CN113362386A - 确定x射线摄影系统的照射区域的方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式公开了一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法、装置和存储介质。方法包括：展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像；确定所述二维图像中的选中区域；基于所述可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域。本发明实施方式不依赖于用户的个人经验，基于二维图像上的选中区域即可以自动精准确定X射线照射区域。另外，还可以将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置，实现精确的X射线摄影。本发明实施方式尤其适用于长骨检查。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法、装置和存储介质。
背景技术
X射线是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁辐射。X射线具有穿透性，对不同密度的物质有不同的穿透能力。在医学上一般用X射线投射人体器官及骨骼以形成医学图像。直接数字化放射摄影(Digital Radiology，DR)技术具有成像速度快、操作便捷和成像分辨率高的特点，成为X射线摄影的主导方向。
X射线摄影系统通常包括X射线发生组件、胸片架(Bucky-wall-stand，BWS)组件、检查床(table)组件、平板探测器和位于远程的控制主机，等等。X射线发生组件利用高压发生器提供的高压发出透过照射目标的X射线，并在平板探测器上形成照射目标的医学图像信息。平板探测器将医学图像信息发送到控制主机。照射目标可以站立在胸片架组件附近或躺在检查床组件上，从而分别接受头颅、胸部、腹部以及关节等各部位的X射线摄影。
在现有技术中，在很多场景(比如，长骨检查(Ortho Examination))时，需要用户基于个人经验估计X射线照射区域(比如，确定照射区域的上下边界)，再移动X射线发生组件以使X射线覆盖照射区域。
然而，这种确定照射区域的方式严重依赖于用户的个人经验，既麻烦又费时。而且，X射线发生组件发射出的X射线难以准确覆盖照射区域。
发明内容
本发明实施方式提出一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法、装置和存储介质。
本发明实施方式的技术方案如下：
一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法，包括：
展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像；
确定所述二维图像中的选中区域；
基于所述可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域。
可见，本发明实施方式不依赖于用户的个人经验，基于二维图像上的选中区域即可以精准确定X射线照射区域，显著降低了人工工作量，并提高了照射区域的精度。
在一个实施方式中，所述基于可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域包括：
在所述二维图像所在平面中建立二维坐标系；
确定所述选中区域的顶点在所述二维坐标系中的二维坐标；
基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标；
基于所述真实三维空间中的三维坐标确定所述X射线照射区域。
因此，本发明实施方式基于坐标转换确定X射线照射区域，实施过程简单，计算量小。
在一个实施方式中，所述二维坐标为：在以所述二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维坐标系中的(xim,yim)；
所述基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标系中的坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标包括：
确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离；
为齐次坐标转换符号。
可见，本发明实施方式可以将基于距离的二维坐标系中的任意点转换到真实三维空间中，而且充分考虑胸片架模式与检查床模式的差异，分别实现了各自的简便坐标转换过程。
在一个实施方式中，所述二维坐标为：在以所述二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维坐标系中的(uim,vim)；
所述基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标系中的坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标包括：
确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；dx为所述横坐标轴的像素尺寸；dy为所述纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为所述原点的坐标值；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离。
可见，本发明实施方式可以将基于像素偏移的二维坐标系中的任意点转换到真实三维空间中，而且充分考虑胸片架模式与检查床模式的差异，分别实现了各自的简便坐标转换过程。
在一个实施方式中，该方法还包括：
