CN1504168A - 高阶基于矩的图像投影方法和图像处理装置 - Google Patents

Abstract

为了提供图像投影方法这一目的，产生于三维数据的投影图像上的该方法将沿着沿投影轴整合所有的数据值，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值G定义是沿投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

Description

高阶基于矩的图像投影方法和图像处理装置

技术领域

本发明涉及一种高阶基于矩的(moment-based)图像投影方法和图像处理装置，更具体地就是一种将所有数据沿着投影轴整合在由三维数据产生的投影图像中的高阶基于矩的图像投影方法和图像处理装置。

背景技术

众所周知，从三维数据中产生投影图像的图像投影方法是最大强度投影方法。

最大强度投影方法是定义沿垂直于投影面的轴的三维数据的最大值作为在轴和投影面的交叉点的像素值的一种图像投影方法，该方法用来在MRI(magnetic resonance imaging，磁共振成像)，X-Ray CT(computedtomography，层析X射线摄影法)和超声诊断装置(cf.“MEDICAL IMAGINGDICTIONARY”，published by Nikkei Medical Custom Publishing Center，Inc.，sold by Nikkei BP Publishing Center，Inc.)中显示血脉管。

然而，最大强度投影方法存在这样的问题，那就是仅仅最大值被整合在投影图像中，而其他数据值则一点也没被整合，而且，另一个问题是未整合这样的信息，即数据仅仅有一个最大点还是多个最大点。

发明内容

本发明的目的是提供一种使沿投影轴的所有数据值整合在投影图像中的高阶基于矩的图像投影方法和图像处理装置。

第一方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值由下式确定：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

根据在第一个方面中的高阶基于矩的图像投影方法，在投影面上的一个像素点的值由上式中的P确定，P的值是从(ΣVi)^r中减去Vi^r所得的，且包含了所有的Vi。因此，沿着投影轴的所有数据Vi都整合在投影图像中。

减去Vi^r的原因是为了避免某个很大的数据主导像素值，例如，假设有两个数据V1和V2，r＝2，那么(ΣVi)^r＝V1²+2·V1·V2+V2²；然而，如果V1＞＞V2，那么(ΣVi)^r≈V1²，将不整合V2。然而，因为(∑Vi)^r-∑Vi^r＝2·V1·V2，即使V1＞＞V2，也是整合V2。

如果采用了P＝∑Vi/n，整合了所有的Vi，似乎沿投影轴的所有数据值都整合在投影图像中，然而，一个很大的数据值实际上是主导的，例如，假设有两个数据V1和V2，那么∑Vi＝V1+V2；如果V1＞＞V2，那么∑Vi≈V1，因此将未整合V2。

第二方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值G由下式确定：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

第二方面的高阶基于矩的图像投影方法用第一方面的高阶基于矩的图像投影方法中的P作为未经修正的像素值G。

第三方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值G由下式确定：

$G={\exp \{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r}\},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

第三方面的高阶基于矩的图像投影方法用第一方面的高阶基于矩的图像投影方法中P的指数函数值作为像素值G。

第四方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值由下式确定：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

根据在第四方面中的高阶基于矩的图像投影方法，在投影面上的一个像素点的值由上式中的P确定，P的值整合了所有的Vi。因此，沿着投影轴的所有数据Vi都整合在投影图像中。

第五方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值G由下式确定：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

第五方面的高阶基于矩的图像投影方法用第四方面的高阶基于矩的图像投影方法中的P作为未经修正的像素值G。

第六方面，本发明提供一种高阶基于矩的图像投影方法，特点包括：当投影三维数据到一投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值G由下式确定：

$G=\exp \left\{{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r}\right\},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

第六方面的高阶基于矩的图像投影方法用第四方面的高阶基于矩的图像投影方法中P的指数函数值作为像素值G。

第七方面，本发明提供的高阶基于矩的图像投影方法具有上述的结构，其中的特点是：2≤r≤128。

根据在第七方面中的高阶基于矩的图像投影方法，因为投影图像的对比度随阶数r＝2，3，4，…的变化而改变，所以可以选择阶数r使对比度和最终所要达到的目的一致。如果阶数r＝128，129，130，…，对比度几乎是常数，因此，实际上提供最高阶数r＝128就足够了。

