專利名稱：確定圖像失真的方法及測定件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定圖像失真的方法及測定件。
所使用的成像方法的特征通常包括以對出現(xiàn)的失真的量化描述的形式給出地對實現(xiàn)的圖像真實度的描述。其中，通常對圖像點對理想值的偏差根據(jù)所觀察的圖像區(qū)域以絕對值或相對值給出。特征表示的必要性在這樣的情況下尤其是重要的當該成像方法用于例如測量物體(如在地表面上)、物體的構(gòu)型(例如石版印刷)或醫(yī)療診斷(例如計算機層析X射線攝影，X射線診斷，磁共振層析X射線攝影)中時。在許多情況下，雖然圖像真實度的確定可以具有好的精確度，但作為基礎(chǔ)的測量方法是昂貴的且經(jīng)常需要專門配制的、不輕便的及昂貴的測量對象。因此在這些情況下通常僅在特殊的(開發(fā))環(huán)境下才有可能進行檢驗，而不能為該成像方法的任何用戶在如質(zhì)量檢驗或穩(wěn)定性檢驗中所使用。
以下將舉例簡述當前使用的確定圖像真實度的三種方法。
在“直接”測量失真時，對已知的具有盡可能簡單幾何結(jié)構(gòu)的測量對象成像并直接測量所觀察的圖像點的失真。為此必需確定圖像點的坐標并對對象點的“理想”坐標進行確切的重現(xiàn)，其中，對對象點的“理想”坐標的確切重現(xiàn)表示成像的真實度。但對此的前提是，不僅必需精確地了解作為基礎(chǔ)的測量對象，而且還必需精確地了解測量對象在成像空間中的定位及取向。這尤其當成像空間中不具有預(yù)先給出的固定參考點時是困難的，并且具有相當大的不精確性。通常在所有三維成像方法中都存在這種情況。
在均勻柵格結(jié)構(gòu)成像中使用二維或三維的有規(guī)律的、按固定預(yù)給定的柵格形式排列的測量點的測量對象。這允許在大的圖像區(qū)域上確定圖像真實度。在笛卡兒坐標系中確定無失真圖像點的參考點的可隱含地通過使用各個對象點進行。但這里也存在物體在圖像軸上定向的問題，因為物體的輕微傾斜即可直接使確定失真的精確度降低。此外該方法的一個致命缺點在于，相應(yīng)的具有多個測量點的測量對象、例如一個邊長為30cm且三維柵格距離為20mm的立方體的精確構(gòu)造是很費事及昂貴的。如果要使這樣的一種摸型覆蓋成像空間盡可能大的區(qū)域，則會使模型的重量很大并由此使用戶難以操作。
最后有許多機構(gòu)、例如NEMA或美國應(yīng)用輻射學(xué)學(xué)院(ACR)制定了確定磁共振層析X射線攝影的圖像質(zhì)量的測量規(guī)程。因為尤其是在美國的ACR在一個擴展的計劃中委托MR的醫(yī)療用戶，通過應(yīng)用的測量方法建立一種準標準。對于評價圖像真實度這里使用了一種應(yīng)用圓形或球形模型的簡單方法。確定在成像的圓的圓周上的失真是通過反復(fù)測量由一個點到其沿直徑的對面點的距離來進行的。然后通過與測量對象的已知直徑相比較得到徑向上的失真。該方法的優(yōu)點是，通常在每個MR設(shè)備中都有一個由制造商一起供貨的球形模型并且可以方便地實施測量和求值。在負有成本責任的ACR委托的情況下，雖然使用了用于測量的專用模型，但對于求值同樣僅使用外邊緣的距離測量。使用標準模型(例如直徑為170mm及240mm)及ACR模型的缺點是，它們明顯小于典型為500mm的視野(FOV)的可能的成像區(qū)域。因此圖像真實度的確定僅在很有限的圖像范圍中才有可能。雖然使用更大的模型原則上也是可能的，但其制造成本更高，并且當其直徑大于300mm后會很重，并由此而不易操作。該方法的另一缺點是，對失真的測量僅可沿徑向同時觀察兩個失真的圖像點進行。因此只能測量兩個圖像點失真的平均值而不能測量一個確定的點。此外，只有圖像點失真的徑向分量而不是該點完整的偏移是用幅值和方向、即矢量來確定的。
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是通過確定圖像失真的方法來實現(xiàn)的，其中，圖像利用成像系統(tǒng)由設(shè)置在該成像系統(tǒng)的成像空間中的物件產(chǎn)生；其中，在圖像成像空間的第一區(qū)域被未失真地顯示而在成像空間的第二區(qū)域被失真地顯示，該方法具有以下步驟-利用成像系統(tǒng)產(chǎn)生具有至少三個標記的圖像，這些標記彼此的空間位置已知，其中，這三個標記中的第一標記及第二標記被設(shè)置在第一區(qū)域內(nèi)，而這三個標記中的第三標記被設(shè)置在第二區(qū)域中，-確定成像的標記在圖像中的位置，-根據(jù)第三標記相對于第一和第二標記的已知空間位置確定第三標記的理想位置，以及-確定成像的第三標記與其理想位置的位置偏差，其中，該位置偏差表示對失真的量度。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中將充分利用成像系統(tǒng)的一個特性，即在足夠大的成像區(qū)域中不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)可忽視的小失真。這一事實在此被使用，以便由兩個已知的在重現(xiàn)圖像中是成像真實的點出發(fā)構(gòu)成一個圖像點，該圖像點在圖像中由于失真被實際成像在另一位置上。
