基于有限元的双唇橡胶密封的3D-2D耦合仿真分析方法研究

以某混动车型为例,通过有限元软件Abaqus建立车载PTC陶瓷电阻加热器上下法兰面的双唇橡胶模型,通过3D-2D耦合仿真的方法,考虑了在螺栓力、温度、压强多因素综合影响下的密封情况。结果表明,通过3D有限元模型计算,随着温度与压强的升高,上下法兰面会有张开量,其中压强的占比约为温度的3倍;将此张开量代入2D有限元模型,修正橡胶的压缩高度,可得到与实际更接近的密封结果。研究结果表明,通过3D-2D耦合仿真的方法,可以更精确地模拟橡胶在实际工作载荷下的密封情况,使在开发前期识别风险,提供先验性知识。

基于投影近似不变性的3D-2D医学图像配准

研究了同一病人的MRA和DSA图像之间的3D-2D配准问题,提出了一种基于投影近似不变性的配准算法,即在同一视角下,同一病人的三维MRA血管骨架的投影与二维DSA的骨架保持一致。通过定义二者之间的代价函数,并利用牛顿迭代法可得到视角参数的最优解。针对临床采集的MRA和DSA数据进行了实验,取得了较为满意的结果。

基于双通道混合3D-2D RBM模型的手势识别

为了挖掘基于视频的动态手势识别问题中手势的固有时空表示,提出一种3D-2D受限玻尔兹曼机(restricted Boltzmann machine,RBM)模型,以便建模手势视频数据的时空相关信息.特别地,为了更好地描述动态手势的时空特征,提出传统手工定义特征与3D-2D RBM结合的混合特征表示方法,该方法首先提取Canny-2D HOG表观特征以及光流-2D HOG运动特征,然后基于3D-2D RBM进一步学习动态手势潜在的高层时空语义特征,提升动态手势的特征描述力.融合手势外观判别和运动判别的双通道融合判别改进了单通道分类的能力.在公开的剑桥手势数据集上的实验验证了所提方法的有效性和优越性.

基于3D-2D映射的大姿态人脸识别

为了解决真实场景下大姿态人脸识别准确率低的问题,本文从数据增广的角度,围绕三维人脸信息数据进行大姿态人脸识别关键技术的研究与探索,提出了一个基于3D-2D映射的大姿态人脸识别算法框架.区别于当前基于3D点云数据的人脸识别算法,本文提出的方法主要利用3D人脸丰富姿态信息,通过3D~2D映射的姿态数据扩充方法,进而训练特定姿态人脸特征提取模型,然后集成到统一大姿态人脸识别框架中.本文提出方法的关键是利用注册3D人脸图像信息来辅助2D人脸多姿态识别,很容易集成现有的2D人脸识别方法到提出的框架中.实验表明,本文提出的方法在无约束真实场景下能够有效提升大姿态人脸识别准确率,同时不显著增加计算负担,为当前基于3D信息解决2D人脸识别问题提供了新思路.

基于Lie群表示的保体积2D-3D点集配准算法

2D-3D点集配准的目标是寻找三维原始点集与二维目标投影点集之间的对应关系和最优变换.为了给出配准问题的解析解,避免投影引起的体积退化,提出基于Lie群表示的保体积2D-3D点集配准算法.首先,考虑投影矩阵和旋转矩阵的非交换性,引入Lie群表示,将配准问题形式化为一个Lie群优化问题.利用局部线性化方法,将Lie群优化问题转化为一个可计算的二次规划问题.其次,为了避免体积退化,考虑约束变换后的三维点集的投影与二维目标点集的投影具有相同的体积.为便于计算,引入Jensen-Bregman LogDet散度作为保体积正则项,将计算点集的体积差异转化为计算协方差矩阵之间的差异.然后,通过交替求解对应关系和最优变换,形成完整且可解的迭代策略.最后,在两个经典数据集上进行对比实验和消融实验,验证了该算法的精确性和有效性.

