基于扫频OCT的高精度三维成像测量系统研究

为实现高精度的快速精密测量,文章依据调频连续波激光雷达(FMCW)基本原理,并结合扫频光学相干层析成像技术(扫频OCT),设计搭建了一套基于扫频OCT的高精度三维测量成像系统。本系统不仅通过光学结构优化、A-scan同步设计和非线性采样等技术实现系统在硬件层面的性能提升,还采用控制系统优化、B-scan平均光谱法、色散补偿等方法从软件层面进一步提升系统的成像性能。成像实验和成像系统性能测试结果都表明该系统具有较高的成像性能,可以实现测量精度为7.6μm的快速三维成像。

基于扫描旋转同步运动的三维成像方法

为满足在役战机隐身性能的快速检测需求,提出了一种基于垂直扫描、方位旋转同步运动的三维成像方法。成像系统主要由射频收发设备、收发天线对、竖直方向导轨、转台和数据处理终端构成。天线发射频率步进信号时,对转台上的被测目标进行水平旋转,同时,收发天线对在垂直方向上扫描被测目标。以点目标组合为例,通过理论分析和仿真计算,确定该成像系统的参数配置,比较不同参数配置下系统的三维成像性能。仿真结果表明:采用垂直扫描、方位旋转同步运动方法能够实现三维成像,该方法与经典圆柱面扫描方法相比,扫描时间可缩短92%,同时保持11 dB峰值旁瓣比率。所提方法具有测试效率高、系统搭建简单、易于调节的特点,为服役阶段的隐身飞机散射源诊断提供了一种有效的测量方法选择。

三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法

光学元件在多个领域起着至关重要的作用,其应用性能的优劣主要由表面粗糙度决定,对此,提出三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法。采集光学元件表面图像,并进行预处理,然后采用重构算法获取到光学元件表面三维图像,并使用最小二乘中线提取元件表面三维形貌的中面,最后在表面三维形貌中面计算出三维粗糙度评价参数,实现光学元件表面粗糙度智能测量。实验数据显示:设计方法测量的表面粗糙度因子平均误差最小值达到了0.5%,测量精度高达100%,证明本方法的光学元件表面粗糙度测量性能较佳。

Mimics软件在颧骨复合体骨折三维CT图像中的测量与应用

目的探讨单侧颧骨复合体骨折移位的CT测量方法并用于指导临床手术。方法收集需要手术治疗的单侧颧骨复合体骨折患者20例,术前摄颌面部三维CT,利用Mimics软件对双侧颧骨复合体与邻近骨骼解剖标志点中选取的同样两点之间的距离和选取同样的三点之间的角度进行测量分析,计算患侧与健侧之间的差值,以此为骨折移位数据指导手术。术后复查CT并测量各段距离和角度,评价复位效果。结果1)颧骨复合体骨折时,颧骨体骨折块多向后、向内移位。术后患侧与健侧比较,骨折段移位距离差值减少至2 mm以内,角度差值减少至1°以内,复位达到三维对称,开口及咬合功能恢复好,手术效果满意。2)健侧的颧弓突点水平角和颧突点水平角数据呈正态分布,分别为138.50°±1.15°和132.72°±0.89°。结论三维CT测量可以实现对颧骨复合体空间移位的定量测量,对颧骨复合体骨折的手术复位具有指导意义。

多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。

液体变焦结构光三维测量系统研究

为解决传统结构光法应用于地下空间三维探测的局限性,通过将液体透镜调焦技术与结构光自扫描测量方法相结合,创新地提出一种液体变焦结构光三维测量系统的设计原理与应用方法。首先,提出了液体变焦结构光三维测量系统的结构设计模型,并结合理论推导分析了系统的工作机制。然后,针对系统中变焦成像模块和结构光投射模块,分别给出了相应的参数标定方法。最后,搭建了液体变焦结构光三维测量系统的试验平台,实现了系统参数的精确标定,并设计试验对系统性能进行了测试。测试结果表明:该系统在无移动组件的条件下可灵活切换视场,能够实现在不同尺度成像视野下对目标的三维测量;测量精度受光学像差和成像焦距的综合影响。该研究可为地下作业机器人三维视觉系统的高性能研制提供新思路。

