CN116721209A - 一种三维重建方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；针对多个投影图像组中的每个投影图像组，基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算投影坐标对应的各像素点的像素值；基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。本公开通过分组合理分配重建计算时的硬件内存消耗，并使用双线性插值进行平滑计算重建切面像素值，极大提升了重建切面图像的质量。

Description

一种三维重建方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本公开涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种三维重建方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
如今，随着计算机断层成像技术(Computed Tomography，CT)的快速发展，工业检测和医疗诊断领域也得到了迅速的发展。其中，基于CT投影图像的重建技术在工业和医疗领域取得了广泛应用。
CT重建在工业器件检测和医学成像等领域是重要的技术手段。CT重建技术利用X射线的穿透性和不同物体吸收X射线的差异，从各个角度上通过X射线照射物体，利用X射线探测器收集各角度的投影图像，并根据投影图像重建物体的各层切面图像。此外，由于采用锥束源X射线的锥束CT存在锥角，每次投影覆盖的面积更大，X射线源利用率更高，在相同时间内获得的数据更多，可以进一步的缩减扫描时间，空间分辨率更高，并且使得最终成像具有一定的放大倍数。
但是锥束CT扫描仪的大量数据导致计算量变大，对硬件的内存消耗变得更多，而且在锥束张角较大时会出现重建切面像素值偏低，在距离射线源所在中心平面较远处的物体的边缘外围出现负值等现象，导致重建图像质量较差。
发明内容
本公开实施例至少提供一种三维重建方法、装置、电子设备及存储介质，以提升重建图像质量。
第一方面，本公开实施例提供了一种三维重建方法，包括：
获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
基于预设的内存使用上限对所述多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值；
基于所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
在一种可能的实施方式中，在所述待重建切面图像为多个的情况下，所述确定三维重建图像，包括：
针对每个待重建切面，将针对所述待重建切面确定的所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值进行叠加，得到重建后切面图像；所述重建后切面图像为所述三维重建图像的子图像；
将多个待重建切面分别得到的重建后切面图像进行组合，得到所述三维重建图像。
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：
依次展示多个待重建切面分别得到的重建后切面图像；或者，
展示所述三维重建图像。
在一种可能的实施方式中，在所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标之前，所述方法还包括：
针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，对所述投影图像组中的至少一张投影图像进行加权处理及滤波处理，得到处理后的投影图像。
在一种可能的实施方式中，按照如下公式对所述投影图像进行加权处理：
其中，dsd为锥束CT扫描仪的射线源到探测器平面中心的距离，s＝is·ds为像素点在探测器平面上的水平坐标，t＝jt·dt为像素点在探测器平面上的垂直坐标，is为像素点在投影图像中的水平像素索引，ds为探测器的水平尺寸，jt为像素点在投影图像中的垂直像素索引，dt为探测器的垂直尺寸。
在一种可能的实施方式中，按照如下公式对所述投影图像进行滤波处理：
f[n]＝FFT(H[n])·w[n]
其中，FFT(·)表示快速傅立叶变换， n的取值数量与投影图像每行像素点的数量相同，N为投影图像每行像素点的数量。
在一种可能的实施方式中，所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，包括：
针对所述待重建切面图像中的目标像素点，基于所述待重建切面图像所在第一图像坐标系与实际空间坐标系之间的第一转换关系、以及所述投影图像所在第二图像坐标系与实际空间坐标系之间的第二转换关系，从所述投影图像中选取与所述目标像素点匹配的投影点；
将与所述目标像素点匹配的投影点的坐标，确定为所述目标像素点的投影坐标。
在一种可能的实施方式中，所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，包括：
确定锥束CT扫描仪所扫描的物体、探测器平面及物体旋转中心之间的距离；
