Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.42
no.3
s.303
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pp.39-52
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2005
In this paper, a registration method is presented to register partial 3D point clouds, acquired from a multi-view camera, for 3D reconstruction of an indoor environment. In general, conventional registration methods require a high computational complexity and much time for registration. Moreover, these methods are not robust for 3D point cloud which has comparatively low precision. To overcome these drawbacks, a projection-based registration method is proposed. First, depth images are refined based on temporal property by excluding 3D points with a large variation, and spatial property by filling up holes referring neighboring 3D points. Second, 3D point clouds acquired from two views are projected onto the same image plane, and two-step integer mapping is applied to enable modified KLT (Kanade-Lucas-Tomasi) to find correspondences. Then, fine registration is carried out through minimizing distance errors based on adaptive search range. Finally, we calculate a final color referring colors of corresponding points and reconstruct an indoor environment by applying the above procedure to consecutive scenes. The proposed method not only reduces computational complexity by searching for correspondences on a 2D image plane, but also enables effective registration even for 3D points which have low precision. Furthermore, only a few color and depth images are needed to reconstruct an indoor environment.
Purpose: This study was aimed to evaluate whether the size of the changed area included in the registration area affects the validity of superimposition in three-dimensional (3D) images. Materials and Methods: Ten mannequin heads which were sectioned to simulate maxillary and mandibular setback surgery were used. A total of 30 images, including 10 initial images, 10 images after moving both middle and lower faces, and 10 images after moving only lower face, were obtained. The 9 landmarks which consisted of the bilateral and midline landmarks of the upper, middle, and lower faces respectively were used. Each 3D image obtained after simulation was superimposed 3 times according to the different 3 registration areas. The one-way ANOVA and posthoc analysis were performed. Result: In the case of moving middle and lower faces, there was no significant difference in all markers when superimposition was performed based on no changed area and forehead area. However, in the case of superimposition by the whole face, all measurements showed a significant difference (P<0.05) except for Pn (P>0.05). In the case of moving only lower face, all measurements did not show a significant difference regardless of the registration area. Conclusion: The validity of 3D superimposition in 3D images could be affected by the size of changed areas included in the registration area. In the postoperative evaluation of mandibular surgery, the registration area does not affect the accuracy of the 3D superposition. However, after the maxilla-mandibular surgery, the registration area should be set except for the changed soft tissue.
Park, Soon-Yong;Choi, Sung-In;Jang, Jae-Seok;Jung, Soon-Ki;Kim, Jun;Chae, Jeong-Sook
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.7
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pp.700-710
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2009
A computer vision technique of estimating the location of an unmanned ground vehicle is proposed. Identifying the location of the unmaned vehicle is very important task for automatic navigation of the vehicle. Conventional positioning sensors may fail to work properly in some real situations due to internal and external interferences. Given a DSM(Digital Surface Map), location of the vehicle can be estimated by the registration of the DSM and multiview range images obtained at the vehicle. Registration of the DSM and range images yields the 3D transformation from the coordinates of the range sensor to the reference coordinates of the DSM. To estimate the vehicle position, we first register a range image to the DSM coarsely and then refine the result. For coarse registration, we employ a fast random sample matching method. After the initial position is estimated and refined, all subsequent range images are registered by applying a pair-wise registration technique between range images. To reduce the accumulation error of pair-wise registration, we periodically refine the registration between range images and the DSM. Virtual environment is established to perform several experiments using a virtual vehicle. Range images are created based on the DSM by modeling a real 3D sensor. The vehicle moves along three different path while acquiring range images. Experimental results show that registration error is about under 1.3m in average.
In this paper, we propose an algorithm for the automatic registration of two rigid parts using multiple 3D sensor systems on a robot. Four sets of structured laser stripe system consisted of a camera and a visible laser stripe is used for the acquisition of 3D information. Detailed procedures including extrinsic calibration among four 3D sensor systems and hand/eye calibration of 3D sensing system on robot arm are presented. We find a best pose using search-based pose estimation algorithm where cost function is proposed by reflecting geometric constraints between sensor systems and target objects. A pose with minimum gap and height difference is found by greedy search. Experimental result using demo system shows the robustness and feasibility of the proposed algorithm.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.4
no.3
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pp.27-33
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2003
The image-based 3D modeling is the technique of generating a 3D graphic model from images acquired using cameras. It is being researched as an alternative technique for the expensive 3D scanner. In this paper, we propose the image-based, 3D modeling system using calibrated stereo cameras. The proposed algorithm for rendering, 3D model consists of three steps, camera calibration, 3D reconstruction, and 3D registration step. In the camera calibration step, we estimate the camera matrix for the image aquisition camera. In the 3D reconstruction step, we calculate 3D coordinates using triangulation from corresponding points of the stereo image. In the 3D registration step, we estimate the transformation matrix that transforms individually reconstructed 3D coordinates to the reference coordinate to render the single 3D model. As shown the result, we generated relatively accurate 3D model.
