圖像重建

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

圖像重建(Image Reconstruction)

　　圖像重建是指通過物體外部測量的數據，經數字處理獲得三維物體的形狀信息的技術。圖像重建技術開始是在放射醫療設備中應用，顯示人體各部分的圖像，即電腦斷層攝影技術，簡稱CT技術，後逐漸在許多領域獲得應用。主要有投影重建、明暗恢復形狀、立體視覺重建和激光測距重建。

• 根據被用於圖像重建的數據獲取方式不同，可分為：

　　透射斷層成像

　　發射斷層成像

　　反射斷層成像

• 根據原始數據獲取方法及重建原理的不同，可分為：

　　放射斷層重建成像(EmissionComputedTomograghy，ECT)

　　透射斷層重建成像(TransmissionComputedTomography，TCT)

　　反射斷層重建成像(ReflectionComputedTomography，RCT)

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

　　利用X射線、超聲波透過被遮擋物體（如人體內臟、地下礦體）的透視投影圖，計算恢復物體的斷層圖。利用斷層圖或直接從物體的二維透視投影圖重建物體的形狀。這種重建技術是通過某種射線的照射，射線在穿過組織時吸收不同，引起在成像面上投射強度的不同，反演求得組織內部分佈的圖像。X光CT技術就是應用了這種重建，為醫學診斷提供了手段。投影重建還用於地礦探測，在探測井中，用超聲波源發射超聲，用相關的儀器接收不同地層和礦體反射的超聲。按照超聲波在媒質的透射率和反射規律，用有關技術得到的透射投影圖進行分析計算，即可恢復重建埋在地下的礦體形狀。

　　單張照片不含圖像中的深度信息，利用物體錶面對光照的反射模型可以對圖像灰度數據進行分析計算恢復物體的形狀。

　　物體的成像是由於光源的分佈、物體錶面的形狀、反射特性，以及觀察者（照相機、攝像機）相對於物體的幾何位置等因素確定。用電腦圖形學方法可以生成不同觀察角度時的圖像。在電腦輔助設計中得到應用，可以演示設計物體從不同角度觀察的外形，如房屋建築、機械零件、服裝造型等。反過來的處理，則可以通過圖像中各個像素明暗程度，並且根據經驗假設光源的分佈，物體錶面的反射性質以及攝像時幾何位置，計算物體的三維形狀。這種重建方法計算複雜，計算量也相當大，目前主要用於遙感圖像中的地形重建中。

　　用兩個照相機（或攝像機）在左右兩邊對同一景物攝下兩幅照片（或攝像圖像），利用雙目成像的立體視覺模型恢復物體的形狀，提取物體的三維信息，也稱三維圖像重建。這種方法是對人類視覺的模仿。先從兩幅圖像提取出物體的邊沿線條、角點等特征。物體的同一邊沿和角點由於立體視差在兩幅圖中的位置略有不同，經匹配處理找出兩幅圖中的對應線和對應點，經幾何坐標換算得到物體的形狀。主要應用於工業自動化和機器人領域，也用於地圖測繪。

　　應用掃描激光對物體測距，獲得物體的三維數據，經過坐標換算，恢復物體的三維形狀數據。激光測距的特點是準確。一種方法是固定激光源，讓物體轉動，並作升降，就可以錄取物體在各個剖面的三維數據，重建物體在各個方向上的圖像。另一種方法是激光源在一個錐形區域進行前視掃描．獲得前方物體的三維數據。這種方法在行走機器人中得到應用，可以發現前方障礙，計算出障礙的區域，繞道行走。圖像重建在通信領域也得到重要的應用，例如，利用圖像重建技術獲得非常直觀的無線電場強的三維空間分佈圖像；通過極高壓縮比的人臉圖像傳輸用圖像重建技術可在接收端恢複原始人臉圖像。

　　圖像重建經多年研究已取得巨大進展，產生了許多有效的演算法，如：傅立葉反投影法、捲積反投影法、代數法、迭代法等，其中以捲積反投影法運用最為廣泛。近年來，由於與電腦圖形學相結合，把多個二維圖像合成三維圖像，並加以光照模型和各種渲染技術，已能生成各種具有強烈真實感的高質量三維人工合成圖像。