基于相似比例关系对确定的所述距离进行计算，确定所述投影坐标。
在一种可能的实施方式中，在所述投影坐标包括投影到探测器平面上的水平坐标和垂直坐标的情况下，按照如下公式确定所述投影坐标：
其中，dso为锥束射线源到物体旋转中心的距离；z＝kz·dz为待重建切面的纵轴坐标，kz为待重建切面的索引，dz为待重建纵向空间分辨率；u＝ix·dx·cosθ+jy·dy·sinθ，v＝-ix·dx·sinθ+jy·dy·cosθ，ix为待重建切面图像的像素点的水平索引，jy为待重建切面图像的像素点的垂直索引，dx为待重建水平空间分辨率，dy为待重建垂直分辨率，θ为投影图像对应的旋转角度。
在一种可能的实施方式中，按照如下公式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值：
pθ(s，t)＝(1-ρ1)(1-ρ2)pθ(is，jt)+ρ1ρ2pθ(is+1，jt+1)
+ρ1(1-ρ2)pθ(is+1，jt)+(1-ρ1)ρ2pθ(is，jt+1)
其中，[·]为取整函数，ds为探测器元件的水平尺寸，dt为探测器元件的垂直尺寸，pθ(is，jt)为旋转角度θ的投影图像中像素索引为(is，jt)的像素值。
在一种可能的实施方式中，按照如下公式计算待重建切面图像中像素点的像素值：
其中，索引坐标(ix，jy，kz)表示第kz个待重建切面中水平像素索引为ix，垂直像素索引为iy的像素点，为旋转角度θk的投影图像中像素索引为(s，t)的像素值。
第二方面，本公开还提供了一种三维重建装置，包括：
获取模块，用于获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
分组模块，用于基于预设的内存使用上限对所述多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
计算模块，用于针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值；
重建模块，用于基于所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如第一方面及其各种实施方式中任一顶所述的三维重建方法。
第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如第一方面及其各种实施方式中任一项所述的三维重建方法。
采用上述三维重建方法、装置、电子设备及存储介质，在获取到锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像的情况下，可以基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，而后针对分组得到的多个投影图像组中的每个投影图像组，可以确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并可以计算得到投影坐标对应的各像素点的像素值，最后基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。本公开通过分组合理分配重建计算时的硬件内存消耗，并使用双线性插值进行平滑计算重建切面像素值，极大提升了重建切面图像的质量。
本公开的其他优点将配合以下的说明和附图进行更详细的解说。
应当理解，上述说明仅是本公开技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本公开的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本公开的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，此处的附图被并入说明书中并构成本说明书中的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本公开实施例所提供的一种三维重建方法的流程图；
图2示出了本公开实施例所提供的三维重建方法中的各坐标系之间的关系示意图；
图3示出了本公开实施例所提供的一种三维重建装置的示意图；
图4示出了本公开实施例所提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本公开实施方式的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个这一特征。在本公开实施方式的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
经研究发现，锥束CT扫描仪的大量数据导致计算量变大，对硬件的内存消耗变得更多，而且由于锥束CT扫描不满足Tuy条件，在锥束张角较大时会出现重建切面像素值偏低，在距离射线源所在中心平面较远处的物体的边缘外围出现负值等现象。因此，分配硬件内存消耗和合理处理重建像素值对于提升CT重建物体切面的质量有着重要意义。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开提供了一种面向锥束CT扫描仪的三维重建方法，实现高质量的重建切片图像和三维模型。