将所述X射线发生组件移动到对应于所述X射线照射区域的位置；
激励所述X射线发生组件发出透过所述X射线照射目标的X射线。
因此，本发明实施方式还可以将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置，实现精确的X射线摄影。
一种确定X射线摄影系统的照射区域的装置，包括：
展示模块，用于展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像；
第一确定模块，用于确定所述二维图像中的选中区域；
第二确定模块，用于基于所述可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域。
可见，本发明实施方式不依赖于用户的个人经验，基于二维图像上的选中区域即可以精准确定X射线照射区域，显著降低了人工工作量，并提高了照射区域的精度。
在一个实施方式中，所述第二确定模块，用于在所述二维图像所在平面中建立二维坐标系；确定所述选中区域的顶点在所述二维坐标系中的二维坐标；基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标；基于所述真实三维空间中的三维坐标确定所述X射线照射区域。
因此，本发明实施方式基于坐标转换确定X射线照射区域，实施过程简单，计算量小。
在一个实施方式中，所述二维坐标为：在以所述二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维坐标系中的(xim,yim)；
所述第二确定模块，用于确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离；
为齐次坐标转换符号。
可见，本发明实施方式可以将基于距离的二维坐标系中的任意点转换到真实三维空间中，而且充分考虑胸片架模式与检查床模式的差异，分别实现了各自的简便坐标转换过程。
在一个实施方式中，所述二维坐标为：在以所述二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维坐标系中的(uim,vim)；
所述第二确定模块，用于确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；dx为所述横坐标轴的像素尺寸；dy为所述纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为所述原点的坐标值；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离。
可见，本发明实施方式可以将基于像素偏移的二维坐标系中的任意点转换到真实三维空间中，而且充分考虑胸片架模式与检查床模式的差异，分别实现了各自的简便坐标转换过程。
在一个实施方式中，还包括：
移动模块，用于将所述X射线发生组件移动到对应于所述X射线照射区域的位置；
激励模块，用于激励所述X射线发生组件发出透过X射线照射目标的X射线。
因此，本发明实施方式还可以将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置，实现精确的X射线摄影。
一种X射线摄影系统的控制装置，包括处理器和存储器；
所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行如上任一种所述的确定X射线摄影系统的照射区域的方法。
因此，本发明实施方式还提出了一种处理器-存储器架构的X射线摄影系统的控制装置。
一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如上任一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法。
因此，本发明实施方式还提出了一种包含用于执行确定X射线摄影系统的照射区域的方法的计算机可读指令的计算机可读存储介质。
附图说明
图1为根据本发明实施方式的确定X射线摄影系统的照射区域的方法的流程图。
图2为根据本发明实施方式的坐标系的示范性示意图。
图3为根据本发明实施方式的X射线发生组件坐标系与可见光图像采集元件坐标系的示范性示意图。
图4为根据本发明实施方式展示二维图像的示范性示意图。
图5为根据本发明实施方式的三维坐标系与二维坐标系的示范性转换示意图。
图6为根据本发明实施方式的二维图像坐标系与二维像素坐标系的示范性示意图。
图7为根据本发明实施方式的选中区域与X射线照射区域的示范性示意图。
图8为根据本发明实施方式的确定X射线摄影系统的照射区域的装置的结构图。
图9为根据本发明实施方式具有存储器-处理器架构的X射线摄影系统的控制装置的示范性结构图。
其中，附图标记如下：
| 标号 | 含义 |
| 100 | 确定X射线摄影系统的照射区域的方法 |
| 101～103 | 步骤 |
| 10 | 检查床组件 |
| 20 | X射线发生组件 |
| 30 | 可见光图像采集元件 |
| 40 | 胸片架组件 |
| 50 | X射线照射目标 |
| 60 | 二维图像 |
| 70 | 选中区域 |
| 80 | 二维图像中的X射线照射目标 |
| 800 | 确定X射线摄影系统的照射区域的装置 |
| 801 | 展示模块 |
| 802 | 第一确定模块 |
| 803 | 第二确定模块 |
| 804 | 移动模块 |
| 805 | 激励模块 |
| 900 | X射线摄影系统的控制装置 |
| 901 | 处理器 |
| 902 | 存储器 |
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
申请人发现：在现有技术中，在诸如长骨检查等X射线摄影应用场景中，用户通常基于个人经验估计X射线在X射线照射目标上的照射区域，这既麻烦又费时。考虑到该缺点，本发明实施方式在X射线照射目标的二维图像中先标识出选中区域，再基于坐标映射确定出对应于选中区域的X射线照射区域，从而减少人工工作量。