第八方面，本发明提供的高阶基于矩的图像投影方法具有上述的结构，其中的特点是：操作者可以改变r。

在第八方面的高阶基于矩的图像投影方法中，因为操作者可以改变阶数r，所以操作者可以选择能提供所期望对比度的阶数r。

第九方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值的高阶基于矩的图像投影器件：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第九方面中的图像处理装置，第一方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值G的高阶基于矩的图像投影器件：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第十方面中的图像处理装置，第二方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十一方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值G的高阶基于矩的图像投影器件：

$G={\exp \{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r}\},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第十一方面中的图像处理装置，第三方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十二方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值的高阶基于矩的图像投影器件：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第十二方面中的图像处理装置，第四方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十三方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值G的高阶基于矩的图像投影器件：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第十三方面中的图像处理装置，第五方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十四方面，本发明提供一种图像处理装置，特点包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值G的高阶基于矩的图像投影器件：

$G={\exp \{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r}\},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

根据在第十四方面中的图像处理装置，第六方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十五方面，本发明提供的图像处理装置具有上述的结构，其中的特点是：2≤r≤128。

根据在第十五方面中的图像处理装置，第七方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

第十六方面，本发明提供的高阶基于矩的图像投影方法具有上述的结构，其中的特点是：操作者可以改变r。

根据在第十六方面中的图像处理装置，第八方面的高阶基于矩的图像投影方法可以相应地实现。

根据本发明的高阶基于矩的图像投影方法和图像处理装置，沿着投影方向的所有数据值整合在由三维数据产生的投影图像中。

通过结合附图对本发明的优选实施示例进行详细描述，本发明的更多目的和优点将会变得更加清楚。

附图说明

图1是相应本发明的医学图像诊断装置方框图；

图2是由操作者改变阶数r的滑杆外观图；

图3是相应第一实施例的高阶基于矩的图像投影过程的流程图；

图4是高阶基于矩的图像投影计算的二维示例数值的说明图；

图5是高阶基于矩的图像投影计算的二维示例数值的另一个说明图；

图6是应用最大强度投影方法进行图像投影计算的二维示例数值的说明图；

图7是应用最大强度投影方法进行图像投影计算的二维示例数值的另一个说明图；

图8是相应第三实施例的高阶基于矩的图像投影过程的流程图。

具体实施方式

以下描述本发明的实施例。

第一实施例：

图1是相应于第一实施例的医学图像诊断装置方框图。

医学图像诊断装置100包括图像装置1和图像处理装置2。

图像装置1是一台X-Ray CT，MRI或超声诊断装置，例如，成像一个物体K，并传送获得的数据到图像处理装置2。

图像处理装置2包括基于从图像装置1获得的数据用来建立三维数据和存贮三维数据的三维数据建立/存储部分2a，由操作者确定投影方向的投影方向确定部分2b，由操作者确定阶数r的阶数确定部分2c，进行高阶基于矩的图像投影计算的投影计算部分2d，以及在显示屏显示投影图像的投影图像显示部分2e。

图2是操作者改变阶数r的滑杆外观图。

通过移动滑杆，可以在2至128之间改变阶数r。

图3是在图像处理装置2上显示高阶基于矩的图像投影过程的流程图。

在ST1步，三维数据建立/存储部分2a在从图像装置1获得的数据基础上建立三维数据，且存储三维数据。

在ST2步，投影方向确定部分2b从一个由操作者操作确定一个投影方向的设备(例如跟踪球)上读取投影方向。

在ST3步，投影计算部分2d定义一个垂直于投影方向的投影面。

在ST4步，投影计算部分2d在投影面上取一个像素作为所考虑的像素。

在ST5步，从三维数据中取出相应于所考虑的像素所在的投影轴上的n个数据值Vi。

在ST6步，阶数确定部分2c从一个由操作者操作确定阶数r的设备(例如图2所示的滑杆)上读取一个阶数r。

在ST7步，投影计算部分2d根据下式计算像素值G：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

在ST8步，投影计算部分2d重复ST4-ST7步，直到获得所有像素的像素值G。

在ST9步，投影图像显示部分2e在显示屏上显示所获得的投影图像。

在ST10步，如果操作者发出中断处理的指令，处理过程中断，否则处理流程返回到ST2步。

图4和图5是高阶基于矩的图像投影计算的二维示例数值的说明图，假设阶数r＝2。

图4示例了根据高阶基于矩的图像投影方法，由投影三维数据TD1所得的投影图像的像素A，B，C和D的像素值，相应于像素A，B，C和D的投影轴分别是投影轴a，b，c和d。

