[發(fā)明專利]基于重力場(chǎng)模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910055601.1
• 申請(qǐng)日: 2009-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN101615299A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙俊;李雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/00
• 分類號(hào): G06T15/00;G06T3/60
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于重力場(chǎng)模型 的管道狀物體拉直的圖像處理方法。

背景技術(shù)

虛擬可視化技術(shù)是一種觀察管道狀物體的三維圖像可視化技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)在于無需破環(huán)或接觸物體本身，通過計(jì)算機(jī)圖像處理模擬切開、展平、外翻 等方式，以觀察管道內(nèi)壁結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。虛擬拉直可以將彎的管道映射到直的柱面 上，有助于虛擬展平、外翻可視化技術(shù)的實(shí)施，既可以保持轉(zhuǎn)彎處的細(xì)節(jié)信息， 又能夠提供直觀的整體信息。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國Iowa大學(xué)放射系王革(Ge?Wang)教授 等于1995年首次提出了基于電場(chǎng)模型和中心路徑拉直的曲截面結(jié)腸拉直展平方 法，闡述了結(jié)腸拉直在虛擬可視化技術(shù)中的重要作用(G.Wang?and?M.W.Vannier， ″GI?tract?unraveling?by?spiral?CT，″in?Proc.SPIE，San?Diego，CA，USA， pp.307-315，1995)。這個(gè)方法的不足在于：對(duì)于管道狀物體彎曲較大(中心路 徑曲率較大)的區(qū)域，由于同種電荷的互斥作用，基于電場(chǎng)模型的曲截面呈現(xiàn)不 對(duì)稱的分布，這將導(dǎo)致拉直變形后在該區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的失真；對(duì)于管道內(nèi)部由于 凸起、凹陷等原因造成的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)區(qū)域，基于中心路徑拉直的方法會(huì)使管道狀 物體產(chǎn)生不正常的扭曲導(dǎo)致失效，從而無法得到反映內(nèi)腔的客觀準(zhǔn)確的三維拉直 圖像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于重力場(chǎng)模型的管道狀物 體拉直的圖像處理方法，對(duì)于管道狀物體彎曲較大的區(qū)域，以及管道內(nèi)部由于凸 起、凹陷等原因造成的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)區(qū)域，能夠進(jìn)一步獲得優(yōu)化的管道狀物體拉直 后的圖像，避免了現(xiàn)有技術(shù)中基于電場(chǎng)模型和中心路徑拉直方法所造成的拉直算 法失效問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步、通過計(jì)算機(jī)斷層掃描成像法、工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像法、核磁共 振成像法或超聲成像法獲得原始三維圖像數(shù)據(jù)，然后對(duì)原始三維圖像數(shù)據(jù)采用濾 波去噪法、對(duì)比度調(diào)整法或插值法進(jìn)行優(yōu)化預(yù)處理，最后通過區(qū)域增長或水平集 方法進(jìn)行圖像分割，得到管道狀物體的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)和外壁三維圖像數(shù)據(jù)。

所述的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)是指：通過區(qū)域增長或水平集方法獲得的管道狀物 體的內(nèi)部空腔三維圖像數(shù)據(jù)。

所述的外壁三維圖像數(shù)據(jù)是指：利用獲取的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)，通過膨脹腐 蝕或水平集方法獲得的管道狀物體的內(nèi)部空腔三維圖像數(shù)據(jù)、管道狀物體的管壁 三維圖像數(shù)據(jù)的總和。

第二步、將外壁三維圖像數(shù)據(jù)劃分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、掃略網(wǎng)格或自由網(wǎng)格中的 一種并生成外壁三維有限元模型。

所述的劃分是指通過Medial?Axis算法或Advancing?Front算法進(jìn)行劃分處 理。

所述的有限元網(wǎng)格的網(wǎng)格單元為四面體單元或六面體單元。

第三步、對(duì)外壁三維有限元模型施加邊界條件和重力場(chǎng)載荷。

所述的邊界條件是指在外壁三維有限元模型的一端取一橫截面，設(shè)定位于該 橫截面上的所有節(jié)點(diǎn)的位移和速度均為0。

所述的重力場(chǎng)載荷是指設(shè)定垂直于施加邊界約束的橫截面，且指向外壁三維 有限元模型內(nèi)側(cè)的方向?yàn)橹亓?chǎng)方向。

第四步、依據(jù)所施加的邊界約束和重力載荷對(duì)外壁三維有限元模型進(jìn)行非線 性有限元變形計(jì)算求解，生成拉直變形后的外壁三維有限元模型。

所述的非線性有限元變形計(jì)算求解，是指：列出虛功方程，使用Newton- Raphson方法、修正的Newton-Raphson方法、準(zhǔn)Newton方法等迭代算法中的一種 計(jì)算虛功方程的極值點(diǎn)。

所述的虛功方程是指：變形體中任意滿足平衡的力系在任意滿足協(xié)調(diào)條件的 變形狀態(tài)上作的虛功等于零，即體系外力的虛功與內(nèi)力的虛功之和等于零。

所述的協(xié)調(diào)條件是指在變形體內(nèi)部連續(xù)可導(dǎo)。