基于轮廓点相似性测度的2D-3D医学图像配准算法

针对传统配准算法无法适用于成像模糊、对比度低的X光医学图像的问题,本文提出一种基于轮廓点相似性测度的配准技术.首先引入分块双阈值增强策略来提取DRR图像和X光图像的边缘轮廓信息;其次,采用高斯加权欧氏距离计算图像轮廓的相似度;最后通过平衡优化器算法进行迭代优化,得到最优的位姿参数.实验结果表明:本文算法能够精确提取模糊X光图像的边缘轮廓信息,而且可以准确评估其与CT数据的相似度,平均配准成功率超过94%,算法效率和鲁棒性优于传统算法,可用于医疗诊断、放射疗法、图像引导手术等医学活动.

3D/2D血管配准的研究进展及临床应用现状

3D/2D血管配准是将不同模态下的血管影像通过特定的配准算法进行空间、时间上的对齐。这项技术实现了不同模态图像之间的优势互补,是医学影像学领域的重大突破。2D影像资料主要通过有创血管造影获得,3D影像主要来自CT、MRI、超声等。3D/2D血管配准可将两种成像技术所获得的血管解剖结构、血管管腔内信息融合起来,为手术方案的制定、术中定位提供重要依据。在临床手术中,主要将其运用于血管介入治疗以及肿瘤切除领域。本文就3D/2D血管配准的研究进展及临床应用现状进行综述。

2D/3D多模态医学图像配准算法研究

2D/3D多模态配准在医学影像导航手术中起着重要作用,主要用于提供术前三维图像和术中二维图像的实时信息,帮助医生精准定位病灶,规划手术路径,从而提高手术的安全性和效率。提出了一种2D/3D多模态医学图像配准算法,首先利用Swin Transformer优秀的特征提取能力,构建了初始姿态估计模型,实现姿态参数的快速预测;接着,为了提升整个配准方法的鲁棒性,引入基于Grangeat关系的粗配准方法;最后设计了基于梯度下降的精配准模块,以提升整个配准过程的精确性,且在该模块将Sobel微分算子与归一化互相关结合,提升了参数优化过程中的灵敏度。实验结果表明,所提配准方法在正位和侧位配准中的误差满足配准要求,配准成功率有显著提升。

深度学习的2D-3D融合深度补全综述

深度图补全的目的是从深度传感器捕获的稀疏图预测密集像素级深度。它在自动驾驶、三维重建、增强现实和机器人导航等各种应用中发挥着至关重要的作用。最近在这项任务上的成功证明基于深度学习的2D-3D融合深度图补全技术成为该领域的主流方案。论述了该方法近年在业界的研究现状,分析了补全任务常用的数据集与评价指标以及对传感器获取的噪声和稀疏数据的处理方法。将两个模态外观特征的融合方式分为:早期融合、后期融合和多级融合,从提取几何线索和多任务学习角度出发进行归纳分析并对其优势和局限性进行对比。对深度图补全的发展前景和可能的研究方向进行了展望。

基于2D-3D异质结结构的密集型波分复用器的实验研究

基于光子晶体波导耦合原理,设计了2D-3D异质结结构的密集型波分复用器,从理论和实验上详细地研究了六通道波分复用器的传输特性。发现通过控制耦合波导长度,该密集型波分复用器可以实现每个通道的单频输出,实验测量结果也证明了其频率选择特性。之后对更为密集的八通道波分复用器也做了同样的理论模拟,得到了相同的结论。

基于Smart 3D软件的船舶二维与三维集成设计变更

船舶二维与三维集成设计流程复杂、变更需求大。梳理船舶设计变更研究现状。基于Smart 3D软件,从数据处理、二维与三维映射转换和设计变更管理等方面进行船舶二维与三维集成设计变更关键技术分析,并对船舶二维与三维集成设计变更的可行性进行实例验证。结果表明,基于Smart 3D软件进行船舶二维与三维集成设计变更可有效提升集成设计变更的精度与管理效率。

