基于形状分解的枝状体骨架提取
项波1,张晓鹏1,马伟2,查红彬 2
1. 中国科学院自动化研究所, 北京 100190 E-mail: helenexiang@gmail.com, xiaopeng.zhang@ia.ac.cn 2. 北京大学 机器感知与智能教育部重点实验室, 北京 100871 E-mail: {mawei,zha}@cis.pku.edu.cn 摘 要: 骨架作为三维立体的一个重要特征,在形体的数据简化,变形,识别与理解,内窥漫游路径构造和外形的测量等方 面有着重要的应用价值. 本文提出了一种基于形状分解的枝状体数据骨架提取算法. 算法的基本思路为:采用基于种子点 距离变换的区域生长策略,自动判断分叉区域,按拓扑结构分解立体数据,并根据分解结果提取骨架. 本算法的创新在于: 准确的立体分解消除了骨架提取中不同分枝的相互影响,提高了骨架的中心性,同时骨架保持了原立体的几何特征;此方法 适用性强,对象可以包括分枝形体和环状形体,另外也适用于表面体素数据. 关键词: 骨架提取,分解, 区域生长,距离变换,体素模型
Skeletonization of Branched Volume by Shape Decomposition
Bo Xiang 1, Xiaopeng Zhang 1, Wei Ma 2, Hongbin Zhang 2
1. Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China E-mail: helenexiang@gmail.com, xiaopeng.zhang@ia.ac.cn 2. Key Laboratory of Machine Perception (Ministry of Education), Beijing University, Beijing 100871, China E-mail: {mawei,zha}@cis.pku.edu.cn Abstract: We present an algorithm to automatically extract skeletons for branched volumes by shape decomposition. First, a region growing strategy is adopted based on a distance transformation to decompose a volume into several meaningful components with simple topological structures. Then, the skeleton of each component is individually extracted. Finally, the skeletons of all the components are integrated and a structural skeleton of the volume data is obtained, where the structural skeleton is topologically equivalent to the volume. The contributions of the algorithm are: the elimination of the influence of different branches and the accurate skeleton extraction with topological structure of the model due to exact decomposition. Experiments show that this algorithm is applicable to shapes with complex topology. Key Words: Skeletonization, decomposition, region growing, distance transform, voxel model
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引言
骨架作为三维立体的一种抽象表示方式,描述了立 体对象的几何形状特征和拓扑结构特征.三维立体骨架 在计算机视觉与计算机图形学领域中有着广泛的应 用,如三维立体的变形控制[1,2],形状的检索[3,4] , 模型修复[5] ,模型简化与分割[6,7],以及树木等复杂 结构物体的三维重建[8,9]等. 本文的目标是体素模型 的骨架抽取. 体素模型在医学图像处理[10]以及计算机 视觉三维重建[11]中较为常见. 体素模型骨架抽取的方 法主要包括:基于距离变换,基于细化,基于分解. 距离变换方法的思想是以体素空间中的一些点作 为源点,为其他体素点赋予到源点的最短路径距离值.

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