Micro CT可视化技术的研究及系统软件架构的实现

摘要

可视化技术是目前图像处理领域的研究热点，是计算机图形学和数字图像处理技术在生物医学工程中的重要应用，是一项多学科交叉的研究领域。 可视化技术可以分为二维可视化技术和三维可视化技术，其中本文主要讨论Micro CT三维可视化技术中的最大密度投影技术、面绘制和体绘制技术。 本文在回顾了可视化技术发展现状的基础上，从可视化技术的算法理论和应用开发两个角度展开研究工作，详细讨论了最大密度投影算法、面绘制方法和体绘制方法。针对最大密度投影算法计算量较大的问题，提出了一种减少数据量的改进算法来降低内存使用量和进行算法加速；由于面绘制结果可视性较差，提出了一种改进的平滑方法，可以得到满意的平滑效果与平滑速度，并运用Direct3D技术对面绘制结果进行显示和加速；而针对光线投射体绘制算法处理带来的数据量较大、绘制速度慢的缺点，提出了减少采样点和采样光线等加速方法，并且采用并行计算进行加速，使得在PC平台下实现高质量实时三维体绘制成为可能。同时还可根据用户的需要截取感兴趣区域，从而减少因断层图像中的噪声而造成的重建结果失真。 本文结合Micro CT系统的特点用vc++开发了与之相配套的软件。通过研究Micro CT成像技术、锥形X线束重建技术（Cone Beam）、最大密度投影技术、面绘制和体绘制技术，研制出了一套可以覆盖样品投影图像的采集、断层图像的重建和进行最大密度投影、三维图像重建的系统，可达到“显微”的目的。实现了整个应用系统的快速性、易用性、易扩展性、精确性和稳定性，同时从软件架构设计上具有可配置性，可根据用户的需求来做相应调整，提供了更加贴切专业需求的Micro CT软件技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 可视化技术及产生的背景

1.1.2 Micro CT可视化产生背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 可视化技术国内外研究现状

1.2.2 Micro CT可视化国内外研究现状

1.3 论文主要工作和内容

第二章 可视化技术的基本原理

2.1 windows平台的像素内存结构

2.2 体数据的组成单位一体素

2.3 Micro CT可视化技术基本原理及方法

2.3.1 二维可视化技术基本原理及方法

2.3.2 三维可视化技术基本原理及方法

2.4 结语

第三章 最大密度投影(MIP)算法研究

3.1 算法

3.1.1 MIP算法的实现

3.1.2 图像中心点的固定

3.2 算法改进

3.2.1 MIP算法的计算量

3.2.2 通过一个角度的计算而得到其互补角度的MIP

3.2.3 内存方面的改进

3.3 实验结果

3.4 结语

第四章 基于等值面提取的表面绘制方法和研究

4.1 基于等值面提取的表面绘制方法流程

4.2 等值面的构造

4.2.1 Marching Cubes算法的基本原理

4.2.2 三角面一边交点坐标的确定

4.2.3 确定三角面片位置

4.3 算法流程

4.4 表面法向量的计算与改进

4.5 结果模型的绘制—Direct3D

4.5.1 三维可视化中的各种变换

4.5.2 Direct3D接口的设计与实现

4.6 结语

第五章 光线投射体绘制算法研究

5.1 光线投射的基本原理

5.1.1 光线投射算法的流程

5.1.2 光线投射算法的语言描述

5.2 体数据分类和转换函数

5.3 空间重采样

5.3.1 空间重采样原理

5.3.2 三线性插值

5.4 图像合成

5.4.1 由后向前的图像合成

5.4.2 由前向后的图像合成

5.5 用分割感兴趣区域的方法进行去噪

5.6 算法的加速

5.6.1 自适应光线终止法

5.6.2 跳采样方法

5.6.3 改进自适应光线投射方法并且采用并行计算进行加速

5.7 结语

第六章 Micro CT系统软件设计与实现

6.1 Micro CT软什系统框架结构及程序流程

6.1.1 系统流程简介

6.1.2 系统功能模块划分

6.1.3 系统程序流程

6.2 可视化模块简介

6.3 系统概述

6.4 结语

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附件1攻读硕士期间发表的论文