[发明专利]一种基于MCT切片图像的皮革纤维束的三维重构方法及应用

说明书

一种基于MCT切片图像的皮革纤维束的三维重构方法，在皮革纤维的MCT切片图像的一帧图像中选定一个纤维束区域作为种子区域，采用正向追踪法和逆向追踪法对与所选定的种子区域属于同一纤维束的纵向不同截面区域内的纤维束延展进行追踪，最终得到属于同一纤维束的截面区域。本发明采用正向追踪法和逆向追踪法对属于同一纤维束的截面区域进行追踪，最终得到属于同一纤维束的纤维区域，用于重构皮革纤维束的三维组织形态。

技术领域

本发明公开一种基于MCT切片图像的皮革纤维束的三维重构方法及应用，属于皮革图像重构的技术领域。

背景技术

皮革纤维的编织结构一直是业界关注的问题。到目前为止，人们对皮革纤维编织结构的认识还很肤浅。研究皮革纤维的编织结构具有重要的理论价值和应用价值。

有研究人员分别采用CT技术和金相法获取皮革纤维的序列截面图像，对所获取的图像进行去噪、配准和分割等图像处理与分析，获得皮革纤维束的三维重构以及关于皮革纤维束的一些几何形态学研究结果。

作者张华勇于2015年12月16日公开了《皮革纤维编织网络三维重构研究》，分别采用显微CT和金相法获取皮革纤维的序列切片图像，借鉴生物、医学、材料等领域的三维图像重构技术，建立了铬鞣牛革中胶原纤维编织结构的三维数字模型，借助3D-Doctor软件，对所获取的皮革纤维的序列切片图像进行了三维重构，奠定了皮革结构与性能关联性研究的关键基础。并进一步通过三维数字模型，对胶原纤维束形貌、编织方式、弯曲角度等规律进行了研究，发现其具有分形规律。通过对分形维数计算方法进行比较研究，优选了小岛法计算皮革纤维束截面的分形维数，运用序列图像中纤维束截面周长与面积数据，还利用三维数字模型中纤维束的表面积与体积数据，通过分形曲面与其围成的空间区域关系计算得到了重构体中纤维束表面的分形维数。

作者苗长坤于2017年5月20日公开了《铬鞣羊皮纤维网络三维重构研究》，其中记载了依据铬鞣山羊皮革坯(简称铬鞣羊皮，下同)的特殊结构特点，通过金相法获取铬鞣羊皮的序列截面图像，以此构筑起了铬鞣羊皮纤维网络的三维数字化模型，为初步探究其结构与性能的关系奠定了基础。文献中明确记载是选用合适图像预处理软件对获取的序列图像进行去噪、增强等处理；通过自己开发的配准软件实现序列二维图像的配准；使用3D-Doctor软件对皮革纤维束进行三维重构。通过将每根单独的纤维束标记为不同的颜色并编号，实现了纤维束单独或者整体的分别显示。

但是，基于金相法皮革纤维束的三维重构的一个明显缺陷是，用于获取图像的皮革制样需要经过树脂溶液浸泡和固化过程，而这一过程会导致皮革纤维的变形，从而影响三维重构的效果。金相法的另外一个缺陷是，通过金相法所获取的序列截面图像之间的间距(即层厚)较大、图像数量不多、连续性较差。而如此获取的序列图像的图像配准也是一项艰难的工作，有时比较耗费人力，目前尚无令人满意的解决方案。

3D-Doctor软件是一款由美国Able Software公司开发可用于MRI、CT、PET 等类型序列截面图像的三维重构的图像处理软件，获得了广泛的认可和使用。但 3D-Doctor的三维重构过程建立在预先分割和标注的基础上。对于某些分割和标注比较容易的组织结构来说，3D-Doctor的三维重构效果是很好的，但对于某些分割和标注比较困难的组织结构来说，3D-Doctor也是无能为力的。由于皮革的不同纤维束之间的区分难度较大，采用3D-Doctor进行三维重构之前首先要对纤维束进行标注，把属于同一纤维束的截面区域标注为同一标识，这一工作通常需要人工手动完成。因此，用3D-Doctor对皮革纤维的单束纤维束进行三维重构的效率较低。针对基于皮革纤维序列截面图像的三维重构，快捷有效的算法设计至为重要。