JP2596276B2 - スライス画像系列補間装置 - Google Patents

スライス画像系列補間装置

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JP2596276B2 JP3320175A JP32017591A JP2596276B2 JP 2596276 B2 JP2596276 B2 JP 2596276B2 JP 3320175 A JP3320175 A JP 3320175A JP 32017591 A JP32017591 A JP 32017591A JP 2596276 B2 JP2596276 B2 JP 2596276B2
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    • G06T3/00Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4007Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on interpolation, e.g. bilinear interpolation

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線CTやMRI等の
スライス濃淡画像(連続断面像)の系列に含まれる3次
元物体の形状補間や、動画像のフレームの系列に含まれ
る特定の物体の時間方向の軌跡の補間に用いられるスラ
イス画像系列補間装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、スライス画像利用に於ける形状補
間の中で、良好な補間精度を目標としたものは、以下の
ような方針をとっていた。
【0003】(1)先ず、各スライス毎に関心領域の輪
郭線を抽出する。即ち、輪郭線に含まれる画素を1と
し、それ以外の画素を0とする。
【0004】(2)次に、この輪郭線を結ぶ面や線のパ
ッチを構成し補間する。例えば、文献「3次元ディジタ
ル画像に対する形状補間の一方法:金秀一他,電子情報
通信学会論文誌 D-II Vol.J73-D-II NO.11 pp.1830-184
1 1990年11月」にはこの方針に基づいて3次元形状を補
間する方式が示されている。
【0005】この方式では、各スライス上の断面形状を
表す2値画像(物体内部は1、外部は0)が与えられた
として、次のように補間を行なう。
【0006】<1>スライス面に垂直な切断面でこの物
体を切断し、この切断面上での3次元物体の切口を表す
2値図形の輪郭、即ち、各スライス上での端点を求める
(図3参照)。
【0007】<2>この端点を制御点とし曲線補間(あ
てはめ)を行なう。補間法としては、線形補間、3次ス
プライン補間、B-スプライン補間を用いる(図4参照)。
【0008】<3>求められた補間輪郭線で囲まれる領
域の内部を塗りつぶす。 <4>スライス面に垂直に断面を等しい間隔で生成し、
その全てに対して同様の操作を行ない断面図形の和集合
をとって、求める3次元物体とする。
【0009】以下、図5を用いて従来の技術による装置
の基本的構成を示す。501は、入力されたスライス濃
淡画像の系列を記憶するスライス濃淡画像記憶手段、5
02は、スライス濃淡画像の系列から目的の3次元物体
を認識し、2値化したスライス画像を生成する(物体内
部は1、外部は0)2値化手段、503はこの2値図形
の輪郭を追跡する輪郭追跡手段、504は輪郭点を節点
としてパッチを生成するパッチ生成手段、505はパッ
チによって補間され新たに生成された輪郭の内部を塗り
つぶす内部認識手段である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
は、以下のような重要な問題を含んでいる。即ち、入力
されたスライス濃淡画像の系列から目的3次元物体を切
りだすには、濃淡や濃淡の空間変動情報に対する閾値処
理を経るが、一般に、2つの物体が重なった境界等では
領域境界がはっきりしないため、領域の切りだしに対す
る一意的な信頼性は低く、閾値処理により大きな誤差を
含んでしまう場合がある。
【0011】このような誤差を含んだデータを基に次の
ような補間処理が進められるので、最終的に得られる補
間されたデータも信頼性を確保できない。即ち、切り出
された物体の輪郭上の点を節点として、それらを結ぶ線
や面のパッチにより形状補間するので、パッチの制御点
である節点が誤差を含んだものあれば、補間された3次
元形状は一層大きな誤差を含んだものとなる。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のスライス画像系列補間装置は、スライス濃淡
画像の系列を記憶するスライス画像系列記憶手段と、前
記スライス画像系列が構成する3次元空間内の指定され
た格子点位置で、各格子点が目的対象物の表面上に存在
する確からしさをスライス濃淡画像のデータから計算す
る確からしさ算出手段と、3次元空間内の指定された曲
面の滑らかさを曲面上の格子点位置で算出する滑らかさ
算出手段と、前記確からしさ算出手段に対して3次元空
間内の格子点位置を格子点位置候補の中からさまざまに
選んで指定し、前記滑らかさ算出手段に対して3次元空
間内の曲面を指定し、確からしさ算出手段からの確から
しさと滑らかさ算出手段からの滑らかさに基づき目的対
象物の表面を探索する探索手段と、前記探索手段の探索
結果に基づき物体表面の内部を認識する内部認識手段と
を備えた構成となっている。
【0013】
【作用】上記構成において、入力された濃淡画像の系列
はスライス画像系列記憶手段に記憶される。このスライ
ス画像の系列は、これらを順に重ねて並べることにより
ひとつの3次元空間を構成する。確からしさ算出手段
が、前記スライス画像系列記憶手段に記憶されたスライ
ス濃淡画像データを基に、探索手段が指定した3次元空
間内の任意の格子点位置が目的対象物の表面上に存在す
