專利名稱：基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法
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)。這個技術(shù)的 優(yōu)勢在于無需破環(huán)或接觸物體本身，通過計算機圖像處理模擬切開、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. WangandM. W. Vannier， 〃GI tract unraveling by spiral CT, 〃 in Proc. SPIE， San Diego, CA, USA, 卯.307-315, 1995)。這個方法的不足在于對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，基于電場模型的曲截面呈現(xiàn)不 對稱的分布，這將導(dǎo)致拉直變形后在該區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的失真；對于管道內(nèi)部由于 凸起、凹陷等原因造成的不對稱結(jié)構(gòu)區(qū)域，基于中心路徑拉直的方法會使管道狀 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)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于重力場模型的管道狀物 體拉直的圖像處理方法，對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)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步、通過計算機斷層掃描成像法、工業(yè)計算機斷層掃描成像法、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)，然后對原始三維圖像數(shù)據(jù)采用濾 波去噪法、對比度調(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、對外壁三維有限元模型施加邊界條件和重力場載荷。
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)點的位移和速度均為0。
所述的重力場載荷是指設(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)的方向為重力場方向。
第四步、依據(jù)所施加的邊界約束和重力載荷對外壁三維有限元模型進(jìn)行非線 性有限元變形計算求解，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 計算虛功方程的極值點。
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)。
第五步、使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)的方法實現(xiàn)內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的拉直 變形將外壁三維有限元模型上的各節(jié)點作為源特征點(即內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的特征點)，將第四步中計算求解得到的拉直變形后的外壁三維有限元模型上的各節(jié) 點作為目標(biāo)特征點(即拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的特征點)，根據(jù)源特征點 與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用非剛體配準(zhǔn)方法，得到內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中任意 一點到拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對應(yīng)點的映射關(guān)系，從而得到拉直變形 后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
所述的非剛體配準(zhǔn)方法是指薄盤樣條法、近似薄盤樣條法、體積樣條法或 彈性體樣條法中的一種。
第六步、采用中心路徑生成算法計算外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑和拉直變 形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑。
所述的中心路徑生成算法是指根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)細(xì)化法、距離變換法、水平集方法 或手工標(biāo)定法得到中心路徑的方法。
所述的拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)是指利用獲取的拉直變形后的內(nèi)壁 三維圖像數(shù)據(jù)，通過膨脹腐蝕或非剛體配準(zhǔn)等方法中的一種獲得的拉直變形后的 管道狀物體的內(nèi)部空腔三維圖像數(shù)據(jù)、拉直變形后的管道狀物體的管壁三維圖像 數(shù)據(jù)的總和。
所述的中心路徑是指管道狀物體內(nèi)部的一根中軸軌跡，該中軸軌跡上各點都 滿足最優(yōu)中心點判定準(zhǔn)則。
第七步、基于第五步中得到的特征點進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失真校正處理根據(jù)第五步中 得到的源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，計算拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù) 相鄰數(shù)據(jù)層的旋轉(zhuǎn)角度，對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第二層以后的每一層， 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，得到旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
第八步、基于第五步中得到的特征點和第七步的結(jié)果，進(jìn)行長度失真校正處 理，將長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)重新繪制，以三維形式顯示出來。觀 察視角位于管道內(nèi)部或外部，并可由用戶任意選取。
長度失真校正的方法包括重采樣方法和基于特征點的非剛體配準(zhǔn)方法。
所述的重采樣方法是指根據(jù)第五步中得到的源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng) 關(guān)系，保持外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑與長度失真校正后的外壁三維圖像數(shù)據(jù) 的中心路徑長度相同，對旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)重采樣，生成長度 失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。所述的基于特征點的非剛體配準(zhǔn)方法是指根據(jù)外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路 徑與長度失真校正后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑長度相同的條件，重新計算 第五步中得到的源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，生成用于長度失真校正的特 征點及對應(yīng)關(guān)系，并據(jù)此應(yīng)用非剛體配準(zhǔn)方法，得到旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維 圖像數(shù)據(jù)中任意一點到長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對應(yīng)點的映射關(guān) 系，生成長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有的管道狀物體拉直的圖像處理方法的有益效果在于1、對 于管道狀物體彎曲較大(中心路徑曲率較大)的區(qū)域，避免了由于同種電荷的互 斥作用使得基于電場模型的曲截面呈現(xiàn)不對稱的分布，導(dǎo)致管道狀物體拉直后在 該區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重失真。2、對于管道內(nèi)部由于凸起、凹陷等原因造成的不對稱結(jié)構(gòu) 區(qū)域，避免了基于中心路徑拉直的方法會使管道狀物體產(chǎn)生不正常的扭曲導(dǎo)致失 效的問題。


