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基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法

文檔序號:6523019閱讀:301來源:國知局
基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法
【專利摘要】一種基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,依次包括如下步驟,(1)根據(jù)三維數(shù)據(jù)獲得的二位圖像作為交互界面;(2)選擇感興趣區(qū)域并進行標注,每標注一個感興趣區(qū)域,產(chǎn)生與之對應的標注動作,相應的參數(shù)記為數(shù)據(jù)特征信息;(3)將步驟(2)的數(shù)據(jù)特征信息封裝形成數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體,根據(jù)數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體構(gòu)建數(shù)據(jù)信息管理單元;(4)根據(jù)步驟(3)的數(shù)據(jù)信息管理單元生成基于數(shù)據(jù)特征信息的轉(zhuǎn)換函數(shù);(5)根據(jù)步驟(4)的轉(zhuǎn)換函數(shù)生成二維紋理;(6)將步驟(5)的二維紋理作為分類器生成重建圖像。該方法以二維界面為交互界面,用戶交互界面直觀、易于理解,用戶交互目標明確、操作方便、效率高的特點。
【專利說明】基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]醫(yī)學圖像的三維重建技術(shù),可以將二維圖像序列在計算機上以三維效果圖的形式直觀展現(xiàn)出來,能夠直觀地得到器官或病灶的形狀和大小,在臨床上具有非常重要的價值。
[0004]直接體繪制(Direct Volume Rendering)是三維重建技術(shù)的一種非常重要方法之一,轉(zhuǎn)換函數(shù)(Transfer Function)在直接體繪制(Direct Volume Rendering)中是必不可少的,其主要作用是對三維數(shù)據(jù)場中的數(shù)據(jù)進行分類,將三維數(shù)據(jù)場中各采樣點處的灰度值轉(zhuǎn)換為相應的光學特性(顏色、亮度和不透明度等),以達到增強顯示特定組織或結(jié)構(gòu)的目的。
[0005]目前,直接體繪制中使用最廣泛的仍然是一維轉(zhuǎn)換函數(shù),如附圖1所示,一維轉(zhuǎn)換函數(shù)一般以三維數(shù)據(jù)的直方圖統(tǒng)計為背景,用來輔助用戶進行人機交互。一維轉(zhuǎn)換函數(shù)通過單純的灰度信息對數(shù)據(jù)進行分類,所以其在分類功能上有很大的局限性,特別是對醫(yī)學數(shù)據(jù),如CT或MR數(shù)據(jù),這是由于醫(yī)學數(shù)據(jù)本身的復雜性造成的,使得使用單一灰度特征很難對數(shù)據(jù)進行有效的分類;另外一維轉(zhuǎn)換函數(shù)的人機交互方式是一種不斷嘗試和糾錯的過程,用戶需要不斷的嘗試才能獲得需要的顯示效果,這種方式缺少明確的目標性,直方圖統(tǒng)計無法指示用戶感興趣區(qū)域;用戶很難確定自己感興趣的組織位于哪個區(qū)域內(nèi),特別是對那些沒有經(jīng)驗或缺少經(jīng)驗的用戶。
[0006]高維轉(zhuǎn)換函數(shù)使用更多的特征空間來對數(shù)據(jù)經(jīng)進行分類,但由于使用的特征越多,用戶越難以理解,人機交互就更加復雜,所以在實際應用中,以灰度和梯度為特征的二維轉(zhuǎn)換函數(shù),如附圖2所示,更加具有實際應用價值。以灰度和梯度來構(gòu)建二維轉(zhuǎn)換函數(shù),可以有效的提取不同組織之間的邊界特征,其人機交互界面的背景為梯度和灰度聯(lián)合統(tǒng)計信息,圖像橫坐標代表三維數(shù)據(jù)的灰度信息,圖像的縱坐標表示三維數(shù)據(jù)的梯度統(tǒng)計信息,用戶通過在交換界面上構(gòu)建不同的控件,以選擇相應的區(qū)域來增強顯示感興趣組織或抑制非感興趣組織。二維轉(zhuǎn)換函數(shù)最突出的問題之一是其交互界面過于抽象,即使是經(jīng)驗豐富的用戶,也很難將自己感興趣的區(qū)域和二維轉(zhuǎn)換函數(shù)上的某個區(qū)域?qū)饋?;其次由于交互界面上的控件是用戶自己選擇的,完全脫離的數(shù)據(jù)本身的特性;用戶對選擇的控件的修改和調(diào)整變得異常困難,以一個長方形控件為例子,用戶需要調(diào)整控件的四個頂點、四個邊和對長方形控件的平移操作,這樣就有9個參數(shù)需要調(diào)節(jié),交互過于繁瑣。
[0007]預存模板的方式是設計者按照設備產(chǎn)生數(shù)據(jù)的特點,根據(jù)不同的部位和組織,提前制作好轉(zhuǎn)換函數(shù),并將這些轉(zhuǎn)換函數(shù)保存起來,當用戶使用時,根據(jù)自己的需要,來選擇特定的模板。預存模板的方式人機交互非常簡單,用戶通過對模板的選擇就可以實現(xiàn)不同的顯示效果,但這種方法只適用于特定的設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù),對其它設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并不適用,另外由于用戶的需求總是無法提前全部預知的,所以該方法缺乏靈活性,適用性較差。
