在MATLAB环境下实现膨胀土CT图像的三维重建

首先介绍国内外膨胀土三维重建的研究状况,然后通过CT-三轴试验和基于分割的Marching Cubes算法,对膨胀土CT扫描图像进行了三维重建.主要方法是通过对试验扫描得到的CT图像进行格式转换、图像增强、边缘提取等初步处理,生成三维体数据,然后应用Matlab等工具软件的三维重建程序进行建模,最终得到膨胀土的三维模型图.还通过观察重建后的实体图,对膨胀土受压变形状态进行了定性分析,得出了三轴压缩条件下的膨胀土闭合程度与应力状态有关的结论.     

基于扫描技术的木质雕饰家具与工艺品三维数字化研究

通过Handheld 3D、Handyscan300、Filips16排CT 3种扫描形式进行雕饰家具的三维数字化,比较不同雕饰工艺试件的三维重建适用性。探求不同雕饰特点的木质家具三维数字化有效扫描方法。采用3款不同扫描设备进行4组试验,分析不同雕饰工艺木质家具的三维数字化模型状况,探讨不同扫描仪对不同雕饰工艺家具的三维重建影响,探讨其适用性。试验证明Handheld 3D和Handyscan300均可获取高精度浮雕家具的三维数字模型,但是Handheld 3D在获取透雕家具试件数据模型时纵向坐标信息几乎全部丢失,Handyscan300可较好地获取透雕家具试件数据信息,部分纵向坐标信息丢失,经逆行工程修补后可获取较好的三维数字模型。CT扫描获得的图像经三维重建后得到的数字模型精度最高。对不同雕饰工艺的木质家具需根据其工艺特点采用不同型号的激光扫描仪或CT扫描仪进行三维重建,可获得高精度的三维数字模型。通过CT三维断层扫描获取的图像经三维重建后可获取与试件外观高度一致的三维数字模型,并可导成多种文件格式进行后续虚拟展示、数字信息存档、3D打印、机器雕刻等处理。     

土体圆柱孔破损结构演化特性研究

取南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土做试样,利用与电子计算机断层扫描X-Ray CT机配套使用的土工三轴仪,对圆柱孔破损重塑膨胀土样进行控制吸力为100kPa、200kPa和净围压为50kPa、100kPa、200kPa的CT-三轴压缩试验,通过CT扫描设备获得试验过程中土样内部破损结构的实时演化情况.试验结果表明:净围压在孔洞结构演化中发挥重要作用,净围压越大,CT数均值ME越大,破损孔洞面积缩小越明显,试样整体被压密;方差值SD越小,试样结构性趋于均匀.从ME值和SD值的变化可以看出,试验过程中试样逐渐被压密,破损结构有一定的修复.     

造孔损伤重塑膨胀土三轴剪切试验研究

研究了造孔损伤重塑膨胀土的变形及强度特性,着重探讨了孔洞对非饱和重塑膨胀土性质的影响.共进行了8个重塑膨胀土试样的三轴剪切试验,即控制吸力和净围压为常数的非饱和土三轴排水剪切试验.试验结果表明,由于孔洞改变了试样内部结构,有孔试样破坏所需偏应力明显要比常规试样小.     

造孔损伤重塑膨胀土三轴剪切试验研究

研究了造孔损伤重塑膨胀土的变形及强度特性,着重探讨了孔洞对非饱和重塑膨胀土性质的影响.共进行了8个重塑膨胀土试样的三轴剪切试验,即控制吸力和净围压为常数的非饱和土三轴排水剪切试验.试验结果表明,由于孔洞改变了试样内部结构,有孔试样破坏所需偏应力明显要比常规试样小.     

