[發明專利]一種由非平行斷層圖像序列重建三維目標對象表面的方法

無效

• 申請號: 200910020718.6
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101533518A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 孫豐榮;王麗梅;王文明;王慶浩;張明強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 許德山

1.一種由非平行斷層圖像序列重建三維目標對象表面的方法，步驟如下：

S1)對部分斷層圖像進行分割，提取目標對象輪廓

先對部分斷層圖像進行分割，提取這些斷層圖像中目標對象的輪廓；在已提取出目標對象輪廓的斷層圖像序列中，對每相鄰的兩幀斷層圖像都依次執行以下步驟S2)-S6)；

S2)對斷層圖像進行距離變換，得到距離圖像

將得到目標對象輪廓的相鄰的兩幀斷層圖像轉化為二值圖像；然后進行Chamfer距離變換，選取3×3的模板，距離變換完畢后，令輪廓外部點的距離值取原來的負數，輪廓內部點的距離值不變，以區分輪廓內外點，得到的圖像為斷層圖像的距離圖像，其中目標對象輪廓外部的每個點，其像素值表示該點到目標對象輪廓上最近一點距離的負值；內部的每個點，其像素值表示該點到目標對象輪廓上最近一點的距離值；目標對象輪廓上點的像素值為零值；

S3)提取距離圖像中目標對象輪廓內的極大圓盤集，并去除冗余

提取圓盤集：通過計算得到一系列與目標對象輪廓相切且完全在目標對象輪廓內部的圓盤集，其中的每個圓盤都不會被其余所有圓盤所完全覆蓋；這些圓盤集代表了目標對象的骨架及走向趨勢；

首先找出距離圖像中目標輪廓內所有像素值的極大值點，即圓盤的中心點：對目標對象輪廓內每個點p的像素值都要與其8個鄰點的像素值進行比較判斷，若滿足pixel(p)＞pixel(q)-t，則該點即為極大值點；其中點q是點p上下左右及對角線方向上的8個相鄰點，t為點q到點p的相對距離值；對于點p上下左右四個方向上的四個鄰點，t＝3；對于點p對角線方向上的四個鄰點，t＝4；距離圖像中的每個點都要進行判斷，直到找出所有的極大值點；每個極大值點都對應一個圓盤，且圓盤中心位于極大值點處；

然后計算每個極大值點對應圓盤的半徑，對每個極大值點分別進行以下相同處理；首先對距離圖像進行初始化，除當前處理的極大值點外，其余點像素值都初始化為0；然后對圖像中每個點進行與距離變換相似的兩次掃描，取3×3的模板，每次掃描后得到的像素值由下式確定：

其中v_i，j^num為圖像上(i，j)位置處在第num次掃描后的像素值，(k，l)為模板相對其中心(0，0)的位置坐標，而t(k，l)為模板在(k，l)處與中心位置的相對距離值；若點(k，l)位于中心位置的上下左右四個方向上的四個鄰點處時，t(k，l)＝3；若(k，l)位于中心位置的對角線方向上的四個鄰點處時，t(k，l)＝4；經過兩次掃描之后的圖像，其中只有極大值點附近點的像素值是非零值，且這些點的像素值小于極大值點的像素值，其它點的像素值是零值；找出其中的最小非零值w，則該圓盤的半徑為r＝v-w，其中v為極大值點處的像素值，r即為該極大值點?對應圓盤的半徑；重復上述操作直到每個極大值點對應的圓盤半徑都被計算出；

對圓盤集去冗余：令M為原始的極大圓盤集，N為去冗余的極大圓盤集；取出M中半徑最大的圓盤fm，將該圓盤放入N中；然后對M中剩下的每一個圓盤fn都與圓盤fm進行比較，取fl為兩圓盤圓心之間的距離，取fd＝radius(fm)-0.5×radius(fn)，若fl²＜fd²，則把fn從M中去掉；然后重復上述操作，直到M為空；最終得到的N即為去冗余后的圓盤集；

S4)在斷層圖像中選擇用來插值的圓盤集

插值兩相鄰斷層圖像之間的像素值時，將其中一幅圖像A中目標對象輪廓內每一個極大圓盤sm依次向另一幅圖像B進行投影，判斷圓盤sm的投影與被投影圖像中目標對象輪廓內包含的任意圓盤sn是否有重疊部分，若有重疊部分，則將sm放入集合C₁，sn放入集合C₂，若sn在C₂中已經存在，就不用往里放；然后重復上述過程，直到處理完A中所有圓盤；最后C₁與C₂分別為兩相鄰斷層圖像中插值所用的圓盤集；

S5)計算斷層圖像中每一點指向圖像中目標對象的矢量值

根據步驟S4)得到的兩相鄰斷層圖像中用來插值的圓盤集，對兩相鄰斷層圖像中的每一個點a_i進行如下計算，

其中，c表示斷層圖像中用來插值的圓盤集，k_d是圓盤d的中心，r_d是圓盤d的半徑，a_i是斷層圖像中的任意點，?為一矢量值，表示斷層圖像中點a_i到目標對象的方向與距離；結果即得到與兩相鄰斷層圖像相對應的兩幅新圖像，其中每一點的像素值為一矢量值，表示了該點到圖像中目標對象的方向與距離；

S6)確定插值斷層圖像之間空間點的距離值

把兩相鄰斷層圖像的距離圖像中其中一幅A作為出發點，遍歷其中每一個點a，過該點沿兩斷層圖像的平均法線方向做直線交第二幅斷層圖像B于一點b，然后連接兩斷層圖像中a點與b點處對應的兩個矢量?得到新矢量i，然后過a點沿i的方向，做直線交斷層圖像B于點c，線段ac即為a點對應的插值線段；

根據a和c兩點處的距離值對線段ac上的點g進行余弦插值，公式如下：?

其中l₁和l₂分別為點g沿線段ac方向到點a與點c的距離，d₁、d₂分別為兩距離圖像中a點與c點處的距離值，d_g是插值得到的點g處的距離值；如果由a點做直線與斷層圖像B無交點時，則舍棄a點，再對下一點重復如此計算，斷層圖像A中的每一點都遍歷完畢后，兩相鄰斷層圖像之間空間點的距離值即被正確的插值出來了；根據距離值的正負確定該點是在輪廓內部還是外部，而零值點即為輪廓上的點；

若已提取出目標對象輪廓的斷層圖像序列中每相鄰兩幀斷層圖像全部處理完畢，則執行步驟S7)，否則繼續執行步驟S2)-S6)；

S7)基于輪廓的面繪制顯示

對所有的空間點距離值提取零值點，并進行基于輪廓的面繪制顯示，整個處理流程結束。?