JP2006501876A - 圧縮および視覚化のためのデータの効率的な順序整合 - Google Patents

Abstract

本発明は、データ圧縮および視覚化のためのシステムならびに方法に関する。システム（１００）には、重み付けられた視覚化重要度に従い複数のボクセルから成る入力画像を圧縮する圧縮ユニット（１７０）と、この圧縮ユニットと信号のやり取りをして重み付けられた視覚化重要度に対応する順序でボクセルを視覚化する視覚化ユニット（１８０）が設けられている。さらにこのシステムに対応する方法によれば、ボクセルに対する視覚化重要度パラメータに応じて重み付け関数を定義し、この重み付け関数に従いボクセルに対する伝送順序を導出し、伝送順序を表すルックアップテーブルを用いてボクセルを圧縮し、圧縮されたボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に伝送する。さらにこの方法によればオプションとして、圧縮されたボクセルを重み付けられた視覚化重要度の順序で受信し、伝送順序を表すルックアップテーブルを用いてボクセルを伸長し、受信した順序でボクセルを視覚化する。

Description

物体の検出および認識のための視覚ベースの方法の場合、典型的には帯域幅の制限されたコネクションを介して考察対象物体を表す画像が伝送され、制約のある記憶媒体に格納される。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像再構成用の典型的なサイズは現在のところ５１２×５１２×５１２ボクセルであり、近い将来は１０２４×１０２４×１０２４ボクセルのサイズに達する可能性がある。この種のデータセットを１つのマシンから他のマシンへ移動させるためには、一般にネットワーク帯域幅のかなりの部分を占めることになる。この問題を多少なりとも解消するために、さらには宛先のマシンに到達してからデータセットが占有するディスクスペースを低減するために、一般に提案されているのは圧縮である。

データセットを見るための典型的な手法は、ボリュームレンダリングを使用することである。ボリュームレンダリングでは、ボクセル値から色と不透明度へのマッピングを行う伝達関数が用いられる。ＪＰＥＧ２０００標準によれば、目的を適えるために圧縮されたデータストリームにおける各ビットの順序を整合させることができる。

概要
本発明による圧縮および視覚化のためのシステムならびに方法は従来技術の問題点および欠点を解消しようというものである。このシステムには、重み付けられた視覚化重要度に従いボクセルの入力画像を圧縮する圧縮ユニットと、この圧縮ユニットと信号のやり取りをして重み付けられた視覚化重要度に応じた順序でボクセルを視覚化する視覚化ユニットが設けられている。

このシステムに対応する方法には、ボクセルに対する視覚化重要度パラメータに応じて重み付け関数を定義するステップと、重み付け関数に従いボクセルに対する伝送順序を導出するステップと、伝送順序を表すルックアップテーブルを用いてボクセルを圧縮するステップと、圧縮されたボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に伝送するステップが含まれている。さらにこの方法にはオプションとして、圧縮されたボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に受信するステップと、伝送順序を表すルックアップテーブルを用いてボクセルを伸長するステップと、受信した順序でボクセルを視覚化するステップとが含まれている。

本発明によるこれらのおよびさらに別の着想や特徴ならびに利点は、図面を参照しながら以下で説明する実施例に示されている。

図面の簡単な説明
次に、図面を参照しながら視覚ベースの物体検出のためのデータ圧縮および視覚化に対する効率的なアプローチについて説明する。

図１は、本発明の１つの実施形態によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムを示すブロック図である。

図２は、図１のシステムのための繰り返し頻度手法によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムの処理進行を示す図である。

図３は、図１のシステムのための不透明値手法によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムの処理進行を示す図である。

有利な実施形態な詳細な説明
物体の検出および認識のための視覚ベースの手法において、考慮の対象となる物体の画像が制限された帯域幅のコネクションを介して伝送され、制限された記憶媒体に格納される。有利なデータ伝送として可能であるのは、低い空間分解能画像に対応するビットを最初に伝送し、ついでそれよりも高い分解能に対応するビットを伝送することである。別の順序整合パターンは、高位のビットを伝送してから下位のビットを伝送することである。一例は、マシンＡがデータセットをもち、マシンＢを宛先として、このマシンＢにおいてボリュームを観察しようというものである。

