CN102222352A - 图像处理方法和图像处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种图像处理方法和一种图像处理装置，在三维场景中，利用与视线方向平行的切面上的信息来选择兴趣物体，并生成一个曲面，将该通过该物体的视线分割为两段，通过为视线的两部分设置不同的绘制参数而达到透过不透明区域显示用户感兴趣物体的方法。与视线平行的切面正交与三维场景绘制主平面，此切面提供了包含用户感兴趣物体的三维场景剖面信息，用户可以在此切面内获取兴趣物体的位置，并根据此位置生成一个在视线方向上将选定物体与其邻近物体分割开的二维曲面，通过该物体的视线被上述曲面分割为两段，通过为视线的两部分设置不同的绘制参数从而达到透过不透明区域显示用户感兴趣物体。

Description

图像处理方法和图像处理装置

技术领域

本发明涉及三维图像显示领域，更具体地，涉及一种三维数据的表示方法和装置，它提供一种在三维场景中利用与视线方向平行的切面上的信息来选择兴趣物体并沿着视线的方向绘制所选定物体的二维图像的方法。

背景技术

随着信息技术的高速发展，人们通过计算和测量技术获得的数据正在以难以想象的速度增长，在未来的几年内，人类生产和搜集的信息量将超过人类至今所获得信息的总和。这使得从大量的信息中快速有效地提取有意义信息变得越来越困难，为了解决这个问题科学家提出了很多种模型和方法，其中之一就是可视化技术。可视化技术用于从大量的基础数据中提取有意义的信息，通过利用交互式计算机图形技术展现给用户，以便于更好地理解信息并快速作出决策。可视化主要分为两类：科学计算可视化和信息可视化。科学计算可视化关注于物理数据，如人体、地球、分子等。信息可视化用于抽象的非物理的数据，如文本，统计数据等。这里主要关注科学计算可视化，科学计算可视化是运用计算机图形学和图像处理技术将科学计算过程中所产生的数据转换为图形图像通过显示设备展现给用户，并提供用户对数据进行交互处理。科学计算可视化的应用领域十分广泛，主要为医学、地质勘探、气象学、分子模型学、计算流体力学和有限元分析等。其中医学数据可视化是一个非常重要的应用，医学数据主要是从医学影像设备上获得对人体组织结构或功能进行测量的数据，如计算机断层扫描(CT)数据及核磁共振(MRI)数据。

目前科学计算可视化技术的核心是三维空间数据场的可视化。医学影像数据如CT数据目前都是规则化的三维空间网格数据，三维空间中分布在离散网格点上的数据由三维连续的数据场经过断层扫描或随机采样后做插值运算取得。三维空间数据场可视化的作用就是将离散的三维网格数据场按照一定的规则转换为图形显示设备帧缓存中的二维离散信号，即生成每个像素点的颜色值(R，G，B值)。由三维场景重构出的二维图像是从一个特定的视角来表现复杂的三维场景，用户可以利用计算机图形交互技术改变视点的位置，从多个不同的角度重建三维场景，以达到对复杂三维场景的认识与理解。一个典型的三维空间数据场可视化的应用是对一个CT数据的可视化，医生从CT设备上获得对病人特定部位扫描的数据，导入到三维可视化设备中，通过交互技术从不同的视点对特定部位进行观察，从中获取某个特定人体组织的结构，形状，从而定位病变的位置，达到对病人的快速诊断。随着医学成像设别的发展，医学数据量成倍增长，三维数据场可视化技术大大提高了放射科医生的工作效率，从而可以更快地定位病灶，并对其进行诊断。另外在此技术上通过对数据进行交互操作，还可以实现矫形手术、放射治疗等的计算机模拟手术及规划。