該方法既可在二維也可在三維成像方法中應(yīng)用。在成像空間中無需對所使用測量對象(測定件)的精確調(diào)節(jié)。為了能夠在所有區(qū)域中確定失真，無需將測量對象充滿在整個成像空間中。確定一個測量點處的失真可通過兩個簡單的距離測量來完成。失真、即圖像點的移動可被描述為具有幅值及空間方向的矢量。該方法的測量精確度實際上僅與距離測量時的測量誤差及成像方法的分辨率相關(guān)。
所獲得的失真實際數(shù)據(jù)也可用于圖像校正，例如通過在成像方法中實施圖像校正。
該方法可用于所有類型的成像系統(tǒng)，尤其是按照以下成像方法工作的成像系統(tǒng)通過電磁射線成像-光所有類型的光學(xué)成像，例如攝像及因此而導(dǎo)出的應(yīng)用、如全息攝像，-紅外光例如熱成像，夜視方法，-UV(紫外)射線例如攝影平版印刷，-X射線例如在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用，-磁場例如磁共振層析X射線攝影；通過聲波成像-聲譜儀例如醫(yī)學(xué)診斷；通過微粒射線成像-例如通過電子射線，如所有類型的電子顯微鏡、電子平版印刷、電子顯象管、如電視機屏幕或計算機監(jiān)視器所用的CRTs(陰極射線管)；所有其它成像裝置如LCD顯示器。
本方法也可用于任意應(yīng)用領(lǐng)域，例如，在所有類型的攝像中，在質(zhì)量檢驗中、特別是由用戶進行的定期(常規(guī))質(zhì)量檢驗；在所有類型的測量方法中，用于診斷，尤其用于醫(yī)療診斷；以及用于確定顯象管的質(zhì)量。
本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是通過一個用于實施所述方法的測定件來實現(xiàn)的，該測定件具有一個用于三個標記的基架，這些標記包含一種可成像的物質(zhì)。
用于成像系統(tǒng)質(zhì)量檢驗的測量對象(測定件)其結(jié)構(gòu)簡單并因此而可以成本合理地制造。這三個標記例如可通過一個矩形的可成像測量對象的角隱含地給出。在磁共振成像系統(tǒng)的情況下，甚至可以用一個標準的幻影瓶(Phantomflasche)作為測定件，它以其縱截面為特征。
所述測量對象的一種簡便的實施是具有三個其中設(shè)有標記的孔的桿。該測量對象也可任意地擴展，以使測量能覆蓋每個所需的圖像區(qū)域。其中，選擇的比例尺寸典型地通過測量對象的制造成本或購置成本與實施用于確定較大圖像區(qū)域的失真所必需的測量的成本相比較而權(quán)衡地給出。
以下將借助7個附圖通過對實施方式的描述來進一步闡述本發(fā)明。附圖為

圖1為用于確定圖像失真的一個測定件的俯視圖，圖2為根據(jù)第一方法變型確定失真的一個概要示圖，圖3為根據(jù)第二方法變型確定失真的一個概要示圖，圖4為根據(jù)第三方法變型確定失真的一個概要示圖，圖5為關(guān)于一個彎曲圖像層的成像問題的概要側(cè)視圖，圖6為用于識別彎曲圖像層另一測定件的俯視圖，以及圖7為該另一測定件的一部分的放大側(cè)視圖。
下面借助圖2來說明該方法確定失真的基本原理，該失真是由成像系統(tǒng)在圖像6中引起的。為此將該測定件2放置在成像系統(tǒng)的成像空間中。在此利用該成像系統(tǒng)的成像特性，即對圖像6中成像空間的第一區(qū)域8進行未失真顯示，而對圖像6中成像空間的第二區(qū)域10進行失真顯示。在這里未失真意為沒有或僅出現(xiàn)可忽略的小的失真或畸變。該測定件在成像空間中的放置應(yīng)是這樣的，即將兩個標記、這里為A及B設(shè)置在第一區(qū)域8中，而將第三標記C放置在一個要進行失真測試的位置上，即在第二區(qū)域10中。
