[發(fā)明專利]光傳輸矩陣的壓縮感測

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811444321.5
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109859302B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A.比爾吉利
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子保健有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50;G06T15/08;G06T7/136;G06T1/00;G06T1/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;劉春元

光傳輸矩陣的壓縮感測。一種用于執(zhí)行光傳輸矩陣的壓縮感測的計算機實現(xiàn)的方法，所述方法包括：接收包括圖像體數(shù)據(jù)的3D數(shù)據(jù)集，以及在穿過3D數(shù)據(jù)集的空間曲線上隨機選擇多個點。計算包括多個透光率值的光傳輸矩陣。每個透光率值對應(yīng)于多個點中包括的點的對之間的透光率。求解優(yōu)化問題以確定多個稀疏系數(shù)，當(dāng)將稀疏系數(shù)乘以預(yù)先確定的基矢量的字典時，所述稀疏系數(shù)重現(xiàn)光傳輸矩陣。一旦確定，就將稀疏系數(shù)存儲在計算機可讀介質(zhì)上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及用于在光傳輸矩陣的計算中使用壓縮感測技術(shù)的方法、系統(tǒng)和裝置。本文中描述的技術(shù)可以被應(yīng)用于例如3D醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。

背景技術(shù)

生成明顯地并且物理上似乎合理的圖像對于用戶而言是重要的任務(wù)，以更深入理解數(shù)據(jù)。為了使計算機生成此類圖像，必須考慮光材料相互作用。通過由光傳輸算法設(shè)置的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)來計算那些相互作用。因為計算所有相互作用是不可能的，所以由常規(guī)技術(shù)使用不同的數(shù)學(xué)方法。

一種用于計算光相互作用的流行的方法是使用蒙特卡羅（MC）統(tǒng)計方法。用MC方法可以計算復(fù)雜現(xiàn)象，但是這些算法的贗像（artifact）在得到的圖像中顯現(xiàn)為噪聲。在算法中的樣本的數(shù)量的平方僅可以線性地改善結(jié)果并且這花費如計算時間。

MC統(tǒng)計方法使用統(tǒng)計光傳輸事件和方向來探索空間。這些方向不是提前已知的，并且通常根據(jù)事件來選擇方向。提供最多貢獻的能量承載路徑有助于將得到的圖像較快收斂到非噪聲圖像。如果提前已知這些路徑，則可以容易地尋址貢獻最多的點并且可以獲取無噪聲圖像。問題是要表示那些路徑，因為每個路徑是起始點、終點、每個端點上的散射函數(shù)和那兩個端點之間的可見性值的函數(shù)。如果將散射函數(shù)選擇為各向同性散射函數(shù)，則可以簡化該問題。然后，問題可以被表示為點和那些點之間的可見性的矩陣。該矩陣在本文中被稱為光傳輸矩陣。

光傳輸矩陣是非常大的矩陣；其大小由點與它們的關(guān)系的所有可能組合來定義。從計算角度來看，這樣大的大小使諸如處理和存儲的任務(wù)難以處理。這限制了在諸如醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用的應(yīng)用中高效利用光傳輸矩陣的能力。因此，期望的是提供用于光傳輸矩陣計算的技術(shù)，所述技術(shù)導(dǎo)致矩陣的總體大小的減小而不損失矩陣中的數(shù)據(jù)的保真度（并且因此不會損失有用性）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例通過提供涉及使用光傳輸矩陣的壓縮感測的方法、系統(tǒng)和裝置來解決和克服以上缺點和缺陷中的一個或多個。與常規(guī)光傳輸矩陣計算技術(shù)相比，以上描述的技術(shù)在更短時間內(nèi)提供無噪聲渲染。

根據(jù)一些實施例，一種用于執(zhí)行光傳輸矩陣的壓縮感測的計算機實現(xiàn)的方法包括接收包括圖像體數(shù)據(jù)的3D數(shù)據(jù)集，以及在穿過3D數(shù)據(jù)集的空間曲線上隨機選擇多個點。計算包括多個透光率值的光傳輸矩陣。每個透光率值對應(yīng)于多個點中包括的點的對之間的透光率。求解優(yōu)化問題以確定多個稀疏系數(shù)，當(dāng)將稀疏系數(shù)乘以預(yù)先確定的基矢量的字典時，所述稀疏系數(shù)重現(xiàn)光傳輸矩陣。在一些實施例中，通過使用多個圖形處理單元并行地執(zhí)行多個數(shù)學(xué)運算來求解優(yōu)化問題。一旦確定，就將稀疏系數(shù)存儲在計算機可讀介質(zhì)上。

在一些實施例中，上述方法進一步包括接收對借助照明來顯示圖像體數(shù)據(jù)的請求，以及從計算機可讀介質(zhì)取回稀疏系數(shù)。使用稀疏系數(shù)和預(yù)先確定的基矢量的字典來重建光傳輸矩陣。然后，可以使用光傳輸矩陣借助照明來顯示圖像體數(shù)據(jù)。

在上述方法的一些實施例中，空間曲線保留3D數(shù)據(jù)集中的值的位置。例如，空間曲線可以是希爾伯特空間填充曲線或多個Z-階曲線迭代。

在一些實施例中，圖像體數(shù)據(jù)包括解剖對象，并且通過識別空間曲線上的隨機選擇的多個點中包括的每個點的對之間的解剖特征和確定解剖特征中的每個的光衰減值來執(zhí)行光傳輸矩陣的計算。然后，可以僅用不由具有高于預(yù)先確定的閾值的光衰減值的一個或多個解剖特征分離的點的對的透光率值來填充光傳輸矩陣。在一些實施例中，通過將訓(xùn)練的機器學(xué)習(xí)模型應(yīng)用于3D數(shù)據(jù)集來識別解剖特征。在其他實施例中，通過應(yīng)用圖像掩模來識別解剖特征，所述圖像掩模掩蔽對應(yīng)于具有高于預(yù)先確定的閾值的光衰減值的一個或多個解剖特征的圖像體數(shù)據(jù)的體素。