This study aims to develop an improved Feldkamp-Davis-Kress (FDK) reconstruction algorithm using anisotropic total variation (ATV) minimization to enhance the image quality of low-dose cone-beam computed tomography (CBCT). The algorithm first applies a filter that integrates the Shepp-Logan filter into a cosine window function on all projections for impulse noise removal. A total variation objective function with anisotropic penalty is then minimized to enhance the difference between the real structure and noise using the steepest gradient descent optimization with adaptive step sizes. The preserving parameter to adjust the separation between the noise-free and noisy areas is determined by calculating the cumulative distribution function of the gradient magnitude of the filtered image obtained by the application of the filtering operation on each projection. With these minimized ATV projections, voxel-driven backprojection is finally performed to generate the reconstructed images. The performance of the proposed algorithm was evaluated with the catphan503 phantom dataset acquired with the use of a low-dose protocol. Qualitative and quantitative analyses showed that the proposed ATV minimization provides enhanced CBCT reconstruction images compared with those generated by the conventional FDK algorithm, with a higher contrast-to-noise ratio (CNR), lower root-mean-square-error, and higher correlation. The proposed algorithm not only leads to a potential imaging dose reduction in repeated CBCT scans via lower mA levels, but also elicits high CNR values by removing noisy corrupted areas and by avoiding the heavy penalization of striking features.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.2
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pp.435-449
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2023
The state-of-the-art video-based point cloud compression(V-PCC) has a high efficiency of compressing 3D point cloud by projecting points onto 2D images. These images are then padded and compressed by High-Efficiency Video Coding(HEVC). Pixels in padded 2D images are classified into three groups including origin pixels, padded pixels and unoccupied pixels. Origin pixels are generated from projection of 3D point cloud. Padded pixels and unoccupied pixels are generated by copying values from origin pixels during image padding. For padded pixels, they are reconstructed to 3D space during geometry reconstruction as well as origin pixels. For unoccupied pixels, they are not reconstructed. The rate distortion optimization(RDO) used in HEVC is mainly aimed at keeping the balance between video distortion and video bitrates. However, traditional RDO is unreliable for padded pixels and unoccupied pixels, which leads to significant waste of bits in geometry reconstruction. In this paper, we propose a new RDO scheme which takes 3D-Distortion into account instead of traditional video distortion for padded pixels and unoccupied pixels. Firstly, these pixels are classified based on the occupancy map. Secondly, different strategies are applied to these pixels to calculate their 3D-Distortions. Finally, the obtained 3D-Distortions replace the sum square error(SSE) during the full RDO process in intra prediction and inter prediction. The proposed method is applied to geometry frames. Experimental results show that the proposed algorithm achieves an average of 31.41% and 6.14% bitrate saving for D1 metric in Random Access setting and All Intra setting on geometry videos compared with V-PCC anchor.
Lijun Zhao;Ke Wang;Jinjing, Zhang;Jialong Zhang;Anhong Wang
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.8
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pp.2068-2082
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2023
With the rapid development of deep learning, Depth Map Super-Resolution (DMSR) method has achieved more advanced performances. However, when the upsampling rate is very large, it is difficult to capture the structural consistency between color features and depth features by these DMSR methods. Therefore, we propose a color-image guided DMSR method based on iterative depth feature enhancement. Considering the feature difference between high-quality color features and low-quality depth features, we propose to decompose the depth features into High-Frequency (HF) and Low-Frequency (LF) components. Due to structural homogeneity of depth HF components and HF color features, only HF color features are used to enhance the depth HF features without using the LF color features. Before the HF and LF depth feature decomposition, the LF component of the previous depth decomposition and the updated HF component are combined together. After decomposing and reorganizing recursively-updated features, we combine all the depth LF features with the final updated depth HF features to obtain the enhanced-depth features. Next, the enhanced-depth features are input into the multistage depth map fusion reconstruction block, in which the cross enhancement module is introduced into the reconstruction block to fully mine the spatial correlation of depth map by interleaving various features between different convolution groups. Experimental results can show that the two objective assessments of root mean square error and mean absolute deviation of the proposed method are superior to those of many latest DMSR methods.