三维TEE经Mimics 3D成像在左心耳封堵术的临床应用(附1例报告)

文章以1例心房颤动(Af)患者为例,采集经食道超声心动图(TEE)三维数据,利用Mimics三维成像技术重建患者左心耳3D结构,初步评估经皮左心耳封堵术(WATCHMAN系统)手术风险,指导封堵器选择及放置,为左心耳封堵术提供了重要的植入参考依据。

基于镜面成像技术的三维立体视觉测量与重构综述

利用镜面成像技术获取被测物体或场景的三维信息得到研究者越来越多的关注。光线与平面镜或曲面镜交互时产生镜面成像。平面镜的反射属性可以改善视觉效果,基于光路射线展开过程可应用于不同的平面镜成像系统,采用光路展开替代镜面交互应用于三维场景,得到虚拟三维空间,平面镜成像使得复杂的射线交互可以用一种虚拟的方式可视化,且坐标系统的变化容易跟踪。曲面镜成像通常不具有透视投影属性,根据曲面的曲率来改变空间显示。曲面镜常常导致折反射,故针对不同的三维立体视觉测量及重构需设计相应的几何恢复算法。从计算机图形学和计算机视觉的角度,分析了镜面成像的基本原理,对近年来较典型的基于镜面成像技术的三维测量与重构方法及最新研究进展进行综述。

腰椎横突Mimics测量与DR测量差异性研究

目的对比分析Mimics三维成像和DR两种方法测量腰椎横突的差异。方法抽取15例患者的腰椎CT资料,分别用Mimics三维重建和DR对腰椎横突的宽度及横突末端距离进行测量,通过对比两种方法测量数据,了解Mimics测量与DR测量的差异。结果 DR测量值与Mimics测量值比较差异有统计学意义(P<0.05),横突宽度87%DR测量值大于Mimics三维重建测量值;横突末端距离99%DR测量值大于Mimics三维重建测量值。结论横突宽度和横突末端距离DR的测量值大于Mimics测量值,DR测量偏大的原因与摄影时的肢片距和物片距有关,而横突的三维角度可影响DR的放大比例。

利用共焦成像原理实现微米级的三维轮廓测量

以普通光学成像透镜取代显微物镜 ,以针孔阵列 (5 0 0× 5 0 0 )取代单针孔 ,实现了全场并行共焦测量 .在数据处理上 ,采用了内插值三维重构算法 ,以及二次曲面拟合的系统误差校正算法 ,可以在较大的采样间距下获取较高的测量精度 .实验表明 ,系统的最大横向测量范围为 5mm× 5mm ,横向测量精度约为 13μm ,纵向测量精度约为 5 μm ,因此可大大提高测量视场及测量速度 .

基于成像模拟法的镜面体表面三维测量

针对计算机视觉对表面光滑且连续的镜面体三维外形测量中存在的难题,提出一种基于成像模拟法的测量方法。分析镜面反射的几何光学原理,根据镜面体表面光线反射的特性,使用相机和液晶显示器组成测量装置对镜面物体进行测量。使用平面镜对相机和显示器进行参数标定,并使用时间相移法对显示器上的像素点进行编码,从相机拍摄的镜面物体反射的条纹图像出发,采用光线逆跟踪方法,使用参数曲面反向模拟镜面物体的反光过程,通过调整曲面参数使得模拟的反射光线和显示器交点与实际位置距离误差最小,即可获得镜面体表面的三维数据。通过试验验证了该方法的有效性,具有较高的测量精度。