图1为根据本发明实施方式的确定X射线摄影系统的照射区域的方法的流程图。
如图1所示，该方法包括：
步骤101：展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像。
在这里，X射线照射目标为需要被执行X射线摄影的目标。X射线照射目标可以为生物体或无生命物体，本发明实施方式对X射线照射目标的具体特性并无限定。
可见光图像采集元件通过光学拍摄方式采集X射线照射目标的可见光，以得到X射线照射目标的二维图像。比如，可见光图像采集元件具体可以实施为摄像头或单孔相机，等等。
可见光图像采集元件通常包含镜头、图像传感器和数字/模拟(A/D)转换器。图像传感器可以实施为电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)，等等。通过镜头生成的光学图像，被投射到图像传感器表面上以转换为电信号，再经过A/D转换器被转换为数字格式的二维图像。
在一个实施方式中，可见光图像采集元件可以固定在X射线发生组件的球管罩壳上或束光器壳体上。比如，在球管罩壳上或束光器的壳体上布置用于容纳可见光图像采集元件的凹槽，通过螺栓连接、卡扣连接、钢丝绳套等方式将可见光图像采集元件固定至凹槽。
可见光图像采集元件采集到X射线照射目标的二维图像后，可以经由有线接口或无线接口将该二维图像发送到X射线摄影系统中的控制主机。优选地，有线接口包括下列中至少一个：通用串行总线接口、控制器局域网接口、串口，等等；无线接口包括下列中至少一个：红外接口、近场通讯接口、蓝牙接口、紫蜂接口、无线宽带接口，等等。控制主机获取到X射线照射目标的二维图像后，在显示屏幕上展示X射线照射目标的二维图像。
以上示范性描述了可见光图像采集元件的典型布置方式和二维图像的典型传输方式，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
步骤102：确定二维图像中的选中区域。
在这里，用户可以通过鼠标、键盘、触摸控制单元等人机交互设备发出各种触发指令，将二维图像中的部分区域确定为选中区域，或将全部二维图像都确定为选中区域。其中：选中区域的形状可以为三角形、长方形、圆形等规则形状，还可以为任意的不规则形状。
图4为本发明展示二维图像的示范性示意图。在图4中，可见光图像采集元件所拍摄的二维图像60中包含X射线照射目标80。用户可以在X射线照射目标80中确定出期望被X射线照射的照射区域，该确定出的区域即为选中区域70。
比如，用户可以单击鼠标按键在二维图像60中的X射线照射目标80上确定出至少两个点，然后拖拽鼠标以形成以该至少两个点为顶点的长方形，并将该长方形确定为选中区域70。
再比如，用户可以单击鼠标按键在二维图像60中的X射线照射目标80上确定出三个点，然后拖拽鼠标以该三个点为顶点形成三角形，并将该三角形确认为选中区域70。
以上示范性描述了确定二维图像中的选中区域的典型方式，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
步骤103：基于可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于选中区域的X射线照射区域。
在这里，在步骤102中确定的选中区域为二维平面中的二维区域。可以基于坐标系转换算法(比如，齐次坐标转换、坐标平移、坐标旋转等方式)，将该二维的选中区域映射到真实三维空间中的、对应于选中区域的X射线照射区域。
图5为根据本发明实施方式的三维坐标系与二维坐标系的示范性转换示意图。
由图5可见，在以Qi点为原点的三维坐标系(Xi，Yi，Zi)中的任意点Pa(Xa，Ya，Za)，都可以被转换到预定平面Z＝Zu中的对应点Pu(Xu，Yu)。类似的，预定平面Z＝Zu中的任意点Pu(Xu，Yu)，都可以被转换到以Qi点为原点的三维坐标系(Xi，Yi，Zi)中的对应点Pa(Xa，Ya，Za)。
可见，本发明实施方式不依赖于用户的个人经验，基于二维图像上的选中区域即可以精准确定X射线照射区域，显著降低了人工工作量，并提高了照射区域的精度。
在一个实施方式中，该方法还包括：将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置；激励X射线发生组件发出透过X射线照射目标的X射线。
可见，本发明实施方式还可以将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置，实现精确的X射线摄影。本发明实施方式适用于包括但不局限于长骨检查的多种X射线摄影应用。
下面结合具体坐标系对本发明实施方式进行说明。图2为根据本发明实施方式的坐标系的示范性示意图。
在图2中，真实三维空间的三维坐标系(X1，Y1，Z1)为：从胸片架组件40的中点垂直地面向下做垂线，垂足所在的位置为坐标原点O1；X1轴平行于胸片架组件40的面板平面且垂直于图2的显示面向里(以“x”标识方向)延伸；Y1轴垂直于胸片架组件40的面板平面向左延伸；Z1轴垂直地面向上延伸。
X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)为：以X射线发生组件20中的X射线管的旋转中心为原点O2；X2轴平行地面向右延伸；Y2轴垂直地面向下延伸；Z2轴平行于地面且垂直图2的显示面向里(以“x”标识方向)延伸。在X射线发生组件20的图像采集过程中，X射线发生组件20可以绕Z2轴旋转。
可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)为：以可见光图像采集元件30的焦点O3为原点；Z3轴垂直于可见光图像采集元件30的成像平面向外延伸，X3轴平行于地面向右延伸，Y3轴垂直于X3轴与Z3轴构成的平面。Z3轴为可见光图像采集元件30的拍摄方向。Z3轴既可以与X射线发生组件20的X射线发射方向(Y2轴方向)平行，也可以与X射线发生组件20的X射线发射方向具有预定的夹角。
