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三维测量范文1
【关键词】 三维细化 删除模板 拓扑结构 旋转不变性 三维非接触测量
一、引言
图像细化广泛应用在各个领域，如医学图像分析，模式识别等。三维图像细化是图像处理和视觉分析的主要研究方向，细化提取的骨架是后续图像分析和特征提取的重要基础。从三维细化的结果中可提取基本尺寸和基准线、基准面等特征，包括物体的轴线基准、轴线长度，形状结构及联接关系。通过这一系列参数和特征准确表述和确定目标的当前状态，从而实现对三维目标的全方位的非接触测量。
三维细化算法主要包括提取中心线和提取中心面两类，本文重点研究中心线的提取。在一个三维二值图像中黑点和白点分别代表目标点和背景点，细化就是将逐层将黑点移除（黑点改为白点）直到仅剩一个像素宽的骨架。连通性及拓扑结构的保持是三维细化过程中考虑的主要问题，概括为三个方面：（1）输入图像中的任何物体不能被拆分或完全消除；（2）任何空腔不能与背景或另一个空腔合并；（3）不能消除或新增任何的空腔和孔洞。连通性的保持是拓扑性质的保持的基础，例如形如“o” 的物体细化后不能形如 “c”，细化后提取的骨架应位于物体的中轴，并且看起来相似于原物体；同时细化算法在物体平移、比例变化及旋转前后提取的骨架应基本保持一致。
提取中心线的三维细化算法多是基于模板的并行细化算法。并行细化算法有子迭代并行细化算法，区域并行细化算法[10，11]和完全并行细化算法三类。完整的基于模板的完全并行三维细化算法由Ma和Sonka提出，这一算法不能很好的保护三维物体的拓扑结构，后续研究者发现这一问题，Wang和Basu通过扩充删除模板解决了某些情况下细化结果出现断裂的情况，但仍存在一些问题，且由于删除模板扩充后有方向性，不能保证三维物体旋转后的细化结果保持不变。
针对上述问题，提出一种新的细化算法，从基础模板在各个方向上旋转得到具有各向同性的删除模板，保证了模板的对称性，使物体旋转之后细化结果和旋转前细化结果保持一致；给出了真伪删除点的定义，并证明了提出的算法满足连续性保持的条件，解决了点同时删除造成不连续的问题。
二、三维细化旋转不变性理论分析
Wang和Basu针对Ma和Sonka的算法中不能保持连通性的情况对D类模板添加更多更细致的限制，扩充了最终的删除模板。Ma算法中D类删除模板是12个，Wang对模板中的一些点增加了限制，把D类模板扩充为36个。Ma算法中d7如图2所示，Wang扩充后的d7如图3所示。
图3 Wang算法中删除模板d7-1，d7-2，d7-3算法主要步骤：
1）检测边界点（26邻域内至少有一个是背景点）。
2）并行删除满足任一删除模板的非尾点。
3）返回1）直到o任何点可以被删除。
完全并行细化算法，从各个方向同时逐层删除三维物体中的点，这保证了最终结果位于原物体的中轴上，且相似于原物体。但并行细化算法的细化结果有出现断裂的可能，每一层的点在进行删除模板的匹配及其他删除条件的判断时，若点与点之间相互为满足删除条件的必要点，同时删除所有满足条件的点得到的细化结果就可能出现断裂，不能保持原物体的拓扑结构。
其他情况下仍仍然会出现断裂，使最终细化结果无法保持原物体拓扑结构。同时因为只改变了某些方向上的模板，最终的删除模板不再是完全对称，使得细化算法不具旋转不变性。
三、基于保拓扑结构和旋转不变性的细化算法
针对上述分析提出一种新的基于保拓扑结构和旋转不变的三维细化算法。首先给出旋转不变性的定义，其次设计了各向同性的删除模板，最后根据需要定义了真伪删除点，并论述了提出的算法满足连续性保持的条件。通过假设验证法，检测候选删除点删除前后26邻域内目标体和背景组的数目变化，确认删除点的真伪，保持了原有的拓扑结构，进而确保物体旋转后细化结果的连续性不变。
关于旋转不变性做如下定义：
定义1（旋转不变性）：当物体相对之前位置旋转后，通过细化提取的骨架与旋转前提取的骨架形态及结构保持一致，简称该细化算法具有旋转不变性。
为使旋转后结果与旋转前结果保持一致，本文构造了具有各向同性的删除模板。如图4所示，新算法中具有各向同性的D类删除模板是12个，且模板中限制点比Ma算法中少。改进删除模板是基于图2中四类基本模板，通过绕三个中轴旋转获得，在结构上是完全对称的，从而保证在各个方向模板是同性的，使新算法具有旋转不变性。
