图像处理及三维重建的综述课件
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三维重建综述
三维重建综述
三维重建是利用二维图像重构出三维模型的一种技术，也称三维照相术，是运
动机器人、虚拟现实等技术的重要基础。
三维重建开发技术可以利用机器视觉技术、激光扫描技术以及计算机处理技术之间的结合来计算出单一或多个图像绘制出三维空间中对象的图形，如图像等。
机器视觉技术在三维重建中的应用非常普遍，其主要原理是基于摄像机实时拍
摄到的图像和知识信息之间的结合，根据图像的特征与物体形状之间的关系来构建三维空间模型。
激光扫描技术是三维重建中应用得比较广泛的技术之一，原理是通过精确测量
激光点来重建物体的三维模型，它的优势是能更准确的模拟出物体的实际形状，而且扫描比较快，效率高。
计算机处理技术是三维重建中的重要组成部分，一般是利用数字图像编辑技术
来构建三维模型，以软件运算和处理技术模拟出三维模型，再把这些数据通过算法来彻底处理和改善。
未来，随着技术发展，三维重建技术会朝着更为精准，更为高效的方向发展，
其在工业生产、虚拟现实、机器人研究以及医疗应用等方面的应用也会更加广泛，可以给人类带来更多的便利。
医学图像重建PPT课件
一 图像重建概述
不同密度体对射 线的吸收不同
对射线吸收相同的 物体，密度分布不 一定相同
入射线
高密度体
少透射
入射线
低密度体
多透射
入射线
6ห้องสมุดไป่ตู้
222
入射线
6
141
等强度射线穿透不同组织的情况
投影重建时需要一系列投影才能重建图像。
一 图像重建概述
➢ 分类：
➢ 根据被用于图像重建的数据获取方式不同，可以分为透射 断层成像、发射断层成像和反射断层成像。
插值法：
▪ （一）基于图像灰度值的插值方法,如最邻近法、线性插值、样条插值等 ,它是在原始灰度断层图像序列中,补充若干“缺少”的切片,这些插值方 法插值精度不高,产生的新断面通常会出现边缘模糊,由此重建出的三维 真实感图像表面会产生伪像,当断层间距较大时这一点尤其明显. 造成这 种情况的主要原因是这些方法没有考虑到物体几何形状的变化.
二 医学CT三维图像重建
➢ 投影切片定理给出了图像在空间域上对X轴的投影与 在频率域u轴的切片之间的关系。
➢ 如果投影并非是对X轴进行，而是对与空间域的X 轴成 任意的角度θ的方向进行投影，是否频率域上存在与u 轴成相同的θ角度方向上的中心切片与之相等？
➢ 回答是肯定的，二维傅里叶变换的旋转定理。
3) 为了增强三维逼真效果，突出显示不同组织的边界面，可以采样表面 并进行明暗计算。
➢ 根据成像所采用的射线波长不同，可以分为X射线成像、 超声成像、微波成像、激光共焦成像等。
二 医学CT三维图像重建
（1）现实意义
在医疗诊断中,观察病人的一组二维CT 断层图像是医生诊断病情的常 规方式. 现有的医用X 射线CT 装置得到的序列断层图像,虽能反映断层内 的组织信息,但无法直接得到三维空间内组织的形貌(如肺部肿瘤的表面 纹理) 和组织间相互关联的情况,而临床上组织形貌对组织定征(如肿瘤的 恶性或良性判断) 却是十分重要的. 仅靠CT 断层图像信息,要准确地确定 病变体的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织之间的空间关系,是 十分困难的.因此迫切需要一种行之有效的工具来完成对人体器官、软组 织和病变体的三维重建和三维显示. CT 三维重建技术就是辅助医生对病 变体和周围组织进行分析和显示的有效工具,它极大地提高了医疗诊断的 准确性和科学性。
医学图像的处理及三维重建
噪声去除是医学图像预处理的重要步骤，旨在消除图像中的噪声和干扰，提高图像质量。
噪声去除的方法包括滤波、中值滤波、高斯滤波等。这些方法通过平滑图像，减小像素值的随机波动，从而减少噪声对图像的影响。
噪声去除Biblioteka 详细描述总结词总结词
图像增强是为了改善医学图像的视觉效果和特征表现，使其更符合人眼观察和机器分析的要求。
医学图像处理的基本流程
包括图像去噪、对比度增强、图像分割等步骤，以提高图像质量。
从医学图像中提取出与病变相关的特征，如形状、大小、密度等。
将多个二维图像组合成三维模型，并进行可视化处理。
根据处理后的医学图像进行诊断和分析，得出结论。
预处理
特征提取
三维重建
诊断与分析
02
CHAPTER
医学图像的预处理技术
提高图像质量
测量和分析
三维重建
辅助诊断和治疗
医学图像处理的目的和意义
01
02
03
04
通过降噪、增强对比度等技术，使图像更清晰、更易于观察。
对医学图像进行定量测量和分析，提取病变特征和生理参数。
将二维图像转换为三维模型，更直观地展示人体结构和病变。
为医生提供准确的诊断依据和治疗方案，提高诊断和治疗水平。
数据量庞大
由于医学图像处理和三维重建涉及大量计算，如何提高计算效率是亟待解决的问题。
计算效率问题
面临的挑战
技术发展趋势
深度学习在医学图像处理中的应用
利用深度学习技术自动识别和提取图像特征，提高处理效率和准确性。
高性能计算资源的应用
利用高性能计算资源进行大规模并行计算，提高处理速度。
多模态医学图像融合技术
详细描述
ct图像处理及三维重建的综述
李健,杨冬茹等. CT扫描结合Mimics三维成像软件对上 扫描结合Mimics [9]李健,杨冬茹等. CT扫描结合Mimics三维成像软件对上 颌第二磨牙的三维重建[J].现代口腔医学杂志 2008， 颌第二磨牙的三维重建[J].现代口腔医学杂志，2008，22 [J].
