CN112288888A - 一种三维ct图像中目标物的标注方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维CT图像中目标物的标注方法及装置。该方法包括：根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色；根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色；当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1；若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。该方法可以充分利用图形硬件的并行能力，无需进行预处理、前期识别及深度测试，实现以最小的算法复杂度和时间开销完成目标物标注处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维CT图像中目标物的标注方法，同时也涉及相应的三维CT图像中目标物的标注装置。
背景技术
CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)技术由于其在物质探测方面的巨大优势，在医疗、工业、军事、地质等行业得到了广泛应用。随着国内外机场对安检精度要求的不断提高，CT安检设备正在逐步替代传统的透视安检设备，三维CT图像也正在逐步替代二维透视图像，成为安检员判图的主要依据。因此，在三维CT图像中，快速准确的目标物标注方法尤为重要。
在传统的透视安检设备进行安检时采集的二维透视图像中，目标物区域多由安检员框选的二维屏幕坐标来确定，而三维CT图像提供了包裹物品的三维表达，简单的鼠标框选无法提供深度信息，需要引入辅助手段来解决精确定位的问题。
现有的目标物标注方法主要通过在图像中进行一次框选或两次框选，实现对目标物的标注。采用一次框选标注目标物多依赖于数据预处理，通过提前对包裹物品进行识别分类，在框选后识别出安检员希望标记的物品。这种方法虽然只需要一次操作，但是准确性和精度依赖于前期数据识别，无法保证目标物的标注精度，同时预处理操作也不可避免的增加了时间开销，从而影响了包裹的检查效率。现有的两次框选标注目标物的方法，一是对两次视角的预定角度设置为45度到135度，限制了安检员的操作范围、增加了操作难度；二是，在渲染过程中进行的深度测试和检索，计算开销大且不易实现；三是，该方法没有给出具体的交互提示方法，缺乏交互的友好型设计。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种三维CT图像中目标物的标注方法。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种三维CT图像中目标物的标注装置。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种三维CT图像中目标物的标注方法，包括如下步骤：
步骤S1、根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色；
步骤S2、根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色；
步骤S3、当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1；
步骤S4、若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
其中较优地，步骤S1包括如下子步骤：
步骤S11、获得某一时刻被检物品的三维CT断层数据，并采用光线投射算法绘制出相应的三维CT图像；
步骤S12、接收安检员从三维CT图像中框选的至少一个初始目标物待定区域后，利用三维CT图像刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所述初始目标物待定区域有贡献的待定点，以构成第一目标物待定区域，标注为浅颜色。
其中较优地，针对每一个所述初始目标物待定区域，在三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个初始目标物待定区域的点划作待定点，所有的待定点组成所述第一目标物待定区域。
其中较优地，步骤S2中，接收安检员将三维CT图像旋转某一角度后再次框选待定区域作为细化待定区域，利用旋转后的三维CT图像的刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所述细化目标物待定区域有贡献的待定点，以组成第二目标物待定区域，标注为浅颜色。
其中较优地，针对每一个所述细化目标物待定区域，在旋转后的三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个细化目标物待定区域的所有点组成所述第二目标物待定区域。
其中较优地，当根据从首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，所述第二目标物待定区域与第一目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域；
当根据从非首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，该第二目标物待定区域与当前所有浅颜色的目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域。
其中较优地，当前所有浅颜色的目标物待定区域包括第一目标物待定区域，以及位于本次所确定的第二目标物待定区域之前所有未确定出目标物嫌疑区域的第一目标物待定区域与第二目标物待定区域。
