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【三维重建】开源 | CVPR2020 | SurfelMeshing:轻松闭环,重建高分辨率的颜色,且能重建稀疏对象

在本文中解决了从实时RGB-D视频中重建网格的问题,假设有一个校准的摄像机和外部提供的姿态(例如由SLAM系统提供)。与目前大多数的方法相比,我们没有将深度测量融合在一个体积中,而是融合在一个密度surfel云中。我们异步地(重新)三角化平滑surfels来重建一个表面网格。这种方法能够在SLAM过程中保持场景的稠密表面表现,能够快速适应闭环。这可以通过变形surfel云和在需要的地方异步地重新映射表面来实现。基于surfer的表示也支持变化范围较大的扫描分辨率。特别地,它根据输入相机的分辨率重建颜色。此外,与许多体积方法相比,由于对象不需要封装体块,本文中的方法可以重建稀疏对象。将本文方法应用到一些实验中,结果表明重建性能表现SOTA,同时本文还讨论了该方法的优势和局限性。

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SuMa++: 基于激光雷达的高效语义SLAM

可靠、准确的定位和建图是大多数自动驾驶系统的关键组件.除了关于环境的几何信息之外,语义对于实现智能导航行为也起着重要的作用.在大多数现实环境中,由于移动对象引起的动态变化,这一任务特别复杂,这可能会破坏定位.我们提出一种新的基于语义信息的激光雷达SLAM系统来更好地解决真实环境中的定位与建图问题.通过集成语义信息来促进建图过程,从而利用三维激光距离扫描.语义信息由全卷积神经网络有效提取,并呈现在激光测距数据的球面投影上.这种计算的语义分割导致整个扫描的点状标记,允许我们用标记的表面构建语义丰富的地图.这种语义图使我们能够可靠地过滤移动对象,但也通过语义约束改善投影扫描匹配.我们对极少数静态结构和大量移动车辆的KITTI数据集进行的具有挑战性的公路序列的实验评估表明,与纯几何的、最先进的方法相比,我们的语义SLAM方法具有优势.

01

儿童多动症亚型的脑结构改变和相关症状

注意缺陷多动障碍(ADHD)被认为是异质性的,但描述这种异质性的最佳方法尚不清楚。尽管大量的证据表明,注意力不集中和合并两种不同类型的注意力缺陷多动障碍具有不同的认知和行为特征,以及潜在的神经生物学,但我们目前缺乏这些亚型是否反映了分离的大脑结构变化的信息。结构磁共振成像扫描(N = 234),诊断和人口统计学信息从ADHD-200数据库中获得。在这个样本中,138人是典型发育的人,37人是多动症合并患者,59人是注意力不集中的患者。采用Freesurfer分割方法测量皮层厚度、面积和体积、皮层下体积和海马区体积。注意缺陷多动障碍患者的临床症状较注意缺陷多动障碍合并患者轻,但认知损伤较注意缺陷多动障碍合并患者严重。此外,在不同亚型的注意力缺陷多动障碍中发现了可分离的脑结构改变,特别是与正常发育的人相比,注意力缺陷多动障碍合并患者的皮层下体积减少。临床症状主要与较小的右侧_尾侧前扣带回厚度和左侧苍白球体积有关,而言语智商损伤与较小的右侧_脑岛面积密切相关。这些结果表明,ADHD合并和-注意力不集中患者在临床症状和灰质损伤方面存在显著差异。这支持了越来越多的证据表明ADHD-注意力不集中亚型的异质性和大脑结构差异的证据。

02

中国成人脑白质分区与脑功能图谱

脑地图集在研究大脑解剖和功能方面起着重要的作用。随着对多模态磁共振成像(MRI)方法(如结合结构MRI、弥散加权成像(DWI)和静息态功能MRI (rs-fMRI))的兴趣的增加,有必要基于这三种成像方式构建集成的脑地图集。本研究构建了中国成年人群(年龄22-79岁,n = 180)的多模态脑图谱,包括反映脑形态学的T1图谱、描绘复杂纤维结构的高角度分辨率弥散成像(HARDI)图谱和反映单一立体定向坐标下大脑固有功能组织的rs-fMRI图谱。我们采用大变形自形度量映射(LDDMM)和无偏自形图谱生成方法同时生成T1和HARDI图谱。利用谱聚类,我们从rs-fMRI数据中生成了20个脑功能网络。我们通过联合独立成分分析,展示了使用图谱来探索大脑形态、功能网络和白质束之间的一致性标记。

