基于灰度-3d susan算子兩維直方圖體可視化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于灰度-3D?SUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，步驟為：(1)讀入三維體數(shù)據(jù)，首先計(jì)算出體數(shù)據(jù)中每個(gè)體素的3D?SUSAN算子，然后計(jì)算出灰度-3D?SUSAN算子兩維傳遞函數(shù)空間；(2)根據(jù)對(duì)灰度-3D?SUSAN算子特征空間直方圖的理解，設(shè)置二維傳遞函數(shù)分類器組件并根據(jù)期望的繪制效果做出調(diào)整；(3)根據(jù)確定的傳遞函數(shù)所賦予每個(gè)體素的光學(xué)屬性值繪制出最終結(jié)果。本發(fā)明首次將具有抗噪能力的SUSAN算子作為新屬性引入到傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)造出兩維灰度-3D?SUSAN算子傳遞函數(shù)；原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；更容易設(shè)計(jì)出合適的傳遞函數(shù)，得到用戶滿意的繪制圖像。
【專利說(shuō)明】基于灰度-3D SUSAN算子兩維直方圖體可視化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的三維可視化領(lǐng)域，具體地，涉及一種識(shí)別體數(shù)據(jù)中感興趣組織的新方法，即基于灰度-3D SUSAN算子兩維直方圖體可視化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直接體繪制(Direct Volume Rendering)是可視化三維體數(shù)據(jù)的一種非常的重要方法。相對(duì)于傳統(tǒng)的醫(yī)生觀察二維切片的方式，體繪制不止將二維圖像序列以三維體繪制結(jié)果的形式直觀展示出來(lái)，而且還可以為用戶提供更加豐富的解剖信息，從而識(shí)別出器官或病灶的形狀和大小以及與周圍組織的空間位置關(guān)系，所以在醫(yī)學(xué)的臨床診斷上具有非常重大的實(shí)用價(jià)值。
[0003]在應(yīng)用體繪制可視化三維數(shù)據(jù)的過(guò)程中，為了識(shí)別出感興趣的組織，通常在顯示時(shí)需要抑制其周圍不感興趣的組織結(jié)構(gòu)和遮擋住感興趣組織的結(jié)構(gòu)，這就需要對(duì)不同的組織設(shè)置不同的阻光度傳遞函數(shù)；為了使用戶感興趣的器官或病灶具有更直觀的表現(xiàn)力，從而更清楚地理解其細(xì)節(jié)信息，需要為每個(gè)組織指定合適的顏色值。這種為體數(shù)據(jù)中的每個(gè)體素設(shè)置不同光學(xué)屬性(例如顏色、阻光度等)的過(guò)程就是設(shè)計(jì)傳遞函數(shù)(TransferFunction)的過(guò)程，由于其在直接體繪制中的重要性地位，在20世紀(jì)90年代被VolumeVisualization會(huì)議列為可視化領(lǐng)域里十大關(guān)鍵性技術(shù)之一，作為醫(yī)學(xué)可視化研究中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)，越來(lái)越多的受到世界各國(guó)研究人員的關(guān)注。
[0004]傳遞函數(shù)作為直接體繪制的核心技術(shù)，按采用的屬性個(gè)數(shù)的不同可以分為一維傳遞函數(shù)、二維傳遞函數(shù)和高維傳遞函數(shù)。在醫(yī)學(xué)影像成像(例如CT、MR1、PET等)時(shí)由于噪聲和部分容積效應(yīng)等因素對(duì)最終測(cè)得體數(shù)據(jù)的影響，造成體素的灰度值有些擴(kuò)散，甚至不同組織可能含有具有相同灰度值的體素，所以不易通過(guò)簡(jiǎn)單的灰度值這種一維傳遞函數(shù)識(shí)另O。通過(guò)引入越來(lái)越多的特征屬性雖然可以提高傳遞函數(shù)空間的分類能力，但由于不同屬性值之間并非完全不相關(guān)的，所以對(duì)于不同的體數(shù)據(jù)選擇幾個(gè)特征屬性以及哪幾個(gè)屬性構(gòu)成傳遞函數(shù)空間才能達(dá)到最好的分類效果，現(xiàn)在并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；并且隨著特征空間的維數(shù)增加，用戶對(duì)其的理解能力和如何設(shè)計(jì)合適的傳遞函數(shù)，也是一個(gè)比較辣手而又無(wú)法避免的難題。