体绘制技术是科学计算可视化中一种非常重要三维显示技术，它具有很好的显示精度，被广泛应用于医学图像显示领域。现代的计算机断层扫描设备生成的是分布在三维空间网格上的离散数据(网格上的点称之为“体素点”)，体绘制算法的作用是将离散分布的三维数据，按照一定的规则转换为图形显示设备帧缓存中的二维离散信号，即生成每个像素点的颜色值，例如，(R、G、B)。体绘制中最常用的是光线投射方法，它主要分为三个步骤。首先，根据体素点的数值对数据进行分类，给每类数据赋予不同的颜色值和不透明度值，以正确地表示多种物质的不同属性，这个过程可以通过传递函数来完成，通过传递函数将体素点的数值映射为体素点的颜色和不透明度值。然后，对三维数据重新采样，即从屏幕上的每一个像素点沿着视线方向发出一条光线穿过三维数据，沿着这条光线在三维数据中选择等间隔的采样点，根据采样点周围的八个体素点进行插值得到采样点的颜色和不透明度值。最后一步，执行图像合成处理，将每条光线上、各采样点的颜色值及不透明度值由前向后或由后向前加以合成，即可得到该光线对应的像素点的颜色值，合成函数设定了采样点的合成方法。体绘制可以通过设置不同的传递函数来产生更加精细与丰富的效果，这极大地提高了对体数据的理解。

在医学影像领域，从CT或者MRI设备上获得的图像都是灰度图像，人体内部多种不同的组织间的灰度值存在重叠的现象，由于组织间的空间分布极其复杂，利用体绘制技术对体数据三维重建的结果中通常会包含多个组织，且很多组织或其特定部位被其他组织或其自身所遮挡，医生往往无法通过体绘制技术对其进行诊断，这阻碍了体绘制技术在医学领域的发展。

解决这一问题一个常用的方式是通过设置传递函数来给不同组织设定不同的透明度值和颜色。由于不透明度和颜色的设置通常都依据与组织的灰度信息，而不同组织的灰度通常有部分的重叠，比如在CT图像中脂肪与软组织具有相似的灰度区间，血液和软骨具有相似的灰度区间，骨骼虽然具有很高的密度，在CT图像中呈现出高灰度值，但其边缘的灰度具有很广的灰度范围，并已经覆盖到了血液与软组织灰度区间，这使得通过调整传递函数的方法强调显示感兴趣组织的目的很难达到。虽然多维传递函数可以利用梯度等其他信息，但是这些多维信息依然不能准确地分辨组织。

另外一个常用的解决此问题的方法是利用分割技术将感兴趣组织从CT或者MRI图像中抽取出来。这样我们给不同的组织设置不同的传递函数，控制不同组织在绘制结果中的表现，但是它不能解决被物体自身所遮挡的部分，在医学图像里很多组织具有复杂的空间结构，组织内部不同部位之间相互遮挡。由于分割方法往往是对组织的整体分割，不能识别单个组织的不同部位，所以我们就无法观察到特定的部位。

国际发明专利申请公开WO 2006/099490提出了透过不透明物体显示感兴趣对象的方法：用一个固定的阈值(灰度或梯度)，判断不透明物体的区域，从而控制光线上采样点的合成过程，以达到透过不透明区域绘制感兴趣的物体。然而，这种固定阈值的方法对复杂的不透明物体的范围无法做出正确的判断。

日本发明专利申请公开JP特开2003-91735提出通过在一定方向上将三维数据分成若干组，将每组数据以特定的方式(如平均值或者最大密度投影算法)生成一个二维图像，在这样一组二维图像中指定用户感兴趣的物体；然后，计算三维数据中其他体素点到感兴趣物体的距离，并作为合成函数中的一个权重因子，比如距离感兴趣物体近的体素具有较高的权重，而较远的体素赋予较小的权重，这样可以使用户指定物体周边的区域模糊化，突出显示用户指定物体。但是，这个方法必须先把指定的物体整体分割出来，另外也不能显示被指定物体自身其他部分所遮挡的部位。

基于以上背景，本发明提出了一种在三维场景中利用与视线方向平行的切面上的信息来选择兴趣物体，并生成一个曲面将通过该物体的视线分割为两段，通过为视线的两部分设置不同的绘制参数而达到透过不透明区域显示用户感兴趣物体的方法。

发明内容

本发明提出了一种解决体绘制中无法绘制被其他不透明物体遮挡住的用户感兴趣物体的方案，利用与视线方向平行的切面上的信息来选择所要绘制的物体，并生成一个二维分割曲面在视线方向上将选择的物体与其邻近物体分离开，从而控制沿着视线的绘制过程，达到单独绘制所选择的物体的目的。