其中较优地，当接收到目标物标注未完成的指令时，若当前所有浅颜色的目标物待定区域未能确认出满足要求的目标物嫌疑区域，则重新执行步骤S1，否则继续执行步骤S2。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种三维CT图像中目标物的标注装置，包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序或指令，用于执行以下操作：
根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色；
根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色；
当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1；
若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
本发明所提供的三维CT图像中目标物的标注方法及装置利用光线投射算法对三维CT图像进行刷新重绘操作的过程确定目标物嫌疑区域，使得该方法可以充分利用图形硬件的并行能力，无需进行预处理、前期识别及深度测试，实现以最小的算法复杂度和时间开销完成目标物标注处理。另外，该方法不限制确定目标物待定区域时的三维CT图像的旋转角度及次数，并借助浅颜色、深颜色的递进颜色使安检员可以清晰的识别出目标物待定区域和嫌疑区域，使整个标注过程更加友好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法中，三维成像算法的示意图；
图3为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法中，透视投影原理的示意图
图4为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法中，针对所选初始和细化目标物待定区域确定目标物待定区域的示意图；
图5为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法中，标注的深颜色目标物嫌疑区域的实现过程示意图；
图6为采用本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注方法实现对目标物标注的效果示意图；
图7为本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
为了以最小的算法复杂度和时间开销完成在三维CT图像中快速准确的标注目标物，并保证目标物的整个标注过程更加友好，如图1所示，本发明实施例提供了一种三维CT图像中目标物的标注方法，包括如下步骤：
步骤S1、根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色。
该步骤包括如下子步骤：
步骤S11、获得某一时刻被检物品的三维CT断层数据，并采用光线投射算法绘制出相应的三维CT图像。
在安检现场，采用CT安检设备采集待检测人员所携带的物品时，通过探测透射被检物品的X射线，获得模拟信号，并且将模拟信号转换成数字信号，从而向数据处理装置输出三维CT断层数据。数据处理装置根据接收的某一时刻被检物品的三维CT断层数据，利用图像空间体绘制技术中的光线投射算法绘制出相应的三维CT图像。其中，数据处理装置可以采用台式计算机、笔记本等设备。
以数据处理装置采用台式计算机为例，当该计算机接收到CT安检设备输出的三维CT断层数据时，根据图像空间体绘制技术的成像原理，如图2所示，从计算机屏幕上每一个像素点出发，沿着视线方向发射出一条射线，当这条射线与三维CT断层数据相交，在相交部分进行等间距采样，利用插值计算出采样点的颜色值和不透明度；接着按照从前到后或从后到前的顺序对射线上的采样点进行合成，计算出这条射线对应的二维屏幕上像素点的颜色值，从而得到屏幕最终呈现的三维CT图像的颜色。
其中，三维CT图像每秒进行若干次的刷新重绘操作来适应安检员的各种操作，一般三维CT图像每秒进行30次、60次或者更高次的刷新重绘操作；每次刷新重绘操作都根据当前的空间位置，将三维CT断层数据经过一系列的坐标转换最终映射到相应的屏幕像素。
步骤S12、接收安检员从三维CT图像中框选的至少一个初始目标物待定区域后，利用三维CT图像刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所选初始目标物待定区域有贡献的待定点，以组成第一目标物待定区域，标注为浅颜色。
从屏幕上每一个像素点发出射线的过程与投影方式有关，本发明采用透视投影，如图3所示，透视投影是最符合人眼观察原理的投影方式，将人眼能够观察到的区域定义为一个视锥体，近平面和远平面之间的范围为可视范围，在本发明中，可以把近平面理解为二维屏幕。
屏幕上显示的被检物品的三维CT图像包括有多个不同颜色的区域，不同的颜色代表不同物品的类别。在安检设备中，通常以蓝色代表无机物，比如刀具金属之类的；橙色代表有机物，如瓜果，干果，奶制品、禽畜产品等；绿色代表混合物；黑色是穿不透的物体出现的色彩，多为重金属和厚的物体。
安检员根据现有公知的目标物判别标准，在屏幕上显示的被检物品的三维CT图像中框选至少一个初始目标物待定区域。例如，安检员可以使用鼠标在屏幕上显示的被检物品的三维CT图像中框选蓝色区域作为初始目标物待定区域。其中，本发明中所提到的目标物一般为危害公共安全的危险品。
如图4所示，数据处理装置接收安检员从三维CT图像中框选的至少一个初始目标物待定区域，以便于三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个初始目标物待定区域的点划作待定点，即筛选出对初始目标物待定区域有贡献的待定点，所有的待定点组成了第一目标物待定区域。为了使安检员可以清晰的识别出第一目标物待定区域，通过数据处理装置可以将第一目标物待定区域自动标注为浅颜色，例如可以将第一目标物待定区域标注为常用的浅粉色。
