[发明专利]图像处理方法和图像处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及三维图像显示领域，更具体地，涉及一种三维数据的表示方法和装置，它提供一种在三维场景中利用与视线方向平行的切面上的信息来选择兴趣物体并沿着视线的方向绘制所选定物体的二维图像的方法。

背景技术

随着信息技术的高速发展，人们通过计算和测量技术获得的数据正在以难以想象的速度增长，在未来的几年内，人类生产和搜集的信息量将超过人类至今所获得信息的总和。这使得从大量的信息中快速有效地提取有意义信息变得越来越困难，为了解决这个问题科学家提出了很多种模型和方法，其中之一就是可视化技术。可视化技术用于从大量的基础数据中提取有意义的信息，通过利用交互式计算机图形技术展现给用户，以便于更好地理解信息并快速作出决策。可视化主要分为两类：科学计算可视化和信息可视化。科学计算可视化关注于物理数据，如人体、地球、分子等。信息可视化用于抽象的非物理的数据，如文本，统计数据等。这里主要关注科学计算可视化，科学计算可视化是运用计算机图形学和图像处理技术将科学计算过程中所产生的数据转换为图形图像通过显示设备展现给用户，并提供用户对数据进行交互处理。科学计算可视化的应用领域十分广泛，主要为医学、地质勘探、气象学、分子模型学、计算流体力学和有限元分析等。其中医学数据可视化是一个非常重要的应用，医学数据主要是从医学影像设备上获得对人体组织结构或功能进行测量的数据，如计算机断层扫描(CT)数据及核磁共振(MRI)数据。

目前科学计算可视化技术的核心是三维空间数据场的可视化。医学影像数据如CT数据目前都是规则化的三维空间网格数据，三维空间中分布在离散网格点上的数据由三维连续的数据场经过断层扫描或随机采样后做插值运算取得。三维空间数据场可视化的作用就是将离散的三维网格数据场按照一定的规则转换为图形显示设备帧缓存中的二维离散信号，即生成每个像素点的颜色值(R，G，B值)。由三维场景重构出的二维图像是从一个特定的视角来表现复杂的三维场景，用户可以利用计算机图形交互技术改变视点的位置，从多个不同的角度重建三维场景，以达到对复杂三维场景的认识与理解。一个典型的三维空间数据场可视化的应用是对一个CT数据的可视化，医生从CT设备上获得对病人特定部位扫描的数据，导入到三维可视化设备中，通过交互技术从不同的视点对特定部位进行观察，从中获取某个特定人体组织的结构，形状，从而定位病变的位置，达到对病人的快速诊断。随着医学成像设别的发展，医学数据量成倍增长，三维数据场可视化技术大大提高了放射科医生的工作效率，从而可以更快地定位病灶，并对其进行诊断。另外在此技术上通过对数据进行交互操作，还可以实现矫形手术、放射治疗等的计算机模拟手术及规划。

体绘制技术是科学计算可视化中一种非常重要三维显示技术，它具有很好的显示精度，被广泛应用于医学图像显示领域。现代的计算机断层扫描设备生成的是分布在三维空间网格上的离散数据(网格上的点称之为“体素点”)，体绘制算法的作用是将离散分布的三维数据，按照一定的规则转换为图形显示设备帧缓存中的二维离散信号，即生成每个像素点的颜色值，例如，(R、G、B)。体绘制中最常用的是光线投射方法，它主要分为三个步骤。首先，根据体素点的数值对数据进行分类，给每类数据赋予不同的颜色值和不透明度值，以正确地表示多种物质的不同属性，这个过程可以通过传递函数来完成，通过传递函数将体素点的数值映射为体素点的颜色和不透明度值。然后，对三维数据重新采样，即从屏幕上的每一个像素点沿着视线方向发出一条光线穿过三维数据，沿着这条光线在三维数据中选择等间隔的采样点，根据采样点周围的八个体素点进行插值得到采样点的颜色和不透明度值。最后一步，执行图像合成处理，将每条光线上、各采样点的颜色值及不透明度值由前向后或由后向前加以合成，即可得到该光线对应的像素点的颜色值，合成函数设定了采样点的合成方法。体绘制可以通过设置不同的传递函数来产生更加精细与丰富的效果，这极大地提高了对体数据的理解。

在医学影像领域，从CT或者MRI设备上获得的图像都是灰度图像，人体内部多种不同的组织间的灰度值存在重叠的现象，由于组织间的空间分布极其复杂，利用体绘制技术对体数据三维重建的结果中通常会包含多个组织，且很多组织或其特定部位被其他组织或其自身所遮挡，医生往往无法通过体绘制技术对其进行诊断，这阻碍了体绘制技术在医学领域的发展。