Objective: There is a lack of studies using the 3D-2D image registration techniques on the mechanism of a shoulder injury for ice hockey players. This study aimed to analyze in vivo 3D glenohumeral joint arthrokinematics in collegiate ice hockey athletes and compare shoulder scaption with or without a hockey stick using the 3D-2D image registration technique. Method: We recruited 12 male elite ice hockey players (age, 19.88 ± 0.65 years). For arthrokinematic analysis of the common shoulder abduction movements of the injury pathogenesis of ice hockey players, participants abducted their dominant arm along the scapular plane and then grabbed a stick using the same motion under C-arm fluoroscopy with 16 frames per second. Computed tomography (CT) scans of the shoulder complex were obtained with a 0.6-mm slice pitch. Data from the humerus translation distances, scapula upward rotation, anterior-posterior tilt, internal to external rotation angles, and scapulohumeral rhythm (SHR) ratio on glenohumeral (GH) joint kinematics were outputted using a MATLAB customized code. Results: The humeral translation in the stick hand compared to the bare hand moved more anterior and more superior until the abduction angle reached 40°. When the GH joint in the stick hand was at the maximal abduction of the scapula, the scapula was externally rotated 2~5° relative to 0°. The SHR ratio relative to the abduction along the scapular plane at 40° indicated a statistically significant difference between the two groups (p < 0.05). Conclusion: With arm loading with the stick, the humeral and scapular kinematics showed a significant correlation in the initial section of the SHR. Although these correlations might be difficult in clinical settings, ice hockey athletes can lead to the movement difference of the scapulohumeral joints with inherent instability.
Journal of International Society for Simulation Surgery
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v.3
no.1
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pp.16-21
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2016
Computed tomography (CT) can completely digitize the interior and the exterior of nearly any object without any destruction. Generally, the resolution for industrial CT is below a few microns. The industrial CT scanning, however, has a limitation because it requires long measuring and processing time. Whereas, 2D X-ray imaging is fast. In this paper, we propose a novel concept of 3D non-destructive inspection technique using the advantages of both micro-CT and dual X-ray images. After registering the master object’s CT data and the sample objects’ dual X-ray images, 3D non-destructive inspection is possible by analyzing the matching results. Calculation for the registration is accelerated by parallel computing using graphics processing unit (GPU).
Purpose: A fully digital approach to oral prosthodontic rehabilitation requires the possibility of combining (i.e., registering) digital documentation from different sources. This becomes more complex in an edentulous jaw, as fixed dental markers to perform reliable registration are lacking. This validation study aimed to evaluate the reproducibility of 1) intraoral scanning and 2) soft tissue-based registration of an intraoral scan with a cone-beam computed tomography (CBCT) scan for a fully edentulous upper jaw. Materials and Methods: Two observers independently performed intraoral scans of the upper jaw in 14 fully edentulous patients. The palatal vault of both surface models was aligned, and the inter-observer variability was assessed by calculating the mean inter-surface distance at the level of the alveolar crest. Additionally, a CBCT scan of all patients was obtained and a soft tissue surface model was generated using patient-specific gray values. This CBCT soft tissue model was registered with the intraoral scans of both observers, and the intraclass correlation coefficient(ICC) was calculated to evaluate the reproducibility of the registration method. Results: The mean inter-observer deviation when performing an intraoral scan of the fully edentulous upper jaw was 0.10±0.09 mm. The inter-observer agreement for the soft tissue-based registration method was excellent(ICC=0.94; 95% confidence interval, 0.81-0.98). Conclusion: Even when teeth are lacking, intraoral scanning of the jaw and soft tissue-based registration of an intraoral scan with a CBCT scan can be performed with a high degree of precision.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.8
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pp.164-170
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2004
The skin movement artifacts are referred to as the relative motion of skin with respect to the motion of underlying bones. This is of great importance in joint biomechanics or internal kinematics of human body. This paper describes a novel experiment that measures the skin movement of a hand based on MR(magnetic resonance) images in conjunction with surface modeling techniques. The proposed approach consists of 3 phases: (1) MR scanning of a hand with surface makers, (2) 3D reconstruction from the MR images, and (3) registration of the 3D models. The MR images of the hand are captured by 3 different postures. And the surface makers which are attached to the skin are employed to trace the skin motion. After reconstruction of 3D models from the scanned MR images, the global registration is applied to the 3D models based on the particular bone shape of different postures. The results of registration are then used to trace the skin movement by measuring the positions of the surface markers.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.8
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pp.597-602
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2016
In image guided surgery, a patient registration process is a critical process for the successful operation, which is required to use pre-operative images such as CT and MRI during operation. Though several patient registration methods have been studied, we concentrate on one method that utilizes 3D surface measurement data in this paper. First, a hand-held 3D surface measurement device measures the surface of the patient, and secondly this data is matched with CT or MRI data using optimization algorithms. However, generally used ICP algorithm is very slow without a proper initial location and also suffers from local minimum problem. Usually, this problem is solved by manually providing the proper initial location before performing ICP. But, it has a disadvantage that an experience user has to perform the method and also takes a long time. In this paper, we propose a method that can accurately find the proper initial location automatically. The proposed method finds the proper initial location for ICP by converting 3D data to 2D curvature images and performing image matching. Curvature features are robust to the rotation, translation, and even some deformation. Also, the proposed method is faster than traditional methods because it performs 2D image matching instead of 3D point cloud matching.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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