为便于对本实施例进行理解，首先对本公开实施例所公开的一种三维重建方法进行详细介绍，本公开实施例所提供的三维重建方法的执行主体一般为具有一定计算能力的电子设备，该电子设备例如包括：终端设备或服务器或其它处理设备，终端设备可以为用户设备(User Equipment，UE)、移动设备、用户终端、蜂窝电话、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)、车载设备、可穿戴设备等。在一些可能的实现方式中，该三维重建方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。
参见图1所示，为本公开实施例提供的三维重建方法的流程图，所述方法包括步骤S101～S104，其中：
S101：获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
S102：基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
S103：针对多个投影图像组中的每个投影图像组，基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算投影坐标对应的各像素点的像素值；
S104：基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
为了便于理解本公开实施例提供的三维重建方法，接下来首先对该方法的应用场景进行简单介绍。这里的三维重建方法可以适应于任何需要进行反投影重建的应用领域，例如，可以为工业检测和医疗诊断等领域的CT应用提供更加高效和准确的技术手段，提高实用性价值。
这里的投影图像可以是通过锥束CT扫描仪扫描获取。锥束CT扫描仪的原理是利用X射线通过物体产生相干散射、光电效应和康普顿效应，使得部分光子被吸收或散射，导致射线强度发生了一定的衰减，而射线的衰减强度与照射物质的衰减系数和厚度相关联，通过从各个不同角度照射被检测物体，从探测器上获得X射线透射过物体衰减后的能量作为原始的投影图像。
为了更好地平衡硬件的内存消耗，根据设置的内存使用上限，可以分组读取投影图像并同时计算的重建切面张数。这里的内存使用上限可以基于所需内存与空闲内存之间的比例关系来确定，例如，在空闲内存比较大的情况下，可以使得分组内的投影图像数量更多，除此之外，还可以结合硬件特性来确定，在此不做具体的限定。
在具体重建的过程中，可以首先针对每个投影图像组进行重建，而后将各个投影图像组所得到的重建结果进行叠加，即可得到重建后的三维重建图像。
需要说明的是，这里的待重建切面通常为多个，针对每个待重建切面图像均可以按照上述分组方案进行重建，在此不做赘述。
在实际应用中，通过物体、探测器平面和旋转中心之间的距离，利用相似比例关系计算待重建切面中像素点坐标映射到探测器平面的投影坐标(即水平坐标和垂直坐标)，并通过双线性插值计算投影坐标对应像素点的像素值。
为了方便检测人员根据重建结果进行分析，对于一个待重建切面而言，这里所确定的三维重建图像可以是指向切片的重建切面图像，这样，可以将该重建切面图像输出，通过显示屏显示结果和打印机打印输出报告；对于多个待重建切面而言，这里所确定的三维重建图像可以是多个重建切片图像叠加后的重建图像，这样，可以将物体重建切面图像依次输出，还可以将最终叠加后的重建图像一次输出，通过显示屏显示结果和打印机打印输出报告。
针对多个待重建切面而言，具体可以按照如下步骤确定叠加后的三维重建图像：
步骤一、针对每个待重建切面，将针对待重建切面确定的多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值进行叠加，得到重建后切面图像；重建后切面图像为三维重建图像的子图像；
步骤二、将多个待重建切面分别得到的重建后切面图像进行组合，得到三维重建图像。
这里，针对每个待重建切面可以确定对应的重建后切面图像，这样，将各个重建后切面图像进行组合叠加，即可得到整个三维重建图像。
在实际应用中，可以依次展示多个待重建切面分别得到的重建后切面图像以了解物体的不同切面之间的特性，还可以直接展示整个三维重建图像以了解物体的整个结构。
考虑到投影图像中不同的像素位置对应于确定待重建切面的贡献也有所不同，基于此，这里可以对投影图像进行加权处理，具体可以按照如下公式来进行：
这里的锥束投影加权值可以由投影图像中索引(is.jt)的像素点与射线源连线和中心射线夹角的余弦值来确定，即为：
其中，dsd为锥束CT扫描仪的射线源到探测器平面中心的距离，s＝is·ds为像素点在探测器平面上的水平坐标，is为像素点在投影图像中的水平像素索引，ds为探测器的水平尺寸；t＝jt·dt为像素点在探测器平面上的垂直坐标，jt为像素点在投影图像中的垂直像素索引，dt为探测器的垂直尺寸。
为了获得更高质量的重建图像，这里还可以对投影图像进行滤波处理，以通过对投影图像和滤波算子进行快速傅立叶变换，将两个变换结果相乘后进行快速傅立叶逆变换获得经过滤波的图像数据，从而避免重建切面出现边缘模糊的现象，其中滤波算子的离散计算公式为：