为准确表达该算法，做如下定义：
定义2（真伪删 除点）：在每次迭代中，通过与删除模板的匹配，简单点、非尾点的判断选出候选点，假设所有候选点被删除，再逐个检验候选点被同时删除后26邻域内目标体的数目和背景组的数目有没有改变，若改变称为伪删除点，若未发生变化称为真删除点。
每次迭代中对符合删除模板且满足其他删除条件的目标点做标记，假设标记点已全部被删除（值为0），逐个对标记点位置进行检测，检测标记点位置26邻域中目标点（黑点）的连通性，和18邻域中背景点的连通性，若连通性发生改变则把标记点重置为1，若未改变确定删除。因为在一次迭代中任何点的删除不应该改变其26邻域中目标点的连通性和18邻域中背景点的连通性。这就有效防止同时删除一系列点造成细化结果出现断裂破坏拓扑结构的可能。
连通性证明：本文算法按照简单点的定义选候删除点，为保证被删除的点是简单点，在删除前做如下判断：判断当前点26邻域内的目标点是否连通；判断当前点18邻域内的背景点是否连通且至少有一个点与当前点是6邻接，所以被删除的点都是简单点，满足条件①。通过删除点的真伪验证表明对每一个删除点来说，在其他点被删除后，26邻域内仍然只有一个目标体，18邻域内只有一个背景组，即还是简单点，所以每次迭代中同时删除的所有点的集合是一个简单点集合。那么属于一个单位正方形上的两个，三个或四个不同点被同时删除时，它们也是简单点集合，表明本文算法满足条件②、③、④。假设存在一个包含在单位立方体内的目标体被完全删除，那么单位立方体内八个点只能是可被删除的点或者背景点，可被删除的点必须满足某一删除模板，根据根据本文算法设计的删除模板特点，八个点中总有一个面上的四个点必须同时是背景点，因此包含在一个单位立方体内能被完全删除的目标体不存在，即满足条件⑤。因此本文算法满足三维细化算法保持连通性的条件。
基于保拓扑结构具有旋转不变性的三维细化算法主要步骤：
1）检测边界点（26邻域内至少有一个是背景点）；
2）检测满足任一删除模板同时属于非尾点和简单点的点，并标记为候删除点；
3）根据定义2判断2）中标记的候删除点的真伪，若为真，则确认删除，否则不删除；
4）返回1）直到无任何点可以被删除。
四、 物体的尺寸提取与非接触测量
对细化后的骨架进行像素数的统计可以得到三维模型的几何尺寸信息，这些测量信息可以精准地描述三维模型的当前状态。比如表面即为边界点的集合，通过判断是否具备空间26连通可以快速提取边界点，表面积可以表示为边界点像素的总和，这种表示方法不仅简单，而且被证明是物体表面积的无偏和一致的最好估计。
根据三维图像数据和尺寸基准线，可提出和计算目标的厚度、高度、径向、轴向、位置等几何尺寸，计算各组成部分的长度、高度、宽度或直径、半径等形状参数，计算表面各部分的几何距离，有关结构与重要基准面、基准线的距离以及平行度、平面度、圆度、同轴度等形位误差。用这一系列参数和特征准确表达和确定目标的实际当前状态，从而实现对目标的全方位的非接触测量。
五、实验结果与分析
该部分设置了四个实验。在前两个实验中把新算法分别和Ma的算法，Wang的算法做对比，表明新算法在保持连通性方面的优势；在第三个试验中把新算法与Wang的算法的细化结果做对比，表明新算法具有旋转不变性；第四个实验是新算法细化各类模型得到的精实墓羌堋
新算法与Ma算法的细化结果对比如图5所示，在图5.（a）中是一个连续的简单模型，图5.（b）中是Ma算法的细化结果，左右连在一起的两个方形在细化后被分开，破坏了原有的连通性，图5.（c）中是新算法的细化结果。左右两个方形细化后任连在一起，保持了原有的拓扑结构。在图6.（a）中是一个连续的简单模型，图6.（b）中是Ma算法的细化结果，上下连在一起的两个方形在细化后被分开，破坏了原有的连通性，图6.（c）中是新算法的细化结果。上下两个方形细化后任连在一起，保持了原有的拓扑结构
六、结论
完全并行基于模板的细化算法，会出现断裂，导致细化结果拓扑结构发生改变，并且不具有旋转不变性，本文通过设计各向同性模板，判断后删除点的真伪解决了这一问题，并通过实验进行了验证；在三维细化的基础上实现了非接触测量，提取三维特征信息，这将进一步满足对三维模型特征分析的需求。
参 考 文 献
[1]廖开阳，张学冬，章明珠.一种新的指纹图像快速细化算法[J].计算机工程与应用，2008，44（5）：93-95.