根据本发明的第一方案，提出了一种图像处理装置，包括：分割曲面生成单元，用于根据三维图像数据，生成通过指定控制点且与第一预定方向相交的分割曲面；第一二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据在所述分割曲面上的投影，生成第一二维图像；以及显示单元，用于显示由第一二维图像生成单元所生成的所述第一二维图像。

优选地，所述分割曲面生成单元所生成的分割曲面大体上垂直于所述第一预定方向。

优选地，所述第一二维图像生成单元根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

优选地，所述第一二维图像生成单元根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向的反方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

优选地，所述图像处理装置还包括：第二二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在投影平面上的投影，生成第二二维图像；第三二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据沿与所述第一预定方向垂直的方向上的投影，生成第三二维图像；以及控制点指定单元，用于在所述第三二维图像中指定所述指定控制点，其中所述显示单元还用于显示所述第二二维图像和所述第三二维图像，并且所述显示单元以窗口的形式在所述第二二维图像的对应位置处显示所述第一二维图像，覆盖所述第二二维图像的对应部分。

优选地，所述分割曲面生成单元根据所述指定控制点的属性，将与所述指定控制点具有相同属性的各个点生成为所述分割曲面。更优选地，所述属性是从以下属性组成的组中选择的至少一个属性：所述指定控制点的灰度值、所述指定控制点的颜色值、所述指定控制点的梯度值和梯度方向。更优选地，所述分割曲面生成单元以所述指定控制点为种子，通过局部分割方法，生成所述分割曲面。

根据本发明的第二方案，提出了一种图像处理方法，包括：根据三维图像数据，生成通过指定控制点且与第一预定方向相交的分割曲面；以及根据所述三维图像数据在所述分割曲面上的投影，生成第一二维图像。

优选地，所述分割曲面大体上垂直于所述第一预定方向。

优选地，根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

优选地，根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向的反方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

优选地，所述图像处理方法还包括：根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在投影平面上的投影，生成第二二维图像；根据所述三维图像数据沿与所述第一预定方向垂直的方向上的投影，生成第三二维图像，其中所述指定控制点是在所述第三二维图像中指定的；以及将所述第一二维图像以窗口的形式显示在所述第二二维图像的对应位置处，覆盖所述第二二维图像的对应部分。

优选地，所述分割曲面上的各个点具有与所述指定控制点相同的属性。更优选地，所述属性是从以下属性组成的组中选择的至少一个属性：所述指定控制点的灰度值、所述指定控制点的颜色值、所述指定控制点的梯度值和梯度方向。更优选地，所述分割曲面是以所述指定控制点为种子、通过局部分割方法生成的。

根据本发明，用户可以在三维场景的绘制窗口中选择一子窗口，用以绘制在此窗口内沿着视线方向上在三维场景中被不透明物体遮挡住的物体或其特定部位。

根据本发明，用户在体绘制窗口中选择的子窗口称为焦点窗口，用户可以修改它的形状及大小，并可以在体绘制窗口内部移动。

根据本发明，用户在一个与焦点窗口正交的平面内选择想要绘制的物体。正交平面平行于视线的方向，且穿过所要绘制的物体或其特定部位，显示了其穿过三维场景的剖面信息，可以利用在三维数据中进行采样得到，也可以是以此平面为投影面的常用绘制技术如体绘制方法得到的结果。

根据本发明，正交平面与投影平面的交线位于用户所选择的子窗口内，用户可以对其在焦点窗口内的位置进行调整，从而调整正交面在体数据中的位置来快速定位用户感兴趣物体的位置。

根据本发明，正交平面提供一个控制点来选择用户感兴趣的物体，用户可以移动控制点到感兴趣物体的边缘，系统会根据此控制点自动的生成一个二维曲面将感兴趣物体在光线方向上与其他物体分割开。分割曲面的范围限制在以焦点窗口为底面的焦点空间内，其中焦点空间的高平行于视线方向。

