Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας
Η τρισδιάστατη ανακατασκευή αντικειμένων που απεικονίζονται σε διδιάστατες εικόνες αποτελεί κλασσικό πρόβλημα στην Όραση Υπολογιστών. Οι τεχνικές Shape from Shading (SfS) στοχεύουν στην ανάκτηση του τρισδιάστατου σχήματος μέσω των μεταβολών στη φωτεινότητα (φωτοσκίαση) της εικόνας. Η παρούσα διπλωμα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2016
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/9223 |
| id |
nemertes-10889-9223 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Λαμπερτιανή ανακλαστικότητα Τρισδιάστατη ανακατασκευή Ανακλαστικότητα δέρματος Shape from Shading (SfS) Shape from Isophotes (SfI) Lambertian reflectivity 3D reconstruction Skin reflectivity 006.693 |
| spellingShingle |
Λαμπερτιανή ανακλαστικότητα Τρισδιάστατη ανακατασκευή Ανακλαστικότητα δέρματος Shape from Shading (SfS) Shape from Isophotes (SfI) Lambertian reflectivity 3D reconstruction Skin reflectivity 006.693 Ζούρου, Βερόνικα Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| description |
Η τρισδιάστατη ανακατασκευή αντικειμένων που απεικονίζονται σε διδιάστατες εικόνες αποτελεί κλασσικό πρόβλημα στην Όραση Υπολογιστών. Οι τεχνικές Shape from Shading (SfS) στοχεύουν στην ανάκτηση του τρισδιάστατου σχήματος μέσω των μεταβολών στη φωτεινότητα (φωτοσκίαση) της εικόνας. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την ανακατασκευή βιολογικού ιστού λαμπερτιανής ανακλαστικότητας και σταθερής λευκαύγειας χρησιμοποιώντας μία υποκατηγορία των τεχνικών SfS, την τεχνική Shape from Isophotes (SfΙ). Η τεχνική αυτή χρησιμοποιεί τις ισόφωτες καμπύλες που εμφανίζονται στη διδιάστατη εικόνα για τον υπολογισμό των κάθετων διανυσμάτων στην επιφάνεια του αντικειμένου.
Αρχικά παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της αναπτυσσόμενης μεθοδολογίας. Προκειμένου να ανακτηθεί το τρισδιάστατο σχήμα του αντικειμένου σε κάθε ισόφωτη καμπύλη επιλύεται ένα σύστημα δύο εξισώσεων. Η πρώτη εξίσωση που χρησιμοποιείται σε όλες τις τεχνικές SfS είναι η εξίσωση φωτεινότητας, όπως αυτή ορίζεται για τις λαμπερτιανές επιφάνειες. Η δεύτερη εξίσωση είναι η εξίσωση καθετότητας και ορίζεται από τις ιδιότητες των ισόφωτων καμπυλών. Προκειμένου να ξεκινήσει η ανακατασκευή θεωρούνται γνωστές οι τρισδιάστατες συντεταγμένες για μία ισόφωτη καμπύλη κοντά στα τοπικά μέγιστα φωτεινότητας στην εικόνα.
Ο αλγόριθμος της τεχνικής SfI χωρίζεται σε τρία βασικά βήματα: την προεπεξεργασία της εικόνας, τον αλγόριθμο κατάταξης των ισόφωτων καμπυλών και τον αλγόριθμο ανακατασκευής. Ο αλγόριθμος αυτός εφαρμόστηκε σε συνθετικές επιφάνειες λαμπερτιανής ανακλαστικότητας, οι οποίες παρουσιάζουν διαφοροποιήσεις στη μονοτονία και την καμπυλότητά τους. Συγκεκριμένα εκτελέστηκε ανακατασκευή σε μία επιφάνεια ενός ημισφαιρίου, δύο ημισφαίριων διαφορετικής ακτίνας και σε μία επιφάνεια η οποία περιέχει ένα σημείο σάγματος.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η τεχνική SfI οδήγησε σε ορθά αποτελέσματα και στις τρείς περιπτώσεις. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα αυξάνεται σε εικόνες με πολλά μέγιστα φωτεινότητας, καθώς δεν είναι εκ των προτέρων γνωστή η μονοτονία της απεικονιζόμενης επιφάνειας. Επομένως, για τη σωστή εκτίμηση της αξιοπιστίας της μεθόδου SfI απαιτείται περαιτέρω μελέτη και εφαρμογή της σε πιο πολύπλοκες επιφάνειες καθώς και σε επιφάνειες διαφορετικής ανακλαστικότητας. |
| author2 |
Πολιτόπουλος, Κωνσταντίνος |
| author_facet |
Πολιτόπουλος, Κωνσταντίνος Ζούρου, Βερόνικα |
| format |
Thesis |
| author |
Ζούρου, Βερόνικα |
| author_sort |
Ζούρου, Βερόνικα |
| title |
Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| title_short |
Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| title_full |
Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| title_fullStr |
Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| title_full_unstemmed |
Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| title_sort |
ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/9223 |
| work_keys_str_mv |
AT zourouberonika anakataskeuēepiphaneiasbiologikouistoumetēchrēsētechnikōnphōtoskiasēskaimontelōnanaklastikotētas AT zourouberonika reconstructionofbiologicaltissuesurfaceusingshadingtechniquesandreflectivitymodels |
| _version_ |
1771297124687806464 |
| spelling |