[2]邓刚，童学锋.FPTA快速细化算法在脱机手写体汉子识别中的应用.计算机工程与应用，2002，01：135-136
三维测量范文2
在测量逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观性是二维无法表示的。三维激光扫描仪就是近年来迅速发展起来的先进测量仪器，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现是测绘领域继GPS技术之后的又一次突破性技术革命。它突破了传统的单点测量方法，能够提供扫描物体表面的三维点云数据，通过对观测对象进行多角度的立体扫描、得到被测对象的位置及高度等信息，然后对这些信息进行处理、建模，拼接成图，即可获取高精度高分辨率的数字模型。三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X，Y，Z点的信息，还包括R，G，B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。
1 三维激光扫描仪分类
三维激光扫描仪种类很多，按照扫描平台的不同可以分为：机载（或星载）激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。
按照有效扫描距离可分为：
（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6～1.2m，通常这类扫描仪，不仅扫描速度快且精度较高，适合用于小型模具的量测。
（2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。
（3）长距离激光扫描仪：扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如，奥地利Riegl公司出品的LMS Z420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra技术有限责任公司出品的Cyrax2500激光扫描仪等，属于这类扫描仪。
（4）航空激光扫描仪：最长扫描距离通常大于1公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。
要保证扫描数据的精度，就必须根据项目的需要，在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。
2 三维激光扫描仪外业数据采集
要进行外业数据的采集，首先要选择合适的位置设置测站。选取视野开阔，行人车辆较少的地方，架好三脚架，将三维激光扫描仪固定在三角架上，再选择合适的位置（或者已知点）摆放球状标靶，并依次对其进行编号，以便于后期点云数据的编辑操作。
首先要开机预热约5分钟左右，然后在仪器设置中输入工程名称，量取仪器高，并将仪器高及标靶的坐标、高程等数据输入仪器，选择扫描方式，可以进行全景扫描，也可以指定角度范围进行扫描。设置好后保存，完成设站。设站完成后，就可以进行扫描数据采集了，直到设置范围内景物扫描完毕。
一般情况下由于扫描物范围过大，或者被扫描物体的形状较复杂，一次设站往往不能完成物体的扫描，这就需要多次迁站，重复上述过程，以完成整个物体的扫描。为了拼接建模的需要，各测站中，要保持三个以上公共点。
3 扫描数据的内业处理
3.1 扫描数据的预处理
野外数据采集完成后，回到室内，将点云数据传入电脑，应用相应专业软件对扫描数据进行预处理。
由于外业环境较为复杂，在数据采集过程中避免不了人员及车辆的通过。人员及车辆的数据信息就会被采集到仪器中，数据量大大增加，对于三维建模没有用处，且会影响程序的运行速度，需要将其剔除，这就是点云数据的去噪声。
点云数据采集的是海量数据，数据量过大会影响程序的运行速度，因此在不影响曲面模型重构和保持一定精度的前提下需要对采集的数据进行适当删除精简。常用的精简方法有：平均精简即原点云中每n个点保留1个；按距离精简即删除一些点后使保留的点云中点与点间的距离均大于某值。
3.2 三维建模
对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。
扫描时往往在一站不能测出所有数据，而需要从不同位置、多视角进行多次扫描，即多次设站。各测站采集的点云就需要对齐、拼接。点云对齐、拼接可以通过在物体表面布设同名控制点（各测站间的重合标靶）来实现。
为了真实地还原扫描物体，需要将扫描数据用准确的曲面表示出来，这个过程叫曲面重构。常见曲面有以下几类：三角形网格、细分曲面、明确的函数表示、暗含的函数表示、参数曲面、张量积B样条曲面、NURBS曲面、曲化的面片等。
曲面重构完成后，下一步就可以进行扫描物体的三维建模，还原扫描物体的本来面目，点云数据处理步骤基本完成。
4 注意事项
进行三维激光扫描测站的选择，应注意该选在视野相对开阔的地方，四周遮挡物较少，这样扫描范围广，减少测站的设置，提高工作效率，加快工作进程。
其次测站的选择离观测对象不宜过近，以免仰角太大，影响成像的效果。
在扫描过程中，人员尽量减少在仪器前的走动，以免影响扫描结果，增加数据的采集。
各测站间一定要有3个以上重合点，且要有相应的编号，便于数据的拼接建模。
5 三维激光扫描仪发展前景
三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域已有了广泛的应用，相信随着科技的进一步发展三维激光扫描技术将会在越来越多的领域得到充分的应用。
【参考文献】
[1]花向红，马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉：武汉大学，2005.
三维测量范文3
关健词：隧道断面放样测量、CASIOfx-4800P、三维坐标法
1.引言
隧道断面测量除实地放样出轮廓线之外，还必须对掌子面进行控制，以判断是否超欠挖，从而可以掌握施工的进度及如何控制生产成本。以往隧道开挖时需花几十万购置一台断面仪，对一般的施工队伍来说花费巨资购置仪器简直是不现实的事。而且断面检查时需先把中心里程的桩位实地放样，再将仪器置于该桩位上测量对应的轮廓面。因此为了提高测量的工作效率及人员、设备的安全性，可采用免棱镜全站仪结合CASIOfx-4800P计算器在任意站进行断面测量，可随时随地掌握隧道的开挖情况。
2. CASIOfx-4800P计算器编程方法
2.1 隧道超欠挖检查原理
根据图1列出超欠挖的公式：
PC=[（Z-E0）2+（H-W）2]1／2-R ―――（1）
（1）式中：Z―根据实测坐标反算出来的偏距
E0―隧道中心线离线路中线（即线路坐标计算的依据线）的距离
H―实测的高程
W―待求点所在里程的圆心设计高程
R―隧道设计半径
2.2 CASIOfx-4800P主程序（相关的符号可据图1加以理解）
A“H0”：B“H”：M“E0”：I“I0”：O“S0”：L“LS”：Z“Z0”：R“R0”：W=A+Abs(L-O)×I+Hs:
PC“cqw”=Pol(B-W,Z-M)-R
说明：（2）式中如果PC0，表示欠挖；如果PC0，表示超挖。
式中：H0―隧道出口或进口的轨顶设计高程
H―实测点的高程
E0―隧道中心线离线路中线（即线路坐标计算的依据线）的距离
I0―路线的纵坡度%
S0―隧道进口或出口里程
LS―根据实测坐标反算出来的里程
Z0―根据实测坐标反算出来的偏距
R0―隧道设计半径
Hs―内轨顶面至圆心的高度