基于2D/3D成像技术的1JC厚板表面质量在线检测系统研发

针对1JC厚板表面质量在线检测,提出了一种2D/3D复合成像的表面检测系统。应用2D和3D成像系统分别实现厚板上下表面无深度变化及有深度变化缺陷的检测和识别,系统均采用深度学习算法进行分类模型的训练和应用。该技术已在宝钢厚板1JC精整线得到成功验证,现场一年多的应用表明,该技术可以有效实现精整线厚板表面缺陷的在线检测和识别。

基于GPU的2D-3D医学图像配准

在2D-3D医学图像配准中,数字影像重建(DRR)的生成与相似性测度是最重要同时也是最耗时的两个配准步骤。针对配准过程中计算量大、耗时长的问题,将模式强度与梯度相结合,简化模式强度相似性测度的计算量,同时利用图形处理器(GPU)的多线程并行计算在GPU上完成DRR生成与相似性测度,引入梯度下降与多分辨策略对配准过程进行优化,完成整个配准过程。通过与多种相似性测度方法以及基于CPU的配准的比较,表明该方法在很好地兼顾配准精确度的同时,配准速度得到了大大提高。

2D-3D配准中的初始位姿估计方法

针对2D-3D医学图像配准过程中存在的初始参数变换范围小和配准对象单一等局限性,提出了一种基于参数映射和图像分割的初始位姿估计方法,扩大了三维物体空间参数的起始运动偏差范围,解决了骨科手术导航系统在配准过程中可估计参数少和多骨块图像配准难等问题.首先,使用区域生长算法对多骨块影像进行图像分割与感兴趣目标的提取,完成待配准目标数据的获取.其次,基于正交融合投影原理构建投影成像模型,将空间刚体变换参数分解到正侧位平面上,建立空间参数与平面参数间的映射关系.然后,将投影生成的正交双平面模板与对应目标图像进行匹配,并将得到的正侧位平面配准参数转换为空间参数,从而完成三维物体初始位姿的有效估计.最后基于颅骨、完整股骨和骨折股骨的CT数据对该方法进行验证,并与传统2D-3D图像配准方法进行对比研究.实验结果表明,所述方法可使5个空间参数的初始变换范围达到±30 mm或±20°,并且对在该范围内的不同研究对象都展现出良好的初始位姿估计效果.与传统图像配准方法相比,基于上述方法进行2D-3D迭代优化的整体配准时间平均缩短46.5%,单个平移参数配准精度最高提升69.2%,单个旋转参数配准精度最高提升91.1%,同时最终配准结果也兼具良好的鲁棒性.

基于CUDA的2D-3D配准技术的研究

Nvidia从GeForce8系列开始,在显卡上推出统一计算设备框架技术,使GPU的通用计算(GPGPU)从图形硬件流水线和高级绘制语言中解放出来,开发人员无须掌握图形学编程方法即可在单任务多数据模式(SIMD)下完成高性能并行计算。在医学图像分析中,图像配准通常是一个耗时的过程,不利于临床应用,为了加速医学图像的2D-3D配准过程,研究了CUDA的设计思想和编程方式,提出了一种基于CUDA并行编程模型的加速配准新技术,在构建的虚拟X线摄像系统下,采用并行计算的方式快速生成高质量DRR图像,以对应像素的灰度值残差作为相似性测度,使用Powell优化方法寻找最优变换。实验结果表明,该技术既很好地保持了配准精度,同时又大大提高了配准速度,加速比达到了十几甚至几十倍。

工业钣金件视觉检测中的一种2D-3D自动定位算法

利用图像计算目标物体空间方位一直是计算机视觉领域的重要任务。利用单幅图像结合CAD三维模型实现钣金零件空间方位的2D-3D自动定位。沿CAD三维模型在影像上投影的外轮廓统计影像边缘特征点的数目,根据极值位置确定零件方位的初始参数;提出基于广义点理论的最邻近直线迭代的算法求取零件方位的精确值。为加快轮廓跟踪速度,也对经典的8-领域轮廓跟踪串行算法进行了并行优化。

