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1、,组成员：李英 赵盛 曾宁 胡磊,3D图像采集,目录,第一节 前言,1、1 3维图像产生的原因 3维图像给人立体的感觉。有很强的视觉冲击力，给人以真实、栩栩如生的感觉。能够传递更多的信息。,1、2 3维效果,3D图像与2D图像的区别 3D图像-有高度、宽带、纵深 2D图形-有高度、宽带，没有纵深 二维图形擅长于迅速传达简单的信息，而三维图形能够讲述更复杂的故事，但同时必须携载更多信息,3D图像与2D图像的联系,数百年以来，艺术家们已经掌握了一些诀窍，能够让二维平面图看起来像是进入真正三维世界的窗口 如果将二维图画做成三维图像需要添加大量信息，那么将三维静态图像做成能够逼真移动的图像，所需信息量
2、就更大了,3 维效果,左侧的两个三角形都有三条线和三个角，这些是构成三角形必备条件。在我们看来，右侧的图像是个金字塔，一个带有四个三角形侧面的三维结构。请注意，金字塔形必须由五条线和六个角构成，构成金字塔所需的信息几乎是构成三角形所需信息的两倍。,如果将二维图画做成三维图像需要添加大量信息，那么将三维静态图像做成能够逼真移动的图像，所需信息量就更大了。 通过二维图像研究三维图像不能满足人们的需求,1、3 3D图像采集,断层扫描 经过断层扫描，进行图像重建，得到3维 图像。 医学断层扫描：CT、核磁共振、 声波（超声波）、PET CT: 通过组织器官的密度差别来分析疾病 MRI:通过组织中H质子
3、含量差别来分析疾病。,3D图像采集,投射模型,发射模型,反射模型,3种检测模型：,图像重建的透射、反射、发射三种模式示意图,第二节 图像重建,2、1 图像重建概述 图像重建一般指利用物体的多个（轴向）投影图像重建目标图像的过程。它是一类特殊的图像处理方法，它输入的是（一序列）投影图，而输出的是重建图。,2、2 图形重建分类：,数据获取方式-透射断层成像、发射断层成像和反 射断层成像。 研究的图像维数-图像重建可以是针对一系列沿直线投影图来重建二维图像，也可以是由一系列二维图像重建三维物体。 成像所采用的射线波长-X射线成像、超声成像、微波成像、激光共焦成像等。,TCT（transmission
4、 computed tomography，CT） 接受器获得的 射线强度实际上反 映了物体各部分对 射线的吸收情况,1、透射断层成象,2、发射断层成象,ECT（emission computed tomography） 发射源在物体内部，接受器 在物体外部检测到与生理有 关的信息 PET 正电子与负电子 相撞湮灭而产生一对光子, SPECT（single positron emission CT） 使用在衰减中能产生 射线的放射性离子,3、反射断层成象,RCT（reflection CT） 雷达系统中的雷达图是物体反射的回波所产生的 雷达接受器在特定角度所接受到的回波强度是地面反射量在一个扫描
5、段的积分 投影重建就是要从这个积分获得地面（反射强度）的图象,雷达系统,雷达测速原理图,基本原理是应用反射波的多普勒效应，当雷达测速仪瞄准被测车辆时，发射高频微波，遇到车辆后反射回来，根据发射波和反射波的频率比较,Thank You !,射束硬化解决方法和几何成像简介,Contents,射束硬化效应,CT球管（一种医学设备）产生的X射线中光子的能量是不一样的，吸收系数随X射线能量的增大而减少，当连续能谱的X射线穿过人体后，低能量的射线易被吸收，高能量的就易穿过人体，在传播的过程中，X射线光子的平均能量就变高了，射线逐渐变硬，称之为射束硬化效应。,射束硬化的两种解决方法,（1）使用一个单色光源如
