图像重建

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图像重建(Image Reconstruction)

　　图像重建是指通过物体外部测量的数据，经数字处理获得三维物体的形状信息的技术。图像重建技术开始是在放射医疗设备中应用，显示人体各部分的图像，即计算机断层摄影技术，简称CT技术，后逐渐在许多领域获得应用。主要有投影重建、明暗恢复形状、立体视觉重建和激光测距重建。

• 根据被用于图像重建的数据获取方式不同，可分为：

　　透射断层成像

　　发射断层成像

　　反射断层成像

• 根据原始数据获取方法及重建原理的不同，可分为：

　　放射断层重建成像(EmissionComputedTomograghy，ECT)

　　透射断层重建成像(TransmissionComputedTomography，TCT)

　　反射断层重建成像(ReflectionComputedTomography，RCT)

　　核磁共振重建成像(MagniticResonanceImaging，MRI)

　　利用X射线、超声波透过被遮挡物体（如人体内脏、地下矿体）的透视投影图，计算恢复物体的断层图。利用断层图或直接从物体的二维透视投影图重建物体的形状。这种重建技术是通过某种射线的照射，射线在穿过组织时吸收不同，引起在成像面上投射强度的不同，反演求得组织内部分布的图像。X光CT技术就是应用了这种重建，为医学诊断提供了手段。投影重建还用于地矿探测，在探测井中，用超声波源发射超声，用相关的仪器接收不同地层和矿体反射的超声。按照超声波在媒质的透射率和反射规律，用有关技术得到的透射投影图进行分析计算，即可恢复重建埋在地下的矿体形状。

　　单张照片不含图像中的深度信息，利用物体表面对光照的反射模型可以对图像灰度数据进行分析计算恢复物体的形状。

　　物体的成像是由于光源的分布、物体表面的形状、反射特性，以及观察者（照相机、摄像机）相对于物体的几何位置等因素确定。用计算机图形学方法可以生成不同观察角度时的图像。在计算机辅助设计中得到应用，可以演示设计物体从不同角度观察的外形，如房屋建筑、机械零件、服装造型等。反过来的处理，则可以通过图像中各个像素明暗程度，并且根据经验假设光源的分布，物体表面的反射性质以及摄像时几何位置，计算物体的三维形状。这种重建方法计算复杂，计算量也相当大，目前主要用于遥感图像中的地形重建中。

　　用两个照相机（或摄像机）在左右两边对同一景物摄下两幅照片（或摄像图像），利用双目成像的立体视觉模型恢复物体的形状，提取物体的三维信息，也称三维图像重建。这种方法是对人类视觉的模仿。先从两幅图像提取出物体的边沿线条、角点等特征。物体的同一边沿和角点由于立体视差在两幅图中的位置略有不同，经匹配处理找出两幅图中的对应线和对应点，经几何坐标换算得到物体的形状。主要应用于工业自动化和机器人领域，也用于地图测绘。

　　应用扫描激光对物体测距，获得物体的三维数据，经过坐标换算，恢复物体的三维形状数据。激光测距的特点是准确。一种方法是固定激光源，让物体转动，并作升降，就可以录取物体在各个剖面的三维数据，重建物体在各个方向上的图像。另一种方法是激光源在一个锥形区域进行前视扫描．获得前方物体的三维数据。这种方法在行走机器人中得到应用，可以发现前方障碍，计算出障碍的区域，绕道行走。图像重建在通信领域也得到重要的应用，例如，利用图像重建技术获得非常直观的无线电场强的三维空间分布图像；通过极高压缩比的人脸图像传输用图像重建技术可在接收端恢复原始人脸图像。

　　图像重建经多年研究已取得巨大进展，产生了许多有效的算法，如：傅立叶反投影法、卷积反投影法、代数法、迭代法等，其中以卷积反投影法运用最为广泛。近年来，由于与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，已能生成各种具有强烈真实感的高质量三维人工合成图像。