[0005]因?yàn)榧尤肓诵碌姆诸悓傩灾?，使得二維傳遞函數(shù)具有比一維傳遞函數(shù)更強(qiáng)的分類能力，而且相對(duì)于高維特征空間，其更便于用戶的理解和交互。SUSAN算子是Smith和Brady在《SUSAN-A New Approach to Low Level Image Processing》中提出的特征提取方法,利用統(tǒng)計(jì)模板中像素與核心像素灰度值的比較結(jié)果，得到USAN區(qū)域。有別于傳統(tǒng)的基于微分的邊緣檢測(cè)算子，整個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程是一個(gè)積分過(guò)程，所以能對(duì)噪聲數(shù)據(jù)的處理可能得到較好的效果?；诖耍景l(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于灰度-3D SUSAN算子的新兩維傳遞函數(shù)，將傳統(tǒng)的SUSAN算法擴(kuò)展到三維，將其作為直接體繪制中傳遞函數(shù)的一個(gè)新特征屬性，與灰度值構(gòu)成一個(gè)新兩維傳遞函數(shù)空間，并將其用于三維數(shù)據(jù)可視化中。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是為了使用戶更好的提取體數(shù)據(jù)中感興趣結(jié)構(gòu)信息而提出一種基于灰度-3D SUSAN算子的新識(shí)別方法，尤其對(duì)受噪聲影響比較嚴(yán)重的體數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明依據(jù)SUSAN算法在進(jìn)行邊緣檢測(cè)時(shí)具有對(duì)局部噪聲不敏感、較好的抗噪能力的特性，將傳統(tǒng)的SUSAN算法擴(kuò)展到三維，作為直接體繪制中傳遞函數(shù)的一個(gè)新屬性值，并結(jié)合體數(shù)據(jù)本身的灰度值構(gòu)成基于灰度-3D SUSAN算子的新兩維特征空間，該傳遞函數(shù)空間可以為用戶提供更好的理解體數(shù)據(jù)中結(jié)構(gòu)信息的能力，利于用戶依據(jù)自己的理解設(shè)計(jì)出合適的傳遞函數(shù)，繪制出滿足其期望的體繪制結(jié)果。
[0008]本發(fā)明所述基于灰度-3D SUSAN算子兩維直方圖體可視化方法主要包括如下步驟:
[0009](I)讀入三維體數(shù)據(jù)，計(jì)算體數(shù)據(jù)中每個(gè)體素的3D SUSAN算子,其計(jì)算公式為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于灰度-3D SUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)讀入三維體數(shù)據(jù)，首先計(jì)算出體數(shù)據(jù)中每個(gè)體素的3DSUSAN算子，然后計(jì)算出灰度-3D SUSAN算子兩維傳遞函數(shù)空間； 所述計(jì)算出體數(shù)據(jù)中每個(gè)體素的3D SUSAN算子，具體為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于，所述參數(shù)δ是計(jì)算3D SUSAN算子采用的球形模板的半徑，這樣得到的是各向同性的相應(yīng)，其大小依據(jù)側(cè)重計(jì)算量還是側(cè)重所求精度而選取不同的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于:所述參數(shù)g為幾何閾值，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)對(duì)其選擇不同的調(diào)節(jié)參數(shù)k，給出最優(yōu)消除噪聲的能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于所述的步驟(2)中放置二維傳遞函數(shù)分類器組件，給出不同形狀的分類組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于所述二維傳遞函數(shù)分類器組件采用的為四邊形的組件，該組件有4個(gè)控制點(diǎn)和4個(gè)相互之間的連線組成，在調(diào)整組件時(shí)，能單獨(dú)調(diào)節(jié)某個(gè)控制點(diǎn)或者調(diào)節(jié)兩點(diǎn)之間的連線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于所述的步驟(3)中繪制最終結(jié)果圖時(shí)，加入Blinn-Phong光照模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于灰度-3DSUSAN算子兩維直方圖體可視化方法，其特征在于所述的步驟(3)中繪制最終結(jié)果圖時(shí)，在光線投射的累積過(guò)程中采用從前向后的累積方式。
【文檔編號(hào)】G06T15/08GK103646417SQ201310590405
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】宋沂鵬, 楊杰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)