2.3 隧道任意里程断面点的坐标正反算
2.3.1 程序功能
本程序由一个主程序(ZBZFS)和两个子程序―正算子程序(SUB1)、反算子程序(SUB2)构成，可以根据曲线段――直线、圆曲线、缓和曲线（完整或非完整型）的线元要素（起点坐标、起点里程、起点切线方位角、线元长度、起点曲率半径、止点曲率半径）及里程边距或坐标，对该曲线段范围内任意里程断面点的坐标进行正反算。
2.3.2 源程序
(1).主程序(ZBZFS)
"1.SZ => XY"："2.XY => SZ"：N：U"X0"：V"Y0"：O"S0"：G"F0"：H"LS"：P"R0"：R"RN"：Q：C=1÷P：D=(P-R)÷(2HPR)：E=180÷π：N=1=>Goto 1：≠>Goto 2Δ
Lbl 1：{SZ}：SZ：W=Abs(S-O)：Prog "SUB1"：X"XS"=X
Y"YS"=Y
Goto 1
Lbl 2：{XY}：XY：I=X：J=Y：Prog "SUB2"：S"S"=O+W
Z"Z"=Z
Goto 2
(2).正算子程序(SUB1)
A=0.1739274226:B=0.3260725774:K=0.0694318442:L=0.3300094782:F=1-L:M=1-K:X=U+W(Acos(G+QEKW(C+KWD))+Bcos(G+QELW(C+LWD))+Bcos(G+QEFW(C+FWD))+Acos(G+QEMW(C+MWD))):Y=V+W(Asin(G+QEKW(C+KWD))+Bsin(G+QELW(C+LWD))+Bsin(G+QEFW(C+FWD))+Asin(G+QEMW(C+MWD)))：F=G+QEW(C+WD)+90：X=X+ZcosF：Y=Y+ZsinF
(3)反算子程序(SUB2)
T=G-90：W=Abs((Y-V)cosT-(X-U)sinT)：Z=0：Lbl 0：Prog "SUB1"：L=T+QEW(C+WD)：Z=(J-Y)cosL-(I-X)sinL：AbsZGoto1：≠>W=W+Z：Goto 0Δ
Lbl 1：Z=0：Prog "SUB1"：Z=(J-Y)÷sinF
3、线元起点切线方位角的计算方法
根据图2推算出线元起点切线方位角计算公式：
αi=αA+[(ρi+ρA)(DKi-DKA)×180。÷π]/2 ―――（2）
(2)式中：αA -前一要素点切线坐标方位角 ；ρA -前一要素点曲率半径（ρA =1/RA）；αi- 待求要素点切线坐标方位角；ρi- 待求要素点曲率半径（ρi =1/Ri）
DKA -前一要素点里程号；DKi-待求要素点里程号。
注意：1、当线元左偏时ρAρi为负数；当线元右偏时ρAρi为正数。
2、当ρA =0, ρi =0时,则αi=αA，式（2）变成直线段上任意点切线坐标方位角计算公式；当ρA =1/R，ρi =1/R时，式（2）代表圆曲线上任意点切线方位角计算公式。
可见，若已知曲线段起点和终点的曲率及起点的切线坐标方位角，式（2）便能计算任意线型点位切线坐标方位角。
4、输出部分
正算时：XS=×××，计算得出的所求点的X坐标；YS=×××，计算得出的所求点的Y坐标。
反算时：S=×××，计算得出的所求点的里程；Z=×××，计算得出的所求点的边距。
5.结语
三维坐标法适合于施工中隧道开挖断面放样测量，可做到哪里需要，测后马上出结果，一次置镜能有效地测量全段落的特征点和任意点，可根据断面的大小与点数的频率进行测量放样。该方法也适用于初期支护、二衬施工的断面放样测量。
参考文献：
[1] 覃辉．2009．CASIOfx-4800P/fx-4850P与fx-5800P编程计算器功能比较与程序转换．2009．上海：同济大学出版社．
[2] 刘志章．1992．工程测量学．北京：中国水利水电出版社．
三维测量范文4
[关键词]中国实验用小型猪；颧弓；顶骨；三维测量；修复重建
[中图分类号]R782.2[文献标识码]A[文章编号]1008-6455（2011）03-0411-03
Three dimensional measurement of the zygomatic arch and parietal bone of eight-week old Chinese experimental minipig
MA Jing, LV Chang-sheng,GUI Lai,LIU Jian-feng,NIU Feng
(Department of Cranialfacial Surgery,Plastic Surgery Hospital, Peking Union Medical College,Beijing,China,100144_
Abstract:ObjectiveTo obtain the three dimensional measurement data of the zygomatic arch and parietal bone of eight-week old Chinese experimental minipig and explore the feasibility of repairing the zygomatic arch defect with parietal outer table.MethodsFifteen 8-week old Chinese experimental minipigs underwent skull X-ray and three dimensional CT scan.The original CT data was analysed by Mimics 10.01 software and three dimensional image was reconstructed.Based on measurement of 30 zygomatic arches and parietal bones,the data of the length,height and thickness of the zygomatic arch and the thickness of parietal bone was obtained.And the thickness of the parietal bone and zygomatic arch was compared.ResultsThe length,height and thickness of the zygomatic arch of 8-week old Chinese experimental minipig was (28.18±0.94)mm, (12.80±1.56)mm and (3.00±0.51)mm respectively.The thickess of the parietal bone was (3.68±0.86)mm and it was obviously greater than that of the zygomatic arch (P=0.004).ConclusionsThe parietal bone of 8-week old Chinese experimental minipig has a certain thickness that could potentially be harvested as outer table for zygomatic arch reconstruction.