由图2可见，当X射线摄影系统工作于胸片架模式时，X射线照射目标50布置在胸片架组件40的附近，此时X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离为h2。当X射线摄影系统工作于检查床模式时，X射线照射目标50布置在检查床组件10上，X射线照射目标50与地面之间的距离为h1。
在图2中，基于以胸片架组件40的中点垂直地面向下做垂线的垂足为原点建立真实三维空间的三维坐标系。可选地，还可以以其他方式建立真实三维空间的三维坐标系，本发明实施方式对此并无限定。比如，可以以检查床组件10的床板中心为原点建立真实三维空间的三维坐标系(X1，Y1，Z1)，其中X1轴向床板平面的里面(以“x”标识方向)延伸；Y1轴在床板平面上向左延伸；Z1轴垂直于床板平面向上延伸。再比如，还可以以布置X射线摄影系统的房间内的固定点(比如，墙角点)为原点建立真实三维空间的三维坐标系(X1，Y1，Z1)，其中房屋的长、宽和高方向对应于X1轴，Y1轴和Z1轴，等等。
图3为根据本发明实施方式的X射线发生组件坐标系与可见光图像采集元件坐标系的示范性示意图。由图3可见，可见光图像采集元件30的视场角的中心线(Z3轴方向)与X射线发生组件20的视场角的中心线(Y2轴方向)具有夹角β。而且，可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)的原点与X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)原点之间的距离为D。
当确定了真实三维空间的三维坐标系(X1，Y1，Z1)、X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)和可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)之后，可以基于现有的坐标系转换算法，将任意的二维坐标映射到以上任意三维坐标系中。
步骤102中确定的选中区域的各个顶点可以分别被转换到真实三维空间的各自对应点，将这些各自对应点连接起来即构成对应于选中区域的X射线照射区域。考虑到二维图像为可见光图像采集元件30基于与焦距相关的焦点拍摄出的，且可见光图像采集元件30固定布置在X射线发生组件20上，因此首先基于齐次坐标转换将二维的选中区域转换到以可见光图像采集元件30的焦点为原点的坐标系(X3，Y3，Z3)，然后根据可见光图像采集元件30与X射线发生组件20的相对位置关系，基于坐标平移和坐标旋转将坐标系(X3，Y3，Z3)转换到坐标系(X2，Y2，Z2)中，再根据X射线发生组件20与地面的相对关系，基于坐标平移和坐标旋转将坐标系(X2，Y2，Z2)转换到坐标系(X1，Y1，Z1)中，从而得到真实世界中的、对应于选中区域的X射线照射区域。
在一个实施方式中，步骤103中基于可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于选中区域的X射线照射区域包括：
在二维图像所在平面中建立二维坐标系；确定选中区域的顶点在二维坐标系中的二维坐标；基于可见光图像采集元件的焦距，将二维坐标转换为真实三维空间中的三维坐标；基于真实三维空间中的三维坐标确定X射线照射区域。
可见，本发明实施方式基于坐标系转换方式，可以将选中区域的顶点的二维坐标转换为真实三维空间中的三维坐标，并由此确定X射线照射区域。
在二维图像所在平面上，可以基于多种方式建立二维坐标系。比如，可以二维图像的中心为原点，以距原点的距离为变化量，建立二维图像坐标系。可选地，还可以以二维图像的顶点为原点、以距原点的像素偏移量为变化量，建立二维像素坐标系。
图6为本发明的二维图像坐标系与二维像素坐标系的示范性示意图。由图6可见：
在二维图像坐标系中，以二维图像的中心Oim为原点、横坐标轴Xim表示距原点Oim的横向距离，纵坐标轴Yim表示距原点Oim的纵向距离。
在二维像素坐标系中，以二维图像的左上顶点Wim为原点、横坐标轴Uim表示距原点Wim的横向像素偏移量，纵坐标轴Vim表示距原点Wim的纵向像素偏移量。其中，Wim的坐标值为(u0,v0)。
在二维图像坐标系中，基于与二维图像的中心的距离，可以定位每个点。在二维像素坐标系中，基于与二维图像的左上顶点的像素偏移，可以定位每个点。
另外，可以方便地将二维图像坐标系中的任意点坐标(xim,yim)转换为二维像素坐标系中的对应点坐标(uim,vim)，还可以方便地将二维像素坐标系中的任意点坐标(uim,vim)转换为二维图像坐标系中的对应点坐标(xim,yim)。其中：
其中：dx为二维像素坐标系中横坐标轴的像素尺寸，即一个像素在横坐标轴上所占用的物理长度；dy为二维像素坐标系中纵坐标轴的像素尺寸，即一个像素在纵坐标轴上所占用的物理长度。通常，dx与dy相同，比如都等于4.4微米。
以上示范性描述了二维像素坐标系和二维图像坐标系的典型实例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。比如，二维像素坐标系的原点还可以设置为二维图像的左下顶点、右上顶点或右下顶点，等等。
在本发明实施方式中，将选中区域的顶点的二维坐标转换为真实三维空间中的三维坐标可以包括多种实施例。比如：
实施例一：
在胸片架模式中，将二维图像坐标系中的二维坐标(xim,yim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)。
