岩石节理三维重建技术研究

摘要

三维重建一直是计算机视觉研究的重点和热点之一，它在物体识别、机器人导航、虚拟现实、医学图像重建、地形勘测和工业检测等领域都有着广泛的应用。现在许多国家都采用深埋的方法来处理核废料。为了保证安全，核废料必须被埋在地质结构稳定的地方，该处的岩石应该裂缝 (节理) 较少，裂缝也应该不与外界连通，以保证废料不会经过一段时间就沿着裂缝发生核泄漏。为了寻找符合深埋核废料条件的地质结构，就需要详细了解地下岩石的节理结构。而研究人员不可能在地表看到岩石内部的情况，又不可能把岩石全部从地下取出。因此研究人员采用采样的方法，在探测的地方钻取一段柱形岩心。对岩芯切片后进行数字取像，然后输入计算机，最后根据切片图像中节理的三维重建结果来分析该处地下岩石的内部结构。 本文首先分析了现有的各种三维重建技术，指出了岩石节理三维重建的特点，并根据源数据为切片图像选用了基于序列断层图像的重建方法。接着具体介绍了基于序列断层图像的三维重建技术中的关键技术：图像分割、轮廓提取、轮廓对应、轮廓插值、三维数据可视化。然后通过对岩石图像特点的分析，选取了适当的边缘跟踪算法提取岩石轮廓，并在提取边缘的同时进行轮廓采样，提高了运算速度。文中重点研究了岩石轮廓的插值算法，在分析中，综合考虑了轮廓质心的位置，轮廓上点的切向，质心到点的向量三方面的因素，提出了一种新的点匹配算法。点匹配算法是各种插值算法的核心，本文将匹配好的轮廓用线性插值方法得到了良好的插值结果，而且其在出现轮廓一对多 (分叉) 的情况时，仍然有效。本算法的优点还体现于：匹配好的点很方便地应用于后续的轮廓拼接及轮廓表面网格化，为三维表面重建打下了良好基础。最后本文研究了三维数据可视化的主要方法，具体介绍了物体表面重建法并进行了数据的仿真，展示了岩石节理三维重建的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3基于断层图像的三维重建技术

1.4国内外研究现状

1.5论文结构

第二章基于断层图像三维重建的相关理论

2.1图像分割

2.2轮廓提取

2.3轮廓线对应

2.4插值

2.4.1基于形态学变形的插值

2.4.2中轴插值

2.4.3弹性插值

2.4.4其它插值算法

2.5重建

第三章岩石切片图像的分割与轮廓提取

3.1图像分割

3.1.1使用普通分割算法的困难

3.1.2岩石的特殊处理

3.2图像降噪

3.2.1影响轮廓提取的因素

3.2.2处理方法

3.2.3降噪处理结果

3.3轮廓提取

3.3.1常用的轮廓跟踪及提取原理

3.3.2轮廓提取的结果

3.4小结

第四章插值

4.1轮廓多边形逼近

4.2建立最佳匹配点对

4.2.1双线性匹配法

4.2.2分段求交法

4.2.3本文的点匹配算法

4.2.4基于向量积的点匹配算法

4.3线性插值

4.3.1一对一插值

4.3.2一对多插值

4.4末端闭合

4.5仿真

4.6小结

第五章三维数据可视化

5.1三维数据可视化技术的分类

5.2表面绘制法

5.2.1轮廓对应

5.2.2分叉问题

5.2.3轮廓拼接

5.3本文表面重建方法

5.3.1轮廓对应

5.3.2分叉问题

5.3.3轮廓拼接

5.4仿真结果展示

5.5小结

第六章结论及未来的工作

6.1结论

6.2未来的工作

致谢

攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果

参考文献