6、放射性同位素或过滤X射线管 （2）使用两种不同的能量或它们的组合和X射线散射的数据，并且使用两个投影集校正正在重建的组合物的变化。（X射线散射成像技术）,图a表示角度覆盖180的图像重建（指根据场景的投影数据获取场景中物质分布的信息 ），图b表示的是角度覆盖360的图像重建，通过比较两个图相差无几，说明通常情况下覆盖180的重建足够了，但是这两个图像中间狭窄的间隙是看不到的。,c,图c与图a，b是相同的图像重建，但是使用单色50V的X射线源,测量的投影集包括分散的背景辐射 ，a图是5%的背景辐射强度，b图10%，c图20%，d图40%。图像的效果与射束硬化效果相似。,X射线散射成像技术的应用,
7、当X射线遇到物体时可能出现三种情况：X射线穿过物体、被物体吸收、遇物体发生散射。 X射线散射成像是利用X射线通过物质时与物质发生相干和非相干散射产生的散射光子来成像的。,1.X射线散射成像的技术简介,X射线背散射成像技术在安检中的应用,X射线背散射成像技术在安检中一般用于区分普通的有机物和炸药、机动和人体检查。 优点：(1)图像能凸显低原子序数的有机物，特别是液体炸药、塑性炸药、毒品等。 (2)身寸线源与背散射探测器在被测物的同一侧，便于实施探测。 (3)X射线飞点扫描照射剂量小、辐射量小。,应用和优点,图1为对同一货运箱的扫描图，两袋模拟爆炸物被藏于箱内，背散射图像(右图)能突出货箱内危险有
8、机物，非常清晰地呈现出模拟爆炸物的所在。,图2为统一箱包的单能透射和背散射扫描图，背散射技术可生成清晰的X射线扫描图，将爆炸物、塑料武器、毒品等成像凸显，单能X射线安检设备无法成像。,X射线背散射成像技术应用于机动和人体检查,目前研制出的背散射安检车，既可在动态模式(低速移动)下进行安全检查，也可在静态模式下对其他移动车辆和物品进行选择性的安检。其高清晰的成像使得工作人员能轻易分辨出车辆货箱中的实际货物。,如图4所示的背散射图像，在显示所有背景物的同时，能让安检员清晰辨识出某封闭物中的可疑物品及人的形状及姿态。,X射线背散射成像技术应用于人体安检，有效快捷地检测出藏于人体衣物下的各类危险物及禁
9、运物品，不仅能检测金属物品，也能检测陶瓷刀具、塑料枪支、混合武器、液体炸弹、毒品等非金属物质。,几何成像仪器,第一代仪器是通过移动发射源和探测器显示各种不同角度的运动来收集投影集的 。缺点：效率比较低。,第二代仪器添加了一组探测器使得X射线扇形束能被检测并且能够在同一时间沿着几条线进行衰减测量。 缺点：来自每个探测器的衰减测量是针对不同角度的，在使用前需要对数据进行一些重新排序。,第三代使用一个更大的探测器阵列和一个X射线管，当X射线管脉冲产生出一系列的视图时，探测器和软管一起旋转。 主要是使用在医疗方面。,第四代的几何形状，检测器整列形成一个完整的环，并且是固定的。该X射线管在对象周围旋转运
10、动，整理来自探测器的数据以产生投影集。,Thank You !,the image processing-3D image acquisicion,姓名：曾宁,Contents,层析成像,层析成像技术是借鉴医学CT，根据射线扫描，对所得到的信息进行反演计算，重建被测范围内岩体弹性波和电磁波参数分布规律的图像，从而达到圈定地质异常体的一种物探反演解释方法。 根据所使用的地球物理场的不同，层析成像又分为弹性波层析成像和电磁波层析成像。弹性波和电磁波走时层析成像主要指的是速度层析成像，利用的是摄像在岩土体介质中的走时，电磁波吸收系数层析成像利用的则是电磁波能量被介质吸收后的场能,层析成像特点,层析成