Key words:Chinese experimental minipig;zygomatic arch;parietal bone;three dimensional measurement;reconstruction
在颅颌面修复重建领域，颅骨常作为植骨的供区。颅骨为膜内成骨，相对于软骨内成骨如肋骨、髂骨等更不易吸收[1-2]，而且因颅骨离受区近，能够获取大量的骨组织，能够坚强固定，而且其具有自然弧度更适于颅颌面外形的重建。近年来，自体顶骨外板作为自体骨移植物广泛应用于颅颌面重建[3-5]。
颧弓为面中部的重要支持结构，也是面中部轮廓的重要组成部分。颧弓由颧骨的颞突及颞骨的颧突构成。先天性颧弓发育不良、外伤性及肿瘤切除后颧弓缺损临床屡见不鲜[5-9]。颧弓缺损重建的方法有全层颅骨游离移植[6]及颅骨外板游离移植[5,8]及复合颅骨外板及全层颅骨带蒂移植[9]等。但幼龄儿童颧弓重建的报道较少[6]，而且对幼儿重建的时机也没有统一的意见。
中国实验用小型猪是理想的实验动物，在颅颌面重建领域常作为动物模型[10]，但国内外缺乏对于中国实验用小型猪幼龄猪头颅测量的相关数据。
本文通过重建三维图像间接测量8周龄幼龄猪颧弓的长度、高度及厚度及顶骨的厚度，并比较颧弓的厚度与顶骨的厚度，探索颅骨外板修复颧弓缺损的可行性，并为颅骨外板修复颧弓缺损的动物实验提供一定的实验依据。
1材料和方法
1.1 材料：8周龄中国实验用小型猪15头，由中国农业大学提供，其中雌性8头，雄性7头，进行头颅X线照相及头颅三维CT扫描前一周开始在北京协和医学院中国医学科学院整形外科医院动物室饲养。实验前动物体重为（8.94±0.72）kg。头颅X线照相在北京协和医学院中国医学科学院整形外科医院放射科完成。三维CT扫描在清华大学玉泉医院CT室完成，CT为SIEMENS SOMATOM Sensation 16。麻醉方式为肌注全麻，麻醉剂为由盐酸氯胺酮（福建古田药业有限公司生产）与速眠新Ⅱ（每毫升含保定宁60mg，双氢埃托啡4mg，氟哌啶醇2.5mg，军事医学科学院兽医研究所研制）按2:1配成的混合液。麻醉剂量为0.6ml/kg，维持剂量为0.3ml/kg。
1.2 麻醉：所有动物麻醉均采用后肢肌注全身麻醉。初始剂量为0.6ml/kg，维持剂量为0.3ml/kg。
1.3 头颅X线照相及头颅三维CT扫描：实验前12h动物禁食水，实验前10min给予肌注麻醉剂，药物4-5min起效，维持约60～80min。麻醉起效后将动物从动物室分别转运至北京协和医学院中国医学科学院整形外科医院放射科及清华大学玉泉医院CT室，进行头颅X线照相及头颅三维CT扫描。检查为俯卧位，扫描范围从鼻部前端至颈中部。扫描参数为:电压120kV，毫安秒mAs=270，球管每旋转一周的每层床进为6.7mm，曝光时间26s，螺矩=1.79，扫描范围共220～300层。扫描后所得的断层数据在CT工作站进行坐标系调整，使得X、Y、Z轴分别与小型猪的水平中线、冠状位中线和矢状位中线重合。在CT工作站上进行0.75 mm薄层三维重建，断层重建的矩阵为512×512，重建野尺寸为230mm，重建核sharp。将重建后的数据按照需要重新拆分成断层数据，确定图像质量清晰无误后，将断层数据存储到光盘上转移至PC机图形处理工作站。检查完毕后将动物转运回动物室进行颅颌面外科其他实验。
1.4 头颅三维CT数据处理：用Mimics 10.01 将动物头颅三维CT原始dicom数据转化成mcs数据，重建出三维CT图像（图1）。骨组织阈值设置为270～2800 Hu。小型猪颅顶部自前向后分别由鼻骨（图1C）、额骨（图1D）及顶骨（图1E）构成。侧面可见由颧骨颞突及颞骨颧突构成的颧弓（图1F）。在三维图像上测量颧弓的长度，即颧骨与颧弓相交点（A点）与颧弓与颞骨鳞部相交点（B点）之间的距离[14]。颧弓的高度定义为颧颞缝上缘（A点）至颧颞缝对应的颧弓下缘（B点）之间的垂直距离（图2）。颧弓厚度定义为颧弓高度中央点（图2C）对应的颧弓内、外板之间的距离。首先在三维图像上确定颧弓高度中央点C（图2C），然后在点C相对应的二维图像（图3）的轴位相上测量颧弓内板（A点）、外板（B点）之间的距离。对顶骨厚度的测量首先要确定顶骨厚度测量的位置（图4右下角A、B），在三维图像（图4右下角）上画出颅顶部中线1，然后画出额骨两端最外点的连线2，在线1左右侧旁开1.0cm做两条与线1的平行线3及4，在线2与顶骨后缘的中点做线2的平行线5，线3、4与线5的交点A、B即为左右侧顶骨厚度的测量点。在二维图像冠状位相上测量顶骨两侧对应点内板（图4左上A点）、外板（图4左上B点）之间的距离。