（5）：550-553 ）：550550
Sarti， Gori， [14]Alessandro Sarti，Roberto Gori，Claudio Lamberti. A Physieally based model to Simulate maxillo faeial surgery from 3D CT images [J]. Systems，1999， Future Generation Computer Systems，1999，15. [15]赵惠军 王波.基于MRI的盆底组织结构三维重建[J]. 赵惠军, MRI的盆底组织结构三维重建 [15]赵惠军, 王波.基于MRI的盆底组织结构三维重建[J]. 第四军医大学学报，2008,29（14）：1317）：1317 第四军医大学学报，2008,29（14）：1317-1318. [16]巩磊 傅戈雁. 巩磊， [16]巩磊，傅戈雁.快速成型与逆向工程技术及其在医学 中的应用[J].新技术新工艺 新技术新工艺， ）：67 67中的应用[J].新技术新工艺，2006, （3）：67-69. [17]游素兰 黄远亮.应用M 游素兰， ics软件建立下颌无牙颌 [17]游素兰，黄远亮.应用M im ics软件建立下颌无牙颌 三维有限元模型[J].口腔医学研究，2008,24（ ）：381 [J].口腔医学研究 381三维有限元模型[J].口腔医学研究，2008,24（4）：381383 [18]黄磊 白光辉.多层螺旋CT 黄磊， [18]黄磊，白光辉.多层螺旋CT 三维重建在先天性支气管 起源异常诊断中的应用[J].温州医学院学报,2008 [J].温州医学院学报,2008， 起源异常诊断中的应用[J].温州医学院学报,2008，38
医学影像处理中的三维重建技术
医学影像处理中的三维重建技术一、医学影像处理简介医学影像处理是应用计算机技术来对医学影像进行分析和处理的一门学科。
医学影像包括X光、CT、MRI等，这些影像可以用来诊断和治疗疾病。
在医学影像处理中，三维重建技术是一种重要的技术手段，可以将医学影像转化为三维模型，更好地展示和分析医学影像。
二、三维重建技术的基本原理三维重建技术的基本原理是将二维医学影像转换为三维模型。
这个过程可以分为三个步骤：图像采集、图像处理和三维重建。
1. 图像采集图像采集是将医学影像数字化的过程。
常见的图像采集设备有X光、CT、MRI等。
这些设备将人体内部的器官和组织切片成二维影像，并数字化存储。
2. 图像处理图像处理是将数字化的医学影像进行分析和处理的过程。
这个过程包括预处理、分割、配准和特征提取等步骤。
预处理是对医学影像进行去噪和增强的处理，以去除噪声和提高影像质量。
分割是将医学影像分割成不同的组织和器官，以便进一步分析和处理。
配准是将不同的医学影像进行对齐，以便生成一个三维模型。
特征提取是从医学影像中提取有意义的特征，以便生成一个准确的三维模型。
3. 三维重建三维重建是将分析和处理后的医学影像转化为三维模型的过程。
这个过程包括点云生成、曲面重建和纹理映射等步骤。
点云是由医学影像中的像素点生成的三维点云模型，曲面重建是对三维点云进行处理，生成一个几何形状具有连续光滑外观的三维模型。
纹理映射是将二维的医学影像贴在三维模型的表面上，增强三维模型的真实感。
三、三维重建技术的应用三维重建技术的应用广泛，涵盖了医疗、生物学、工业设计等领域。
在医疗领域，三维重建技术被广泛应用于手术前的分析和规划。
医生可以使用三维模型来模拟手术过程，给患者提供更准确和安全的治疗方案。
此外，三维重建技术还可以用于义肢和隐形眼镜的设计和制造。
在生物学领域，三维重建技术可以帮助研究人体和动物组织的结构和功能。
研究人员可以使用三维模型来模拟细胞和组织的行为，进一步研究疾病的基础和治疗方法。
医学图像处理三维重建 ppt课件
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
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医学图像处理三维重建
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医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
• 正确读取DICOM图像后，通过选择合适的
窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT图 像转换为256色BMP图像。
医学图像处理三维重建
• 图像增强就是根据某种应用的需要，人为
地突出输入图像中的某些信息，从而抑制 或消除另一些信息的处理过程。使输入图 像具有更好的图像质量，有利于分析及识 别。
• 在提取边界时，首先采用逐行扫描图片的办法，
通过比较相邻点的像素值，找到图片边界上的一 个点，作为切片边界的起点。然后从边界起点开 始，逐点判断与之相邻的八个点，如果某点为图 片的边界点则记录下，并开始下一步判断，直到 获得所有的边界点。
医学图像处理三维重建
• 重建数据的采集 • 边界轮廓曲线表面绘制 • 设置图像的颜色及阴影效果 • 设置图像光照效果 • 设置图像的显示效果
缘检测的要求比较高；
• 而体重建直接基于体数据进行显示，避免了
重建过程中所造成的伪像痕迹，但运算量较 大。
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
• 为了有利于从图像中准确地提取出有用的
信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
