心臟散亂點云數據曲面重建的方法技術

本發明專利技術涉及曲面重建領域，尤其涉及一種心臟曲面重建方法。一種心臟散亂點云數據曲面重建的方法包括以下步驟：步驟一、對采集的點云數據定義其數據表示形式，建立八叉樹拓撲關系，并定義空間函數；步驟二、創建向量場，選取局部鄰接平面，由局部鄰接平面的面法向量的均值求出頂點法向量；步驟三、將頂點法向量一致化；步驟四、求解泊松方程，根據指示函數及其梯度，采用MC算法提取等值面，完成心臟三維表面模型的重建。本發明專利技術不但可以直觀精確地顯示心臟的空間位置關系，而且能夠實現三維空間內的任意顯示、縮放、旋轉和切割，有助于心臟疾病的檢測，實現心律不齊等疾病的計算機診斷分析和手術的精確模擬，提高了疾病診斷的安全性和可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及曲面重建領域，尤其涉及一種心臟曲面重建方法。
技術介紹
曲面重建即由從實物或樣件上采集的三維數據快速準確高效地獲取其復雜的三 維表面模型的過程，目前在逆向工程中應用較多。所謂逆向工程，是利用電子儀器從實物或 樣件上采集原始數據，再利用計算機設備將數據轉換成概念模型，并在此基礎上對產品進 行分析、修改及優化等相關信息的技術，是CAD/CAM中一個相對獨立的范疇。目前，曲面重 建技術已在許多領域廣泛應用，如生產制造業、動畫游戲、模具設計、醫學仿真以及考古等。由于測量設備采集的三維數據通常比較密集，因而形象地稱之為點云數據(Point Cloud),點云數據可認為是三維空間中點的集合,每個點云具有X、Y、z三個方向的坐標值。 按照數據的組織形式不同，點云數據可分為有序點云和散亂點云。有序點云的重建是指對 采集于已知曲面上的一系列采樣點，構造出依次通過這些采樣點的曲面，作為原曲面的逼 近；而在實際中，由于采集設備的限制和采集方式的不同，獲取的數據點集并沒有特定的組 織形式，稱之為散亂點云。由于采樣密度足夠大，造成采集到的數據有冗余和噪聲，因此無 法找到通過采樣點的準確曲面，對于散亂點云，通常是根據采樣點集重建出能夠反應原始 點云形狀的面作為重建曲面。目前，關于點云數據曲面重建的研究已在國內外廣泛展開，大體有基于 組合結構和基于隱函數兩大類方法。基于組合結構的方法，如Delaunay三角化、 a shape、Crust等,這類方法是通過建立三角網格來插值全部或大部分點從而重建曲面。 基于隱函數的方法，如快速傅立葉變換和徑向基函數等，這類方法則通過定義分段函數，設 定模型內外閾值，提取等值面來直接重建逼近表面。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種，該方 法利用計算機圖形學和圖像處理等技術由大量心臟散亂點云數據進行曲面重建得到三維 可視化模型，不但可以直觀精確地顯示心臟的空間位置關系，而且能夠實現三維空間內的 任意顯示、縮放、旋轉和切割。本專利技術是這樣實現的一種，對導管采集的含 有噪聲和大量外點且采樣不均勻的心臟散亂點云數據重建出心臟三維表面模型，包括以下 步驟步驟一、對采集的點云數據定義其數據表示形式，建立八叉樹拓撲關系，并定義空間函數；步驟二、創建向量場，選取局部鄰接平面，由局部鄰接平面的面法向量的均值求出頂點 法向量；步驟三、將頂點法向量一致化；步驟四、求解泊松方程得到指示函數，根據指示函數及其梯度，采用MC算法提取等值面，完成心臟三維表面模型的重建。所述步驟一中建立八叉樹拓撲關系，定義空間函數，其具體步驟如下1)對導管采集的心臟散亂點云數據建立八叉樹拓撲關系；2)設置八叉樹的最大遞歸深度，將所有心臟散亂點云數據都加入到八叉樹中；3)對建好的八叉樹的每個結點定義結點函數，并采用包圍盒濾波的維卷積來選擇空間函數iiXu2)權利要求1.