结合图2、图4和图6进行说明，此时X射线摄影系统工作于胸片架模式，用户在可见光图像采集元件30采集到的、X射线照射目标50的二维图像80中标识出选中区域70。因此，需要将选中区域的各个顶点(比如，p1点和p2点)的二维图像坐标转换为真实三维空间中的、y值(即yworld)为X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离为h2的平面中。其中，可以通过用户目测确定X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2，或者采用布置在胸片架组件40上的距离传感器检测X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2。
以p1点为例进行说明，假定p1点的二维坐标为：在以二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维图像坐标系中的(xim,yim)。
基于可见光图像采集元件30的焦距f，将坐标(xim,yim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)的过程具体包括：
基于下列方程组确定真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)，其中yworld＝h2；
其中M1为可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)到X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)的转换矩阵；M2为X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)到真实三维空间的坐标系(X1，Y1，Z1)的转换矩阵；f为可见光图像采集元件30的焦距；(xcam,ycam,zcam)为p1点映射到可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)中的三维坐标；
为齐次坐标转换符号。
可见，yworld为已知值(即X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2，可以基于目测或距离传感器测得)，xim和yim也都是已知值，f为已知值，M1和M2为基于现有的坐标转换算法可确定的转换矩阵。因此，基于上述方程组，可以求解得到xcam,ycam,zcam,xworld和zworld具体值，从而得到p1点在真实三维空间中的三维坐标。
类似地，还可以求得p2点在真实三维空间中的三维坐标，从而可以确定出X射线照射区域(在Y3等于h2的平面中)。
然后，可以将X射线发生组件20移动到对应于X射线照射区域的具体位置，并激励X射线发生组件20发出透过X射线照射目标50的X射线，从而实现针对选中区域的精确X射线摄影。
实施例二：
在检查床模式中，将二维图像坐标系中的二维坐标(xim,yim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)。
结合图2、图4和图6进行说明，此时X射线摄影系统工作于检查床模式，用户在可见光图像采集元件30采集到的、X射线照射目标50的二维图像80中标识出选中区域70。因此，需要将选中区域的各个顶点(比如，p1点和p2点)的二维图像坐标转换为真实三维空间中的、z值(即zworld)为X射线照射目标50与地面之间的距离为图2所示h1的平面中。其中，可以通过用户目测确定X射线照射目标50与地面之间的距离h1，或者采用布置在地面上的距离传感器检测X射线照射目标50与地面之间的距离h1。
以p1点为例进行说明，假定p1点的二维坐标为：在以二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维图像坐标系中的(xim,yim)。
基于可见光图像采集元件30的焦距f，将二维图像坐标系中的坐标(xim,yim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)包括：
基于下列方程组所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)，其中zworld＝h1；
其中M1为可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)到X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)的转换矩阵；M2为X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)到真实三维空间的坐标系(X1，Y1，Z1)的转换矩阵；f为可见光图像采集元件30的焦距；(xcam,ycam,zcam)为p1点映射到可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)中的三维坐标；
为齐次坐标转换符号。
可见，zworld为已知值(即X射线照射目标50与地面之间的距离h1，可以基于目测或距离传感器测得)，xim和yim也都是已知值，f为已知值，M1和M2为基于现有的坐标转换算法可确定的转换矩阵。因此，基于上述方程组，可以求解得到xcam,ycam,zcam,xworld和yworld具体值，从而得到p1点在真实三维空间中的三维坐标。
类似地，还可以求得p2点在真实三维空间中的三维坐标，从而可以确定出X射线照射区域(在Z3等于h1的平面中)。
然后，可以将X射线发生组件20移动到对应于X射线照射区域的具体位置，并激励X射线发生组件20发出透过X射线照射目标50的X射线，从而实现针对选中区域的精确X射线摄影。
实施例三：
在胸片架模式中，将二维像素坐标系中的二维坐标(uim,vim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)。