• 图像格式的转换与读写 • 图像增强
医学图像的处理及三维重建ppt课件
Ray Casting算法 Splatting算法
最高 高
·Mapping Hardware算法
较低
快
颅脑的三维重建
目的：采集颅脑磁共振横断位断层影像； 编程实现颅脑的三维重建；对重建图像进行 比较分析，评价临床应用。
31
不同算法的特点
绘制算法 边界轮廓线表示算法 Cuberille算法 Marching Cubes算 法 Dividing Cubes算法 图像质量 低 低 高 中等 绘制速度 快 快 慢 较慢 算法特点 内存开销小 简单快捷，内存开销 小 算法实现简单，但内 存开大 针对三维数据场具有 很高密度的情况提出 来的，内存开销较小 体素寻址困难，内存 开销大 提速寻址快捷，加速 技术多样，可实现渐 进显示，内存开销小 利用硬件处理数据， 绘制速度较快，但内 存开销很大
面绘制（Surface Rendering）方法
体绘制（Volume Rendering）方法
18
面绘制
面绘制可以提供三维物体的表面信息。它 的基本思想是先对体数据中待显示的物体 表面进行分割，然后通过几何单元内插形 成物体表面，最后通过光照、明暗模型进 行渲染和消隐后得到显示图像。
19
面绘制的方法
7
MRI成像设备
8
MRI图像
9
PET成像设备
10
发展特点
逐步从模拟成像向数字化成像技术发展
● 从组织的形态学成像向组织的功能性成 像发展 ●从平面成像（2D）向立体（3D）成像技 术和动态成像技术（4D）发展
11
医学图像处理的目的
医学图像处理是应用图像处理技术处理 医学图像。
三维重建过程ppt课件
稠密点云的网格化
通过上面的步骤可以得到基于图像的三维点云，但要对空间物体的 表面信息进行重构，需要对三维点云进行三角剖分。
三角剖分的方法：
（1）平面投影法方法
采用投影映射的方法，将三维点云投影到二维平面上，接着对投影后的 二维点进行三角剖分，然后将二维剖分关系传递给三维点云的三角剖分。。
（2）直接剖分法方法 三角剖分所给点集R，保留原始点云的拓扑结构，实际上是
特征点匹配方法：
（1）NCC特征匹配
归一化互相关（normalizes cross correlation）方法的优点是它可以抵抗 全局的亮度变化和对比度变化，并且速度快。
缺点是：(a)不抗图像缩放。(b)不抗大的视角的变化。(c)当初始匹配点的 错误匹配率高于 40%的时候以上两种方法失效。
（2）SIFT特征匹配
相机标定
相机标定就是求出相机的内部参数，最终得到内参数矩阵K。
相机标定的方法：
（1）Tsai的两步标定方法
其主要思想是首先利用透视变换原理线性求解出一些相机参数，接着把 求得的这些参数作为非线性优化算法的初始值，只考虑相机的径向畸变，通 过优化算法求解其余参数，从而相对于线性标定方法提高了标定的精度。
主要思想是用特征点的 16×16 的邻域计算该邻域的每个点的梯度。然 后将 16×16 的区域划分为 4×4 的小区域，每个小区域的点向 8 个方向投影。 这样总共可以得到 4×4×8=128 维的特征向量描述符。特征点的匹配首先需 要将特征点旋转到它的主方向上，然后计算匹配点的 128 维特征描述符的欧 式距离。距离最小的匹配点为正确匹配点。
椒盐噪声过滤算法：GA-BP神经网络噪声检测的自适应滤波算法。 遗传算法：Genetic Algorithm GA 反向传播神经网络：Back BP BP
三维重建算法研究综述
二、文物三维重建技术的应用
1、文物修复与保护：通过三维重建技术，文物修复人员可以更加准确地理 解文物的原貌，为其修复提供重要的参考依据。同时，该技术也可以对文物进行 无损检测，发现文物的潜在损伤，为文物的保护提供数据支持。
2、数字化展示：利用三维重建技术，可以将文物在数字世界中真实地再现 出来，为观众提供身临其境的体验。同时，这种数字化展示方式还可以有效地保 护文物，防止其受到物理损害。
三维重建算法研究综述
01 摘要
03 文献综述 05 参考内容
目录
02 引言 04 结论
摘要
本次演示旨在综述三维重建算法的研究现状及其发展趋势，重点算法的基本 概念、应用领域、研究现状、未来研究方向以及挑战。通过对大量相关文献的搜 集、整理和分析比较，本次演示总结了近年来三维重建算法的重要成果和不足之 处，并指出了未来可能的研究方向。
4、三维重建算法的未来研究方 向
未来，三维重建算法的研究将面临更多挑战和机遇。以下几个方面可能成为 未来的研究方向：
(1)提高三维重建的精度和效率。尽管已经有很多优秀的三维重建算法，但 对于复杂形状和动态变化的目标对象，其精度和效率仍需进一步提高。此外，如 何平衡计算效率和内存消耗也是一个值得研究的问题。
3、虚拟考古：在考古学中，三维重建技术可以帮助考古学家更好地理解古 代文明的生活方式和工艺技术。通过模拟遗址或墓葬的原始状态，我们可以更准 确地推测出古代人类的行为和生活方式。
三、文物三维重建技术的未来发 展趋势
1、高精度与高效率：随着技术的进步，未来的文物三维重建技术将更加注 重扫描设备的精度和重建算法的效率。这将使得我们可以更快、更准确地获取文 物的三维数据。
2、三维重建算法的研究现状和 趋势
《医学图象处理》课件
1 概述
2 分类
医学图像包括X射线、CT扫描、MRI等多 种模态，提供了人体内部结构和功能的可 视化展示。
医学图像可以分为结构图像（如X射线） 和功能图像（如PET扫描），每种图像有 不同的特点和应用。
医学图像处理的基本任务
1 图像增强
通过去除噪声、增强对比度等技术，改善图像质量，使医生能够更清晰地识别病变。
2 纹理分析
提取并量化图像中的纹理特征，用于区分不同类型的组织和病变。