[0008]現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換函數(shù)缺乏友善的人機交互界面,無法以一種用戶容易理解的、直觀的方式來指導用戶對轉(zhuǎn)換函數(shù)進行調(diào)節(jié),從而快速得到用戶期望的結(jié)果;另外現(xiàn)存的轉(zhuǎn)換函數(shù)中人機交互相當復雜,需要耗過多的時間和精力來不斷調(diào)整轉(zhuǎn)換函數(shù)控件的交互參數(shù),更新轉(zhuǎn)換函數(shù),以達到用戶需要的顯示效果,這種調(diào)節(jié)是一種盲目的、脫離數(shù)據(jù)的一種嘗試性交互,需要消耗用戶過多的時間和精力。因此,針對現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種可以有效改善用戶交互感受,提高工作效率的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法以克服現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,該方法用戶交互界面直觀、易于理解,用戶交互目標明確、操作方便、效率高。
[0011]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0012]一種基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,依次包括如下步驟,
(1)根據(jù)三維數(shù)據(jù)獲得的二位圖像作為交互窗口;
(2)選擇感興趣區(qū)域并進行標注,每標注一個感興趣區(qū)域,產(chǎn)生與之對應的標注動作,與標注動作相應的參數(shù)作為數(shù)據(jù)特征信息;
(3)將步驟(2)的數(shù)據(jù)特征信息封裝形成數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體,根據(jù)數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體構(gòu)建數(shù)據(jù)信息管理單元;
(4)根據(jù)步驟(3)的數(shù)據(jù)信息管理單元生成基于數(shù)據(jù)特征信息的轉(zhuǎn)換函數(shù);
(5)根據(jù)步驟(4)的轉(zhuǎn)換函數(shù)生成二維紋理;
(6)將步驟(5)的二維紋理作為分類器生成重建圖像。
[0013]上述步驟(3)中的數(shù)據(jù)信息管理單元具體為雙向鏈表,所述雙向鏈表由多個按照均值以從小到大的順序進行升序排列的節(jié)點及指向當前節(jié)點前面節(jié)點和后面節(jié)點的指針構(gòu)成,每個數(shù)據(jù)特征結(jié)構(gòu)體是雙向鏈表中的一個節(jié)點。
[0014]建立步驟(3 )中的雙向鏈表包括雙向鏈表中新節(jié)點的添加和雙向鏈表中節(jié)點的刪除;
雙向鏈表中新節(jié)點的添加具體是:
從雙向鏈表中的第一個節(jié)點開始,依次遍歷鏈表中的所有節(jié)點,并將鏈表中節(jié)點的數(shù)據(jù)特征信息與新節(jié)點中的數(shù)據(jù)特征信息進行比較,具體的公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:依次包括如下步驟, (1)根據(jù)三維數(shù)據(jù)獲得的二位圖像作為交互窗口; (2)選擇感興趣區(qū)域并進行標注,每標注一個感興趣區(qū)域,產(chǎn)生與之對應的標注動作,與標注動作相應的參數(shù)作為數(shù)據(jù)特征信息; (3)將步驟(2)的數(shù)據(jù)特征信息封裝形成數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體,根據(jù)數(shù)據(jù)特征信息結(jié)構(gòu)體構(gòu)建數(shù)據(jù)信息管理單元; (4)根據(jù)步驟(3)的數(shù)據(jù)信息管理單元生成基于數(shù)據(jù)特征信息的轉(zhuǎn)換函數(shù); (5)根據(jù)步驟(4)的轉(zhuǎn)換函數(shù)生成二維紋理; (6)將步驟(5)的二維紋理作為分類器生成重建圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:所述步驟(3)中的數(shù)據(jù)信息管理單元具體為雙向鏈表,所述雙向鏈表由多個按照均值以從小到大順序進行升序排列的節(jié)點及指向當前節(jié)點前面節(jié)點和后面節(jié)點的指針構(gòu)成,每個數(shù)據(jù)特征結(jié)構(gòu)體是雙向鏈表中的一個節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于: 建立步驟(3)中的雙向鏈表包括雙向鏈表中新節(jié)點的添加和雙向鏈表中節(jié)點的刪除; 雙向鏈表中新節(jié)點的添加具體是: 從雙向鏈表中的第一個節(jié)點開始,依次遍歷鏈表中的所有節(jié)點,并將鏈表中節(jié)點的數(shù)據(jù)特征信息與新節(jié)點中的數(shù)據(jù)特征信息進行比較,具體的公式為: 二……式⑴;