Park, So Young;Yoo, Eun Jin;Lee, Dong-Cheon;Lee, Yong Wook
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.30
no.6_2
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pp.643-651
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2012
Object recognition belongs to high-level processing that is one of the difficult and challenging tasks in computer vision. Digital photogrammetry based on the computer vision paradigm has begun to emerge in the middle of 1980s. However, the ultimate goal of digital photogrammetry - intelligent and autonomous processing of surface reconstruction - is not achieved yet. Object recognition requires a robust shape description about objects. However, most of the shape descriptors aim to apply 2D space for image data. Therefore, such descriptors have to be extended to deal with 3D data such as LiDAR(Light Detection and Ranging) data obtained from ALS(Airborne Laser Scanner) system. This paper introduces extension of chain code to 3D object space with hierarchical approach for segmenting point cloud data. The experiment demonstrates effectiveness and robustness of the proposed method for shape description and point cloud data segmentation. Geometric characteristics of various roof types are well described that will be eventually base for the object modeling. Segmentation accuracy of the simulated data was evaluated by measuring coordinates of the corners on the segmented patch boundaries. The overall RMSE(Root Mean Square Error) is equivalent to the average distance between points, i.e., GSD(Ground Sampling Distance).
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.1
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pp.74-85
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2002
The numerical experiment has been conducted to investigate the unsteady shock wave reflecting phenomena. The cell-vertex finite-volume, Roe's upwind flux difference splitting method with unstructured grid is implemented to solve unsteady Euler equations. The $4^{th}$-order Runge-Kutta method is applied for time integration. A linear reconstruction of the flux vector using the least-square method is applied to obtain the $2^{nd}$-order accuracy for the spatial derivatives. For a better resolution of the shock wave and slipline, the dynamic grid adaptation technique is adopted. The new concept of grid adaptation technique, which is much simpler than that of conventional techniques, is introduced for the current study. Three error indicators (divergence and curl of velocity, and gradient of density) are used for the grid adaptation procedure. Considering the quality of the solution and the numerical efficiency, the grid adaptation procedure was updated up to $2^{nd}$ level at every 20 time steps. For the convenience of comparison with other experimental and analytical results, the case of interaction between the straight incoming shock wave and a sharp wedge is simulated for various flow conditions. The numerical results show good agreement with other experimental and analytical results, in the shock wave reflecting structure, slipline, and the trajectory of the triple points. Some critical cases show disagreement with the analytical results, but these cases also have been proven to show hysteresis phenomena.
Camera calibration is an important part of machine vision and close-range photogrammetry. Since current calibration methods fail to obtain ideal internal and external camera parameters with limited computing resources on mobile terminals efficiently, this paper proposes an improved fast camera calibration method for mobile terminals. Based on traditional camera calibration method, the new method introduces two-order radial distortion and tangential distortion models to establish the camera model with nonlinear distortion items. Meanwhile, the nonlinear least square L-M algorithm is used to optimize parameters iteration, the new method can quickly obtain high-precise internal and external camera parameters. The experimental results show that the new method improves the efficiency and precision of camera calibration. Terminals simulation experiment on PC indicates that the time consuming of parameter iteration reduced from 0.220 seconds to 0.063 seconds (0.234 seconds on mobile terminals) and the average reprojection error reduced from 0.25 pixel to 0.15 pixel. Therefore, the new method is an ideal mobile terminals camera calibration method which can expand the application range of 3D reconstruction and close-range photogrammetry technology on mobile terminals.
This paper presents an effective Markov transition matrix (EMTM), which will be used to calculate the wind speed at the target site in a wind farm to accurately predict wind energy production. The existing MTS prediction method using a Markov transition matrix (MTM) exhibits a limitation where significant prediction variations are observed owing to random selection errors and its bin width. The proposed method selects the effective states of the MTM and refines its bin width to reduce the error of random selection during a gap filling procedure in MTS. The EMTM reduces the level of variation in the repeated prediction of wind speed by using the coefficient of variations and range of variations. In a case study, MTS exhibited better performance than other MCP models when EMTM was applied to estimate a one-day wind speed, by using mean relative and root mean square errors.
