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数字体积相关(Digital Volume Correlation,简称DVC)技术能测量出三维图像变形前后,任意位置的采样点的位移和应变,研究人员利用DVC技术来分析物体内部的三维变形情况。目前DVC技术中存在的计算速度比较慢和对复杂位移场的计算精度无法评估等问题,本文研究的目的是发展一系列的算法提高数字体积相关技术测量的速度与精度,其研究内容分为以下两个部分:
第一部分,提高数字体积相关技术测量的速度,针对三维图像计算量较大的特点,本文引入了二维数字图像相关常用的加速算法,如用三维快速傅里叶变换加速三维相关运算、建三维求和表来减少相关函数的计算量,这些算法在不降低计算精度的情况下大大的提高了计算速度。为进一步的提高计算速度,本文提出了三维基函数的算法,接着对这些算法的速度进行了测试,基函数的算法比三维FFT要快6.5～8.5倍,对每个采样点的平均计算时间小于0.1s,但是计算精度会有部分损失。
第二部分,提高数字体积相关技术测量的精度,为了能测得采样点处更准确的位移和应变,本文总结了基于子体积刚体平移假设的一系列算法和基于子体积变形假设的一系列算法,最后提出了一种加窗函数的算法。本文用模拟的荧光粒子三维图像和一系列的标准位移场建立DVC算法精度测试的平台,测试结果表明子体积变形假设的算法精度比子体积刚体平移假设的算法精度要高,加Gaussian窗函数的算法的位移计算精度最高。最后,本文将DVC技术使用到实际拍摄的三维荧光图像中,测量其在压缩后的变形。
综上所述,本文所发展的DVC算法提高了计算的速度和精度,为后续三维细胞牵引力反演研究打下了良好的基础。