Multi-modality image registration is a widely used image processing technique to obtain composite information from two different kinds of image sources. This study proposes an image registration method based on moment information and surface distance, which improves the previous surface-based registration method. The proposed method ensures stable registration results with low registration error without being subject to the initial position and direction of the object. In the preprocessing step, the surface points of the object are extracted, and then moment information is computed based on the surface points. Moment information is matched prior to fine registration based on the surface distance, in order to ensure stable registration results even when the initial positions and directions of the objects are very different. Moreover, surface comer sampling algorithm has been used in extracting representative surface points of the image to overcome the limits of the existed random sampling or systematic sampling methods. The proposed method has been applied to brain MRI(Magnetic Resonance Imaging) and PET(Positron Emission Tomography), and its accuracy and stability were verified through registration error ratio and visual inspection of the 2D/3D registration result images.
Park Ji-Young;Choi Yoo-Joo;Kim Min-Jeong;Tae Woo-Suk;Hong Seung-Bong;Kim Myoung-Hee
The KIPS Transactions:PartA
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v.11A
no.5
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pp.391-400
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2004
Within multimodal medical image registration techniques, which correlate different images and Provide integrated information, surface registration methods generally minimize the surface distance between two modalities. However, the features of two modalities acquired from one subject are similar. So, it can improve the accuracy of registration result to match two images based on optimization of both surface distance and shape feature. This research proposes a registration method which optimizes surface distance and surface curvature of two brain modalities. The registration process has two steps. First, surface information is extracted from the reference images and the test images. Next, the optimization process is performed. In the former step, the surface boundaries of regions of interest are extracted from the two modalities. And for the boundary of reference volume image, distance map and curvature map are generated. In the optimization step, a transformation minimizing both surface distance and surface curvature difference is determined by a cost function referring to the distance map and curvature map. The applying of the result transformation makes test volume be registered to reference volume. The suggested cost function makes possible a more robust and accurate registration result than that of the cost function using the surface distance only. Also, this research provides an efficient means for image analysis through volume visualization of the registration result.
Park, Hyun-Joon;Mun, Joung Hwan;Yoo, Hakje;Shin, Ki-Young;Sim, Taeyong
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.68-74
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2016
In this study, we investigated the rotational characteristics which were comprised of directionality and linearity of target registration error (TRE) as a study in advance to enhance the accuracy of contour-based registration in neuronavigation. For the experiment, two rigid head phantoms that have different faces with specially designed target frame fixed inside of the phantoms were used. Three-dimensional coordinates of facial surface point cloud and target point of the phantoms were acquired using computed tomography (CT) and 3D scanner. Iterative closest point (ICP) method was used for registration of two different point cloud and the directionality and linearity of TRE in overall head were calculated by using 3D position of targets after registration. As a result, it was represented that TRE had consistent direction in overall head region and was increased in linear fashion as distance from facial surface, but did not show high linearity. These results indicated that it is possible for decrease TRE by controlling orientation of facial surface point cloud acquired from scanner, and the prediction of TRE from surface registration error can decrease the registration accuracy in lesion. In the further studies, we have to develop the contour-based registration method for improvement of accuracy by considering rotational characteristics of TRE.
This paper describes a variant of the extended Gaussian image based registration algorithm for point clouds with surface color information. The method correlates the distributions of surface normals for rotational alignment and grid occupancy for translational alignment with hue filters applied during the construction of surface normal histograms and occupancy grids. In this method, the size of the point cloud is reduced with a hue-based down sampling that is independent of the point sample density or local geometry. Experimental results show that use of the hue filters increases the registration speed and improves the registration accuracy. Coarse rigid transformations determined in this step enable fine alignment with dense, unfiltered point clouds or using Iterative Common Point (ICP) alignment techniques.
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.
In this paper, we propose a surface-based registration using a gaussian weighted distance map for PET-CT brain image fusion. Our method is composed of three main steps: the extraction of feature points, the generation of gaussian weighted distance map, and the measure of similarities based on weight. First, we segment head using the inverse region growing and remove noise segmented with head using region growing-based labeling in PET and CT images, respectively. And then, we extract the feature points of the head using sharpening filter. Second, a gaussian weighted distance map is generated from the feature points in CT images. Thus it leads feature points to robustly converge on the optimal location in a large geometrical displacement. Third, weight-based cross-correlation searches for the optimal location using a gaussian weighted distance map of CT images corresponding to the feature points extracted from PET images. In our experiment, we generate software phantom dataset for evaluating accuracy and robustness of our method, and use clinical dataset for computation time and visual inspection. The accuracy test is performed by evaluating root-mean-square-error using arbitrary transformed software phantom dataset. The robustness test is evaluated whether weight-based cross-correlation achieves maximum at optimal location in software phantom dataset with a large geometrical displacement and noise. Experimental results showed that our method gives more accuracy and robust convergence than the conventional surface-based registration.
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.
In this paper, we propose a technique which is speedily searching for correspondent points of two images using Voronoi-Distance, as an image registration method for feature based image mosaics. It extracts feature points in two images by the SUSAN corner detector, and then create not only the Voronoi Surface which has distance information among the feature points in the base image using a priority based Voronoi distance algorithm but also select the model area which has the maximum variance value of coordinates of the feature points in the model image. We propose a method for searching for the correspondent points in the Voronoi surface of the base image overlapped with the model area by use of the partitive search algorithm using queues. The feature of the method is that we can rapidly search for the correspondent points between adjacent images using the new Voronoi distance algorithm which has $O(width{\times}height{\times}logN)$ time complexity and the the partitive search algerian using queues which reduces the search range by a fourth at a time.
Image mosaicking is a common and useful technique to visualize a global map by stitching a large number of local images obtained from visual surveys in underwater environments. In particular, visual inspection of underwater structures using underwater robots can be a potential application for image mosaicking. Feature-based pairwise image registration is a commonly employed process in most image mosaicking algorithms to estimate visual odometry information between compared images. However, visual features are not always uniformly distributed on the surface of underwater structures, and thus the performance of image registration can vary significantly, which results in unnecessary computations in image matching for poor-conditioned image pairs. This study proposes a pairwise registrability measure to select informative image pairs and to improve the overall computational efficiency of underwater image mosaicking algorithms. The validity and effectiveness of the image mosaicking algorithm considering the pairwise registrability are demonstrated using an experimental dataset obtained with a full-scale ship in a real sea environment.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.719-722
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2003
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 results of registration are used to trace the skin movement with respect to underlying bone motions by measuring the positions of the surface markers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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