炫》+.^cur 其中表示雙向鏈表中當前節(jié)點的均值,表示新節(jié)點的均值表示當前鏈表中節(jié)點的均方差,表示新節(jié)點的均方差; 如果#.\< O,則認為新增加的節(jié)點與雙向鏈表的當前節(jié)點相匹配,新增加的節(jié)點與當前節(jié)點代表的是同一個感興趣區(qū)域,則對新增加的節(jié)點與當前節(jié)點進行合并; 具體的合并方法為: Ilnir 二 (Pnen- + ,?cMr)/2......式⑵;
<7tur = max(ffcur? ?s#w);
fcmm ~ ^^(/οκιη -;
fcwiax — mas(Zemaje, /; ^ fcmm ^fnmm分別為雙向鏈表當前節(jié)點的梯度最小值和新節(jié)點的梯度最小值;Jcmax^fnmax分別為雙向鏈表當前節(jié)點的梯度最大值和新節(jié)點的梯度最大值;max表示取兩者中較大的值;min表示取兩者中較小的值;雙向鏈表中當前節(jié)點的其它參數(shù)保持不變; 如果遍歷雙向鏈表中所有的節(jié)點,均不滿足fi< O,則需要向鏈表中添加該新節(jié)點; 添加方法為: 依次遍歷雙向鏈表中的所有節(jié)點,當雙向鏈表當前節(jié)點的均值小于新節(jié)點的均值并且當前節(jié)點后面的節(jié)點的均值大于新節(jié)點的均值時,在雙向鏈表的當前節(jié)點與當前節(jié)點后面的節(jié)點之間添加新節(jié)點,公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:所述步驟(4)生成基于特征的轉(zhuǎn)換函數(shù)具體是, 雙向鏈表中的每個節(jié)點都產(chǎn)生一個局部轉(zhuǎn)換函數(shù)分布,節(jié)點中的均值減去均方差是該局部轉(zhuǎn)換函數(shù)在整個轉(zhuǎn)換函數(shù)中的起始點,節(jié)點中的均值加上均方差是該局部轉(zhuǎn)換函數(shù)在整個轉(zhuǎn)換函數(shù)中的終止點,節(jié)點中保存的梯度最小值和最大值對應起始點和終止點區(qū)間內(nèi)高度的范圍; 將雙向鏈表中每個節(jié)點的數(shù)據(jù)特征信息生成一個局部轉(zhuǎn)換函數(shù)分布,將每個局部轉(zhuǎn)換函數(shù)分布產(chǎn)生的值分別填充于整個轉(zhuǎn)換函數(shù)存儲區(qū)域?qū)囊粔K子區(qū)域,遍歷整個雙向鏈表,生成整個轉(zhuǎn)換函數(shù); 雙向鏈表中的節(jié)點每添加一個新的節(jié)點或者刪除一個舊節(jié)點,均對轉(zhuǎn)換函數(shù)進行更新。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:轉(zhuǎn)換函數(shù)的結(jié)果被保存到一塊矩形區(qū)域,區(qū)域的寬是三維數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)有效位表示bit數(shù)的次方,寬表示三維數(shù)據(jù)的灰度分布范圍;高為固定高度,等于512,表示梯度的最小值為O,最大值為511。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:矩形區(qū)域存儲的是RGBA值,R表示紅色分量;G表示綠色分量;B表示藍色分量;A表示不透明度,存儲區(qū)域內(nèi)的每個單元由RGBA四個分量組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:生成局部轉(zhuǎn)換函數(shù)的具體方法為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:所述步驟(1)中的二維圖像呈現(xiàn)方式為單幅二維圖像或者MPR聯(lián)合顯示或者單幅二維圖像與MPR聯(lián)合顯示同時顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于:所述步驟(2)中的數(shù)據(jù)特征信息參數(shù)包括:工具類型、均值、均方差、梯度最大值和梯度最小值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的基于二維圖像為交互界面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的直接體繪制方法,其特征在于: 所述步驟(5)具體是,將更新完成的整個轉(zhuǎn)換函數(shù)保存為一個二維紋理,二維紋理的寬代表灰度,高代表梯度,保存到二維紋理之后轉(zhuǎn)換函數(shù)中的數(shù)據(jù)被歸一化到O至I之間的浮點型數(shù)據(jù); 所述步驟(6)具體是,將步驟(5)生成的二維紋理傳入片元著色器,光線投射算法獲取當前采樣點的灰度值和梯度后作為輸入二維紋理之中,二維紋理分類后輸出對應的RGBA值,并利用RGBA值進行合成生成重建圖像。
【文檔編號】G06T17/00GK103745496SQ201310664190
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】贠照強, 陽維, 馮前進, 陳武凡 申請人:南方醫(yī)科大學
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