圧縮されたデータセットがマシンＡからマシンＢへストリーミングされる場合、ユーザはデータ伝送の完了、データの伸長および／またはボリュームの視覚化を待たずに伝送中にボリュームを観察できるようにすべきである。これに加えて、圧縮されたデータセットがマシンＢに格納されている場合に、データの伸長および／またはボリュームの視覚化を待つことなくユーザがボリュームを観察できるようにもすべきである。したがって最終的な目的はボリュームの視覚化であるので、視覚化を容易にするよう圧縮が進められる。

図１には、本発明の１つの実施形態によるデータの圧縮と視覚化のためのシステム１００のブロック図が示されている。このシステム１００には少なくとも１つのプロセッサまたは中央処理ユニット（"CPU"）１０２が含まれており、これはシステムバス１０４と信号通信を行う。リードオンリーメモリ（"ROM"）１０６、ランダムアクセスメモリ（"RAM"）１０８、ディスプレイアダプタ１１０、Ｉ／Ｏアダプタ１１２ならびにユーザインタフェースアダプタ１１４も、システムバス１０４と信号通信を行う。

ディスプレイユニット１１６は、ディスプレイアダプタ１１０を介してシステムバス１０４と信号通信を行う。たとえば磁気ディス記憶ユニットや光ディスク記憶ユニットなどのディスク記憶ユニット１１８は、Ｉ／Ｏアダプタ１１２を介してシステムバス１０４と信号通信を行う。さらにマウス１２０、キーボード１２２、アイトラッキングデバイス１２４は、ユーザインタフェースアダプタ１１４を介してやはりシステムバス１０４と信号通信を行う。マウス１２０、キーボード１２２およびアイトラッキングデバイス１２４は、ディジタル医療画像の選択された領域の生成を支援するために用いられる。

このシステム１００にはデータ圧縮ユニット１７０と視覚化ユニット１８０も含まれており、これらはＣＰＵ１０２およびシステムバス１０４と信号通信を行う。データ圧縮ユニット１７０および視覚化ユニット１８０は少なくとも１つのプロセッサまたはＣＰＵ１０２と結合されたかたちで描かれており、これらのコンポーネントを記憶装置１０６，１０８，１１８のうち少なくとも１つに格納されたコンピュータプログラムコードとして実現するのが有利であり、このコンピュータプログラムコードはＣＰＵ１０２によって実行される。

システム１００にはディジタイザ１２６も含まれており、これは画像をディジタル化するためにユーザインタフェースアダプタ１１４を介してシステムバス１０４と信号通信を行う。択一的にディジタイザ１２６を省略することもでき、そのようなケースにおいてシステムバス１０４と信号通信を行う通信アダプタ１２８を介して、あるいは当業者であれば考えられる他の適切な手段を介して、ディジタル画像をネットワークからシステム１００へ入力することができる。

当業者であれば理解できるように、たとえばプロセッサチップ１０２に設けられたレジスタにコンピュータプログラムコードのすべてあるいはいくつかを実装するなど、択一的な実施形態が可能である。本願発明の開示により当業者であれば本発明の開示の範囲と着想を逸脱することなく、様々な択一的形態やデータ圧縮ユニット１７０、視覚化ユニット１８０およびシステム１００の他の構成要素の実装を考えることができる。

動作中、視覚化にあたり他よりも重要なボクセルを記述する重み付けパターンが存在するならば、そのような重み付けパターンをボクセル伝送順序の導出に利用することができる。ＪＰＥＧ２０００に準拠するため、ボクセル値を一義的に再配列するルックアップテーブルが用いられる。たとえば元のボクセル値の重要度が低ければ、マッピングされる値は００００００００００００に近づくし、元のボクセル値の重要度が高ければ、マッピングされる値は１１１１１１１１１１１１に近づく。したがって高位のビットに続いて下位のビットが伝送される伝送パターンでは、圧縮ストリームにおいて重要なボクセルが現れてからあまり重要でないボクセルが現れることになる。

図２には、重み付けパターンまたは重要度関数の１つの実施形態が繰り返し頻度ヒストグラムとして示されている。ここでは元のボリューム２１０が、グラフ２１２の水平方向軸が示す値をもつボクセルによって表されている。グラフ２１２の垂直方向軸は、ボクセル値各々の繰り返し頻度を表している。この実施形態ではボクセル値は繰り返し頻度に従い再配置され、このことはグラフ２１４の水平方向軸上で示されている。その後、結果として得られた再配置されたボリューム２１６は、強く重み付けられた情報またはいっそう重要な情報をそれよりも軽く重み付けられた情報またはあまり重要でない情報よりも先に伝送し記憶させるために用いられる。