3 局部特征描述
通过提取局部特征点和描述符，对医学图像进行匹配和配准。
医学图像三维重建技术
1 体素重建
通过对医学图像中的体素进行堆叠和插值，重建出三维的图像。
2 表面重建
根据医学图像中的边缘和特征点，重建出物体的三维表面模型。
3 成像重建
医学图像处理在临床上的应用
1 病变检测和诊断
2 手术导航和规划
3 病理分析与研究
通过医学图像处理技术， 医生可以更准确地检测 和诊断各种病变，如肿 瘤和血管异常。
利用医学图像重建技术， 医生可以在手术前精确 导航和规划手术过程， 提高手术成功率。
医学图像处理技术可以 帮助病理学家分析组织 切片图像，研究疾病的 病理特征和发展过程。
利用多幅二维医学图像的投影信息，恢复出三维物体的内部结构。
常用的医学图像处理工具
1 ImageJ
一款开源的图像处理软 件，提供了多种用于医 学图像分析和处理的工 具。
2 3D Slicer
用于医学图像的可视化 和分析，提供了各种算 法和插件用于医学图像 的处理。
3 OpenCV
一套用于计算机视觉和 图像处理的通用开源库， 提供了丰富的图像处理 算法和工具。
医学图像的三维重建与分析
医学图像的三维重建与分析第一章：医学图像的三维重建技术概述医学图像的三维重建技术是一种通过计算机处理医学图像数据，将其转化为三维模型的方法。
这项技术在临床医学、医学研究和医学教育方面具有重要的应用价值。
本章将介绍医学图像的三维重建技术的基本原理和常用方法。
首先，医学图像的三维重建技术需要通过获取一系列的二维医学图像数据，如CT、MRI或PET图像。
这些二维图像数据可以提供患者的解剖结构和疾病信息。
然后，通过对这些二维图像数据进行计算机处理，将其转化为三维模型。
最后，通过对三维模型进行分析和研究，得出相关的结论和诊断。
在医学图像的三维重建技术中，常用的方法有体素插值、曲面重建和体绘制等。
体素插值是一种通过对医学图像数据进行插值计算，得到等间隔的三维点阵坐标的方法。
曲面重建是一种通过将二维图像数据的表面和边界进行推断和拟合，得到医学图像的三维曲面模型的方法。
而体绘制是一种通过对医学图像进行体积渲染和可视化，得到医学图像的三维模型的方法。
通过医学图像的三维重建技术，可以实现对患者的解剖结构和疾病信息的三维可视化和定量分析。
例如，在临床医学中，医生可以通过对患者的CT图像数据进行三维重建，得到患者的器官和病变的三维模型，从而对病变的位置、形态和大小进行全面的评估和分析。
在医学研究中，研究人员可以通过对大量患者的医学图像数据进行三维重建和分析，从中发现新的病理特征和模式，为疾病的治疗和预防提供新的线索和方法。
第二章：医学图像的三维重建技术的应用案例医学图像的三维重建技术在临床医学、医学研究和医学教育方面有着广泛的应用。
本章将介绍一些医学图像的三维重建技术的应用案例。
首先，医学图像的三维重建技术在骨科和牙科领域有着重要的应用。
在骨科领域，通过对患者的CT图像数据进行三维重建，可以得到患者的骨骼结构和关节间隙的三维模型，从而对骨折、关节炎等疾病进行全面的评估和治疗规划。
在牙科领域，通过对患者的CBCT图像数据进行三维重建，可以得到患者的牙齿结构和牙槽骨的三维模型，从而对牙周炎、种植牙等疾病进行精确的诊断和手术设计。
《CT三维重建》PPT课件
2021/6/10
15
MPR or CPR
让三维体元数据分别绕X、Y、Z轴旋转任意角度，再 用任意平面截取，或划一曲面线，以曲面线所确定的柱 面来截取新层面，构成多平面重组或曲面重组。
优点：①能以任何方位、角度、层厚、层数自由重 组新的断面图像；②重组图像可反映X线衰减值的差异， 当血管显示不清尤其有价值；③操作方便。
8、MRA ( TOF) 和( PC) 两种技术、二维(2D) 和三维(3D) 图像重建，3D - TOF 的图像分辨率较高，对血管的搏 动敏感性较差，对供血动脉较粗、血流速度快。而复 杂血管，例如动静脉畸形的检查较为理想；3D - PC 技 术，特别在血管畸形有明显出血的时候为最佳检查方 法。但是3D - PC 因需反复预测最佳血液流速，成像时 间长，临床应用较少。
小血管易产生狭窄、梗阻假象，轻-中度狭窄不易鉴别。
2021/6/10
21
SSD
2021/6/10
22
VR
给不同CT值指定不同的颜色和透明度， 则三维体元阵列视为半透明的，假想投射光 线以任意给定的角度穿过它，受到经过的体 元作用，通过观察平面得到图像。
优点：丢失信息最少，立体感强。 缺点：①操作选择适宜的CT值分类重要， 需要人机交互动态进行；②运算量大，需要 大容量计算机。
血管畸形：静脉型（海面状血管畸形、静脉畸形）
淋巴管型（淋巴管瘤、囊性水肿）
毛细血管型
动静脉型（动静脉畸形、动静脉瘘）
混合型
3、不足：海面状血管畸形及静脉畸形形态学及生物学不同
没有动脉型血管畸形一类
淋巴管型畸形不见于CNS
2021/6/10
3
Russell分类
1、病理解剖为基础，20年沿用 2、分类：动静脉畸形
医学图像处理-三维重建
• surf(consx,consy,consz);%利用surf()函数
进行三维表面绘制。
• 设置图像的颜色及阴影效果。
• colormap(gray);%利用colormap()函数为图
像定义颜色集
• shading flat;%利用shading定义显示图像的
颜色阴影
设置图像光照效果
• light('Position',[-80,-262,-
信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
• 图像格式的转换与读写 • 图像增强
图像格式的转换与读写
• 正确读取DICOM图像后，通过选择合适的
窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT图 像转换为256色BMP图像。
图像增强
• MATLAB
MATLAB6.5
• MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层
图像的三维表面重建及体重建，原理简单， 编程实现方便。
• 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体
重建实验中，重建速度快，显示效果良好， 便于各类非计算机专业人士推广应用。
• 三维重建技术的实现方法包括两种：
• 一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来
平滑处理
计算数据集在显示平面累计投影
• fv=isosurface(x,y,z,D,isovalue);%使用
isosurface()函数计算数据集在显示平面累 计投影，isovalue根据实际情况自行定义
构造三维体重建碎片
• p=patch(fv,FaceColor','yellow','EdgeColor',
进行三维表面绘制。
• 设置图像的颜色及阴影效果。
• colormap(gray);%利用colormap()函数为图
像定义颜色集
• shading flat;%利用shading定义显示图像的
颜色阴影
设置图像光照效果
• light('Position',[-80,-262,-
信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
• 图像格式的转换与读写 • 图像增强
图像格式的转换与读写
• 正确读取DICOM图像后，通过选择合适的
窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT图 像转换为256色BMP图像。
图像增强
• MATLAB
MATLAB6.5
• MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层
图像的三维表面重建及体重建，原理简单， 编程实现方便。
• 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体
重建实验中，重建速度快，显示效果良好， 便于各类非计算机专业人士推广应用。
• 三维重建技术的实现方法包括两种：
• 一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来
平滑处理
计算数据集在显示平面累计投影
• fv=isosurface(x,y,z,D,isovalue);%使用
isosurface()函数计算数据集在显示平面累 计投影，isovalue根据实际情况自行定义
构造三维体重建碎片
• p=patch(fv,FaceColor','yellow','EdgeColor',
数字图像处理--图像复原与重建 ppt课件
基本原理。1/H(u,v)称为逆滤波器。 逆滤波复原过程可归纳如下:
(1)对退化图像g(x，y)作二维离散傅立叶变换，得到G(u,v)； (2)计算系统点扩散函数h(x，y)的二维傅立叶变换，得到
H(u,v);
(3)逆滤波计算 (4)计算
F ( u ,v ) G ( u ,v )/H ( u ,v )
5.1.1 图像的退化 图像的退化是指图像在形成、传输和记录过程中，由于
成像系统、传输介质和设备的不完善，使图像的质量变坏。 图像复原就是要尽可能恢复退化图像的本来面目，它是
沿图像退化的逆过程进行处理。 典型的图像复原是根据图像退化的先验知识建立一个退
化模型，以此模型为基础，采用各种逆退化处理方法进行恢 复，得到质量改善的图像。图像复原过程如下：
几何失真
ห้องสมุดไป่ตู้
系统失真
非系统失真。
系统失真是有规律的、能预测的；非系统失真则是随 机的。
当对图像作定量分析时，就要对失真的图像先进行精 确的几何校正（即将存在几何失真的图像校正成无几何失 真的图像），以免影响定量分析的精度。
16
几何校正方法
图像几何校正的基本方法是先建立几何校正的数学模型； 其次利用已知条件确定模型参数；最后根据模型对图像进行 几何校正。通常分两步：
①图像空间坐标变换；首先建立图像像点坐标（行、列 号）和物方（或参考图）对应点坐标间的映射关系， 解求映射关系中的未知参数，然后根据映射关系对图 像各个像素坐标进行校正；
②确定各像素的灰度值（灰度内插）。
17
5.4.1 空间坐标变换
实际工作中常以一幅图像为基准，去校正另一幅几何 失真图像。通常设基准图像f(x,y)是利用没畸变或畸变较小
i0 j0
(1)对退化图像g(x，y)作二维离散傅立叶变换，得到G(u,v)； (2)计算系统点扩散函数h(x，y)的二维傅立叶变换，得到
H(u,v);
(3)逆滤波计算 (4)计算
F ( u ,v ) G ( u ,v )/H ( u ,v )
5.1.1 图像的退化 图像的退化是指图像在形成、传输和记录过程中，由于
成像系统、传输介质和设备的不完善，使图像的质量变坏。 图像复原就是要尽可能恢复退化图像的本来面目，它是
沿图像退化的逆过程进行处理。 典型的图像复原是根据图像退化的先验知识建立一个退
化模型，以此模型为基础，采用各种逆退化处理方法进行恢 复，得到质量改善的图像。图像复原过程如下：
几何失真
ห้องสมุดไป่ตู้
系统失真
非系统失真。
系统失真是有规律的、能预测的；非系统失真则是随 机的。