圖1為實施例原始三維圖像數(shù)據(jù)。
圖2為實施例采用現(xiàn)有技術(shù)處理后示意圖。
圖3為實施例采用基于重力場模型的拉直方法變形后示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實施例。
本實施例具體通過以下步驟實施
第一步、對己獲得的一個管道狀物體CT斷層圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，圖1所 示，使用三維區(qū)域生長算法從斷層圖像中分割出粗略的管道狀物體內(nèi)部空腔。再 使用三維水平集分割算法，將區(qū)域生長算法的分割結(jié)果作為初值，將原斷層圖像 作為速度圖像，進(jìn)一步分割出精確的物體內(nèi)部空腔，即內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。使用 方向梯度方法從原斷層圖像中提取出管道狀物體的內(nèi)外表面輪廓，此輪廓作為速 度圖像，內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)作為初值，再次使用三維水平集分割算法提取出物體 的外壁三維圖像數(shù)據(jù)。
第二步、對外壁三維圖像數(shù)據(jù)劃分有限元網(wǎng)格，生成外壁三維有限元模型。選擇四面體網(wǎng)格單元劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。賦值單元的密度屬性、楊氏模量、泊松比。 其中泊松比可設(shè)為0，以保證拉直過程不會影響徑向?qū)挾取?br> 第三步、對于外壁三維有限元模型的一端，取一橫截面，位于截面上的所有 節(jié)點施加ENCASTRE約束，即定義其位移和速度均為0 。施加全局重力場，重力加 速度取9.8m"2，場方向為垂直于施加邊界約束的截面指向模型內(nèi)側(cè)的方向。
第四步、對外壁三維有限元模型進(jìn)行非線性有限元變形計算求解。設(shè)管道狀 物體的占有域為/2，其邊界為廠，對于參考構(gòu)型中的材料點X，虛功(率)方程 為<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，^ 為總虛功率，^mt為內(nèi)部虛功率，^^'為由物體外力b(X,0和指定的
面力i(X,O所引起的外部虛功率，p(X,O為密度，"③為維數(shù)，v(X,O為材料點
的位置矢量的變化率，即速度，tr(X，/)為Cauchy應(yīng)力，D(Xj)為變形率。使用
Newton-Raphson迭代算法計算虛功方程的極值點，求得拉直變形后的外壁三維有 限元模型及各節(jié)點的位置坐標(biāo)。
第五步、將外壁三維有限元模型上的各節(jié)點作為源特征點(即內(nèi)壁三維圖像 數(shù)據(jù)的特征點)，將第四步中計算求解得到的拉直變形后的外壁三維有限元模型上 的各節(jié)點作為目標(biāo)特征點(即拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的特征點)，根據(jù)源 特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，求得每一對特征點之間的變換向量。再對內(nèi)壁 三維圖像數(shù)據(jù)分段利用薄盤樣條插值，得到內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中任意一點到拉直 變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對應(yīng)點的映射關(guān)系，使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn) 的方法實現(xiàn)內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的拉直，得到拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
第六步、使用距離變換對外壁三維圖像數(shù)據(jù)的每一點求出該點到外壁三維圖像 數(shù)據(jù)邊界點的最小距離。采用Dijkstra最短路徑法生成外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心 路徑即在外壁三維圖像數(shù)據(jù)中選取中心路徑的起點和終點，然后以外壁三維圖 像數(shù)據(jù)中每一點到外壁三維圖像數(shù)據(jù)邊界點的距離值的倒數(shù)作為權(quán)值，進(jìn)行最短 路徑搜索，取所有權(quán)值最小的點連接起點和終點得到外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路 徑。同樣使用距離變換和Dijkstra最短路徑法求得拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑。
第七步、基于第五步中得到的特征點和第六步中得到的中心路徑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失 真校正處理，具體步驟包括
1 )對于拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑上的每一點 C,(/ = 1，2，L ,n)，在拉直變形后的外壁三維有限元模型中選擇與該點距離最小的一
個節(jié)點iV,;
2) 平移拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑，對于平移后的中心路徑 上的每一點C》、1,2,L ，")，再次在拉直變形后的外壁三維有限元模型中選擇與該 點距離最小的一個節(jié)點f;
3) 在外壁三維有限元模型中，可以分別找到唯一一個與W,和《對應(yīng)的節(jié)點
4) 用四組節(jié)點中序號相同的節(jié)點可以構(gòu)建兩組向量，5 ^和
UU1 ULI LU UUl
分別計算t/,與下一相鄰向量c/,+i之間的角度《、c/,'與下一相鄰向量
UULt
《+1之間的角度《；
5) 計算角度差
=《-《，z. = l,2,L ,w-1, (2) 作為中心路徑點C,+i所在數(shù)據(jù)層的旋轉(zhuǎn)失真的估計；
6) 對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第二層以后的每一層，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換， 得到旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第 f(/ = l，2,L ，n)層的任意一點(x,力，與之對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)
據(jù)點的坐標(biāo)(rx,oO滿足