如果第一目标物待定区域的确定根据初始目标物待定区域反向推算，则需要将坐标转换逆向计算一遍，使得时间开销和算法复杂度都比较大，而本发明采用三维CT图像的刷新重绘操作确定出第一目标物待定区域，正由于三维CT图像的刷新重绘操作可以利用图形硬件并发处理，大大降低了时间开销和算法复杂度。
步骤S2、根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色。
安检员根据具体包裹情况和观察习惯，将屏幕上显示的被检物品的三维CT图像旋转任意角度，从旋转后的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，利用旋转后的三维CT图像刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所选细化目标物待定区域有贡献的待定点，以组成第二目标物待定区域，标注为浅颜色。
同样，安检员根据现有公知的目标物判别标准，在屏幕上显示的被旋转后的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域。
数据处理装置接收安检员从旋转后的三维CT图像中再次框选待定区域作为的细化待定区域，以便于旋转后的三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个细化目标物待定区域的点划作待定点，即筛选出对细化目标物待定区域有贡献的待定点，所有的待定点组成了第二目标物待定区域。为了使安检员可以清晰的识别出第二目标物待定区域，通过数据处理装置可以将第二目标物待定区域自动标注为浅颜色，例如也可以将第二目标物待定区域标注为常用的浅粉色。
采用旋转后的三维CT图像的刷新重绘操作确定出第二目标物待定区域，同样由于三维CT图像的刷新重绘操作可以利用图形硬件并发处理，大大降低了时间开销和算法复杂度。
在确定出目标物嫌疑区域时，分为两种情况。一种情况为：当根据从首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，确定出的第二目标物待定区域与第一目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域，即目标物的大致位置，也可以理解为目标物的包围盒。另一种情况为：当根据从非首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，该第二目标物待定区域与当前所有浅颜色的目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域。其中，当前所有浅颜色的目标物待定区域不仅包括第一目标物待定区域，还包括位于本次所确定的第二目标物待定区域之前所有未确定出目标物嫌疑区域的第一目标物待定区域与第二目标物待定区域。
如图5所示，为了使安检员可以清晰的识别出目标物嫌疑区域，通过数据处理装置可以将目标物嫌疑区域自动标注为深颜色，例如可以将目标物嫌疑区域标注为常用的深红色。
步骤S3、若接收到目标物标注未完成的指令，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1。
当接收到目标物标注未完成的指令时，可以继续执行步骤S2，从而确定出目标物嫌疑区域。若当前所有浅颜色的目标物待定区域未能确认出满足要求的目标物嫌疑区域，即当前所有浅颜色的目标物待定区域中均没有目标物，则重新执行步骤S1。即根据所要确定的目标物重新确定出第一目标物待定区域，该第一目标物待定区域不与当前所有浅颜色的目标物待定区域相交，通过步骤S2确定目标物嫌疑区域。
不难发现，本发明所提供的三维CT图像中目标物的标注方法不限制每次确定第二目标物待定区域时的三维CT图像的旋转角度，同样也不限制确定目标物待定区域的次数。
步骤S4、若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
若接收到安检员确定的目标物标注已完成的指令，则将屏幕上最终呈现的三维CT图像中所有的浅颜色目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，使得屏幕上最终呈现的三维CT图像仅呈现出深颜色的目标物嫌疑区域，如图6中所标注的深颜色目标物嫌疑区域。
当完成本次目标物嫌疑区域标注后，安检员可以根据实际应用环境及危险品的颜色和形状，通过鼠标右键或其他操作方式标注目标物嫌疑区域可能的危险品类型。数据处理装置将接收的安检员对目标物嫌疑区域标注的危险品类型以及目标物嫌疑区域的空间位置进行保存，以便于后续根据所标注的目标物嫌疑区域的危险品类型，确定是否进行开包查验。
此外，如图7所示，本发明实施例还提供一种三维CT图像中目标物的标注装置，包括处理器32和存储器31，还可以根据实际需要进一步包括通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器32连接。前已述及，存储器31可以是静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等；处理器32可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用现有智能手机中的通用部件实现，在此就不具体说明了。
另外，本发明实施例提供的三维CT图像中目标物的标注装置，包括处理器32和存储器31，处理器32读取所述存储器31中的计算机程序或指令，用于执行以下操作：