当对图像作定量分析时，就要对失真的图像先进行精 确的几何校正（即将存在几何失真的图像校正成无几何失 真的图像），以免影响定量分析的精度。
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几何校正方法
图像几何校正的基本方法是先建立几何校正的数学模型； 其次利用已知条件确定模型参数；最后根据模型对图像进行 几何校正。通常分两步：
①图像空间坐标变换；首先建立图像像点坐标（行、列 号）和物方（或参考图）对应点坐标间的映射关系， 解求映射关系中的未知参数，然后根据映射关系对图 像各个像素坐标进行校正；
②确定各像素的灰度值（灰度内插）。
17
5.4.1 空间坐标变换
实际工作中常以一幅图像为基准，去校正另一幅几何 失真图像。通常设基准图像f(x,y)是利用没畸变或畸变较小
i0 j0
医学成像技术(三维重建技术)课件
7.2 主要内容
预处理 分割 模型构建
模型网格简化
绘制
预处理
分割
二维分割
三维分割
重建
绘制 面绘制
体绘制
7.3 表面绘制
Marching Cube 算法
表面 重建 皮肤 灰度 阈值
HU=500
表面 重建 皮肤
HU=500
骨头
HU=1150
表面 重建
透明显示
光源 入射光
法向量 反射光 视线
折射定律
折射定律：折射线在入射线与法线构成的平 面上，折射角与入射角满足 1 sin 2 sin
入射光
1 2
折射光
能量关系
在光的反射和折射现象中的能量分布：
Ii I d I s It I v
下标为i,d,s,t,v的能量项分别表示为入射光 强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强， 吸收光强
皮肤
HU=500
表面 重建
阻光度=0.8 阻光度=0.6
透明显示
皮肤
HU=500
骨骼 HU=1150
阻光度=0.4
阻光度=0.25
7.3 体绘制
在自然环境和计算模型中，许多对象和现象只 能用三维数据场来表示。与传统的计算机图形学相 比，对象体不再用几何曲面或曲线表示的三维实体， 而是用体素（Voxel）作为基本造型单元。对于每一 体素，不仅其表面而且其内部都包含了对象信息， 这是仅用曲线和曲面等几何造型方法所无法表示的。 体绘制的目的就在于提供一种基于体素的绘制技术， 它有别于传统的基于面的绘制，能显示出对象体的 丰富的内部细节。
反射光，透射光决定了物体所呈现的颜色
简单光照明模型-环境光
(医学课件)CT三维重建技术临床应用PPT幻灯片
常使用最大密度投影法（MIP）、最小密度投影法(MinP)、 表面覆盖法(SSD)、多曲面重建（MPR）、容积再现法（VR） 或血管专用软件等重组技术显示图像。通过测量感兴趣区血管 最高值和最低值，定出相应的阈值，通过编辑软件减去软组织、 骨头、静脉或不相关的动脉，在不同的角度对图像进行观察、 分析。
7
表面遮盖显示（shaded surface display , SSD）通过计算被观察物表面所有相关像素的最 高和最低CT值，保留所选CT阈值范围内像素的影 像，将超出限定的CT阈值的像素透明处理后重组 成二维图像。立体感强，能直观的显示骨骼和大 血管的全景，有利于病变的定位、测量。
8
仿真内窥镜成像术（Computed Tomographic Virtual Endoscopy , CTVE）是在 容积数据的基础上，采用表面遮盖显示和容积再 现法相结合，模拟出三维立体空间环境，在受检 器官的腔内进行计算机数据后处理，显示出图像， 与光纤内窥镜效果相似，常用于喉部、支气管、 结肠、胆道、胃等管腔脏器等。
33
（1）颈内动脉动脉瘤：占动脉瘤的40%左右 （2）大脑前动脉动脉瘤：占31.5%～36% （3）大脑中动脉动脉瘤：占11.7%～33% （4）大脑后动脉动脉瘤：占0.6%～4% （5）基底动脉动脉瘤：占5%～8% （6）椎动脉动脉瘤：占3%～5% （7）多发性动脉瘤：指颅内同时有2个或2个以上的动脉瘤
40
箭头所指为视神经孔
41
箭头所指左侧鼻骨翼骨折
42
双侧耳蜗及右侧中耳乳突炎表现
43
筛窦、上颌窦炎
44
主动脉CTA是主动脉瘤、主动脉夹层、先天变异 畸形、外伤血肿及肺动脉栓塞等的首选检查方法。 主动脉CTA快捷、准确、无创更适合于急诊患者 及支架置入后随访的患者。
7
表面遮盖显示（shaded surface display , SSD）通过计算被观察物表面所有相关像素的最 高和最低CT值，保留所选CT阈值范围内像素的影 像，将超出限定的CT阈值的像素透明处理后重组 成二维图像。立体感强，能直观的显示骨骼和大 血管的全景，有利于病变的定位、测量。
8
仿真内窥镜成像术（Computed Tomographic Virtual Endoscopy , CTVE）是在 容积数据的基础上，采用表面遮盖显示和容积再 现法相结合，模拟出三维立体空间环境，在受检 器官的腔内进行计算机数据后处理，显示出图像， 与光纤内窥镜效果相似，常用于喉部、支气管、 结肠、胆道、胃等管腔脏器等。
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（1）颈内动脉动脉瘤：占动脉瘤的40%左右 （2）大脑前动脉动脉瘤：占31.5%～36% （3）大脑中动脉动脉瘤：占11.7%～33% （4）大脑后动脉动脉瘤：占0.6%～4% （5）基底动脉动脉瘤：占5%～8% （6）椎动脉动脉瘤：占3%～5% （7）多发性动脉瘤：指颅内同时有2个或2个以上的动脉瘤
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箭头所指为视神经孔
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箭头所指左侧鼻骨翼骨折