根据本发明中，分割曲面将从焦点窗口中发出的所有光线分割成两段，一段穿过挡在感兴趣物体前面的不透明区域，一部分直接照射在感兴趣物体上，我们可以通过为他们设置不同的传递函数来透过不透明区域显示感兴趣物体。

根据本发明，也可以在焦点区域内部以分割曲面为起点，沿着光线相反的方向进行采样并合成来绘制另一个兴趣物体的背面。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是一个典型的三维场景：人体颈部示意说明图。其中列出了两种主要组织——颈椎和颈动脉，在典型的三维体数据绘制结果中大部分的颈动脉被颈椎所遮挡，我们无法从这个视角来观察颈动脉。

图2描述了一个平行于视线方向、正交于体绘制主窗口的一个切面，它显示的是三维数据中在此切面上的剖面信息，用户可以直观地得到视线方向上的不同物体的空间位置关系，这里示出了一条理想的分割曲线，它可以在视线方向上将两个物体分离开，从而可以控制视线上的绘制过程，以达到绘制特定物体的目的。

图3描述了二维平面内成分割曲线的生成过程，以切面内的一个控制点来选择用户感兴趣的物体，并依据它来生成需要的分割曲线。

图4在三维空间里描绘了一个焦点空间以及在其内部图2中所描述的一个切面(称为“物体选择面”)，用户可以在焦点空间内部通过其与主绘制窗口的交线来调整物体选择面的位置来快速定位用户感兴趣的物体。

图5描述了在焦点空间中根据物体选择点来生成的一个分割曲面，它可以在将焦点空间内的所有视线分割为两部分。

图6给出了在焦点窗口中绘制的结果示例。

图7描述了分割曲面的另一种功能，它可以用户绘制感兴趣物体的背面而不用移动视点的位置。

图8描述了在三维空间中有三种相互遮挡物体的情况，用户可以根据需要选择所要绘制的物体。

图9是系统的界面设计图，它主要包括体绘制主窗口、焦点窗口、物体选择窗口、以及一些控制按钮。

图10和图11是用于说明焦点窗口大小选择的示意图。

图12是系统的操作流程图。

图13是本系统的硬件结构图。

图14是本系统的更为具体的硬件结构图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

本发明解决了体绘制中无法绘制被其他不透明物体遮挡住的用户感兴趣物体的问题。

图1是一个典型的三维场景，其中体数据101是人体颈部CT扫描数据示意图，图中列出了两种主要组织——颈椎102和颈动脉103，射线104是从视点106处发出的一条视线，在平行投影方式中它垂直于投影平面105(平行投影体绘制视点的位置在无限远处)，穿过三维体数据。在光线投影体绘制算法中投影平面105的一个像素对应与一条平行于视线方向的光线，一组光线从投影平面发出进入三维体数据内部进行重采样并通过合成函数生成投影平面上相应的像素点颜色值，所有视线完成合成之后便构成一幅完整的体绘制结果。在传统的体绘制过程中光线首先碰到颈椎，由于颈椎的灰度值远大于颈动脉，具有较高的不透明度值，同时在合成函数中后面的采样点对结果的贡献越来越小，最终结果中将看不到被颈椎遮挡的动脉部分。由于投影面位于体数据的外部，光线无法避开颈椎而直接到达颈动脉。本发明提出了一种透过高灰度值的颈椎而直接绘制被其挡住的部分颈动脉的方案。

图2是图1所示空间中平行于视线方向与体数据相交的切面201。此切面201与投影面相交于一条线段206，它是切面201在投影面内的沿着视线方向的投影。像素点207位于交线206上，从像素点207发出的一条光线205在切面201上。切面201显示的是颈椎202和颈动脉203在其上的剖面信息。光线205首先到达颈椎202，在从前往后的合成过程中，由于位于光线前部的采样点在体绘制合成函数中具有更大的权值，且颈椎202具有更大的不透明度，在绘制结果中颈椎202会遮挡住其后面的颈动脉。曲线204是切面201内的一条理想的曲线，它可以将颈椎202和颈动脉203分割开来分布在曲线的两侧。这样，曲线204同时把光线205也被截断为两部分：在曲线204左面的部分穿过颈椎，在曲线204右面的部分穿过颈动脉，这样我们可以为光线上的两段采样点设置不同的传递函数和采取灵活的合成方式，如直接将穿过颈椎202部分的采样点从合成函数中删除，可以透过颈椎202而直接显示颈动脉203。

