[發明專利]三維圖像配準方法和系統

在審

• 申請號: 201410654295.4
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104537638A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 周武;張麗娟;謝耀欽
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T19/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，特別是涉及一種三維圖像配準方法和系統。

背景技術

圖像配準在醫學影像分析領域的研究一直都是熱點，應用領域非常廣泛。在呼吸運動下人體器官(肺、肝或腫瘤)存在不連續性運動和較大的不規則形變，使得在不同呼吸周期下的器官配準定位變得非常困難。由于人體呼吸、心跳等不連續性運動或者手術引起的人體組織局部變形，另外在不同模態下獲得醫學影像間也往往存在較大的差異，使得醫學影像中不但存在具有很大的局部差異，而且圖像間也存在全局復雜的未知變換關系。因此，實現局部形變下的圖像配準具有重要意義。

在局部形變下的圖像的配準中，常規基于迭代優化的方法往往速度較慢及無法保證獲得全局最優解，難以滿足快速圖像配準的臨床需求。在臨床上有時采用植入標記點方式實現三維圖像的配準，但不足之處在于體內植入標記點需要手術麻醉完成，增加了病患的負擔。同時，三維體數據中三維特征的提取和匹配，往往比較繁瑣和費時。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種簡單快速的三維圖像配準方法和系統。

一種三維圖像配準方法，所述方法包括：

獲取待配準圖像，所述待配準圖像包括參考圖像和檢測圖像；；

分別構建所述參考圖像對應的第一幅值加權方向直方圖和所述檢測圖像對應的第二幅值加權方向直方圖；

對所述第一幅值加權方向直方圖和所述第二幅值加權方向直方圖進行歸一?化直方圖匹配確定圖像旋轉量；

根據所述圖像旋轉量對檢測圖像進行三維旋轉獲得旋轉圖像；

分別構造參考圖像對應的第一平方方向圖以及旋轉圖像對應的第二平方方向圖；

采用相位相關處理所述第一平方方向圖和所述第二平方方向圖得到圖像平移量；

根據所述圖像旋轉量和所述圖像平移量對所述檢測圖像進行變換，并將變換后得到的圖像與參考圖像進行空間對齊實現待配準圖像的配準。

在其中一個實施例中，所述分別構建所述參考圖像對應的第一幅值加權方向直方圖和所述檢測圖像對應的第二幅值加權方向直方圖的步驟，包括：

計算參考圖像的三維體數據在三維坐標系中三個軸方向的第一梯度方向，根據第一梯度方向構建第一幅值加權方向直方圖；

計算檢測圖像對應的三維體數據在三維坐標系中三個軸方向的第二梯度方向，根據所述第二梯度方向構建第二幅值加權方向直方圖。

在其中一個實施例中，所述對所述第一幅值加權方向直方圖和所述第二幅值加權方向直方圖進行歸一化直方圖匹配確定圖像旋轉量的步驟，包括：

采用快速傅里葉變換對所述第一幅值加權方向直方圖和第二幅值加權方向直方圖實現歸一化直方圖快速匹配，確定最佳平移量，所述最佳平移量即為圖像旋轉量。

在其中一個實施例中，所述采用相位相關處理第一平方方向圖和第二平方方向圖得到圖像平移量的步驟，包括：

采用快速傅里葉變換計算第一平方方向圖和第二平方方向圖之間的圖像平移量。

在其中一個實施例中，所述圖像旋轉量為三維體數據在三維坐標系中三個軸方向對應的三個旋轉量，所述根據圖像旋轉量和圖像平移量對所述檢測圖像進行變換，并將變換后的圖像與參考圖像進行空間對齊實現待配準圖像的配準步驟，包括：

根據所述三個旋轉量構造三維體數據間的三維旋轉矩陣；

將所述三維旋轉矩陣和圖像平移量代入預設的剛體變換表達式中計算得到圖像配準的空間變換函數；

根據所述空間變換函數實現對待配準圖像的圖像配準。

一種三維圖像配準系統，所述系統包括：

圖像獲取模塊，用于獲取待配準圖像，所述待配準圖像包括參考圖像和檢測圖像；

直方圖構建模塊，用于分別構建所述參考圖像對應的第一幅值加權方向直方圖和所述檢測圖像對應的第二幅值加權方向直方圖；

旋轉量確定模塊，用于對所述第一幅值加權方向直方圖和所述第二幅值加權方向直方圖進行歸一化直方圖匹配確定圖像旋轉量；

旋轉圖像獲取模塊，用于根據所述圖像旋轉量對檢測圖像進行三維旋轉獲得旋轉圖像；

方向圖構造模塊，用于分別構造參考圖像對應的第一平方方向圖以及旋轉圖像對應的第二平方方向圖；

平移量獲取模塊，用于采用相位相關處理所述第一平方方向圖和所述第二平方方向圖得到圖像平移量；

圖像配準模塊，用于根據所述圖像旋轉量和所述圖像平移量對所述檢測圖像進行變換，并將變換后得到的圖像與參考圖像進行空間對齊實現待配準圖像的配準。