42
双侧耳蜗及右侧中耳乳突炎表现
43
筛窦、上颌窦炎
44
主动脉CTA是主动脉瘤、主动脉夹层、先天变异 畸形、外伤血肿及肺动脉栓塞等的首选检查方法。 主动脉CTA快捷、准确、无创更适合于急诊患者 及支架置入后随访的患者。
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CT图像处理及三维重建技术
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
1.问题的提出及其研究意义 2.国内外的研究现状 3.图像处理基本理论及方法 4. 三维重建基本理论及方法 5.参考文献
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.图形处理基本理论及方法
要实现CT断层图像的三维重建，首先要对二维CT图像处 理，提高图片质量。由于医学cT图像本身就是一种数字图 像，数字图像处理的基本理论及方法也适用于CT图像。
本 章系统地介绍了第四章医学图像处理及三维重建软件开发 中所运用到的图像预处理、灰度图像二值化、图像增强、 图像分割等基本理论及相关的算法。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.2中值滤波
CT图像的形成中会引入不同的噪音，为了确保图像的质 量，需要去除噪音，中值滤波能够有效地去除尖峰信号， 削平振动噪音，而对阶梯或陡然下降信号却能很好地保 留，因此它既能有效地抑制噪音，又能很好地保留有效信 号。另外，中值滤波不需要做乘除运算，处理速度也较 高，因此非常适合于CT图像的平滑和去噪处理。中值滤
Байду номын сангаас
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.1灰度图像二值化
灰度图像二值化的目的是对图像进行分割，对于CT图像 的分割，主要是骨组织和软组织的分割，而二者的灰度值 相差很大，所以可以采用阈值分割法将其分离出来。具体 的方法就是根据灰度图像的分布，选定一个灰度值作为标 准值，然后将图像矩阵中每像素的灰度值与标准阈值比 较，这样就将一幅灰度图像转化为一幅黑白二值图像，实 现关节软组织和骨主体边界轮廓的清晰区分实现图像分割
1.问题的提出及其研究意义
随着医学数字成像技术的飞速发展及其在临床诊断中 的广泛应用，先进的医学断层仪器，如计算机断层扫描 等医学成像设备采集人体器官[1]、骨骼[2]、关节[3]等部位 的影像数据为医学研究与诊断提供高质量的二维断层图像 信息，同时也为反求工程在医学上的应用提供了良好的条 件。同时ct技术也已经广泛应用于建筑学，混凝土中的 破损机理的分析，实现了混凝土技术的三维重建[4]；人们 也利用ct采集无损原木的切片图像，实现图片重建，这对 无损检测具有重要意义[5]；在工业上，利用三维重建技 术，实现ct图像的可视化研究，提高无损检测准确性[6]。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.4图像的边缘检测与增强
边缘是指图像局部强度变化最显著的部分。使图像的 轮廓更加突出的图像处理法叫做边缘检测和边缘增强。边 缘增强是一种重要的区域处理。在对图像进行特征提之 前，一般都需要先进行边缘检测，然后再进行二值化处理 边缘增强将突出图像的缘，边缘以外图像区域通常将被削 弱甚至被完全去掉。处理后边界的亮度与原图中边周围的 亮度变化率成正比。所有边缘增强方法都削弱了图像的低 频部分，处理后图像亮度保持不变，像素值变化缓慢的区 域变黑，而像素变化剧烈的区域被突出。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
基础的定做式人工髓关节也己经应用到医疗实践中[13]。清 华大学激光快速成型中心可以进行ct反求方面的工作。[14]
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图4 重构的原木图像
图5 飞机叶片照相图和三维重建图像
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
波 是抑制噪音的一种非线性的信号处理。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.3图像的平滑与锐化
在图像数据的获取过程中，各电子器件的随机扰动不可 避免地会带来噪音，造成图像质量的退化、降低。为确保 图像质量，需对图像进行预处理，以去除噪音。噪音去除 的方法很多，但一般采用不同的滤波方式借助模板结合邻 域操作来完成，根据滤波功能又可分为平滑(低通滤波)和 锐化(高通滤波)。平滑的目的是模糊，在提取较大目标前 去除太小的细节或将目标内的小间断连接起来，并消除噪 音;锐化的目的是增强被模糊的细节。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
4.三维重建基本理论及方法
由一系列二维CT断层图像上的轮廓线重构三维形体， 即医学图像的三维重建实质上个三维数据的生成及显示的 可视化问题。三维重建技术能充分利用CT、MR工等医学
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图1 切牙牙断层线框图、曲面模型和实体模型（从左到右）
图2 曲面模型图
图3 实体图
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图 像数据。