図３には、重要度関数の別の実施形態が視覚化伝達関数として示されている。伝達関数によってある特定のボクセルが著しく低い強度またはゼロ不透明度をもたされるようになると、そのボクセルは圧縮ストリーム中、あとの方で送信される。たとえば視覚化すべき入力ボリュームからのスカラボクセル値を赤、緑、青および不透明度各々のための４つのルックアップテーブルを利用してマッピングすることができる。したがって元のボリューム３１０は不透明度値対ボクセル値伝達関数３１２として表される。ボクセル値は単調に増加する不透明度値に従い並べ替えられ、これによって再配置されたボクセル値伝達関数３１４に対する不透明度値が得られる。その後、結果として得られた再配置されたボリューム３１６は、強く重み付けられた情報またはいっそう重要な情報をそれよりも軽く重み付けられた情報またはあまり重要でない情報よりも先に伝送し記憶させるために用いられる。

重要度関数の別の実施形態も可能であり、たとえば上述の両方の頻度ヒストグラムと伝達関数を利用することもでき、これはたとえば２つの関数の積を利用することで実現される。これにより高い頻度（すなわち共通の）および高い不透明度のボクセルが先に送信されることになり、低い頻度および低い不透明度値があとから送られることになる。

これまで説明してきた技術は、医療画像に加えて数多くの視覚ベースの画像の伝送および記憶の問題に適用可能である。択一的な実施例として、マシンビジョンによる組み立てライン上での自動物体検出、セキュリティコントロールにおける顔面検出などが挙げられる。当業者であればわかるように、用語「画像」は本明細書において択一的な実施形態における３次元、４次元またはそれよりも高次のデータセットのことも表す。

これまで述べてきた本発明のおよびさらに別の特徴や利点は、本明細書の開示に基づき当業者が容易に理解できる。また、本明細書の開示による着想をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特定用途向けプロセッサ、あるいはこれらの組み合わせによる様々な形態で実現することができる。

最も有利であるのは、本発明の開示をハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実現することである。さらにソフトウェアを、プログラム記憶ユニット上で具体的に実現されるアプリケーションプログラムとして実装するのが有利である。また、アプリケーションプログラムをあらゆる適切なアーキテクチャをもつマシンへロードして実行することができる。さらに有利であるのは、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースなどのようなコンピュータプラットフォーム上でマシンを実装することである。コンピュータプラットフォームにはオペレーティングシステムとマイクロ命令コードを含めることもできる。これまで説明してきた様々なプロセスおよびファンクションを、マイクロ命令コードの一部分またはアプリケーションプログラムの一部分あるいはそれらのあらゆる組み合わせとすることができ、それらをＣＰＵによって実行させることができる。さらに補助データ記憶ユニットや印刷ユニットなど様々な他の周辺ユニットを、コンピュータプラットフォームに接続することができる。

添付の図面に描かれているシステム構成要素や方法のいくつかをソフトウェアとして実装するのが有利であるため、各システム構成要素間あるいは各プロセスファンクションブロック間のコネクションを、本発明の開示をプログラミングする手法に依存してそれぞれ異ならせることができるのは自明である。本発明の開示によれば、これまで説明してきた本発明の実現手法やコンフィギュレーションおよびそれと類似したものを考えることができる。

これまで図面を参照しながら本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの精密な実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の範囲あるいは着想を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができるのは自明である。そのようなすべての変更や変形は特許請求の範囲に記載された本発明の枠内に含まれるものである。

本発明の１つの実施形態によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムを示すブロック図である。 図１のシステムのための繰り返し頻度手法によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムの処理進行を示す図である。 図１のシステムのための不透明値手法によるデータ圧縮および視覚化のためのシステムの処理進行を示す図である。

Claims (23)