nemertes-10889-92232022-09-05T04:45:10Z Ανακατασκευή επιφάνειας βιολογικού ιστού με τη χρήση τεχνικών φωτοσκίασης και μοντέλων ανακλαστικότητας Reconstruction of biological tissue surface using shading techniques and reflectivity models Ζούρου, Βερόνικα Πολιτόπουλος, Κωνσταντίνος Κουτσούρης, Διονύσιος-Δημήτριος Ματσόπουλος, Γεώργιος Zourou, Veronika Λαμπερτιανή ανακλαστικότητα Τρισδιάστατη ανακατασκευή Ανακλαστικότητα δέρματος Shape from Shading (SfS) Shape from Isophotes (SfI) Lambertian reflectivity 3D reconstruction Skin reflectivity 006.693 Η τρισδιάστατη ανακατασκευή αντικειμένων που απεικονίζονται σε διδιάστατες εικόνες αποτελεί κλασσικό πρόβλημα στην Όραση Υπολογιστών. Οι τεχνικές Shape from Shading (SfS) στοχεύουν στην ανάκτηση του τρισδιάστατου σχήματος μέσω των μεταβολών στη φωτεινότητα (φωτοσκίαση) της εικόνας. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την ανακατασκευή βιολογικού ιστού λαμπερτιανής ανακλαστικότητας και σταθερής λευκαύγειας χρησιμοποιώντας μία υποκατηγορία των τεχνικών SfS, την τεχνική Shape from Isophotes (SfΙ). Η τεχνική αυτή χρησιμοποιεί τις ισόφωτες καμπύλες που εμφανίζονται στη διδιάστατη εικόνα για τον υπολογισμό των κάθετων διανυσμάτων στην επιφάνεια του αντικειμένου. Αρχικά παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της αναπτυσσόμενης μεθοδολογίας. Προκειμένου να ανακτηθεί το τρισδιάστατο σχήμα του αντικειμένου σε κάθε ισόφωτη καμπύλη επιλύεται ένα σύστημα δύο εξισώσεων. Η πρώτη εξίσωση που χρησιμοποιείται σε όλες τις τεχνικές SfS είναι η εξίσωση φωτεινότητας, όπως αυτή ορίζεται για τις λαμπερτιανές επιφάνειες. Η δεύτερη εξίσωση είναι η εξίσωση καθετότητας και ορίζεται από τις ιδιότητες των ισόφωτων καμπυλών. Προκειμένου να ξεκινήσει η ανακατασκευή θεωρούνται γνωστές οι τρισδιάστατες συντεταγμένες για μία ισόφωτη καμπύλη κοντά στα τοπικά μέγιστα φωτεινότητας στην εικόνα. Ο αλγόριθμος της τεχνικής SfI χωρίζεται σε τρία βασικά βήματα: την προεπεξεργασία της εικόνας, τον αλγόριθμο κατάταξης των ισόφωτων καμπυλών και τον αλγόριθμο ανακατασκευής. Ο αλγόριθμος αυτός εφαρμόστηκε σε συνθετικές επιφάνειες λαμπερτιανής ανακλαστικότητας, οι οποίες παρουσιάζουν διαφοροποιήσεις στη μονοτονία και την καμπυλότητά τους. Συγκεκριμένα εκτελέστηκε ανακατασκευή σε μία επιφάνεια ενός ημισφαιρίου, δύο ημισφαίριων διαφορετικής ακτίνας και σε μία επιφάνεια η οποία περιέχει ένα σημείο σάγματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η τεχνική SfI οδήγησε σε ορθά αποτελέσματα και στις τρείς περιπτώσεις. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα αυξάνεται σε εικόνες με πολλά μέγιστα φωτεινότητας, καθώς δεν είναι εκ των προτέρων γνωστή η μονοτονία της απεικονιζόμενης επιφάνειας. Επομένως, για τη σωστή εκτίμηση της αξιοπιστίας της μεθόδου SfI απαιτείται περαιτέρω μελέτη και εφαρμογή της σε πιο πολύπλοκες επιφάνειες καθώς και σε επιφάνειες διαφορετικής ανακλαστικότητας. The 3D shape reconstruction of objects depicted in 2D images is a classic problem in Computer Vision. Shape from Shading (SfS) methods are being widely used to recover the 3D shape using the gradual variations of shading in the image. This thesis aims to reconstruct the shape of biological tissues with lambertian reflectivity and constant albedo using a new SfS method, the Shape from Isophotes (SfI) method. This method uses the isophotes that appear in the 2D image in order to estimate the normal vectors on the object’s surface. Firstly, there is a description of the theoretical background of this method. A system of two equations is being solved at each isophote curve, in order to recover the 3D shape of the object. The first equation that is being used in all SfS techniques is the brightness equation as defined for lambertian surfaces. The second equation is defined by the properties of the isophote curves. The reconstruction starts with the assumption that the 3D coordinates for an isophote curve near the brightness local maxima of the image are known. The algorithm of this method is divided into three basic steps: the pre-processing of the image, the classification algorithm for putting the isophote curves in the correct order and the main reconstruction algorithm. The developed methodology was applied to simple surfaces of lambertian reflectivity, characterized by variations in their monotony and their curvature. More precisely, the testing surfaces consisted of one hemisphere, two hemispheres with different radii and a surface having a saddle point. The results showed that this technique leads to a correct reconstruction for all cases. However, the complexity increases in images with more than one brightness maxima, because the monotony of the depicted surface is in general unknown. Therefore, further study is required to verify the reliability of the SfI method, for example by implementing it at more complex surfaces or at surfaces of different reflectivity. 2016-03-29T09:52:53Z 2016-03-29T09:52:53Z 2015-11-30 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9223 gr 0 application/pdf |