图3描述了如何在切面301内找到正确的分割曲线304。投影平面内与切面301所在的正交平面相交于直线306，在交线306内部选择一段线段308，称为“焦点线段”，以焦点线段308为宽以视线为高组成了一个新的物体选择面310。在物体选择面310内部提供一个控制点309，它用来定位并选择用户感兴趣的物体，这里称为“物体选择点”，以物体选择点309对应的体素点为基础在物体选择面310内部自动生成一条曲线304，这条曲线304在物体选择面内部可以将颈椎302和颈动脉303分割出来，称为“分割曲线”。分割曲线304将从焦点线段308上的像素点307发出的光线305分成两段，由此可以为它们设定不同的传递函数，以绘制被颈椎遮挡住的部分颈动脉。

图4是在图3的基础上在三维空间中的扩展，在投影平面406的体绘制窗口中选择一子窗口407，称为“焦点窗口”。以焦点窗口407为底，以视线为高定义一个三维空间，三维空间位于体数据内的部分称为焦点空间404。物体选择面405位于焦点空间404内部且平行于视线方向，与焦点窗口407相交于一条线段408，称为“控制线”，可以通过控制控制线408的位置(和角度)来调整物体选择面405在体数据中的位置(和角度)，从而可以在体数据中快速定位感兴趣物体。当用户在物体选择面405内选择了位于颈椎402与颈动脉403之间或者颈动脉403边缘上的一点(物体选择点)时，系统自动以此点为基础在焦点空间404内部生成一个分割曲面，此曲面可以将颈椎与颈动脉分割开来。

图5描述了焦点空间501中位于颈椎502与颈动脉503之间的一个分割曲面505，物体选择点504位于分割曲面505上。从投影面506上的焦点窗口507中的像素点508发射的一条光线509与分割曲面505相交与体素点510，在此光线上的体绘制过程将以体素点510为分界点。分割曲面505是以用户选择的物体选择点504为基础在焦点空间内通过局部分割方法生成的，例如，以物体选择点为种子点，在焦点空间内按照一定的条件和方向进行生长。区域生长是一种基本的图像分割方法，它是根据预先定义的生长准则来把像素或者区域集合成交大区域的处理方法。基本处理方法是从一组“种子点”开始来形成生长区域，将那些类似于种子的邻域像素附加到种子上，通过不断的迭代，最终把属性相同的区域分割出来。在本发明中，所述属性可以是物体选择点的灰度值、物体选择点的颜色值、或者物体选择点的梯度值和梯度方向。在图5所示的三维数据中，颈椎502与颈动脉503之间的空间是背景区域，背景区域的体素点和颈椎、颈动脉的体素点可以用固定的阈值T区分开，物体选择点504也在背景区域内部，这时的生长条件也即相似性准则可以设为与种子点相邻的体素点的值是否在背景体素值的范围内，生长的方向是保证已生成的曲面在焦点窗口507内的投影成单调增长，这是要保证分割曲面505与从焦点窗口507内发出的每个光线只有一个交点。对于其他更复杂的情况，比如颈椎与颈动脉之间特定部位不存在背景点，则不能用一个简单的阈值来作为生长条件，这就要设计更加有效的生长条件以准确的生成分割曲面505。

图6显示了运用此方法获得的结果，在体绘制主窗口603中被颈椎601遮挡住的部分颈动脉602显示在焦点窗口604中。

图7描述了使用分割曲面705的另一个方法。投影平面内与切面701所在的正交平面相交于直线706，在交线706内部选择焦点线段708，以焦点线段708为宽以视线为高组成了一个新的物体选择面714。在根据物体选择点704确定了分割曲面705以后，视线的方向可以有两个选择，一个如前所述的沿着原始视线709的方向向前采样，这样可以绘制颈动脉703的前部场景，另一个选择是沿着原始视线709相反的方向710进行采样，绘制的结果就是颈椎702的背部场景，这样的效果就等同于将视点的位置旋转180度，同时跳过颈动脉703的绘制结果(交线706和像素点707被分别旋转至交线711和像素点712，视线方向被旋转至713)。这样做可以提高放射科医生的工作效率。

