1.一种基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,包括数据输入单元、数据处理单元、曲面重建单元;所述的数据处理单元包括图像预处理单元、点云预处理单元;
其中,图像预处理单元对数据输入单元输入的图像信息进行处理形成对应的多个区域对象轮廓并输出多个区域对象的二维轮廓数据集,点云预处理单元对输入的多个区域对象的二维轮廓数据集进行处理并输出带有法矢的三维点云,曲面重建单元依据输入的带有法矢的三维点云进行多相隐式曲面重建。
2.如权利要求1所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,数据输入单元用于CT序列图像的输入。
3.如权利要求1所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,数据处理单元中的图像预处理单元则首先采用模糊聚类获取CT图像多个目标对象的粗分割结果,然后用粗分割结果定义多相水平集模型的初始水平集函数对图像进行精分割;抽取精分割后多个区域对象的轮廓边缘、并进行细化、轮廓追踪,从而获取单像素封闭的二维轮廓,形成含有多个区域对象的二维轮廓数据集。
4.如权利要求3所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,明确CT图像中所含目标数,用模糊C‑均值聚类模型对图像作粗分割:模糊C‑均值聚类将CT图像像素分为c个类:
其中,uij为像素xj隶属于第i类的隶属度函数,vi为第i类的类中心,l为模糊度控制参数;每个像素的隶属度函数u1j,u2j,...,ucj,根据目标数设定水平集函数的相数,从而明确相应的能量函数,确定多相水平集模型的初始水平集函数,进行迭代自动分割,当满足零水平集稳定,则零水平集曲线即为迭代后分割区域的边缘。
5.如权利要求1所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,点云预处理单元包括依次提取每层含有多个区域对象的轮廓像素空间位置,得到含有多个区域对象的三维点云数据;计算含有多个区域对象的三维点云的法矢量。
6.如权利要求5所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,依次提取每层含有多个区域对象的轮廓像素空间位置pi(x,y,z),得到含有多个区域对象的三维点云点云 使用k‑邻域查询,pj是k‑邻域中的点,为k‑邻域的质心;
引入高斯加权的协方差矩阵计算点云法矢,对以下的高斯加权的协方差矩阵C作特征值分解,表达式如下:
其中:
式中:Gj是高斯函数,dj是点pi到其k‑邻域中任一点pj的距离,μ是点pi到其k‑邻域中所有点的平均距离,该协方差矩阵的最小特征值λ1对应的单位特征向量即为点pi的单位法矢量ni。
7.如权利要求6所述的基于异质多区域CT扫描数据处理的曲面重建系统,其特征在于,曲面重建单元包括建立异质多区域隐式曲面设计规则,使用多相隐式函数表达异质多区域对象,通过局部拟合及加权叠加依次重构不同的隐式曲面,其中:使用空间的递归八叉树把多区域点云数据P分解为n个局部子单元,在每个局部T T
子单元上建立局部拟合函数Li(x)=xAx+bx+c,其中A是3×3对称矩阵,b是空间向量,c为常系数,通过加权函数wi(x)将局部拟合函数Li(x)在欧式空间Ω中进行叠加形成完整隐式曲面
建立异质多区域隐式曲面设计规则,使用多相隐式函数fi(x)表达异质多区域对象,异质多区域隐式曲面设计规则如下:
1)当异质多区域为包含装配情况,直接使用多相隐式函数fi(x)进行重建,使用f1(x)=
0和f2(x)=0两个隐式函数进行曲面重建;
2)当异质多区域出现外凸装配和相邻装配情况,对多区域轮廓点云进行平均曲率估算,将总体平滑的区域作为封闭(closed)区域,其余有突变特征区域作为开口(open)区域;
当远离开口区域点集时,开口表面以边界点集的法线垂直方向延伸至封闭区域表面,利用隐式曲面具有CSG(Constructive Solid Geometry)布尔操作特性,取f1(x)=0和f2(x)=0两个边界曲面的交集线作为开口表面延伸的截止位置,使得包含多材料域的结构能够连续表达,实现具有共用分界面的非流形(non‑manifold)装配。