不同破损位置对膨胀土力学特性影响的三轴试验研究

以南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土为研究对象,利用X-Ray CT断层扫描技术机配套使用的CT-多功能土工三轴仪,对不同损伤位置的3组重塑膨胀土样进行控制吸力为50kPa和净围压为100kPa的CT-三轴压缩试验.通过CT扫描设备获得试验过程中土样内部结构的实时演化情况.试验结果表明:不同损伤位置的圆柱孔对土体的强度特性和变形特性有分阶段、不同程度的影响,轴向应变小于11%时,相同损伤面积不同损伤位置的试样的偏应力-轴向应变关系曲线形式基本重合;但当轴向应变大于11%以后,6mm中孔试样表现出与其他两个试样不同的明显的应变软化特征.而体应变-轴向应变关系曲线只在应变小于6%范围内表现出基本相似的变化规律,后阶段6mm中孔试样体变速率加剧.同时在剪切过程中,损伤位置也影响土体内部结构的演变规律,损伤位置越靠近中间的试样其ME值和SD值都将越大.     

CT三维重建观察实验猕猴腹部及盆腔的大血管系统

目的：利用256层螺旋CT三维重建观察实验猕猴腹部及盆腔大血管,为猕猴血管系统的研究、数字化猴的建立及科学研究提供资料。方法：（1）选择实验猕猴10只,雌雄各半,年龄6～10岁,进行腹部及盆腔CT断层扫描试验;（2）试验猴全身麻醉后,采用平扫及增强扫描技术,进行容积数据采集,获取正常猕猴腹部及盆腔CT横断面影像图片;（3）利用CT图像后处理技术对扫描获得的容积数据进行三维的图像重组处理。结果：（1）获得了良好的肝脾血管、门静脉、肾动静脉、肠系膜动脉、髂内外动脉等腹部及盆腔大血管三维重建的立体影像,本文显示了5幅图像;（2）从比较解剖学的角度,观察到了猕猴腹部及盆腔血管的结构特点及与人类的区别。结论：（1）CT三维重建能很好地反映了猕猴腹部及盆腔大血管的解剖结构、走行及与周围结构的位置关系,它是有效的、无创伤性的、直观的观察大血管系统的理想方法;（2）本试验获得的正常成年猕猴腹部及盆腔大血管系统的影像学资料,为CT技术在实验猕猴的影像学研究、解剖学研究、数字化猴的建立及科学实验方面的应用,提供了参考;（3）本试验应用CT对猕猴大血管系统的研究只是做了初步探索,有关猕猴腹部及盆腔大血管定量统计数据的建立等有待进一步探索和完善。     

不同冻融循环次数对膨胀土三轴剪切强度的影响

冻融循环损伤作用是影响膨胀土边坡的安全建设与运营的重要影响因素。为了研究冻融循环引起膨胀土力学特性的衰减规律,本文对南水北调中线的渠道边坡膨胀土试样进行0～8次的冻融循环处理,然后对土样开展围压为100、200、和300 k Pa的三轴固结排水剪切试验,并对土体强度指标的冻融劣化效应进行了定量评价。结果表明:不同冻融循环次数下膨胀土的三轴剪切强度与围压保持线性正相关的关系;同一循环次数下,三轴剪切强度在0～6次冻融循环次数增加有明显下降趋势,6～8次冻融后几乎保持稳定;根据摩尔库伦准则计算了土体的强度指标—内聚力c和有效内摩擦角φ,对数函数可以对强度指标和循环次数的关系进行有效拟合;根据试验结果提出一个考虑冻融循环次数的强度表达式,由此预测了膨胀土在多次冻融循环后的强度指标。     

基于计算机视觉的水稻三维重建方法

利用多幅多角度的拍摄方法对二维图像进行采集,通过数字化处理得到单株水稻各视角侧面投影及轮廓图像。然后使用基于计算机视觉的三维重建方法,构造单株水稻的可视立体包络,从而得到单株水稻的三维立体像素模型。使用移动立方体算法对单株水稻立体像素模型进行外围表面重建,最后得到单株水稻三维重建模型。     

木质文物三维断层扫描图像处理

探索一种对木质文物无损检测与鉴定的有效方法。采用philips64排CT,对木质工艺品标本-透雕漏窗模型进行三维断层扫描。为了获取高清晰度的三维数据模型,对CT扫描后的原始图像进行预处理,预处理完成后分别进行面绘制和体会制。结果表明,通过三维重建,可以进行木质工艺品内部目标位置的切割。证明本技术可以有效用于木质文物的鉴定与保护。这一技术将会对木质文物鉴定和保护提供重要的数据和模型支持。     