结合图2、图4和图6进行说明，此时X射线摄影系统工作于胸片架模式，用户在可见光图像采集元件30采集到的、X射线照射目标50的二维图像80中标识出选中区域70。因此，需要将选中区域的各个顶点(比如，p1点和p2点)的二维像素坐标转换为真实三维空间中的、y值(即yworld)为X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离(图2中的h2)的平面中。其中，可以通过用户目测确定X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2，或者采用布置在胸片架组件40上的距离传感器检测X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2。
以p1点为例进行说明，假定p1点的二维坐标为：在以二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维像素坐标系中的(uim,vim)。
基于可见光图像采集元件30的焦距f，将二维像素坐标系中的坐标(uim,vim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)的过程具体包括：
基于下列方程组确定真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)，其中yworld＝h2；
其中M1为可见光图像采集元件30的坐标系到X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)的转换矩阵；M2为X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)到真实三维空间的坐标系(X1，Y1，Z1)的转换矩阵；f为可见光图像采集元件30的焦距；(xcam,ycam,zcam)为p1点映射到可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)中的三维坐标；dx为二维像素坐标系中的横坐标轴的像素尺寸；dy为二维像素坐标系中的纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为二维像素坐标系中的原点的坐标值。
可见，yworld为已知值(即X射线照射目标50与胸片架组件40之间的距离h2，可以基于目测或距离传感器测得)；uim,vim是已知值；u0,v0是已知值；dx和dy为已知值；f为已知值；M1和M2为基于现有的坐标转换算法可确定的转换矩阵。因此，基于上述方程组，可以求解得到xcam,ycam,zcam,xworld和zworld的具体值，从而得到p1点在真实三维空间中的三维坐标。
类似地，还可以求得p2点在真实三维空间中的三维坐标，从而可以确定出X射线照射区域(在Y3等于h2的平面中)。
然后，可以将X射线发生组件20移动到对应于X射线照射区域的具体位置，并激励X射线发生组件20发出透过X射线照射目标50的X射线，从而实现针对选中区域的精确X射线摄影。
实施例四：
在检查床架模式中，将二维像素坐标系中的二维坐标(uim,vim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)。
结合图2、图4和图6进行说明，此时X射线摄影系统工作于检查床模式，用户在可见光图像采集元件30采集到的、X射线照射目标50的二维图像80中标识出选中区域70。因此，需要将选中区域的各个顶点(比如，p1点和p2点)的二维像素坐标转换为真实三维空间中的、z值(即zworld)为X射线照射目标50与地面之间的距离为图2所示h1的平面中。其中，可以通过用户目测确定X射线照射目标50与地面之间的距离h1，或者采用布置在地面上的距离传感器检测X射线照射目标50与地面之间的距离h1。
以p1点为例进行说明，假定p1点的二维坐标为：在以二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维像素坐标系中的(uim,vim)。
基于可见光图像采集元件30的焦距f，将二维像素坐标系中的坐标(uim,vim)转换为真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)的过程具体包括：
基于下列方程组确定真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)，其中zworld＝h1；
其中M1为可见光图像采集元件30的坐标系到X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)的转换矩阵；M2为X射线发生组件20的坐标系(X2，Y2，Z2)到真实三维空间的坐标系(X1，Y1，Z1)的转换矩阵；f为可见光图像采集元件30的焦距；(xcam,ycam,zcam)为p1点映射到可见光图像采集元件30的坐标系(X3，Y3，Z3)中的三维坐标；dx为二维像素坐标系中的横坐标轴的像素尺寸；dy为二维像素坐标系中的纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为二维像素坐标系中的原点的坐标值。
可见，zworld为已知值(即X射线照射目标50与地面之间的距离h1，可以基于目测或距离传感器测得)；uim,vim是已知值；u0,v0是已知值；dx和dy为已知值；f为已知值，M1和M2为基于现有的坐标转换算法可确定的转换矩阵。因此，基于上述方程组，可以求解得到xcam,ycam,zcam,xworld和yworld具体值，从而得到p1点在真实三维空间中的三维坐标
类似地，还可以求得p2点在真实三维空间中的三维坐标，从而可以确定出X射线照射区域在(Z3等于h1的平面中)。
