[发明专利]一种基于VTK的文物CT影像与三维外壳融合切割的方法

权利要求书

1.一种基于VTK的二维文物CT影像和三维外壳融合切割的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、数据采集：通过计算机断层扫描技术对文物进行扫描，得到CT序列图像数据；再对文物进行扫描测量，获取三维外壳模型；

步骤S2、读取数据：通过Visualization Toolkit内置类分别读取步骤S1得到的文物CT序列图像数据与三维外壳数据；

步骤S3、体渲染重建：利用VTK对步骤S2读取的CT序列图像进行体渲染，然后得到三维实体模型；

步骤S4、配准融合：将步骤S3中体渲染重建得到的三维实体模型与步骤S1中读取的三维外壳模型在大小、位置、方向上进行匹配，以此将三维外壳套在三维实体模型上；

步骤S5、虚拟切片：构建三维切割平面，对体渲染得到的三维实体模型进行剖面切片处理，切片平面获取CT数据并将数据输出至纹理映射管线，得到该剖面的CT二维贴图；

步骤S6、切割外壳：采用vtkClipPolyData()类定义一个切割器cliper，将三维外壳模型输送给cliper，设置切割器的切割平面vtkPlane，将裁剪后的模型数据设置为clipedData放入clipMapper传递给一个clipActor；

步骤S7、设置回调函数将外壳切割平面与CT二维贴图实时关联起来。

2.如权利要求1所述的一种基于VTK的二维文物CT影像和三维外壳融合切割的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下步骤：

(1)将步骤S3中体渲染重建得到的三维实体模型与步骤S1中读取的三维外壳模型中的一个作为源点云，另一个作为目标点云；从源点云中采样得到源点集P＝{P_i,i＝0,1,2,…,k}，对目标点云采样得到目标点集Q＝{Q_i,i＝0,1,2,…,n}，k≥n；

(2)对于目标点集Q中的每一个点，在源点集P中都找出距该点最近的对应点，由这些对应点更新点集P，得到{P_i,i＝0,1,2,…,n}；

(3)根据源点集P和目标点集Q的坐标信息，分别计算两个点集的重心；

(4)计算两个重心之间的旋转矩阵R和平移向量T；

(5)根据(4)计算得到的计算旋转矩阵R和平移向量T，对源点集P中点进行刚性变换，变换后获得新的点集，定义为P′，其中元素为：

P_i′＝R×P+T

(6)由新的点集P′和目标点集Q内的全部点，计算误差函数E(R,T)；其中，误差函数E(R,T)定义为点集P′与其对应的目标点集Q中点Q_i之间的距离差的平方；

(7)根据误差函数E(R,T)或者迭代次数是否满足要去判断迭代是否结束，若达到了要求，则迭代结束，输出最后一次计算的旋转矩阵R和平移向量T，并对源点云进行变换，实现配准；若未达到要求，用点集P′更新源点集P，返回步骤(3)，继续下一次配准。

3.如权利要求2所述的一种基于VTK的二维文物CT影像和三维外壳融合切割的方法，其特征在于，所述步骤S4中，先将步骤S3中以vtkImageData数据格式存储的体渲染重建模型，用vtkDiscreteMarchingCubes将其转化为网格数据vtkPolyData类型；

使用vtkIterativeClosestPointTransform类中的SetSource()和SetTarget()函数设置源点集和目标点集；

采用SetMaximumNumberOfIterations()函数设置所述迭代次数；采用StartByMatchingCentroidsOn()函数计算所述重心；通过GetMatrix()函数来获取旋转矩阵R和平移向量T。