1.5 统计学分析：测量数据以均值±标准差表示。统计方法采用两个独立样本检验。统计学软件为SPSS16.0(SPSS,Inc.)。P≤0.05认为有统计学意义。
2结果
2.1 动物情况：15头小型猪全部完成了头颅X线照相及头颅三维CT扫描，过程顺利，麻醉平稳，在麻醉及转运过程中未发生意外及并发症。
2.2 颧弓及顶骨测量数据：根据对15头8周龄中国实验用小型猪30例颧弓的长度、高度、厚度及30例顶骨厚度数据得出的结果如表1，顶骨厚度明显大于颧弓厚度（P=0.004）。
3讨论
在颅颌面修复重建领域，经常会遇到先天性骨组织发育良或颅面裂隙畸形以及后天性骨组织缺损，骨组织重建是颅颌面外科临床工作中很重要的一部分内容。自体骨因为无免疫源性、能够获取大量组织、无明显供区并发症而常作为骨组织缺损修复的材料[1-9]。但在临床中我们很关注的一个问题就是自体骨的成活及吸收问题[1-2]。
自体骨按其形成过程可分为膜内成骨及软骨内成骨两种方式。膜内成骨直接由间充质分化发育成骨骼，而软骨内成骨先由间充质发育成软骨，然后再经骨化形成骨骼。Zins和Whitaker[1]在1983年将兔的髂骨和全厚颧弓贴敷移植到兔的鼻部，将猴的髂骨和全厚颅骨贴敷移植到颅顶部中线旁，定量比较了膜内成骨和软骨内成骨的骨吸收和骨形成的不同，表明膜内成骨的骨比软骨内成骨的骨在兔和猴颅面部能够保持更多的体积。同时发现保留移植骨骨膜能够保留更多体积。认为膜内成骨的骨体积增加可能是由于更快的血管化导致移植骨成活增加或延迟血管化导致移植骨吸收延迟。并且预示了颅骨外板作为移植骨供区的广阔前景。事实也证明，随着颅颌面外科技术的发展和新设备新仪器的相继问世，颅骨外板的应用越来越广泛[3-9]。
颅顶骨为膜内成骨的骨，因此对于各种原因引起的颅面骨发育不良或缺损来说，颅顶部无疑是最佳的供骨区。而且颅顶骨获取方法及形式多样灵活，可以全层游离移植[6]或带蒂移植[9]，也可以用颅骨外板游离移植[5,8]或带蒂移植[9]。颅骨外板不但可以单层移植，还可以折叠移植以增加突度[5]。
颧弓也是膜内成骨，因而对于颧弓发育不良或缺损来说，颅顶部作为供骨区无疑距离近，转移方便，而且符合整形外科“缺什么，补什么”的原则。从20世纪80年代至今，有多篇文献报道了用颅顶骨修复颧弓缺损的方法，而且效果可靠，无严重并发症[5-9]。
对于幼儿早期颧弓缺损重建的文献报道较少[6]，而且对于早期修复的时机也没有公认的标准。Fuente del Campo [11]早期切除大鼠的颧弓来制作Treacher Collins 综合征的动物模型，结果发现早期颧弓缺失会阻碍颅颌面的正常发育，导致前后方向过度生长，因此考虑早期修复颧弓缺损是必要的。
国内外没有中国实验用小型猪头颅测量的相关数据作为参考，也没有颅骨修复颧弓缺损的相关研究。本实验旨在获取8周龄中国实验用小型猪头颅测量的相关数据，探索幼龄猪颅骨外板修复颧弓缺损的可行性，为进一步修复方法的比较奠定基础。
在颅顶骨中，顶骨较为平整，而且厚度较高，可以抵抗较大外力而保护颅脑免受损伤。因为其解剖上的特点，顶骨外板的采取更为常用[3-5]。本实验采用头颅中线外1.0cm作为测量顶骨厚度的位置，因为将来要以此线作为骨瓣制作的轴心。我们的动物实验也证实顶骨具有较厚的厚度，而且厚度明显大于颧弓，具有制成颅骨外板的潜力，是颧弓修复的理想骨源。
本实验采用的测量方法具有以下优点：①精确性好，采用西门子16排螺旋CT薄层扫描，获取的原始数据数据量大，重建后图像清晰，解剖结构易于辨认；②重建三维图像可以在三维空间内任意旋转，更容易准确找到测量点。
[参考文献]
[1]Zins JE,Whitaker LA.Membranous versus endochondral bone: implications for craniofacial reconstruction[J].Plast Reconstr Surg,1983,72(6):778-785.