图8描述了一个更复杂的三维场景，切面801中有三种组织：颈椎802、颈动脉803、颈内静脉804，其中颈动脉803右侧部分区域被颈内静脉804所遮挡。用户可以通过选择所要绘制物体边缘区域附近的体素点作为起点，来生成对应的分割曲面，如图8中的体素点806在颈动脉803与颈内静脉804的中间位置，从这个体素点806生成的分割曲面805在物体选择面807内部把颈动脉803和颈内静脉804分离出来，以分割曲面与视线的交点为起点，沿着视线的方向进行采样并合成，这样绘制的就是颈内静脉804的前面部分，而沿着视线的反方向采样并合成，绘制结果就是颈动脉803的背面部位。

图9是系统的用户操作界面，其中系统的主窗口901是三维数据绘制的投影平面；标记903是焦点窗口选择按钮，图9中提供了两种焦点窗口选择：长方形和圆形。用户选择某个类型并将其拖入主窗口901中，如图9中所示的长方形焦点窗口905，用户可以在主窗口901中修改焦点窗口905的长宽属性，同时也可以拖动它以选择不同的区域。标记904是焦点线段的控制区域，焦点线段是中心点位于焦点窗口，长度限制在焦点窗口内的一条线段，用户可以通过焦点线段的控制区域904来修改焦点线段的角度。标记902是与视线平行、与主投影面正交的切面，它的位置由焦点线段来控制，它与主投影面的交线与焦点线段相重合，它是用来显示在视线方向上的二维剖面信息，这样可以给用户提供一个深度信息，其中用户系统提供了一个控制点906用来定位用户感兴趣的物体，它的初始位置是在切面902的左侧。用户可以拖动控制点906使其移动到用户感兴趣物体的边缘位置，系统将自动检测此控制点906的位置，当控制点906的位置固定后，系统以此位置为基础，在焦点空间内部生成分割曲面，此曲面可以控制体绘制过程中采样点的开始位置，从而得到主窗口901中焦点窗口905的绘制结果：透过颈椎看到颈动脉的正面。

焦点窗口905的大小可以由用户自由选择，三维数据中的物体的形状以及分布通常都比较复杂，焦点窗口大小的自由调整给用户提供了更为灵活可控的显示方式。

图10描述了另一个简单常见的三维场景，一个封闭的长方体的盒子1002中装了一个球形的物体1003，切面1001是如前所述的平行于视线方向的切面。物体选择面1006是在切面1001内限制在焦点空间内的区域，通过前述的方法，在物体选择面1006内部位于球体1003与长方体1002之间的位置处选择了控制点1004，并生成一个曲面1005将球体1003与方体1002分割开，最终在焦点窗口内显示的将是一个完整的球体。

如图11所示，如果调整焦点窗口的大小，使切面1101内的物体选择面1106同时覆盖长方体1102和球体1103，那么通过控制的1104的分割曲面1105将穿透长方体1102，这时候在焦点窗口内显示的内容不仅包含了球体1103的部分，还包含了被分割曲面所覆盖的长方体1102的部分区域，而这部分的内容是由曲面生成的方法来决定的，不同的方法会产生不同的结果，它的信息往往是没有实际的意义，只是在焦点窗口内提供了球体与方体的相对位置信息。如果用户继续放大焦点窗口，这种无意义的信息所占的比重就会随之增加，这样就会影响用户对所感兴趣物体的观察。所以，需要根据所要观察的物体大小以及其周边物体的分布情况来定的确定合适的窗口大小，用户需要不断地调整窗口大小。

图12是系统的操作流程图。

首先，在步骤S1201，获取三维数据，如规则的三维CT断层扫描数据等；

然后，在步骤S1202，用传统的体绘制算法(如光线投影算法)在二维屏幕上从选定的视点对三维数据进行绘制，结果保存在二维显示屏的帧缓存中并显示在用户操作界面的主窗口内；