一種，其特征在于，對導管采集的含有噪聲和大 量外點且采樣不均勻的心臟散亂點云數據重建出心臟三維表面模型，包括以下步驟步驟一、對采集的點云數據定義其數據表示形式，建立八叉樹拓撲關系，并定義空間函數；步驟二、創建向量場，選取局部鄰接平面，由局部鄰接平面的面法向量的均值求出頂點 法向量；步驟三、將頂點法向量一致化；步驟四、求解泊松方程得到指示函數，根據指示函數及其梯度，采用MC算法提取等值 面，完成心臟三維表面模型的重建。2.如權利要求1所述的，其特征在于，所述步驟一 中建立八叉樹拓撲關系，定義空間函數，其具體步驟如下對導管采集的心臟散亂點云數據建立八叉樹拓撲關系；設置八叉樹的最大遞歸深度，將所有心臟散亂點云數據都加入到八叉樹中；對建好的八叉樹的每個結點定義結點函數，并采用包圍盒濾波的《維卷積來選擇空間 函數7(^7)3.如權利要求2所述的，其特征在于所述八叉樹 的最大遞歸深度為8。4.如權利要求1所述的，其特征在于，所述步驟二 中創建向量場，選取局部鄰接平面，并求出頂點法向量，其具體步驟如下用KNN算法獲取其最近的K個鄰點，用最小二乘逼近法計算擬合該點及其鄰接點集的 局部鄰接平面；求鄰接面的面法向量5.如權利要求1所述的，其特征在于，所述步驟三中將頂點法向量一致化，其具體步驟如下選取相鄰的兩個點巧、巧，A、七為巧、P/的法向量，計算相鄰兩點法向量的點積 ,將法向量一致化問題轉換成求解圖的最小生成樹問題；計算相鄰兩點之間邊的代價,并構造無向圖，代價由下式計算6.如權利要求1所述的，其特征在于，所述步驟四中求解泊松方程，提取等值面，其具體步驟如下采用GS矩陣迭代方式求出指示函數方程的解；選擇合適的閾值，用MC算法提取等值面，需逐點判斷各個三角面是否為二義性面若大于閾值和小于閾值的點分別位于對角線的兩端，則存在著二義性；消除二義性面，拼接三角形面片，完成心臟三維表面模型的重建。7.如權利要求6所述的，其特征在于采用GS矩陣迭代方式求出指示函數方程的解時迭代次數設為6 8。全文摘要本專利技術涉及曲面重建領域，尤其涉及一種心臟曲面重建方法。一種包括以下步驟步驟一、對采集的點云數據定義其數據表示形式，建立八叉樹拓撲關系，并定義空間函數；步驟二、創建向量場，選取局部鄰接平面，由局部鄰接平面的面法向量的均值求出頂點法向量；步驟三、將頂點法向量一致化；步驟四、求解泊松方程，根據指示函數及其梯度，采用MC算法提取等值面，完成心臟三維表面模型的重建。本專利技術不但可以直觀精確地顯示心臟的空間位置關系，而且能夠實現三維空間內的任意顯示、縮放、旋轉和切割，有助于心臟疾病的檢測，實現心律不齊等疾病的計算機診斷分析和手術的精確模擬，提高了疾病診斷的安全性和可靠性。文檔編號G06T17/00GK102999937SQ201110264828公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日專利技術者馬秀麗, 李慧, 萬旺根, 賈洋洋, 王智, 周學禮 申請人:上海翰攀信息科技有限公司本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種心臟散亂點云數據曲面重建的方法，其特征在于，對導管采集的含有噪聲和大量外點且采樣不均勻的心臟散亂點云數據重建出心臟三維表面模型，包括以下步驟：步驟一、對采集的點云數據定義其數據表示形式，建立八叉樹拓撲關系，并定義空間函數；步驟二、創建向量場，選取局部鄰接平面，由局部鄰接平面的面法向量的均值求出頂點法向量；步驟三、將頂點法向量一致化；步驟四、求解泊松方程得到指示函數，根據指示函數及其梯度，采用MC算法提取等值面，完成心臟三維表面模型的重建。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬秀麗，李慧，萬旺根，賈洋洋，王智，周學禮，
申請(專利權)人：上海翰攀信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：