基于Django的2D-3D图像转换系统的设计与实现

针对传统2D-3D图像转换过程复杂、不适用于单目图像转换的问题,结合DjangoWeb技术,设计了一种基于Django的2D-3D图像转换系统。该系统主要由深度信息提取、基于深度图生成虚拟视点合成3D图像和Web平台3部分组成,转换系统关键为深度信息提取技术,用于获取单目图像的深度图以判断图像中物体的空间深度。本文给出了2D-3D图像转换系统的总体架构,并阐述了Web系统前端网页和后端服务器的实现。测试结果表明,系统能够实现单目图像与GIF格式3D图像的交互式转换。

基于正交视角X线图像重建的3D/2D配准方法

目的研究一种用于脊柱外科手术导航中术前CT图像与术中X线图像的3D/2D配准方法。方法本文构建了一个基于3D图像重建的3D/2D配准算法。该算法对2D正交视角X线图像进行3D图像重建,将问题转换为了3D/3D配准;结合了重建和配准两个任务构建端对端的框架,并最终在3D流形空间中度量测地距离完成配准。结果我们在公开数据集CTSpine1k上进行了实验。在两个具有不同大小初始配准误差的测试集上进行测试,对于较小初始误差的数据,达到了0.115°±0.095°的旋转估计误差和0.144±0.124 mm的平移估计误差;对于较大初始误差的数据,达到了0.792°±0.659°的旋转估计误差和0.867±0.701mm的平移估计误差。结论本文提出的方法能在满足实时需求的同时,实现鲁棒、精确的3D/2D配准,有望进一步提高脊柱外科导航性能。

2D-3D转换:由二维线画图生成三维复杂零部件

在计算机辅助概念设计和计算机图形学领域,利用二维线画图输入可以方便用户有效地创建新的复杂物体。根据输入的二维特征线画图,提出了一种有效的三维重建方法来生成包含带状面、内嵌圆柱面和空心多边形面等的三维复杂零部件物体。在假设输入的二维线画图是三维待重建物体的简单平行投影的前提下,首先引进用户手绘输入二维特征线画图的若干规则,有助于实现对二维线画图的解释以及对几何物体拓扑结构的有效识别。然后,利用立方角理论精确计算复杂零部件物体各顶点的三维坐标。最后,根据二维线画图的拓扑结构信息,高效重建出复杂零部件物体,并以三角网格的形式表示。实验结果表明,该方法能够精确、高效地生成诸如机械零部件等的三维复杂形状。

3D与2D腹腔镜下乙状结肠-直肠癌根治术治疗乙状结肠-直肠癌的效果比较

目的比较3D与2D腹腔镜下乙状结肠-直肠癌根治术治疗乙状结肠-直肠癌的效果。方法选取2018年6月至2021年6月收治的80例乙状结肠-直肠癌患者为研究对象,按照随机数字表法将其分为对照组和研究组,各40例。对照组采取2D腹腔镜下乙状结肠-直肠癌根治术治疗,研究组采取3D腹腔镜下乙状结肠-直肠癌根治术治疗。比较两组的病情控制效果、手术相关指标、白细胞分化抗原4阳性/白细胞分化抗原8阳性(CD4^(+)/CD8^(+))、活性氧(ROS)、总抗氧化能力(T-AOC)水平及并发症发生情况。结果研究组的病情控制总有效率为80.00%,高于对照组的55.00%,差异具有统计学意义(P<0.05)。研究组的术后首次排气时间、术后首次排便时间、术后尿管拔除时间、术后进流食时间短于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。术后3 d,研究组的CD4^(+)/CD8^(+)及T-AOC水平高于对照组,ROS水平低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。研究组的排尿功能障碍、男性勃起功能障碍及男性射精功能障碍发生率低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论3D腹腔镜下乙状结肠-直肠癌根治术治疗乙状结肠-直肠癌的效果较好,可有效控制病情,促进患者术后恢复,且对免疫功能损伤较小,术后应激反应轻微,安全性高,值得推荐。