f[n]＝FFT(H[n])·w[n]
其中，FFT(·)表示快速傅立叶变换， n∈{0，±1，±2，…}；n的取值数量与投影图像每行像素点的数量相同，N为投影图像每行像素点的数量。
这里，为了便于进一步理解上述加权及滤波处理过程，接下来可以结合图2对锥束CT射线源、物体、探测器以及待重建切面之间的位置关系进行具体说明。
其中，锥束CT射线源、物体旋转中心和探测器平面中心在同一水平线上，锥束CT射线源与物体旋转中心的距离为dso，锥束CT射线源与探测器平面中心的距离为dsd。
以探测器平面中心为原点构成st坐标，采集到的原始投影图像中像素点与探测器平面上的探测器元件一一对应，索引坐标(is，jt)表示投影图像上水平像素索引为is，垂直像素索引为jt的像素点，投影图像的水平分辨率为ns，垂直分辨率为nt，探测器的水平尺寸为ds，探测器的垂直尺寸为dt。
通过投影图像所在第二图像坐标系与实际空间坐标系之间的转换关系，ds，dt能够将投影图像的像素索引坐标转换为实际空间坐标(s，t)，计算公式为：
s＝is·ds，t＝jt·dt
以物体旋转中心为原点构成xyz坐标系，索引坐标(ix，jy，kz)表示第kz个重建切面中水平像素索引为ix，垂直像素索引为iy的像素点，同时重建切面的数量为nz，每个重建切面的水平像素分辨率为nx，垂直像素分辨率为ny，通过指定的重建分辨率dx，dy，dz，即重建切面的体素实际大小，通过待重建切面图像所在第一图像坐标系与实际空间坐标系之间的转换关系能够将索引坐标转换为实际空间坐标(x，y，z)，计算公式为：
x＝ix·dx，y＝jy·dy，z＝kz·dz
如果不指定重建分辨率，则根据其余参数进行自动估算，计算公式为：
基于此，可以确定待重建切面图像上的各像素点所对应的投影坐标。
在实际进行投影坐标的计算过程中，可以首先确定锥束CT扫描仪所扫描的物体、探测器平面及物体旋转中心之间的距离，而后基于相似比例关系对确定的距离进行计算，确定投影坐标，然后通过双线性插值计算该投影位置的像素值，将所有角度下的相应位置的像素值相加得到切面图像数据。具体的重建方案可以结合如下公式来说明。
首先，计算旋转角度为θ时，待重建切面图像中像素索引为(ix，jy，kz)的像素点在探测器平面上的水平坐标和垂直坐标，计算公式为：
其中，dso为锥束射线源到物体旋转中心的距离；z＝kz·dz为重建切面的纵轴坐标，kz为待重建切面的索引，dz为指定的待重建纵向空间分辨率；u＝ix·dx·cosθ+jy·dy·sinθ，v＝-ix·dx·sinθ+jy·dy·cosθ，ix为待重建切面的像素点的水平索引，jy为待重建切面的像素点的垂直索引，dx为指定的待重建水平空间分辨率，dy为指定的待重建垂直分辨率，θ为投影图像对应的旋转角度。
其次，根据获得的水平和垂直坐标进行双线性插值计算投影坐标对应像素点的像素值，计算公式为：
pθ(s，t)＝(1-ρ1)(1-ρ2)pθ(is，jt)+ρ1ρ2pθ(is+1，jt+1)
+ρ1(1-ρ2)pθ(is+1，jt)+(1-ρ1)ρ2pθ(is，jt+1)
其中，[·]为取整函数，ds为探测器元件的水平尺寸，dt为探测器元件的垂直尺寸，pθ(is，jt)为旋转角度θ的投影图像中像素索引为(is，jt)的像素值。
最后，计算所有角度的投影图像中获得的像素值的和，即为重建切面中该像素点的像素值：
本公开实施例中，还可以将重建结果输出，例如将物体的重建切面依次输出并保存，通过显示屏显示结果和打印机打印输出报告文档。
在实际应用中，可以自动化执行上述三维重建过程，具体可以按照如下操作流程来执行：
(1)打开投影图像采集窗口，选择原始投影图像，点击确认；
(2)打开投影参数窗口，设置锥束CT射线源到旋转中心的距离，锥束CT射线源到探测器的距离，探测器元件的尺寸，然后保存；
(3)打开硬件设置窗口，设置重建内存使用上限，然后保存；
(4)打开重建参数窗口，设置重建切面数量，重建切面的像素分辨率，重建切面的空间分辨率，结果存储格式和地址，然后保存；
(5)点击重建开始按钮，工具会自动开始重建切面；
(6)工具弹出重建完毕对话框，点击确认。
可知的是，本公开实施例提供的三维重建方法通过分组步骤合理分配重建计算时的硬件内存消耗，降低了硬件配置要求，不仅利用滤波算子避免了重建切面边缘模糊的现象，而且使用双线性插值极大提升了锥束CT重建切面的质量，能够更好地协助使用人员开展进一步的物体内部情况分析。
在本说明书的描述中，参考术语“一些可能的实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。
关于本公开实施方式的方法流程图，将某些操作描述为以一定顺序执行的不同的步骤。这样的流程图属于说明性的而非限制性的。可以将在本文中所描述的某些步骤分组在一起并且在单个操作中执行、可以将某些步骤分割成多个子步骤、并且可以以不同于在本文中所示出的顺序来执行某些步骤。可以由任何电路结构和/或有形机制(例如，由在计算机设备上运行的软件、硬件(例如，处理器或芯片实现的逻辑功能)等、和/或其任何组合)以任何方式来实现在流程图中所示出的各个步骤。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