混凝土裂纹结构三维重建可视化研究

依靠混凝土的CT图像信息,可以准确地展示混凝土内部裂纹结构。运用Amira 5.2.1软件,将CT原始图像信息进行了混凝土裂纹结构的三维重建研究。实验表明:所建立的混凝土三维模型骨料分布基本符合原始CT图像,裂纹空间形态较清晰,实现了裂纹的可视化,能够比较真实地展示混凝土材料的内部裂纹结构。三维重建图可看到骨料分布比较均匀,裂纹连接了部分原始孔隙,且主要出现在边部。     

螺旋CT三维重建在复杂关节骨折中的应用

目的：探讨CT三维重建在复杂关节骨折中的指导作用。方法：收集累及复杂关节的骨折病调27例，患者术前均接受X线、CT平扫和三维重建检查．比较三者结果．结合术中所见。评价螺旋CT及三维技术在复杂关节骨折中的价值。结果：依靠螺旋CT及三维重建技术，术前更改诊断11例，三维重建逼真地显示了关节的立体表面形态，而对显示骨折块之间、关节各部分之间的相互位置关系。三维重建明显优于X线片和CT平扫。结论：CT三维重建技术可提高复杂关节骨折的诊疗水平。     

Three-dimensional representation and analysis of brain energy metabolism

Quantitative autoradiography of brain glucose metabolism has been combined with digital image processing to represent the brain as a three-dimensional (3-D) reconstruction of brain energy use. Autoradiographs contain enormous amounts of potentially useful data, but conventional analyses, based on tedious manual methods, can sample and analyze only a small portion of this information. Computer 3-D reconstruction provides a mechanism for observing and analyzing all the data; therefore, a system of computer programs was developed for this purpose. The programs use digital imaging methods for image registration, superimpose whole brain data sets, and allow resampling of the 3-D data in arbitrary planes for pixel-by-pixel comparisons among multiple 3-D sets. These programs operate on the mathematical properties of the images alone, obviating the need for manual image alignment. Various statistical analyses can be applied to the data directly to study the patterns of metabolic changes in different experiments. The system is applied to data from experiments on the influence of injectable anesthetics on cerebral glucose metabolism.     

激光传感器在喷雾靶标检测中的研究应用

树木尺寸、形状等特征信息的获取,是现代化农业中重要的环节,为农林管理中的变量精密喷雾提供依据。为了实现对树木靶标信息的精确测量,搭建了基于UTM-30LX型激光传感器的室内滑台靶标检测系统,实现对规则物体、仿真树的扫描检测,通过编写的C++程序,实时读取数据信息并存储于控制计算机中。利用MATLAB软件对存储的数据信息进行后期的离线分析,重构物体三维图像,通过最大相对误差、轮廓相似度两个参数,分析激光传感器检测得到靶标目标尺寸、重构目标三维图像的精确度。以长方体柜子、圆柱体泡沫、2棵仿真树为试验对象,按照选取的3个检测距离和4个检测速度分别对4个试验对象进行检测与数据分析。试验结果显示,多次试验下,与人工测量尺寸比较而言,激光传感器测得的长方体柜子长度、宽度和高度尺寸最大相对误差分别为6.76%、6.86%和3.92%,圆柱体泡沫的高度、直径尺寸最大相对误差分别为4.25%和7.33%,仿真树1高度、宽度尺寸最大相对误差分别为4.06%和5.91%,仿真树2高度、宽度尺寸最大相对误差分别为3.24%和4.00%;仿真树1、2的激光扫描重构图像与对应实物轮廓相似度最小值分别为0.928 8和0.932 6。研究表明,UTM-30LX型激光传感器在各种试验条件下对多种试验靶标特征检测均具有较好的精确性和准确性,可以担负变量喷雾检测的任务,具有应用到农业生产中的前景。     

石灰改良膨胀土试验研究

本文以内蒙古呼集线的膨胀土为研究对象,用掺入石灰的方法来改良膨胀土的工程性质,并重点研究石灰对膨胀土强度及水稳定性的影响,通过实验得出本文所用的膨胀土的掺灰量为10%时,其无侧限抗压强度和水稳定性为最优。     