[2]Agostini T, Lazzeri D, Pascone C, et al. Onlay bone autografts in nasal augmentation: ilium versus calvaria[J].Plast Reconstr Surg,2010,126(5):1787-1788.
[3]Tessier P, Kawamoto H, Posnick J,et al.Taking calvarial grafts,either split in situ or splitting of the parietal bone flap ex vivo-tools and techniques: V. A 9650-case experience in craniofacial and maxillofacial surgery[J].Plast Reconstr Surg,2005,116(5 Suppl):54S-71S.
[4]Tessier P,Kawamoto H,Posnick J,et al.Taking calvarial grafts-tools and techniques: VI.The splitting of a parietal bone "flap"[J].Plast Reconstr Surg,2005,116(5Suppl):74S-88S.
[5]Zhang Z, Niu F, Tang X, et al. Staged reconstruction forcomplete Treacher Collins syndrome[J].J Craniofac Surg,2009,20(5):1433-1438.
[6]Posnick JC,Goldstein JA,Waitzman AA.Surgical correction of the Treacher Collins malar deficiency:quantitative CT scan analysis of long-term results[J].Plast Reconstr Surg,1993,92(1):12-22.
[7]Czerwinski M, Ma S,Williams HB.Zygomatic arch deformation: an anatomic and clinical study[J].J Oral Maxillofac Surg,2008,66(11):2322-2329.
[8]Smolka W,Eggensperger N, Kollar A, et al.Midfacial reconstruction using calvarial split bone grafts[J].Arch Otolaryngol Head Neck Surg,2005,131(2):131-136.
[9]van der Meulen JC, Hauben DJ, Vaandrager JM, et al.The use of a temporal osteoperiosteal flap for the reconstruction of malar hypoplasia in Treacher Collins syndrome[J].Plast Reconstr Surg,1984,74(5):687-693.
[10]王太玲,唐晓军,陈志学,等.预制个体化纯钛支架修复小型猪下颌角缺损的实验研究[J].中国美容医学,2008,17(12):1717-1720.
三维测量范文5
第一步需要把隧道的点坐标等设计参数通过程序输入到仪器中，之后进行放样操作，通常仪器不直接置于导线点上，而是通过后方交会形式设站，这样可以避免仪器与掌子面之间的距离过大。在完成仪器站点的设置后，确认三维坐标以及仪器高、方位角等参数无误后，完成仪器的设站工作。然后，瞄准掌子面测量出仪器站与其之间的距离，计算出掌子面的里程，作为定位掌子面开挖断面的依据。接着按不同顺序测设开挖轮廓线上的点，直至红色激光确定出第一个点后，做好标记，即完成了一个点位的放样操作，同理，以下点位的操作亦是如此（如图4）。需要注意的是，若掌子面不平，应对点位进行多次测量，给出点的允许偏差，力求精准。每一次的测量结果都要经过修正偏移值后从新测量坐标值，直至偏移值达到允许的范围内为止。
2断面测量
断面的测量工作是利用全站仪内部配置的程序完成的，设站时其中一个程序可用后方交会或者自由测站进行设站，仪器的安置具有随意性，只要在断面内即可。启动测量程序前，确认仪器的三维坐标和设置方位角，参数设定好后，仪器开始工作，在隧道轴线法线的垂直平面旋转一周，测与各个点的距离和角度，并将测量数据储存，这样就完成了断面的外业测量。另一段，仪器的放置不一定在断面的垂直面内，为了避免频繁移动仪器，可在建站前最大限度测出仪器最大量程内所有待测的断面，通过后方交会测量待测断面，此方法适用于轮廓规则的断面。对于表面不平的断面，要进行多次测量。将得到的数据结果输入安装有处理软件的计算机进行分析、计算、比较，最后得出实测及理论断面比较图形。
3围岩净空位移量测
