[發明專利]一種基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法

有效

• 申請號: 201611120924.0
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106846445B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 侯文廣;易瑋瑋;徐澤楷;陳子軒;盧曉東
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方可

本發明公開了一種基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法，以下步驟：(1)讀取原始超聲三維數據；(2)對原始超聲三維數據進行插值，得到放大的體數據；(3)以正對投影面為觀測方向，獲取體繪制旋轉矩陣；(4)從放大的體數據中得到旋轉后體素點的灰度值，并將旋轉后的體數據填補成與原始體數據一樣大小；(5)對步驟(4)所獲得的體數據直接進行平行投影疊加；(6)根據投影疊加得到的圖像數據進行成像；本發明提供的三維超聲圖像體繪制方法，算法簡潔，容易實現，能夠有效減少傳統光線投射算法在投射采樣過程中的時間消耗，對于深度方向數據量較少的三維超聲數據成像速度快，并更容易進行并行計算的優化操作。

技術領域

本發明屬于三維超聲成像技術領域，更具體地，涉及一種基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法。

背景技術

在科學可視化和計算機圖形學中，體繪制指的是用于顯示三維離散采樣數據集(通常是三維標量場)的二維投影的技術；具體地，體繪制是將三維數據場中數據的體細節用一副二維圖像展現出來的一種技術。為了呈現一個三維數據集的二維投影，首先在空間中定義一個相對于體數據的照相機，通過照相機沿著一定的方向觀察三維體，并且需要定義每個體素的不透明度和顏色值，通常是使用RGBA(紅、綠、藍色，以及α)的傳遞函數，定義每一個體素值所對應的RGBA值。目前應用最為廣泛的體繪制技術是光線投射(raycasting)技術；現有的光線投射技術首先對三維數據進行預處理，進行數據值分類，然后賦予每個數據點以顏色值和不透明度值，進行光照計算，沿射線采樣，獲得采樣點的顏色值和不透明度值，通過合成得到像素顏色值，組成最終的圖像。其計算時間成本主要在于光線投射的采樣過程，計算光線和體數據的交叉射入點和射出點，給定步距進行采樣，通過插值計算采樣點的顏色值和不透明度值，其成像速度始終不能達到理想狀態，也不能很好的進行并行計算；所以提出更好的體繪制算法對于在CPU上進行的體繪制而言十分有意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法，將光線投射轉化為體數據平行投影，其目的在于提高成像速度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)讀取三維超聲數據，獲得原始三維超聲數據的大小和體素灰度值；

(2)對三維超聲數據進行三線性插值，得到放大K倍的體數據；其中，K為正整數，是每個維度的放大倍數；

(3)采用滾動球的方法得到旋轉軸和旋轉角度，并根據四元數、旋轉軸和旋轉角度獲得旋轉矩陣；其中，滾動球的方法是將二維圖像中的鼠標的移動操作映射到一個三維的球面上，得到沿著球面的三維操作變換，從而實現對三維數據的移動和旋轉；

(4)根據旋轉矩陣對步驟(2)中放大的體數據整體進行旋轉，并將旋轉后的體數據進行切割填補，獲得一個與原始三維超聲數據大小相同并正對投影面的體數據；

(5)對步驟(4)所獲得的體數據從前向后進行灰度值和不透明度值的平行投影疊加；

(6)根據投影疊加得到的圖像數據進行成像。

優選地，上述基于CPU的三維超聲圖像體繪制方法，其步驟(4)包括如下子步驟：

(4.1)根據旋轉矩陣對放大的體數據整體進行旋轉；

(4.2)按照放大前的體數據的大小建立旋轉后體數據的坐標系；計算放大前的體數據里每個體素所對應的三維坐標；根據旋轉矩陣的逆矩陣計算出旋轉后的體素點所對應的旋轉前的體素點坐標；

(4.3)對于旋轉前的體素點，判斷其是否在原始體數據內；若是，則進入步驟(4.4)；若否，則將其灰度值置為0；由此獲得與原始體數據大小相同并正對投影面的體；