,采用多尾鳍协调驱动方式融合了鱼类的波动推进模式和水母的射流推进模式,能够实现波动、射流、转弯、制动等机动动作。建立了刚性/柔性击水鳍运动学模型,着重利用计算流体动力学方法对刚性/柔性击水鳍的波动-射流推进运动进行了数值仿真,结果表明柔性击水鳍的动力特性和游动性能优于刚性击水鳍,为进一步研究多模式推进理论奠定了基础。

呼吸引起的肝脏运动模式分析

为补偿肝脏运动,分析呼吸引起的肝脏空间运动和形变,并尝试将其简化为刚性运动模型进行补偿.利用基于表面和基于互信息的3D-3D图像刚性配准方法分析4例肝脏空间运动的规律并进行补偿,比较使用手工分割肝脏轮廓和肝脏灰度信息进行配准的结果及其补偿效果,评估2种思路的可靠性,并进一步评价刚体运动模型简化的可行性.结果表明:刚性运动模型、简化的平移运动模型和矢状面2D运动模型在实际应用中具有可行性,此3种模型都可以补偿80%以上的呼吸影响;使用肝脏灰度信息比手工分割轮廓建模和补偿的结果更可靠.上述结论对在超声融合多模成像中快速建模和实时补偿呼吸对肝脏运动的影响有一定的参考价值.

基于直方图最小熵的MR平移运动伪影校正的逆向迭代新算法

MR扫描过程中病人的运动使获得的重建图像含有运动伪影,严重影响临床诊断。本文针对MR图像刚性平移运动伪影提出了一个新的全自动的后处理方法:逆向迭代修正法(IIC)。利用本文提出的基于直方图的熵函数,IIC通过两个连续的步骤来消除模拟运动伪影:首先,在所有可能的运动方向上添加逆向相位差。然后,利用熵判断函数估计出实际的运动方向和位移,从而消除运动伪影。为了检验方法的可行性,IIC算法被用来消除由于刚性平移运动造成的MRI图像中的伪影。实验结果证明新方法与自动能量聚焦方法相比不仅在运行速度上有明显提高,而且能获得更好的校正图像。

冠脉造影图像序列中血管运动的估计及其进展

利用冠状动脉造影图像序列进行二维和三维血管运动的分析与估计,对于准确估计与解释心脏的运动,从而正确诊断心血管和心脏疾病都十分关键。为了使人们对该领域的研究现状有一个较为全面的了解,本文对它的研究和进展做了较系统的论述,列举了现有的运动估计算法,并分析了这些方法的优缺点。最后分析了其未来发展方向。

基于运动目标三维轨迹重建的视频序列同步算法

提出一种利用运动目标三维轨迹重建的视频时域同步算法.待同步的视频序列由不同相机在同一场景中同时拍摄得到,对场景及相机运动不做限制性约束.假设每帧图像的相机投影矩阵已知,首先基于离散余弦变换基重建运动目标的三维轨迹.然后提出一种基于轨迹基系数矩阵的秩约束,用于衡量不同序列子段间的空间时间对准程度.最后构建代价矩阵,并利用基于图的方法实现视频间的非线性时域同步.我们不依赖已知的点对应关系,不同视频中的跟踪点甚至可以对应不同的三维点,只要它们之间满足以下假设:观测序列中跟踪点对应的三维点,其空间位置可以用参考序列中所有跟踪点对应的三维点集的子集的线性组合描述,且该线性关系维持不变.与多数现有方法要求特征点跟踪持续整个图像序列不同,本文方法可以利用长短不一的图像点轨迹.本文在仿真数据和真实数据集上验证了提出方法的鲁棒性和性能.

高尖速比下风力机塔影效应及叶片载荷特性研究

基于刚性运动网格和动态拼接网格的两种非定常计算网格策略,对NREL Phase Ⅵ风力机非定常塔影效应开展数值模拟研究。流动控制方程选取雷诺平均N-S方程,时间求解应用＂双时间步＂离散求解,湍流模型为单方程SA模型。通过对有/无塔架流动情况进行模拟,发现有/无塔架两种状态得到的叶片各站位压力系数分布与试验值基本吻合,表明采用的非定常计算方法是可行的;有塔架下叶片相位角Φ=90°状态的前缘吸力峰较相位角Φ=270°偏低;有塔架相位角Φ=270°附近流场结构简单,而相位角Φ=90°附近流动受塔架干扰明显。在此基础上,分析有塔架下单个叶片推力与扭矩随相位角的变化曲线,发现扭矩与推力均存在随相位角变化的两种波动现象,表现为大＂凹坑＂与小幅抖动的特征。进一步的分析表明,载荷＂凹坑＂由风力机塔架引起,而载荷小幅抖动由叶根过渡区的流动分离引起。叶片载荷随相位角变化特性机理的阐明对于风力机叶片动态载荷设计具有一定工程价值。

GNSS空间大地测量技术在中国大陆活动地块划分中的应用和研究进展

中国科学家提出了“中国大陆的强震受控于活动地块运动与变形”的科学假说,很好地解释了地震活动在空间上的分区、分带现象。活动地块为形成于晚新生代、晚第四纪的强烈活动的地质构造,地块边界带的构造活动性最为强烈。以GNSS为代表的空间大地测量技术以其时空分辨率高、覆盖范围广、观测精度高等特点,被应用于现今的地壳形变监测。基于GNSS建立的中国大陆及周边地区高空间分辨率的地壳运动速度场图像,清晰地揭示了中国大陆内部不同活动地块的不同运动与变形方式,以及地块相互作用的构造边界带的强烈变形。文中回顾了用于监测中国大陆地壳运动的GNSS观测数据来源及处理方法,提出了中国大陆GNSS运动速度场以稳定的华南地块为区域参考框架的优势,介绍了3种划分活动地块的方法以及检验地块是否具有刚性运动的判别方法。结合GNSS速度场的最新研究成果,阐述了具有刚性运动的华南、塔里木、鄂尔多斯、阿拉善和东北地块现今的运动特征,以及青藏高原、天山和华北平原地块的非刚性变形。在利用空间大地测量技术丰富和完善活动地块假说理论方面,不仅需要地块内部和边界带分布密集的GNSS观测网络,同时也要充分利用InSAR等其它空间大地测量技术,并需加强与地震地质、地球物理等多学科的交叉融合。文中的系统总结,对利用GNSS技术研究活动地块的运动变形特征和活动地块边界带强震孕育的动力学机理具有重要的参考价值。

风力机标模非定常数值模拟中的影响因素研究

基于自主研发的"亚跨超CFD软件平台"(TRIP3.0),采用刚性运动网格技术和动态拼接网格技术,开发了针对旋转类机械的非定常求解模块。本文开展了NREL Phase VI风力机标模非定常数值模拟中的影响因素研究,影响因素主要包括不同时间步长的影响、不同湍流模型的影响、刚性动网格技术和动态拼接网格技术的影响三个方面。本文数值模拟采用的控制方程为雷诺平均N-S方程,采用有限体积法离散控制方程,离散方程的时间方向采用"双时间步"方法求解,空间方向无粘项离散采用MUSCL-Roe格式,湍流模型采用SA和SST湍流模型,并引入多重网格和并行计算技术加速求解。数值模拟结果表明:时间步长、湍流模型、网格方案等因素主要影响风力机叶片吸力面的流动结构,进而影响吸力面的压力分布,而对压力面的流动结构和压力分布基本没有影响;采用刚性运动网格结合SA湍流模型所得到的压力分布更接近实验值。