医学图象的三维重建就是根据输入的断层图象序列， 经分割和提取后，构建出待建组织的三维几何表达，这种 三维几何表达的模型最常用的就是表面模型。表面模型一 般以平面片特别是三角面片来逼近表示，对于封闭的表
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
1.问题的提出及其研究意义 2.国内外的研究现状 3.图像处理基本理论及方法 4. 三维重建基本理论及方法 5.参考文献
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.图形处理基本理论及方法
要实现CT断层图像的三维重建，首先要对二维CT图像处 理，提高图片质量。由于医学cT图像本身就是一种数字图 像，数字图像处理的基本理论及方法也适用于CT图像。
本 章系统地介绍了第四章医学图像处理及三维重建软件开发 中所运用到的图像预处理、灰度图像二值化、图像增强、 图像分割等基本理论及相关的算法。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.2中值滤波
CT图像的形成中会引入不同的噪音，为了确保图像的质 量，需要去除噪音，中值滤波能够有效地去除尖峰信号， 削平振动噪音，而对阶梯或陡然下降信号却能很好地保 留，因此它既能有效地抑制噪音，又能很好地保留有效信 号。另外，中值滤波不需要做乘除运算，处理速度也较 高，因此非常适合于CT图像的平滑和去噪处理。中值滤
Байду номын сангаас
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.1灰度图像二值化
灰度图像二值化的目的是对图像进行分割，对于CT图像 的分割，主要是骨组织和软组织的分割，而二者的灰度值 相差很大，所以可以采用阈值分割法将其分离出来。具体 的方法就是根据灰度图像的分布，选定一个灰度值作为标 准值，然后将图像矩阵中每像素的灰度值与标准阈值比 较，这样就将一幅灰度图像转化为一幅黑白二值图像，实 现关节软组织和骨主体边界轮廓的清晰区分实现图像分割
1.问题的提出及其研究意义
随着医学数字成像技术的飞速发展及其在临床诊断中 的广泛应用，先进的医学断层仪器，如计算机断层扫描 等医学成像设备采集人体器官[1]、骨骼[2]、关节[3]等部位 的影像数据为医学研究与诊断提供高质量的二维断层图像 信息，同时也为反求工程在医学上的应用提供了良好的条 件。同时ct技术也已经广泛应用于建筑学，混凝土中的 破损机理的分析，实现了混凝土技术的三维重建[4]；人们 也利用ct采集无损原木的切片图像，实现图片重建，这对 无损检测具有重要意义[5]；在工业上，利用三维重建技 术，实现ct图像的可视化研究，提高无损检测准确性[6]。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.4图像的边缘检测与增强
边缘是指图像局部强度变化最显著的部分。使图像的 轮廓更加突出的图像处理法叫做边缘检测和边缘增强。边 缘增强是一种重要的区域处理。在对图像进行特征提之 前，一般都需要先进行边缘检测，然后再进行二值化处理 边缘增强将突出图像的缘，边缘以外图像区域通常将被削 弱甚至被完全去掉。处理后边界的亮度与原图中边周围的 亮度变化率成正比。所有边缘增强方法都削弱了图像的低 频部分，处理后图像亮度保持不变，像素值变化缓慢的区 域变黑，而像素变化剧烈的区域被突出。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
基础的定做式人工髓关节也己经应用到医疗实践中[13]。清 华大学激光快速成型中心可以进行ct反求方面的工作。[14]
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图4 重构的原木图像
图5 飞机叶片照相图和三维重建图像
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
波 是抑制噪音的一种非线性的信号处理。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.3图像的平滑与锐化
在图像数据的获取过程中，各电子器件的随机扰动不可 避免地会带来噪音，造成图像质量的退化、降低。为确保 图像质量，需对图像进行预处理，以去除噪音。噪音去除 的方法很多，但一般采用不同的滤波方式借助模板结合邻 域操作来完成，根据滤波功能又可分为平滑(低通滤波)和 锐化(高通滤波)。平滑的目的是模糊，在提取较大目标前 去除太小的细节或将目标内的小间断连接起来，并消除噪 音;锐化的目的是增强被模糊的细节。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
4.三维重建基本理论及方法
由一系列二维CT断层图像上的轮廓线重构三维形体， 即医学图像的三维重建实质上个三维数据的生成及显示的 可视化问题。三维重建技术能充分利用CT、MR工等医学
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图1 切牙牙断层线框图、曲面模型和实体模型（从左到右）
图2 曲面模型图
图3 实体图
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
图 像数据。
医学图象的三维重建就是根据输入的断层图象序列， 经分割和提取后，构建出待建组织的三维几何表达，这种 三维几何表达的模型最常用的就是表面模型。表面模型一 般以平面片特别是三角面片来逼近表示，对于封闭的表