1. データ圧縮および視覚化方法において、
   複数のボクセルに対する視覚化重要度パラメータに応じて重み付け関数を定義し、
   該重み付け関数に対応させて前記複数のボクセルに対する伝送順序を導出し、
   該伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを圧縮し、
   圧縮された前記複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に伝送することを特徴とする、
   データ圧縮および視覚化方法。
2. 圧縮された前記複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に受信し、
   伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを伸長し、
   受信した順序で複数のボクセルのうち少なくとも１つを視覚化する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記複数のボクセルは医療画像に対応する、請求項１記載の方法。
4. 前記重み付け関数は繰り返し頻度に対応する、請求項１記載の方法。
5. 前記重み付け関数は不透明度値伝達関数に対応する、請求項１記載の方法。
6. 前記重み付け関数は強度値伝達関数に対応する、請求項１記載の方法。
7. データ圧縮および視覚化のためのシステム（１００）において、
   複数のボクセルから成る入力画像を重み付けられた視覚化重要度に従い圧縮する圧縮ユニット（１７０）と、
   該圧縮ユニット（１７０）と信号通信して、前記重み付けられた視覚化重要度に対応する順序で前記複数のボクセルのうち少なくとも１つを視覚化する視覚化ユニット（１８０）が設けられていることを特徴とする、
   データ圧縮および視覚化のためのシステム。
8. 入力画像は医療画像である、請求項７記載のシステム。
9. 前記視覚化ユニット（１８０）と信号通信して入力画像を処理するＣＰＵ（１０２）が設けられている、請求項７記載のシステム。
10. 前記ＣＰＵ（１０２）と信号通信して前記入力画像を表示するディスプレイアダプタ（１１０）と、
    入力画像内の視覚化された物体のロケーションを指示するため、前記ＣＰＵ（１０２）と信号通信して前記入力画像から視覚化されたボクセルのロケーションを再呼び出しするＩ／Ｏアダプタ（１１２）が設けられている、
    請求項９記載のシステム。
11. 前記ＣＰＵ（１０２）と信号通信してユーザからの少なくとも１つの画像の選択決定を少なくとも受信するユーザインタフェースアダプタ（１１４）が設けられている、請求項９記載のシステム。
12. データ圧縮および視覚化のためのシステムにおいて、
    複数のボクセルに対する視覚化重要度パラメータに応答する重み付け関数を定義する定義手段と、
    該重み付け関数に従って前記複数のボクセルに対する伝送順序を導出する導出手段と、
    伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを圧縮する圧縮手段と、
    圧縮された該複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に伝送する伝送手段が設けられていることを特徴とする、
    データ圧縮および視覚化のためのシステム。
13. 圧縮された前記複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に受信する受信手段と、
    伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを伸長する伸長手段と、
    受信した順序で前記複数のボクセルのうち少なくとも１つのボクセルを視覚化する視覚化手段が設けられている、
    請求項１２記載のシステム。
14. 前記複数のボクセルは医療画像に対応する、請求項１２記載のシステム。
15. 重み付け関数を定義する前記定義手段は繰り返し頻度ヒストグラムに応答する、請求項１２記載のシステム。
16. 重み付け関数を定義する前記定義手段は不透明度値伝達関数に応答する、請求項１２記載のシステム。
17. 重み付け関数を定義する前記定義手段は強度値伝達関数に応答する、請求項１２記載のシステム。
18. マシンにより読み取り可能なプログラム記憶装置において、
    データ圧縮および視覚化のためのステップを実施するために、前記マシンにより実行可能な複数の命令から成るプログラムを実体として格納しており、前記ステップには、
    複数のボクセルに対する視覚化重要度パラメータに応答する重み付け関数を定義するステップと、
    該重み付け関数に従い前記複数のボクセルに対する伝送順序を導出するステップと、
    該伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを圧縮するステップと、
    圧縮された該複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に伝送するステップが含まれていることを特徴とする、
    マシンにより読み取り可能なプログラム記憶装置。
19. 前記ステップにはさらに、
    圧縮された前記複数のボクセルを重み付けられた視覚化重要度の大きい順に受信するステップと、
    伝送順序を表すルックアップテーブルを用いて前記複数のボクセルを伸長するステップと、
    受信した順序で前記複数のボクセルのうち少なくとも１つを視覚化するステップが含まれている、
    請求項１８記載のプログラム記憶装置。
20. 前記複数のボクセルは医療画像に対応する、請求項１８記載のプログラム記憶装置。
21. 重み付け関数を定義する前記ステップにおいて繰り返し頻度ヒストグラムを定義する、請求項１８記載のプログラム記憶装置。
22. 重み付け関数を定義する前記ステップにおいて不透明度値伝達関数を定義する、請求項１８記載のプログラム記憶装置。
23. 重み付け関数を定義する前記ステップにおいて強度値伝達関数を定義する、請求項１８記載のプログラム記憶装置。

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