膨胀土地基原型抗拔土体应力分析

通过现场不同规格尺寸的上拔仿真型试验(即现场模型抗拔试验)、现场原型抗拔试验中出现的膨胀土破裂面及地表裂缝形式等现象,深入透彻地分析了膨胀土裂缝的产生机理,结合有限元计算方法,为邯石500 kV输电线路铁塔基础设计与施工提供依据。同时更准确地揭示了膨胀土中的大型抗拔基础的抗拔机理、填土及基础中的抗拔应力状态及破坏形态,对目前的一些流行观点和现行规范提出了自己的修订意见,为膨胀土地区原型设计提供参考,也为今后规范的编制提供有益的经验。     

作物根系构型三维探测与重建方法研究进展

根系是作物获取水分和养分的重要器官,由于土壤的观测阻碍,根系三维形态的认知与表达成为作物根系深入研究的瓶颈。三维数字化、可视化是研究和认知作物形态结构的重要方法,研究具有表征根系长相长势及土壤中水分、养分等物质对作物根系构型的影响具有重要意义。本文从三维角度,综述了近年来作物根系构型探测手段、三维重构与可视化方面的研究进展。首先从破坏性探测与原位探测两方面介绍了近年来根系构型三维探测的方法。破坏性探测主要包括直接挖掘法、土块保护挖掘清洗法和平板扫描图像分析法,破坏性探测方法在获取全局或局部根系拓扑结构与平面几何构型参数方面具有较大优势;原位探测方法主要包括土壤中安置观察装置法、地面穿透雷达法、特殊培养环境法、CCD相机法、三维数字化方法及穿透射线成像法等,作物根系的原位探测保持了根系构型的空间分布信息,但大部分方法仅能针对作物生长初期或可控生长环境下的作物根系开展数据获取。由于作物根系探测数据大多以局部二维图像形式存在,文章综述了基于二维图像的作物根系平面几何构型解析的相关内容,包括基于二维图像的根系识别与参数提取的算法与相关软件。分析表明,目前作物根系数据获取仍存在:(1)数据获取费时费力;(2)方法局限性大;(3)数据完整性低;(4)各种方法所获取数据融合应用度低等问题。在根系探测的基础上,从三维建模与生长建模两方面介绍了作物根系三维建模与可视化方面的相关工作。其中,根系三维建模包括了基于模拟算法的几何建模和基于原位探测的三维重建两部分,基于模拟算法的几何建模是在人们对作物根系认识的基础上,结合计算机模拟算法,构建与实际根系具有形态相似性的根系三维几何模型;与之相比,基于原位探测的三维重建更能真实地反映作物根系的实际形态,其主要包括XCT、三维数字化等方法。最后,文章展望了数据缺失条件下的作物根系三维重建研究,认为在目前技术手段前提下,已可实现根系拓扑结构三维解析,但根系的空间分布重建难度较大,尤其是在大田环境下作物根系原位测量的前提下;此外,目前作物根系三维数据主要存在着数据缺失、各种数据各为己用等问题,认为有必要将小子样理论与数据融合相关方法引入到作物根系三维重建研究,实现缺失数据条件下有效利用多种数据获取手段的作物根系三维重建。     

膨胀土的湿化特性试验研究

利用改进的湿化试验装置对取样子陕南西部的几种膨胀土进行了湿化试验，研究表明，试前含水量和裂隙发育状况对膨胀土在静水中的崩解有重要影响，膨胀土的湿化过程可分为吸不增重阶段，崩解缓慢加速阶段，崩解剧烈发生阶段和崩解减慢一终止阶段，膨胀土经过重塑后其湿化性主要受试前含水量和干密度控制。     

一种新型的体三维显示系统

利用人眼视觉暂留效应，提出了一种新型的体三维显示方式，搭建了将一系列二维切片图像融合成一幅三维立体图像的原型系统。介绍了该系统的设计思路并阐述了其主要组成元件的功能。实验证明，该系统可直接裸眼观察三维图像，而不用借助于立体眼睛等辅助工具。