在用成像系統(tǒng)產(chǎn)生出測定件2的圖像6之后，例如以一個適當?shù)某上裥蛄兴M行的磁共振測量之后，對成像的標記A，B，C進行求值。圖像6例如以由圖像元素(像素)組成的二維矩陣的形式進行顯示。首先將確定成像標記A，B，C的坐標。這可通過對圖像所有像素進行系統(tǒng)的檢查來進行，其中，當一個像素的亮度值超過一個表示特征的閾值時，該像素屬于A，B，C的一個圖像點。接著通過比較已確定的坐標來進行圖像點的識別并將圖像點與標記A，B，C相對應(yīng)。A和B的圖像點相對于C的圖像點距離圖像中心具有較小的距離。但由于成像系統(tǒng)引起的失真使圖像從C移動到C′。現(xiàn)在構(gòu)造一條通過A和B的圖像的直線12。由兩個給定點構(gòu)成直線在相應(yīng)的應(yīng)用程序中、如CAD(計算機輔助設(shè)計)程序中是一項標準的功能。由于標記A和C的距離a是已知的，因此可以確定出理想的或無失真的圖像點C的坐標。最后根據(jù)幅值z及與直線12的夾角α可確定該理想圖像點到真實圖像點C′的距離。值z和α以及該理想圖像點的坐標將被記錄。這些記錄的值然后作為結(jié)果對用戶輸出在顯示屏上。這就是說，在C處的失真通過具有幅值為z及角度為α的一個方向矢量來給出。
該具有幅值z及角度α的失真的方向矢量也可通過三角測量來確定，如以下將借助圖3及圖4所描述的。
相應(yīng)地如圖3所示，通過標記A的圖像點作一個輔助直線14，特別有利地是，它垂直于連接直線12。在輔助直線14上選擇兩個任意點D和E。這兩個點最好盡可能處于圖像6的邊緣，以使可能的測量誤差最小。在圖3中點D和E之間的距離用CDE表示。點A和E之間的距離可被確定，它在圖3中用CAF表示。然后由點D及E出發(fā)分別確定到圖像點C′的距離bi及ai。應(yīng)用平面三角學(xué)，尤其是余弦定理可實現(xiàn)對具有幅值z及方向角α的圖像點C′的位移的計算。
在圖4所示的方案中，在測定件上標記A，B，C構(gòu)成一個三角形，并且尤其具有優(yōu)點的是，在A處構(gòu)成直角。通過圖像點A及B作一個輔助直線16，它一直延伸到圖像6的邊緣。此外通過標記A的圖像根據(jù)由該三角形的給定的角作直線12，理想成像的標記C以距離a位于該直線上。在輔助直線16上選擇兩個任意點D和E，這兩個點最好盡可能位于圖像的邊緣上，以便在這里也能使可能的測量誤差最小。將確定出點D和E之間的距離CDE及點A和E之間的距離CAE。由點D及E出發(fā)分別確定到圖像點C′的距離bi及ai。這里也應(yīng)用平面三角學(xué)，尤其是余弦定理可實現(xiàn)對具有幅值z及方向角α的圖像點C′的位移的計算。
該方法能容易地擴展到三維圖像上，其中，產(chǎn)生一個在空間中定位的任意層的二維圖像(層析X射線攝影)。然后必需考慮，在測定件中標記A，B，C在垂直于成像層的方向上具有足夠的延伸厚度d并位于真正被成像的層中。一個彎曲的圖像層在圖5中以側(cè)視圖用兩條虛線18表示，該彎曲的圖像層不允許在測定件2及標記A，B，C的外部延伸。在圖5所示的彎曲圖像層中未顯示出圖像中的標記C。該測定件2的厚度d在此情況下必需相應(yīng)地擴大，以便能使所有的標記A，B，C被成像。
為了在有誤差的彎曲圖像層的情況下獲得圖像誤差的度量，使用了一個與標記C相比有些不同的標記C*。圖6表示一個具有修改的標記C*的測定件2*。
圖7用放大的視圖示出了根據(jù)圖6的標記的一個側(cè)視圖。該修改的標記C*包含兩個對稱于待成像的層傾斜延伸的、十字交叉的圓柱形小桿20，它們中包含可成像的物質(zhì)。這些小桿20之間的角度用Φ表示。在該測定件2*成像時C*的圖像僅在一個平面無彎曲的層中通過單個圖像點C′表示。相反，對于垂直于該層的失真的情況(層彎曲，參見圖5)由C*成像出兩個圖像點C″及C，它們在彎曲圖像面的截面中由兩個小桿20確定。
在標記C*垂直于圖像層處的失真X可直接地通過兩個點C″及C之間的距離及角度Φ給出。
失真的方向即極性可通過在兩個小桿20的交叉點結(jié)束的附加的第三小桿22來確定。依據(jù)第三小桿22是否可在圖像中被看到，可將失真確定為在一個方向或另一個方向上。
所有這些實施方式都允許用幅值和方向直接確定圖像點的失真z，但它們在其典型的測量誤差及測定件的結(jié)構(gòu)及簡便性方面有區(qū)別。
在一個純徑向失真的情況下，該方法的第一種將三個標記直線排列的變型在失真幅值的確定上優(yōu)于其它兩種變型，在其它兩種變型中，三個標記不是直線排列的并且圖像是用三角測量求值的。但如果失真矢量還包括一個切向分量，則從失真矢量的一定角度開始，在三角測量時的測量誤差減小。在確定失真的角度時通常使用三角測量更為有利。
權(quán)利要求