02

睡眠剥夺后皮层微结构的广泛变化

大脑皮层的微观结构受到昼夜节律和睡眠剥夺的影响,但这些影响的确切基础尚不清楚。t1加权和t2加权磁共振图像之间的比率(T1w/T2w比率)与髓磷脂水平和树突密度有关,这可能为研究睡眠剥夺大脑的皮质内微观结构提供新的见解。在这里,我们检测了41名健康青年(26名女性)在睡眠剥夺(n = 18)或正常睡眠-觉醒周期(n = 23)前后32小时的皮质内T1w/T2w比值。线性模型显示,在32小时后,四组患者的T1w/T2w比值变化有显著的组间差异,包括岛叶、扣带回和颞上皮质的双侧效应,包括涉及注意、听觉和疼痛处理的区域。在整组中,睡眠剥夺组T1w/T2w比值增加,而正常睡眠-觉醒组T1w/T2w比值降低。这些变化不能用扫描仪内头部运动来解释,在调整皮质厚度和水合作用后,簇间95%的影响仍然显著。与正常的睡眠-觉醒周期相比,32小时的睡眠剥夺使皮质内T1w/T2w比值增加。虽然本研究检测到的皮质内变化可以反映髓磷脂或树突密度的变化,或两者的变化,但需要组织学分析来明确具体的皮质过程。

00

NC:脑白质BOLD功能连通性的颅内电生理及结构基础

虽然功能性磁共振成像(fMRI)研究主要集中在灰质上,但最近的研究一致发现,血氧水平依赖(BOLD)信号可以在白质中可靠地检测到,功能连接(FC)已被组织成白质中的分布式网络。然而,尚不清楚这种白质FC是否反映了潜在的电生理同步。为了解决这个问题,我们使用了16例耐药癫痫患者的颅内立体脑电图(SEEG)和静息状态功能磁共振成像(fMRI)数据。我们发现BOLD FC与SEEG FC在白质中相关,并且这一结果在每个参与者的广泛频段范围内是一致的。通过纳入扩散谱成像数据,我们还发现SEEG和fMRI的白质FC与白质结构连通性相关,表明解剖纤维束是白质功能同步的基础。这些结果为白质BOLD FC的电生理和结构基础提供了证据,它可能是精神和神经疾病的潜在生物标志物。

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健康老年人的EEG静息态脑网络

最近的研究强调了与健康老化有关的大规模大脑网络的变化,其最终目的是帮助区分正常的神经认知老化和同样随着年龄增长而产生的神经退行性疾病。功能性磁共振成像(fMRI)的新证据表明,特定大脑网络的连接模式,特别是默认模式网络(DMN),将阿尔茨海默病患者与健康人区分开来。此外,支持高水平认知的大规模大脑系统的破坏性改变被证明伴随着行为层面的认知下降,这在老龄人口中是普遍观察到的,即使他们没有疾病。虽然fMRI对于评估大脑网络的功能变化很有用,但它的高成本和有限的可及性使那些需要大量人口的研究望而却步。在这项研究中,作者使用高密度脑电图和电生理源成像研究了人类大脑大规模网络的老化效应,这是一种成本较低且更容易获得的fMRI替代方法。特别的,这项研究考察了一组健康受试者,其年龄范围从中年到老年,这在文献中是一个研究不足的范围。采用高分辨率的计算模型,这项研究结果揭示了DMN连接模式中的年龄关联,与之前的fMRI发现一致。特别是结合标准的认知测试,这项研究的数据显示,在DMN的后扣带/楔前区,较高的大脑连接与较低的偶发记忆任务表现有关。这些发现证明了使用电生理成像来描述大规模大脑网络的可行性,并表明网络连接的变化与正常老化有关。

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Science:Julich-Brain:一个新的细胞结构水平的概率脑图谱

细胞结构是人类大脑在微结构上出现分离的基本生物原理,但就目前为止,还没有出现一个考虑到细胞层面及个体差异的人类脑图谱出现。本文介绍了Julich(德国于利希)实验室的最新研究成果——Julichu-Brain,这是一个包含皮层区域和皮层下核的细胞结构图的3D图谱。该图谱以概率的方式考虑了个体大脑之间的差异。除此以外,构建这样的一个脑图谱是需要大量的数据和工作量的,开发过程中需要开发嵌套的、相互依赖的工作流(working pipeline),使用该工具流可以检测大脑区域之间的边界、数据处理、追踪来源,以及灵活地执行不同工作流程,以处理不同空间尺度上的大量数据(这个工作流可能在日后起到更多的作用,开发更多的研究成果)。使用间隙映射的方法可以补充皮层映射,以实现完全的皮层覆盖。并且本图谱的开发考虑后续的动态进展,随着图谱绘制在不同方面的进展的调整,本图谱可以支持健康受试者和患者的神经影像学研究,以及建模和仿真,并可进行互操作,以连接其他脑图谱和资源。文章发表在Science杂志。

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