11、像技术提供三维图像 电脑断层的高分辨率，不同物体对射线的吸收和透过率不同，即使是小于1%的密度差异也可以区分出来,三维层析成像,常见的应用层析成像是通过对象形成图像的平面部分,没有物理切片法,该方法可以直接扩展生成完整的三维图像 是否由物理切片、光学切片,或传统的层析重建,这些方法都不是真正的3 d数据集。 区别的是,在每幅图像的像素平面为正方形,但随着他们扩展为三个维度作为探测器,他们不一定成为立方体。平面之间的距离,或深度分辨率,不是一样的像素大小或平面的分辨率。事实上,很少有这些方法有深度分辨率,甚至接近横向分辨率。一些技术,如物理或光学切片有更差的深度分辨率。其他如次级离子质谱计有深度
12、分辨率,远胜于横向分辨率的图像。这为3 d图像表示有深刻的影响,对于图像处理,特别是三维结构测定。,三维层析成像,真正的三维成像与层析重建是可能的。对象代表了一个三维数组的立方体素,和个人投影集成为二维数组。每个投影是一个点,并且被看作是一个锥形束几何。一组视图方向必须包括方向移动的平面和三维的,被两个极地的角度。这并不一定需要旋转对象与两种不同的极角,因为使用锥束成像几何提供了不同角度的投影线,就像一扇束几何的确在两个维度。得到的最佳重建与一系列的角度所覆盖的三维方向尽可能统一地。,三维层析成像,图38。公司注册的PET和MRI扫描,提供了利用精密旋转, 重建的质量取决于一致性的旋转中心。
13、人工制品重建体素可以显著,特别是在平行于轴和南北两极附近的样本。 单轴旋转的方法是最常用于x射线、中子伽马射线层析成像,或因为样品可能会相当大,晶粒较小,这样的距离辐射必须经过样品是相同的在每个方向。在轴向方向改善分辨率可以获得使用螺旋扫描,样品旋转移动时在轴向方向。,图39。几何体积成像使用径向投影得到旋转样品对单轴。,在螺旋扫描,这个标本是当它转动时提出,以便多个视图在不同角度测量吸收通过体素。,图40。,在一个锥形倾斜样本模式产生一系列预测用于重建在透射电子显微镜。这个间距沿着锥跟踪通常是不均匀的。,图41,图42。最佳的三维重建是可能当一系列的三维投影使用,通过旋转样品大约两个轴。,图
14、43。测试样本的几何。三个圆柱插入不同的金属被放置在一个塑料块。,图48。透射电子显微镜图像的单腺病毒粒子 图49。重建的腺病毒粒子从许多传输图片。,图50。图的路径被压力和剪切波地震,揭示信息密度沿路径穿过地核和地幔,间断的位置 图51。计算机x线断层照片的地幔,显示岩石密度(光色是热、光岩石正在上升)。,高分辨率层析成像,医学断层具有典型的分辨率约1微米,这是适合其目的,放射科医生通常感到舒适与一系列的平面部分图像在标准化的方向,他们被训练识别正常和异常特征;但有相当大的兴趣在应用真正的三维层析成像研究微观结构的各种材料,包括金属、陶瓷、复合材料和聚合物,以及更大的工业组件。 电脑断层的高
15、分辨率，不同物体对射线的吸收和透过率不同，即使是小于1%的密度差异也可以区分出来 这包括确定粒子的数量或变量的任意形状在体积和拓扑的网络或孔隙结构,控制液体的渗透性材料。 这些信息只能由拥有完整的3 d数据设置,有合适的分辨率和理想情况下的三体素来决定,高分辨率层析成像,1微米的分辨率已经演示了使用同步加速器是一个非常好的x射线源 分辨率约10微米是可能的使用更容易获得来源,如微焦点x光管。过滤这样的来源产生特定于元素成像也是可能的 锥束几何是适合这种类型的微观结构成像,因为它提供了放大的结构。,高分辨率层析成像,图为一个锥形束成像系统。投影图像放大的比例是b:a。可达到的分辨率是有限的,由光斑尺寸的x射线源。放大倍数是严格几何,因为x射线不折射的镜头,但可达高达100:1,高分辨率层析成像,二十个独立的体素重建平面显示烧结氧化铝陶瓷组成的100毫米直径的球体,高分辨率层析成像,图54一个2维投影设置通过结构,图55。从图53的三维产品展示的数据。,高分辨率层析成像,图56。骨断层图像:(一)一个投影视图图像;(b d)重建的横向切割的位置标注在图片(一),谢谢！,