在步骤S1203，用户在操作界面内选择一种焦点窗口，并将其拖入主窗口内；

随后，在步骤S1204，系统将自动生成一个垂直于焦点窗口的切面并将其显示在物体选择窗口内；

在步骤S1205，用户在物体选择窗口内可以看到沿着视线方向上的三维数据，这样就可以选择在此方向上所感兴趣的物体。物体选择窗口内有一个控制点用于选择感兴趣物体，用户可以在物体选择窗口内移动控制点到感兴趣物体的边缘；

在步骤S1206，系统以此控制点为基础自动生成一个曲面将感兴趣物体与其临近物体分割开。生成的分割曲面将从焦点窗口内像素点发出的光线分割成两部分，一部分穿过挡在感兴趣物体前面的物体，另一部分则直接照射在感兴趣物体表面上；

在步骤S1207，系统可以单独对第二部分光线进行采样与合成以直接显示感兴趣物体，也可以为两段光线设计不同的传递函数使挡在感兴趣物体前面的部分区域变成半透明效果；

在步骤S1208，用户可以继续移动控制点，以选择其他的物体；

在步骤S1209，用户也可以调整焦点窗口的位置和大小来定位感兴趣物体，同时还可以通过控制焦点窗口内物体选择面的投影线段来调整物体选择面的空间投影位置，物体选择窗口的内容会随着物体选择面在体数据中的位置而不断进行更新。

图13是本系统的硬件结构图。计算机1302是一个通用计算机，主要包含处理器单元1303、内存单元1304和数据存储器单元1305。用户输入设备1301与显示单元1306(显示单元)一起实现用户与计算机1302之间的交互任务。处理器1303与内存设备1304根据用户交互，完成用户所需的对数据的处理。

图14是本系统的更为具体的硬件结构图。

数据获取单元1401用于获取三维数据，如规则的三维CT断层扫描数据等。主窗口绘制单元1402(第二二维图像生成单元)完成从某个视点对三维数据的绘制工作。三维数据交互单元1403可以允许用户选择一个特定的视点观察三维物体。焦点窗口选择与调整单元1404允许用户选择不同形状的焦点窗口，调整其大小和在主窗口中的位置。物体选择面生成与更新单元1407(第三二维图像生成单元)根据焦点窗口的位置和形状更新所显示内容。感兴趣物体选择单元1408(控制点指定单元)提供了在物体选择面内选择感兴趣物体的功能。分割面生成单元1409(分割曲面生成单元)根据用户选在物体选择控制点的位置自动生成一个分割曲面。传递函数生成单元1410根据单元1409生成的分割曲面将从焦点窗口内的发出的光线分割成两段并设置不同的传递函数，也即是对光线穿过的三维数据体素点设置颜色和不透明度值。焦点窗口绘制单元1405(第一二维图像生成单元)利用合成函数生成单元1411生成的合成函数在焦点空间的三维数据进行绘制，结果显示在焦点窗口内。

在以上的描述中，针对各个步骤，列举了多个实例，虽然发明人尽可能地标示出彼此关联的实例，但这并不意味着这些实例必然按照相应的标号存在对应关系。只要所选择的实例所给定的条件间不存在矛盾，可以在不同的步骤中，选择标号并不对应的实例来构成相应的技术方案，这样的技术方案也应视为被包含在本发明的范围内。

应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本发明的技术方案，但并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和单元结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本发明的总体发明思想所必需的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体示例的限制。