基于同一发明构思，本公开实施例中还提供了与三维重建方法对应的三维重建装置，由于本公开实施例中的装置解决问题的原理与本公开实施例上述三维重建方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
参照图3所示，为本公开实施例提供的一种三维重建装置的示意图，装置包括：获取模块301、分组模块302、计算模块303和重建模块304；其中，
获取模块301，用于获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
分组模块302，用于基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
计算模块303，用于针对多个投影图像组中的每个投影图像组，基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算投影坐标对应的各像素点的像素值；
重建模块304，用于基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
采用上述三维重建装置，在获取到锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像的情况下，可以基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，而后针对分组得到的多个投影图像组中的每个投影图像组，可以确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并可以计算得到投影坐标对应的各像素点的像素值，最后基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。本公开通过分组合理分配重建计算时的硬件内存消耗，并使用双线性插值进行平滑计算重建切面像素值，极大提升了重建切面图像的质量。
在一种可能的实施方式中，在待重建切面图像为多个的情况下，重建模块304，具体用于按照如下步骤确定三维重建图像：
针对每个待重建切面，将针对待重建切面确定的多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值进行叠加，得到重建后切面图像；重建后切面图像为三维重建图像的子图像；
将多个待重建切面分别得到的重建后切面图像进行组合，得到三维重建图像。
在一种可能的实施方式中，上述装置还包括：
展示模块305，用于：
依次展示多个待重建切面分别得到的重建后切面图像；或者，
展示三维重建图像。
在一种可能的实施方式中，上述装置还包括：
处理模块306，用于在基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标之前，针对多个投影图像组中的每个投影图像组，对投影图像组中的至少一张投影图像进行加权处理及滤波处理，得到处理后的投影图像。
在一种可能的实施方式中，处理模块306，用于按照如下公式对投影图像进行加权处理：
其中，dsd为锥束CT扫描仪的射线源到探测器平面中心的距离，s＝is·ds为像素点在探测器平面上的水平坐标，t＝jt·dt为像素点在探测器平面上的垂直坐标，is为像素点在投影图像中的水平像素索引，ds为探测器的水平尺寸，jt为像素点在投影图像中的垂直像素索引，dt为探测器的垂直尺寸。
在一种可能的实施方式中，处理模块306，用于按照如下公式对投影图像进行滤波处理：
f[n]＝FFT(H[n])·w[n]
其中，FFT(·)表示快速傅立叶变换， n∈{0，±1，±2，…}；n的取值数量与投影图像每行像素点的数量相同，N为投影图像每行像素点的数量。
在一种可能的实施方式中，计算模块303，具体用于按照如下步骤基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标：
针对待重建切面图像中的目标像素点，基于待重建切面图像所在第一图像坐标系与实际空间坐标系之间的第一转换关系、以及投影图像所在第二图像坐标系与实际空间坐标系之间的第二转换关系，从投影图像中选取与目标像素点匹配的投影点；
将与目标像素点匹配的投影点的坐标，确定为目标像素点的投影坐标。
在一种可能的实施方式中，计算模块303，具体用于按照如下步骤基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标：
确定锥束CT扫描仪所扫描的物体、探测器平面及物体旋转中心之间的距离；
基于相似比例关系对确定的距离进行计算，确定投影坐标。
在一种可能的实施方式中，在投影坐标包括投影到探测器平面上的水平坐标和垂直坐标的情况下，计算模块303，用于按照如下公式确定投影坐标：
其中，dso为锥束射线源到物体旋转中心的距离；z＝kz·dz为待重建切面的纵轴坐标，kz为待重建切面的索引，dz为待重建纵向空间分辨率；u＝ix·dx·cosθ+jy·dy·sinθ，v＝-ix·dx·sinθ+jy·dy·cosθ，ix为待重建切面图像的像素点的水平索引，jy为待重建切面图像的像素点的垂直索引，dx为待重建水平空间分辨率，dy为待重建垂直分辨率，θ为投影图像对应的旋转角度。