根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色。
根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色。
当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1。
若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
本发明所提供的三维CT图像中目标物的标注方法及装置利用光线投射算法对三维CT图像进行刷新重绘操作的过程确定目标物嫌疑区域，使得该方法可以充分利用图形硬件的并行能力，无需进行预处理、前期识别及深度测试，实现以最小的算法复杂度和时间开销完成目标物标注处理。另外，该方法不限制确定目标物待定区域时的三维CT图像的旋转角度及次数，并借助浅颜色、深颜色的递进颜色使安检员可以清晰的识别出目标物待定区域和嫌疑区域，使整个标注过程更加友好。
以上对本发明所提供的三维CT图像中目标物的标注方法及装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。
Claims (9)
1.一种三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1、根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色；
步骤S2、根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色；
步骤S3、当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1；
步骤S4、若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
2.如权利要求1所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于步骤S1包括如下子步骤：
步骤S11、获得某一时刻被检物品的三维CT断层数据，并采用光线投射算法绘制出相应的三维CT图像；
步骤S12、接收安检员从三维CT图像中框选的至少一个初始目标物待定区域后，利用三维CT图像的刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所述初始目标物待定区域有贡献的待定点，以构成第一目标物待定区域，标注为浅颜色。
3.如权利要求2所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于：
针对每一个所述初始目标物待定区域，在三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个初始目标物待定区域的点划作待定点，所有的待定点组成所述第一目标物待定区域。
4.如权利要求1所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于步骤S2中，
接收安检员将三维CT图像旋转某一角度后从中再次框选待定区域作为的细化待定区域，利用旋转后的三维CT图像的刷新重绘时的坐标转换计算，确定出对所述细化目标物待定区域有贡献的待定点，以组成第二目标物待定区域，标注为浅颜色。
5.如权利要求4所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于：
针对每一个所述细化目标物待定区域，在旋转后的三维CT图像进行下一次刷新重绘操作时，根据坐标转换结果对三维CT断层数据进行分类，并将落在每一个细化目标物待定区域的所有点组成所述第二目标物待定区域。
6.如权利要求5所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于：
当根据从首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，所述第二目标物待定区域与第一目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域；
当根据从非首次旋转某一角度的三维CT图像中再次框选待定区域作为细化待定区域，确定出第二目标物待定区域时，该第二目标物待定区域与当前所有浅颜色的目标物待定区域相交的部分为目标物嫌疑区域。
7.如权利要求1所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于：
当前所有浅颜色的目标物待定区域包括第一目标物待定区域，以及位于本次所确定的第二目标物待定区域之前所有未确定出目标物嫌疑区域的第一目标物待定区域与第二目标物待定区域。
8.如权利要求1所述的三维CT图像中目标物的标注方法，其特征在于：
当接收到目标物标注未完成的指令时，若当前所有浅颜色的目标物待定区域未能确认出满足要求的目标物嫌疑区域，则重新执行步骤S1，否则继续执行步骤S2。
9.一种三维CT图像中目标物的标注装置，其特征在于包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序或指令，用于执行以下操作：
根据被检物品的三维CT断层数据绘制出的三维CT图像，确定出第一目标物待定区域，标注为浅颜色；
根据旋转某一角度的三维CT图像及当前所有浅颜色的目标物待定区域，确定出目标物嫌疑区域，标注为深颜色；
当接收到目标物标注未完成的指令时，则确定继续执行步骤S2，还是重新执行步骤S1；
若接收到目标物标注已完成的指令，则将图像中最终呈现的浅颜色的目标物待定区域恢复为原来的特征颜色，并保存目标物嫌疑区域的相关信息。
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