fx, L(x — cx) cos(Zl《一)_ (少一 c_y) sin(zlD + cx」
b，O7 = S i i LL(x - cx) sin(zl《一,)一 (y - c力cos(WM ) + c_y」
其中(CJC,C力為拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑在第/層的坐標(biāo)。
第八步、基于第五歩中得到的特征點、第六步中得到的中心路徑和第七步的
if / = 1， if / > 1，
if,- = 1,
if / > 1，
(3)
(4)
11結(jié)果，進(jìn)行長度失真校正處理，具體步驟包括
1) 利用第七步得到的節(jié)點集合iV—^，iV2，L ,iVj計算其中每一點
A^^ = 1,2,L ，w-l)與下一相鄰節(jié)點iV^之間的直線段在拉直變形后的外壁三維圖 像數(shù)據(jù)的中心路徑上的投影長度《；
2) 利用第七步得到的節(jié)點集合V^7Vi,iV2，L ,《}計算其中每一點
《(A: = 1，2,L ，n-l)與下一相鄰節(jié)點iVw之間的直線段在外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心 路徑上的投影長度《；
3) 計算第l)步和第2)步所得的投影長度的差
<formula>formula see original document page 12</formula>作為中心路徑點C^所在數(shù)據(jù)層的長度失真的估計，使用基于特征點的非剛體配
準(zhǔn)方法進(jìn)行長度失真校正對于長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的第 yt(yt = l，2，L ")層，取點(x,j，A:)作為目標(biāo)特征點，取點(x，y,m)作為源特征點，其<formula>formula see original document page 12</formula>
其中X和y為拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑在第A層的坐標(biāo) 值。根據(jù)源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，求得每一對特征點之間的變換向量。 再對旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)利用薄盤樣條插值，得到旋轉(zhuǎn)失真校正 后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中任意一點到長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對應(yīng) 點的映射關(guān)系，使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)的方法實現(xiàn)長度失真校正，得到長 度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
第九步、使用VTK等三維可視化工具包將長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù) 據(jù)重新繪制，以用戶可控的方式顯示出來，如圖3所示，用戶可以任意改換視角， 對管道狀物體內(nèi)部和外部進(jìn)行觀察。
與現(xiàn)有技術(shù)處理方式得到的圖2相比，通過以上步驟，在實現(xiàn)管道狀物體拉 直的同時，解決了高曲率區(qū)域拉直后的較大失真和不對稱結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)е禄谥行?路徑拉直方法失效的問題，能夠方便進(jìn)行進(jìn)一步可視化及其他處理操作。
權(quán)利要求
1、一種基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、通過計算機斷層掃描成像法、工業(yè)計算機斷層掃描成像法、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)，然后對原始三維圖像數(shù)據(jù)采用濾波去噪法、對比度調(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)；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；第三步、對外壁三維有限元模型施加邊界條件和重力場載荷；第四步、依據(jù)所施加的邊界約束和重力載荷對外壁三維有限元模型進(jìn)行非線性有限元變形計算求解，生成拉直變形后的外壁三維有限元模型；第五步、使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)的方法實現(xiàn)內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的拉直變形將外壁三維有限元模型上的各節(jié)點作為源特征點，將第四步中計算求解得到的拉直變形后的外壁三維有限元模型上的各節(jié)點作為目標(biāo)特征點，根據(jù)源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用非剛體配準(zhǔn)方法，得到內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中任意一點到拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對應(yīng)點的映射關(guān)系，從而得到拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)；第六步、采用中心路徑生成算法計算外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑和拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑；第七步、基于第五步中得到的特征點進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失真校正處理根據(jù)第五步中得到的源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，計算拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)相鄰數(shù)據(jù)層的旋轉(zhuǎn)角度，對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第二層以后的每一層，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，得到旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)；第八步、基于第五步中得到的特征點和第七步的結(jié)果，進(jìn)行長度失真校正處理，將長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)重新繪制，以三維形式顯示出來，觀察視角位于管道內(nèi)部或外部，并可由用戶任意選取。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，其特征是，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。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方 法，其特征是，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)點的位移和速度均為0。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方 法，其特征是，所述的重力場載荷是指設(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)的方向為重力場方向。