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。

常规超声与自动乳腺全容积成像对浸润性导管癌三维测量的对比分析

目的比较常规超声与自动乳腺全容积成像(ABVS)三维测量浸润性导管癌大小的准确性。方法选取经病理证实的乳腺浸润性导管癌患者52例,常规超声与ABVS分别测量肿瘤最大直径,计算肿瘤体积、表面积;医学图像处理软件Mimics 17.0重建肿瘤的三维模型并计算肿瘤体积(Mimics体积)。分析常规超声、ABVS的测量值及Mimics体积与病理测值的相关性,并对其相关系数进行比较。以T2为临界点,ROC曲线分析各测量值对预测T2期肿瘤的准确性,并进行比较。结果常规超声所测最大直径、体积及表面积与病理测值的相关系数分别为0.543、0.639、0.650(均P=0.000),三者评估肿瘤大小的ROC曲线下面积分别为0.777、0.767、0.793;ABVS所测最大直径、体积和表面积与病理测值的相关系数分别为0.736、0.820、0.830(均P=0.000),三者评估肿瘤大小的ROC曲线下面积分别为0.885、0.921、0.902;Mimics体积与病理所测体积的相关系数为0.856(P=0.000),ROC曲线下面积为0.938。ABVS测量体积和面积的准确性均高于常规超声,差异均有统计学意义(P=0.018、0.040);在测量最大直径方面二者比较差异无统计学意义。结论二维测量参数与三维测量参数之间比较差异无统计学意义,但三维测量的准确性高于二维测量;ABVS测量肿瘤大小的准确性高于常规超声。ABVS测量肿瘤的三维大小是一种可靠的影像学方法,可更准确地反映肿瘤的形态特征和生物学特性。

电容层析成像系统三维图像重建及其在两相流体积测量中的应用研究

探讨了电容层析成像系统中利用二维断层图像进行三维表面重建 ,并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化 ,然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建 ;最后利用三维图像求取两相流中离散相体积。初步的仿真结果表明 ,使用的三维重建算法简单 ,重建精度高 ,成像速率快 ,可以方便地观察离散相空间位置和计算出离散相体积。

基于正交柱面成像相机空间后方交会的三维坐标测量方法

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题,提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成,应用空间后方交会原理,无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程,设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程,并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内,在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm,深度方向的距离测量精度优于0.7 mm,三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明:该方法有效,可被灵活应用,具有良好的测量精度。

单像素成像在三维测量中的应用

在条纹投影等传统结构光三维测量技术中,在全局光照的干扰下,无法获得高质量、高精度的三维测量结果。典型的全局光照效应包括互反射和次表面散射。互反射发生在凹陷的光亮反射表面,而次表面散射发生在半透明材料表面。单像素成像(Single-pixel imaging, SI)技术可以通过没有空间分辨率的探测器捕获场景,然而,大多数现代数码相机采用传统像素化的图像传感器。在这里,我们提出了将单像素成像技术扩展到像素化的图像传感器中,将图像传感器上的每个像素都被视为是一个独立的单像素成像单元,可以同时获取图像。实验表明,这种单像素成像方法可以完全分解直接光照和全局光照,实现在全局光照干扰下的高质量、高精度三维重建。

三维超声多平面成像模式及体积自动测量系统在测量22～26周胎儿透明隔腔、小脑延髓池中的应用效果

本研究利用三维（3D）超声多平面成像模式及体积自动测量系统（VOCAL）测量胎儿透明隔腔、小脑延髓池的体积,评估其准确性及各自的优势,报告如下。1材料与方法1.1一般资料选取2016年2—7月在本院做产前三级筛查的胎儿60例,孕周22~26周,平均23.78±2.

三维电容层析成像组合电极激励测量模式

针对3层电容阵列电极传感器,基于三维仿真,研究了两种组合电极激励测量模式,并与传统的单电极激励单电极测量模式进行了比较,包括电容测量值大小及其动态范围、敏感场分布均匀性以及重建图像质量。基于COMSOL软件及Matlab软件进行了仿真实验,结果表明:相较于传统的单电极激励单电极测量模式,组合电极激励测量模式所得图像重建效果更好,测量电容值较大且动态范围较小,敏感场分布更加均匀,对中心物体的成像质量明显提高。

基于mimics软件的三维重建技术在断层解剖实验教学中的应用

目的探讨基于mimics软件的三维重建技术在断层解剖实验教学中的应用。方法选取于川北医学院附属医院进行磁共振成像(MRI)检查,符合纳入标准的38名志愿者作为研究对象,使用GE 3.0T核磁共振仪采集头部图像。建立科研小组,使用mimics软件对丘脑进行三维重建。结果利用mimics在志愿者的MRI图像中进行勾画,完成三维重建,成功地创建出丘脑三维模型。在教学活动中,学生可以从各个角度对丘脑等结构进行观察。结论基于mimics软件的三维重建技术可有效提高学生动手能力和断层解剖的教学质量。