Significant research has been conducted on the W-band synthetic aperture radar (SAR) system that utilizes the 77 GHz frequency modulation continuous wave (FMCW) radar. To reconstruct the high-resolution W-band SAR image, it is necessary to transform the point cloud acquired from the stereo cameras or the LiDAR in the direction of 6 degrees of freedom (DOF) and apply them to the SAR signal processing. However, there are difficulties in matching images due to the different geometric structures of images acquired from different sensors. In this study, we present the method to extract an optimized depth map by obtaining 6 DOF of the point cloud using a gradient descent method based on the entropy of the SAR image. An experiment was conducted to reconstruct a tree, which is a major road environment object, using the constructed W-band SAR system. The SAR image, reconstructed using the entropy-based gradient descent method, showed a decrease of 53.2828 in mean square error and an increase of 0.5529 in the structural similarity index, compared to SAR images reconstructed from radar coordinates.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.47
no.3
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pp.23-31
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2010
The increasing demands on low-power, and low-complexity video encoder have been motivating extensive research activities on distributed video coding (DVC) in which the encoder compresses frames without utilizing inter-frame statistical correlation. In DVC encoder, contrary to the conventional video encoder, an error control code compresses the video frames by representing the frames in the form of syndrome bits. In the meantime, the DVC decoder generates side information which is modeled as a noisy version of the original video frames, and a decoder of the error-control code corrects the errors in the side information with the syndrome bits. The noisy observation, i.e., the side information can be understood as the output of a virtual channel corresponding to the orignal video frames, and the conditional probability of the virtual channel model is assumed to follow a Laplacian distribution. Thus, performance improvement of DVC systems depends on performances of the error-control code and the optimal reconstruction step in the DVC decoder. In turn, the performances of two constituent blocks are directly related to a better estimation of the parameter of the correlation channel. In this paper, we propose an algorithm to estimate the parameter of the correlation channel and also a low-complexity version of the proposed algorithm. In particular, the proposed algorithm minimizes squared-error of the Laplacian probability distribution and the empirical observations. Finally, we show that the conventional algorithm can be improved by adopting a confidential window. The proposed algorithm results in PSNR gain up to 1.8 dB and 1.1 dB on Mother and Foreman video sequences, respectively.
Kim, Ji-Hyeon;Son, Hyeon-Soo;Lee, Juyoung;Park, Hoon-Hee
The Korean Journal of Nuclear Medicine Technology
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v.19
no.2
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pp.93-101
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2015
Purpose In SPECT image, scatter count is the cause of quantitative count error and image quality degradation. Thus, a wide range of scatter correction(SC) methods have been studied and this study is to evaluate the accuracy of CT based SC(CTSC) used in SPECT/CT as the comparison with existing energy window based SC(EWSC). Materials and Methods SPECT/CT images were obtained after filling air in order to acquire a reference image without the influence of scatter count inside the Triple line insert phantom setting hot rod(74.0 MBq) in the middle and each SPECT/CT image was obtained each separately after filling water instead of air in order to derive the influence of scatter count under the same conditions. In both conditions, Astonish(iterative : 4 subset : 16) reconstruction method and CT attenuation correction were commonly applied and three types of SC methods such as non-scatter correction(NSC), EWSC, CTSC were used in images filled with image. For EWSC, 9 sub-energy windows were set additionally in addition to main(=peak) energy window(140 keV, 20%) and then, images were acquired at the same time and five types of EWSC including DPW(dual photo-peak window)10%, DEW(dual energy window)20%, TEW(triple energy window)10%, TEW5.0%, TEW2.5% were used. Under the condition without fluctuations in primary count, total count was measured by drawing volume of interest (VOI) in the images of the two conditions and then, the ratio of scatter count of total counts was calculated as percent scatter fraction(%SF) and the count error with image filled with water was evaluated with percent normalized mean-square error(%NMSE) based on the image filled with air. Results Based on the image filled with air, %SF of images filled with water to which each SC method was applied is NSC 37.44, DPW 27.41, DEW 21.84, TEW10% 19.60, TEW5% 17.02, TEW2.5% 14.68, CTSC 5.57 and the most scattering counts were removed in CTSC and %NMSE is NSC 35.80, DPW 14.28, DEW 7.81, TEW10% 5.94, TEW5% 4.21, TEW2.5% 2.96, CTSC 0.35 and the error in CTSC was found to be the lowest. Conclusion In SPECT/CT images, the application of each scatter correction method used in the experiment could improve the quantitative count error caused by the influence of scatter count. In particular, CTSC showed the lowest %NMSE(=0.35) compared to existing EWSC methods, enabling relatively accurate scatter correction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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