围岩监控测量具有高效、经济、准确、安全的特点，根据新奥法基本原理可以了解施工中围岩变形和支护状况。全站仪自由设站后，通过远距离测定点的三维坐标，不同时段的坐标记录储存好后，再由计算机对测量数据进行处理，从而得到检测结果，此过程中，三维非接触测量技术非常关键。采用三维非接触测量新技术具有效率高、数据准的特点，在围岩净空位移的测量过程发挥重要作用。三维非接触观测系统由全站仪、后至基准点、反射靶标和计算机四个主要部分组成。此外，全站仪还装有围岩验收检测模块。在进行观测时，充分发挥记录模块的效能，修正仪器参数，为了数据结果的精准，打开补偿器功能。为避免膜片发生倾斜，尽量使用相同的侧位。观测时通过三次重复设站进行测量，然后取其平均值，得到可靠的数据。最后数据由计算机分析处理输出测量结果。
三维测量范文6
关键词：三维激光扫描 数据处理 地形图 误差 精度
中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（b）-0058-01
地形测量一体化是运用测量仪器及技术，对某一地形进行外业测量，并通过内业进行数据处理、建模、生成地形图的一体化生产过程。对于地形测量，常见的技术方法是全站仪测图、GPS-RTK测图、摄影测量等。而对于危险区域的地形测量，如高海拔、地形险峻、环境恶劣区域的地形数据采集，传统的测量方法如全站仪测图不能快速的获取数据，且存在采点困难、作业效率低下等问题，而摄影测量虽然可以一次性获取大量空间信息，但存在周期长、效率低等问题。三维激光扫描技术实现了传统测量方法所不具有的优点：无需接触被测地形、高效率、高精度、快速获取高密度的三维点云数据。三维激光扫描技术是一种新型的空间信息数据获取手段，已经在变形监测、文物保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域得到广泛运用[1-3]。
1 三维激光扫描仪在地形测量一体化中的运用
1.1 测区概况
本次测区为一滑坡，其位于四川省汉源县县城东南约20公里的万工集镇，地处大渡河瀑布沟库区左岸，属于高中山地形，扫描区域的地形起伏略大，植被较少，减少了对采集到的云数据的干扰，对数据的预处理比较有利，提高了点云数据的真实性和可靠性。
鉴于本项目的地形特点，决定采用Leica Scanstation2三维激光扫描仪进行测量，使用拓普康GPT-7502全站仪布设控制网，其测角精度为2”，测距精度为±（2mm+2ppm）。
1.2 控制网布设
为了在统一的坐标系下对点云数据进行匹配拼接，在测区范围内埋设了用于设站和定向的控制点K1～K6，其均匀布设在测区内。扫描站点选择在视野开阔的区域，在保证精度的情况下，能最大范围的扫描到目标。
1.3 外业数据采集
考虑到该地形的特殊性，采用分站式的扫描方式对测区进行大面积的扫描，即以测站为中心，对周围一定距离半径的区域进行扫描。
该三维激光扫描仪与常规全站仪测量不同，可采用已知后视点坐标的自由设站法，置平后无须定向即可测量。将仪器安置在K1上，在测区选择3个不在同一条直线上的点安放蓝白标靶，将其中一个标靶安置在K2上，启动配套的Cyclone软件并建立数据库与工程文件，通过设置角度范围对扫描区域进行拍照，设置好参数后对目标区域进行扫描。然后依次把扫描仪架设在K3、K5、K6、K4、K2上，采用相同方法进行扫描，直到所有扫描完成。
每测站扫描结束后进行数据的现场检查，判断是否有区域扫描遗漏，检查标靶的采样率是否符合要求，检查无误后对每一测站的数据进行命名，包括测站名称、扫描顺序等，然后保存。
1.4 内业数据处理
点云数据采集完成后，应用Cyclone软件及Geomagic Studio 12软件对采集的数据进行处理。其处理过程主要包括：不同测站点云的拼接、噪声处理、点云滤波平滑、抽稀压缩、空洞修补及数据输出。
1.5 地形图的绘制
经过预处理得到的点云数据其三维坐标是基于扫描仪坐标系统的，而地形图采用的是国家坐标系统，因此，在用点云数据绘制地形图前需将基于三维扫描仪的点云数据坐标系转换到国家坐标系中。在此采用四参数模型进行平面坐标的转换，而高程的转换采用平面拟合法。
转换完成后，从点云数据中提取居民地、交通设施、河流、陡坎、独立地物等地物点坐标并编辑制图。其他高程点过滤植被后，按照成图比例尺大小，选择合适的点间距，稀释点云数据，将采样得到的点云数据导入到CASS中建立DTM模型，生成等高线。将地物和等高线图形进行叠加编辑，最终完成地形图。
1.6 成图质量检查
对三维激光扫描仪所获得的点云数据所成的地形图进行质量检查，主要采用全站仪所测检核点的三维坐标和三维激光扫描仪扫描得到的点三维坐标进行对比计算，求出此类点的平面中误差和高程中误差[4]，进行质量检查。
本次在测区内均匀布设了5个检核点，扫描时在检核点上安置标靶。采用全站仪测得5个检核点的三维坐标和扫描仪转换后坐标数据进行比较来检查地形图的可靠性，见表1。
通过表1可以看出，两者获取的检核点平面坐标差值的绝对值最小为4mm，最大值为17mm；高程差值的绝对值最小值为4mm，最大值为28mm。采用表1中的数据，计算得到检核点的平面中误差和高程中误差为：M??x=±15mm，My=±14mm，Mh=±20mm。
对采用三维激光扫描仪得到的点云数据与利用全站仪测得的三维坐标，其检核点的平面坐标中误差
2 结论
将三维激光扫描仪用于地形测量是完全可行的，在地形测量一体化中，采用三维激光扫描技术完全能够满足一般地形图测量的需要，与其他地形图测量方法相比较，其能够实现真正的一体化，利用三维激光扫描仪与计算机相结合得出的地形图，大大提高了效率，节省大量人力物力，尤其是在地形险峻、人难以到达的地方有着极大的优势。
参考文献
[1] 彭维吉，李孝雁，黄飒.基于地面三维激光扫描技术的快速地形图测绘[J].测绘通报，2013（3）：70-72.