1.一種確定圖像(6)中失真的方法，該圖像可用成像系統(tǒng)由設(shè)置在該成像系統(tǒng)的成像空間中的物件(2，2*)產(chǎn)生，其中，在圖像(6)中成像空間的第一區(qū)域(8)被未失真地顯示，而在圖像(6)中成像空間的第二區(qū)域(10)被失真地顯示，該方法具有以下步驟-利用成像系統(tǒng)產(chǎn)生具有至少三個標記(A，B，C，C*)的圖像(6)，這些標記彼此間的空間位置已知，其中，這三個標記(A，B，C，C*)中的第一標記(A)和第二標記(B)被設(shè)置在第一區(qū)域(8)中，以及這三個標記(A，B，C，C*)中的第三標記(C，C*)被設(shè)置在第二區(qū)域(10)中，-確定成像的標記(A，B，C’，C″，C)在圖像(6)中的位置，-依據(jù)第三標記(C，C*)相對于第一及第二標記(A，B)的已知空間位置確定第三標記(C，C*)的理想位置，以及-確定成像的第三標記(C，C*)與其理想位置的位置差(z，α)，其中，所述位置差(z，α)表示失真的量度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于依據(jù)成像的第一及第二標記(A，B)相互間的距離確定成像比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述三個標記(A，B，C，C*)被設(shè)置在一個直線行中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于借助一條通過第一及第二成像標記(A，B)的直線(12)和第三標記(C，C*)與第一或第二標記(A，B)的已知距離(a)來確定第三標記(C，C*)的理想位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述三個標記(A，B，C，C*)設(shè)置在一個平面中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述三個標記(A，B，C，C*)被設(shè)置在一個直角三角形的各角點上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于通過三角測量來確定位置差(z，α)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于所述第一區(qū)域(8)被成像在圖像(6)的中間區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于根據(jù)成像標記(A，B，C，C*，C′，C″，C)在圖像(6)中到圖像中心的距離來對其進行識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于圖像(6)借助核磁共振效應(yīng)產(chǎn)生。
11.一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法的測定件，其具有一個用于三個標記(A，B，C，C*)的基架(4)，這些標記含有可成像物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測定件，其特征在于所述基架(4)具有三個包含可成像物質(zhì)的圓柱形容積。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測定件，其特征在于所述圓柱形容積是相同的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的測定件，其特征在于所述圓柱形容積被設(shè)置在一個平面內(nèi)并且垂直于該平面定向。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的測定件，其特征在于所述第三標記(C*)具有兩個在一個平面內(nèi)十字交叉設(shè)置的圓柱形附加容積(20)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的測定件，其特征在于設(shè)有一個第三圓柱形容積(22)，它從十字交叉設(shè)置的附加容積(20)的交叉點延伸出來。
全文摘要
使用本方法可確定圖像(6)中的失真,該圖像可用成像系統(tǒng)由設(shè)置在該成像系統(tǒng)的成像空間中的物件(2,文檔編號G01R33/54GK1384386SQ0212184
公開日2002年12月11日 申請日期2002年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者格哈德·布林克爾, 喬治·弗里斯, 弗朗茲·赫布蘭克 申請人:西門子公司