然后，可以将X射线发生组件20移动到对应于X射线照射区域的具体位置，并激励X射线发生组件20发出透过X射线照射目标50的X射线，从而实现针对选中区域的精确X射线摄影。
图7为本发明的选中区域与X射线照射区域的示范性示意图。在图7中，可见光图像采集元件的视场角的中心线与X射线发生组件的视场角的中心线具有夹角，因此实线所示的选中矩形将在真实世界中被转换为虚线所示的、内切该选中矩形的梯形。
基于上述描述，本发明实施方式还提出了确定X射线摄影系统的照射区域的装置。
图8为本发明的确定X射线摄影系统的照射区域的装置的结构图。
如图8所示，确定X射线摄影系统的照射区域的装置800包括：
展示模块801，用于展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像；
第一确定模块802，用于确定二维图像中的选中区域；
第二确定模块803，用于基于可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于选中区域的X射线照射区域。
在一个实施方式中，第二确定模块803，用于在二维图像所在平面中建立二维坐标系；确定选中区域的顶点在二维坐标系中的二维坐标；基于可见光图像采集元件的焦距，将二维坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标；基于所述真实三维空间中的三维坐标确定所述X射线照射区域。
在一个实施方式中，二维坐标为：在以二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维坐标系中的(xim,yim)；
第二确定模块803，用于确定真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离；
为齐次坐标转换符号。
在一个实施方式中，二维坐标为：在以二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维坐标系中的(uim,vim)；
第二确定模块803，用于确定真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；dx为所述横坐标轴的像素尺寸；dy为所述纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为所述原点的坐标值；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离。
在一个实施方式中，还包括：
移动模块804，用于将X射线发生组件移动到对应于X射线照射区域的位置；激励模块805，用于激励所述X射线发生组件发出透过X射线照射目标的X射线。
本发明实施方式还提出了具有存储器-处理器架构的确定X射线摄影系统的照射区域的装置。
图9为本发明具有存储器-处理器架构的X射线摄影系统的控制装置的示范性结构图。
如图9所示，X射线摄影系统的控制装置900包括处理器901、存储器902及存储在存储器902上并可在处理器901上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器901执行时实现如上任一项所述的确定X射线摄影系统的照射区域的方法。
其中，存储器902具体可以实施为电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器(Flash memory)、可编程程序只读存储器(PROM)等多种存储介质。处理器901可以实施为包括一或多个中央处理器或一或多个现场可编程门阵列，其中现场可编程门阵列集成一或多个中央处理器核。具体地，中央处理器或中央处理器核可以实施为CPU或MCU或DSP等等。
优选地，可以将X射线摄影系统的控制装置900集成到X射线摄影系统的控制主机中。
需要说明的是，上述各流程和各结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。各模块的划分仅仅是为了便于描述采用的功能上的划分，实际实现时，一个模块可以分由多个模块实现，多个模块的功能也可以由同一个模块实现，这些模块可以位于同一个设备中，也可以位于不同的设备中。
各实施方式中的硬件模块可以以机械方式或电子方式实现。例如，一个硬件模块可以包括专门设计的永久性电路或逻辑器件(如专用处理器，如FPGA或ASIC)用于完成特定的操作。硬件模块也可以包括由软件临时配置的可编程逻辑器件或电路(如包括通用处理器或其它可编程处理器)用于执行特定操作。至于具体采用机械方式，或是采用专用的永久性电路，或是采用临时配置的电路(如由软件进行配置)来实现硬件模块，可以根据成本和时间上的考虑来决定。
本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本申请所述方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。此外，还可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。
用于提供程序代码的存储介质实施方式包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机或云上下载程序代码。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种确定X射线摄影系统的照射区域的方法(100)，其特征在于，包括：
展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像(101)；
确定所述二维图像中的选中区域(102)；
基于所述可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域(103)。