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，其特征是，所述的非線性有限元變形計算求解是指列出虛功方程，使用 Newton-R鄰hson方法、修正的Newton-Raphson方法或準(zhǔn)Newton方法中的一種 計算虛功方程的極值點。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方 法，其特征是，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。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方 法，其特征是，所述的非剛體配準(zhǔn)方法是指薄盤樣條法、近似薄盤樣條法、體 積樣條法或彈性體樣條法中的一種。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，其特征是，所述的拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)是指利用獲取的拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)，通過膨脹腐蝕或非剛體配準(zhǔn)等方法中的一種獲得的拉 直變形后的管道狀物體的內(nèi)部空腔三維圖像數(shù)據(jù)、拉直變形后的管道狀物體的管 壁三維圖像數(shù)據(jù)的總和。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，其特征是，所述的長度失真校正處理，具體步驟包括1) 利用第七步得到的節(jié)點集合iV^A^A^L ,A^計算其中每一點 A^(A; = 1，2,L ,w-1)與下一相鄰節(jié)點iV^之間的直線段在拉直變形后的外壁三維 圖像數(shù)據(jù)的中心路徑上的投影長度《；2) 利用第七步得到的節(jié)點集合iV'^iV;,A^L ,《}計算其中每一點<formula>formula see original document page 4</formula>與下一相鄰節(jié)點《+1之間的直線段在外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中 心路徑上的投影長度《；3)計算第l)步和第2)步所得的投影長度的差<formula>formula see original document page 4</formula>(7)作為中心路徑點(^+1所在數(shù)據(jù)層的長度失真的估計，使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)方法進(jìn)行長度失真校正對于長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的第 A:(A: = 1,2，L ")層，取點0c,乂A:)作為目標(biāo)特征點，取點(x，;;,m)作為源特征點，其中<formula>formula see original document page 4</formula>附<formula>formula see original document page 4</formula>(8)if hi.其中x和_y為拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑在第A:層的坐標(biāo) 值，根據(jù)源特征點與目標(biāo)特征點的對應(yīng)關(guān)系，求得每一對特征點之間的變換向量， 再對旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)利用薄盤樣條插值，得到旋轉(zhuǎn)失真校正 后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中任意一點到長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)中對 應(yīng)點的映射關(guān)系，使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)的方法實現(xiàn)長度失真校正，得到 長度失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方 法，其特征是，所述的旋轉(zhuǎn)失真校正處理，具體步驟包括1) 對于管道狀物體三維數(shù)據(jù)中心路徑上的每一點C,，在外壁拉直變形后的有限元模型中選擇與之距離最小的節(jié)點iV,;2) 平移中心路徑，對于平移后中心路徑上的每一點C;，再次在外壁拉直變 形后的有限元模型中選擇與之距離最小的節(jié)點《；3) 在外壁拉直變形分析前模型中，可以分別找到與iV,和《一一對應(yīng)的節(jié)點4) 用四組節(jié)點中序號相同的節(jié)點可以構(gòu)建兩組向量，5 = $-g和uu1 uu 111 訓(xùn) uul4 uui分別計算^/,與下一相鄰向量[/,+1之間的角度《、《與下一相鄰向5) 以角度差z^,;《-《作為中心路徑點C,所在數(shù)據(jù)層的旋轉(zhuǎn)失真的估計，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失真校正；6) 對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第二層以后的每一層，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換， 得到旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)對拉直變形后的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)第 /(/ = 1,2,L ,")層的任意一點(x，力，與之對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)失真校正后的內(nèi)壁三維圖像 數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)(rx，o;)滿足LL(x - cx) sin(z!D — (y _ cy) cos(zlD + cy」,if z' > 1,其中(cx,c力為拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑在第/層的坐標(biāo)。if / = 1， if z' > 全文摘要
一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的基于重力場模型的管道狀物體拉直的圖像處理方法，包括以下步驟對管道狀物體的內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)和外壁三維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分并生成外壁三維有限元模型；對外壁三維有限元模型施加邊界條件和重力場載荷；進(jìn)行非線性有限元拉直變形分析；使用基于特征點的非剛體配準(zhǔn)的方法實現(xiàn)內(nèi)壁三維圖像數(shù)據(jù)的拉直；采用中心路徑生成算法計算外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑和拉直變形后的外壁三維圖像數(shù)據(jù)的中心路徑；進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失真校正處理和長度失真校正處理。本發(fā)明能夠進(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)中基于電場模型和中心路徑拉直方法所造成的拉直算法失效問題。
文檔編號G06T15/00GK101615299SQ20091005560
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者雷 李, 俊 趙 申請人:上海交通大學(xué)