这里所公开的本发明实施例的其他设置包括执行在先概述并随后详述的方法实施例的步骤和操作的软件程序。更具体地，计算机程序产品是如下的一种实施例：具有计算机可读介质，计算机可读介质上编码有计算机程序逻辑，当在计算设备上执行时，计算机程序逻辑提供相关的操作，从而提供上述单向代理转密方案。当在计算系统的至少一个处理器上执行时，计算机程序逻辑使得处理器执行本发明实施例所述的操作(方法)。本发明的这种设置典型地提供为设置或编码在例如光介质(例如CD-ROM)、软盘或硬盘等的计算机可读介质上的软件、代码和/或其他数据结构、或者诸如一个或多个ROM或RAM或PROM芯片上的固件或微代码的其他介质、或专用集成电路(ASIC)、或一个或多个模块中的可下载的软件图像、共享数据库等。软件或固件或这种配置可安装在计算设备上，以使得计算设备中的一个或多个处理器执行本发明实施例所述的技术。结合诸如一组数据通信设备或其他实体中的计算设备进行操作的软件过程也可以提供根据本发明的系统。根据本发明的系统也可以分布在多个数据通信设备上的多个软件过程、或者在一组小型专用计算机上运行的所有软件过程、或者单个计算机上运行的所有软件过程之间。

应该理解，严格地讲，本发明的实施例可以实现为数据通信设备上的软件程序、软件和硬件、或者单独的软件和/或单独的电路。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (16)

1.一种图像处理装置，包括：

分割曲面生成单元，用于根据三维图像数据，生成通过指定控制点且与第一预定方向相交的分割曲面；

第一二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据在所述分割曲面上的投影，生成第一二维图像；以及

显示单元，用于显示由第一二维图像生成单元所生成的所述第一二维图像。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于

所述分割曲面生成单元所生成的分割曲面大体上垂直于所述第一预定方向。

3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于

所述第一二维图像生成单元根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

4.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于

所述第一二维图像生成单元根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向的反方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

5.根据权利要求1～4之一所述的图像处理装置，还包括：

第二二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在投影平面上的投影，生成第二二维图像；

第三二维图像生成单元，用于根据所述三维图像数据沿与所述第一预定方向垂直的方向上的投影，生成第三二维图像；以及

控制点指定单元，用于在所述第三二维图像中指定所述指定控制点，

其中所述显示单元还用于显示所述第二二维图像和所述第三二维图像，并且所述显示单元以窗口的形式在所述第二二维图像的对应位置处显示所述第一二维图像，覆盖所述第二二维图像的对应部分。

6.根据权利要求1～5之一所述的图像处理装置，其特征在于

所述分割曲面生成单元根据所述指定控制点的属性，将与所述指定控制点具有相同属性的各个点生成为所述分割曲面。

7.根据权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于

所述属性是从以下属性组成的组中选择的至少一个属性：所述指定控制点的灰度值、所述指定控制点的颜色值、所述指定控制点的梯度值和梯度方向。

8.根据权利要求6或7所述的图像处理装置，其特征在于

所述分割曲面生成单元以所述指定控制点为种子，通过局部分割方法，生成所述分割曲面。

9.一种图像处理方法，包括：

根据三维图像数据，生成通过指定控制点且与第一预定方向相交的分割曲面；以及

根据所述三维图像数据在所述分割曲面上的投影，生成第一二维图像。

10.根据权利要求9所述的图像处理方法，其特征在于

所述分割曲面大体上垂直于所述第一预定方向。

11.根据权利要求9或10所述的图像处理方法，其特征在于

根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

12.根据权利要求9或10所述的图像处理方法，其特征在于

根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向的反方向在所述分割曲面上的投影，生成所述第一二维图像。

13.根据权利要求9～12之一所述的图像处理方法，还包括：

根据所述三维图像数据沿所述第一预定方向在投影平面上的投影，生成第二二维图像；

根据所述三维图像数据沿与所述第一预定方向垂直的方向上的投影，生成第三二维图像，其中所述指定控制点是在所述第三二维图像中指定的；以及

将所述第一二维图像以窗口的形式显示在所述第二二维图像的对应位置处，覆盖所述第二二维图像的对应部分。

14.根据权利要求9～13之一所述的图像处理方法，其特征在于

所述分割曲面上的各个点具有与所述指定控制点相同的属性。

15.根据权利要求14所述的图像处理方法，其特征在于

所述属性是从以下属性组成的组中选择的至少一个属性：所述指定控制点的灰度值、所述指定控制点的颜色值、所述指定控制点的梯度值和梯度方向。

16.根据权利要求14或15所述的图像处理方法，其特征在于

所述分割曲面是以所述指定控制点为种子、通过局部分割方法生成的。

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