2.根据权利要求1所述的确定X射线照射区域的方法(100)，其特征在于，所述基于可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域(103)包括：
在所述二维图像所在平面中建立二维坐标系；
确定所述选中区域的顶点在所述二维坐标系中的二维坐标；
基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标；
基于所述真实三维空间中的三维坐标确定所述X射线照射区域。
3.根据权利要求2所述的确定X射线照射区域的方法(100)，其特征在于，所述二维坐标为：在以所述二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维坐标系中的(xim,yim)；
所述基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标系中的坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标包括：
确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离；
为齐次坐标转换符号。
4.根据权利要求2所述的确定X射线照射区域的方法(100)，其特征在于，所述二维坐标为：在以所述二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维坐标系中的(uim,vim)；
所述基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标系中的坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标包括：
确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；dx为所述横坐标轴的像素尺寸；dy为所述纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为所述原点的坐标值；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的确定X射线照射区域的方法(100)，其特征在于，该方法还包括：
将所述X射线发生组件移动到对应于所述X射线照射区域的位置；
激励所述X射线发生组件发出透过所述X射线照射目标的X射线。
6.一种确定X射线摄影系统的照射区域的装置(800)，其特征在于，包括：
展示模块(801)，用于展示布置在X射线发生组件上的可见光图像采集元件采集到的、X射线照射目标的二维图像；
第一确定模块(802)，用于确定所述二维图像中的选中区域；
第二确定模块(803)，用于基于所述可见光图像采集元件的焦距，确定真实三维空间中的、对应于所述选中区域的X射线照射区域。
7.根据权利要求6所述的确定X射线照射区域的装置(800)，其特征在于，
所述第二确定模块(803)，用于在所述二维图像所在平面中建立二维坐标系；确定所述选中区域的顶点在所述二维坐标系中的二维坐标；基于所述可见光图像采集元件的焦距，将所述二维坐标转换为所述真实三维空间中的三维坐标；基于所述真实三维空间中的三维坐标确定所述X射线照射区域。
8.根据权利要求7所述的确定X射线照射区域的装置(800)，其特征在于，所述二维坐标为：在以所述二维图像的中心为原点、横坐标轴表示距原点的横向距离，纵坐标轴表示距原点的纵向距离的二维坐标系中的(xim,yim)；
所述第二确定模块(803)，用于确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离；
为齐次坐标转换符号。
9.根据权利要求7所述的确定X射线照射区域的装置(800)，其特征在于，所述二维坐标为：在以所述二维图像的顶点为原点、横坐标轴表示距原点的横向像素偏移量，纵坐标轴表示距原点的纵向像素偏移量的二维坐标系中的(uim,vim)；
所述第二确定模块(803)，用于确定所述真实三维空间中的三维坐标(xworld,yworld,zworld)；
其中：
其中M1为可见光图像采集元件的坐标系到X射线发生组件的坐标系的转换矩阵；M2为X射线发生组件的坐标系到真实三维空间的坐标系的转换矩阵；f为所述焦距；(xcam,ycam,zcam)为所述顶点映射到可见光图像采集元件的坐标系中的三维坐标；dx为所述横坐标轴的像素尺寸；dy为所述纵坐标轴的像素尺寸；(u0,v0)为所述原点的坐标值；当所述X射线摄影系统工作于胸片架模式时，所述yworld为X射线照射目标与胸片架组件之间的距离；当所述X射线摄影系统工作于检查床模式时，所述zworld为X射线照射目标与地面之间的距离。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的确定X射线照射区域的装置(800)，其特征在于，还包括：
移动模块(804)，用于将所述X射线发生组件移动到对应于所述X射线照射区域的位置；
激励模块(805)，用于激励所述X射线发生组件发出透过X射线照射目标的X射线。
11.一种X射线摄影系统的控制装置(900)，其特征在于，包括处理器(901)和存储器(902)；
所述存储器(902)中存储有可被所述处理器(901)执行的应用程序，用于使得所述处理器(901)执行如权利要求1至5中任一项所述的确定X射线摄影系统的照射区域的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如权利要求1至5中任一项所述的确定X射线摄影系统的照射区域的方法。
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2020
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