在一种可能的实施方式中，计算模块303，用于按照如下公式计算投影坐标对应的各像素点的像素值：
pθ(s，t)＝(1-ρ1)(1-ρ2)pθ(is，jt)+ρ1ρ2pθ(is+1，jt+1)
+ρ1(1-ρ2)pθ(is+1，jt)+(1-ρ1)ρ2pθ(is，jt+1)
其中，[·]为取整函数，ds为探测器元件的水平尺寸，dt为探测器元件的垂直尺寸，pθ(is，jt)为旋转角度θ的投影图像中像素索引为(is，jt)的像素值。
在一种可能的实施方式中，计算模块303，用于按照如下公式计算待重建切面图像中像素点的像素值：
其中，索引坐标(ix，jy，kz)表示第kz个待重建切面中水平像素索引为ix，垂直像素索引为iy的像素点，为旋转角度θk的投影图像中像素索引为(s，t)的像素值。
需要说明的是，本公开实施方式中的装置可以实现前述方法的实施方式的各个过程，并达到相同的效果和功能，这里不再赘述。
本公开实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，为本公开实施例提供的电子设备结构示意图，包括：处理器401、存储器402、和总线403。存储器402存储有处理器401可执行的机器可读指令(比如，图3中的装置中获取模块301、分组模块302、计算模块303及重建模块304对应的执行指令等)，当电子设备运行时，处理器401与存储器402之间通过总线403通信，机器可读指令被处理器401执行时执行如下处理：
获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
基于预设的内存使用上限对多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
针对多个投影图像组中的每个投影图像组，基于投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算投影坐标对应的各像素点的像素值；
基于多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的三维重建方法的步骤。其中，该存储介质可以是易失性或非易失的计算机可读取存储介质。
本公开实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品承载有程序代码，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的三维重建方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。
其中，上述计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包(Software Development Kit，SDK)等等。
本公开中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，对于装置、设备和计算机可读存储介质实施方式而言，由于其基本相似于方法实施方式，所以其描述进行了简化，相关之处可参见方法实施方式的部分说明即可。
本公开实施方式提供的装置、设备和计算机可读存储介质与方法是一一对应的，因此，装置、设备和计算机可读存储介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述装置、设备和计算机可读存储介质的有益技术效果。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施方式可提供为方法、装置(设备或系统)、或计算机可读存储介质。因此，本公开可采用完全硬件实施方式、完全软件实施方式、或结合软件和硬件方面的实施方式的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机可读存储介质的形式。
本公开是参照根据本公开实施方式的方法、装置(设备或系统)、和计算机可读存储介质的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本公开的精神和原理，但是应该理解，本公开并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本公开旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (14)

1.一种三维重建方法，其特征在于，包括：
获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
基于预设的内存使用上限对所述多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值；
基于所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述待重建切面图像为多个的情况下，所述确定三维重建图像，包括：
针对每个待重建切面，将针对所述待重建切面确定的所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值进行叠加，得到重建后切面图像；所述重建后切面图像为所述三维重建图像的子图像；