图5示例了根据高阶基于矩的图像投影方法，由投影三维数据TD2所得的投影图像的像素A，B，C和D的像素值。

图6和图7是应用最大强度投影方法进行图像投影计算的二维示例数值的说明图。

图6示例了根据应用最大强度投影方法的图像投影，由投影三维数据TD1所得的投影图像的像素A，B，C和D的像素值。

图7示例了根据应用最大强度投影方法的图像投影，由投影三维数据TD2所得的投影图像的像素A，B，C和D的像素值。

通过比较运用了高阶基于矩的的图4和图5可以看出，所有数据值而不是沿着投影轴的最大值被整合在投影图像中(例如，像素值的不同是取决于沿投影轴的最小值是0还是10)。另一方面，通过比较运用了最大强度投影方法的图6和图7可以看出，所有数据值而不是沿着投影轴的最大值未被整合在投影图像中(例如，像素值等于最大值，70，而不管沿投影轴的最小值是10还是0)。

这就意味着，例如，仅仅一个骨头还是一个骨头和重叠的血脉管出现在投影方向，根据最大强度投影方法在投影图像中不能分辨，但是根据本发明的投影图像可以分辨。

而且，通过比较图4和图6可以看出，有关数据中是仅仅有一个最大点还是有多个最大点的信息被整合在图4的投影图像中，在图4中运用了高阶基于矩的的投影图像(也即，像素值是随沿着投影轴的最大值70的个数不同而不同)。另一方面，在图6中运用了最大强度投影方法，投影图像中未整合有关数据中仅仅是有一个最大点还是有多个最大点的信息(也即，像素值是70，而不管沿投影轴的最大值是70的个数)。

通过比较图5和图7可以看出同样的结果。

这就意味着，例如，仅仅一个骨头还是多个重叠的骨头出现在投影方向，根据最大强度投影方法在投影图像中不能分辨，但是根据本发明的投影图像可以分辨。

第二实施例：

在图3中的ST7步，投影计算部分2d可以根据下式计算像素值G：

$G={\exp \{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r}\},$

该像素值G使沿投影轴上的所有数据整合在投影图像中。

第三实施例：

图8是在图像处理装置2中显示高阶基于矩的图像投影过程的流程图，除了将图3中的ST7步改为ST7′步外，该流程图和图3中的流程是相同的，这样仅仅需要在下面解释ST7′步。

在ST7′步，投影计算部分2d可以根据下式计算像素值G：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r},$

该像素值G也使沿投影轴上的所有数据整合在投影图像中，有时给出比第一实施例更好的结果。

第四实施例：

在图8中的ST7′步，投影计算部分2d可以根据下式计算像素值G：

$G={\exp \{|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{Vi}}^r\right)/n|}^{1/r}\},$

该像素值G也使沿投影轴上的所有数据整合在投影图像中，有时给出比第二实施例更好的结果。

从第一实施例——第四实施例中获得的像素值G中的任何一个和其他函数G(P)可以根据产生图像的目的或偏爱适当选择。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现本发明的各种不同实施。应该理解，本发明并不限于在说明中所描述的特定实施例，除非在所附权利要求中有限定。

Claims (7)

1.高阶基于矩的图像投影方法包括：当投影三维数据到投影面时，在投影轴和投影面的交叉点上的像素值由下式确定：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示。

2.如权利要求1所述的高阶基于矩的图像投影方法，其中2≤r≤128。

3.如权利要求1所述的高阶基于矩的图像投影方法，其中操作者可以改变r。

4.图像处理装置包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式的确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值的高阶基于矩的图像投影器件：

$P={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

5.图像处理装置包括：存储三维数据的三维数据存储器件；由操作者用来确定投影方向的投影方向确定器件；基于下式的确定投影轴和投影面的交叉点上的像素值G的高阶基于矩的图像投影器件：

$G={|{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi}/n)}^r-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Vi}/n)}^r|}^{1/r},$

这里，沿所述的投影轴的三维数据值的个数用n表示，数据值用Vi表示，大于1的实数用r表示；显示投影图像的投影图像显示器件。

6.如权利要求4和权利要求5所述的高阶基于矩的图像处理装置，其中2≤r≤128。

7.如权利要求4和权利要求5所述的高阶基于矩的图像处理装置，进一步包括：由操作者用来确定r的阶数确定。

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