将多个待重建切面分别得到的重建后切面图像进行组合，得到所述三维重建图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
依次展示多个待重建切面分别得到的重建后切面图像；或者，
展示所述三维重建图像。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标之前，所述方法还包括：
针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，对所述投影图像组中的至少一张投影图像进行加权处理及滤波处理，得到处理后的投影图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照如下公式对所述投影图像进行加权处理：
其中，dsd为锥束CT扫描仪的射线源到探测器平面中心的距离，s＝is·ds为像素点在探测器平面上的水平坐标，t＝jt·dt为像素点在探测器平面上的垂直坐标，is为像素点在投影图像中的水平像素索引，ds为探测器的水平尺寸，jt为像素点在投影图像中的垂直像素索引，dt为探测器的垂直尺寸。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照如下公式对所述投影图像进行滤波处理：
f[n]＝FFT(H[n])·w[n]
其中，FFT(·)表示快速傅立叶变换， n∈{0，±1，±2，…}；n的取值数量与投影图像每行像素点的数量相同，N为投影图像每行像素点的数量。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，包括：
针对所述待重建切面图像中的目标像素点，基于所述待重建切面图像所在第一图像坐标系与实际空间坐标系之间的第一转换关系、以及所述投影图像所在第二图像坐标系与实际空间坐标系之间的第二转换关系，从所述投影图像中选取与所述目标像素点匹配的投影点；
将与所述目标像素点匹配的投影点的坐标，确定为所述目标像素点的投影坐标。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，包括：
确定锥束CT扫描仪所扫描的物体、探测器平面及物体旋转中心之间的距离；
基于相似比例关系对确定的所述距离进行计算，确定所述投影坐标。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述投影坐标包括投影到探测器平面上的水平坐标和垂直坐标的情况下，按照如下公式确定所述投影坐标：
其中，dso为锥束射线源到物体旋转中心的距离；z＝kz·dz为待重建切面的纵轴坐标，kz为待重建切面的索引，dz为待重建纵向空间分辨率；u＝ix·dx·cosθ+jy·dy·sinθ，v＝-ix·dx·sinθ+jy·dy·cosθ，ix为待重建切面图像的像素点的水平索引，jy为待重建切面图像的像素点的垂直索引，dx为待重建水平空间分辨率，dy为待重建垂直分辨率，θ为投影图像对应的旋转角度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值：
pθ(s，t)＝(1-ρ1)(1-ρ2)pθ(is，jt)+ρ1ρ2pθ(is+1，jt+1)+ρ1(1-ρ2)pθ(is+1，jt)+(1-ρ1)ρ2pθ(is，jt+1)
其中，[·]为取整函数，ds为探测器元件的水平尺寸，dt为探测器元件的垂直尺寸，pθ(is，jt)为旋转角度θ的投影图像中像素索引为(is，jt)的像素值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算待重建切面图像中像素点的像素值：
其中，索引坐标(ix，jy，kz)表示第kz个待重建切面中水平像素索引为ix，垂直像素索引为iy的像素点，为旋转角度θk的投影图像中像素索引为(s，t)的像素值。
12.一种三维重建装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取锥束CT扫描仪扫描得到的多张投影图像；
分组模块，用于基于预设的内存使用上限对所述多张投影图像进行分组，得到多个投影图像组；每个投影图像组中包含至少一张投影图像；
计算模块，用于针对所述多个投影图像组中的每个投影图像组，基于所述投影图像组中的至少一张投影图像确定待重建切面图像中各像素点通过锥束投影到探测器平面上的投影坐标，并通过双线性插值方式计算所述投影坐标对应的各像素点的像素值；
重建模块，用于基于所述多个投影图像组分别计算得到的各像素点的像素值，确定三维重建图像。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至11中任一项所述的三维重建方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至11中任一项所述的三维重建方法。
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