る確からしさを算出し、滑らかさ算出手段が、探索手段
が指定した3次元空間内の格子点集合よりなる曲面の滑
らかさを曲面上の任意の位置で予め定められた計算式に
従って算出し、探索手段が、確からしさ算出手段から転
送された確からしさの情報と、滑らかさ算出手段から転
送された滑らかさの情報をもとに、目的対象物体の補間
形状を探索し、内部認識手段が、補間された表面形状の
内部を認識し塗りつぶすことにより、従来のように、ス
ライス濃淡画像から輪郭点集合を抽出し、それらを制御
点として補間するのと異なり、輪郭情報の信頼性が低く
ても、物体表面の滑らかさの情報により、これを補うこ
とができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図1は本発明による画像系列補完装置の概念的構成
を示したブロック図である。図1において、入力された
濃淡画像の系列は101のイス画像系列記憶手段に記憶
される。このスライス画像の系列は、これらを順に重ね
て並べることによりひとつの3次元空間を構成する。1
02の確からしさ算出手段は、101に記憶されたスラ
イス濃淡画像データを基に、104の探索手段が指定し
たこの3次元空間内の任意の格子点位置が目的対象物の
表面上に存在する確からしさを算出する。103の滑ら
かさ算出手段は、104の探索手段が指定した3次元空
間内の格子点集合よりなる曲面の滑らかさを、曲面上の
任意の位置で、予め定められた計算式に従って算出す
る。104の探索手段は、102の確からしさ算出手段
から転送された確からしさの情報と、103の滑らかさ
算出手段から転送された滑らかさの情報をもとに、目的
対象物体の補間形状を探索する。105の内部認識手段
は、以上により補間された表面形状の内部を認識し塗り
つぶす。
【0015】以下、図2を用いて本発明の一実施例につ
いて詳しく説明する。201はスライス濃淡画像の系列
Ik{k=0,1,2,...}を記憶するためのメモリである。スラ
イス濃淡画像Ik上に直行座標系XYを設定し、スライス
面の移動方向、即ち、XY平面に垂直な方向に座標軸Zを
とる。XYZ3次元座標系をこのように設定することによ
り、目的の3次元物体をこのXYZの空間において捉える
ことができる。
【0016】さらに、目的物体の表面上の任意の点p
は、スライス面 z=tによるこの物体表面の切り口の上に
とった経路パラメタ s を用いて、位置ベクトルp=(x
(s,t),y(s,t),t)と表すことができる。従って、本補間
問題は、z=tk {k=0,1,2,...} に於いて、スライス濃淡
画像Ikが与えられた時に、それらの間、tk-1< z < tk
を補間するという問題となる。
【0017】202の確からしさ算出プロセッサは、濃
淡情報I(x,y,z) (z=tk{k=0,1,2...}でのみ与えられて
いる) から、204の探索プロセッサが出力した位置
(x,y,z) に於いて、空間微分情報 Ix,Iy, を算出し、こ
れらの点(x,y)の回りの近傍における積和、
【0018】
【数2】
【0019】を基に、以下の計算式の値を算出する。
(数2)の偏微分の計算方法には様々なものが知られて
いるが、例えばIx = I(x+d,y,z) - I(x,y,z)を用いれば
よい。また積和をとる領域は変動要素であるが、例え
ば、着目位置を中心に周辺5×5画素等とすることがで
きる
【0020】
【数3】
【0021】これをもって、物体表面上の点としての確
からしさとする。
【0022】203の滑らかさ算出プロセッサは、20
4の探索プロセッサが203に対して出力した曲面の滑
らかさを、以下の式に従って計算する。この式は2次分
散、或いは、2次変動と呼ばれるもので、曲面の滑らか
さを計算するために非常に有効な式であることが知られ
ている。偏微分の値は、例えば、差分による近似によっ
て計算すればよい。
【0023】
【数4】
【0024】204による曲面の指定は、曲面を構成す
る格子点の集合{(x(s,z),y(s,z),z)}の指定による。2
04の探索プロセッサは、202の確からしさ算出プロ
セッサから転送された格子点が目的物体表面に存在する
確からしさの情報と、203の滑らかさ算出プロセッサ
から転送された曲面の滑らかさの情報を評価基準とし
て、物体表面を構成する全ての格子点を探索する。この
探索の方式としては、動的計画法やグラフ探索法、さら
には、やきなまし法等のよく知られた種々の最適探索法
を用いることができる。
【0025】205の内部認識プロセッサは、以上のよ
うにして見い出された目的物体表面の内部を認識し、埋
めつくす。この方式には、文献「岩田他:閉曲線図形の
内外部識別方法:電子情報通信学会論文誌 '80/11 Vol.
J63-D No.11」に示された方式を用いる。
【0026】以上のように、本方式は、スライス濃淡画
像の画素のコントラスト強度の情報を抽出し、これを、
その画素が目的物体の表面(輪郭)に存在する確からし
さと定義する、又、物体表面に対する滑らかさの情報を
(数1)に定めた計算式に従って算出し、この2つ情報
を拘束情報として、それらのバランスが最適な曲面を探
索する。従って、従来のように、スライス濃淡画像から
輪郭点集合を抽出し、それらを制御点として補間するの
と異なり、輪郭情報の信頼性が低くても、物体表面の滑
らかさの情報により、これを補うことができる点が特徴
である。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本方式によれば、コント
ラストがはっきりせず輪郭情報の信頼性が低いようなス
ライス濃淡画像に対しても、高精度に物体の補間形状を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスライス画像系列補間装置の概念的構
成を示したブロック図
【図2】本発明の一実施例におけるスライス画像系列補
間装置のブロック図
【図3】切断面上での2値図形の輪郭を示す図
【図4】補間法の例を示す図
【図5】従来の技術によるスライス画像系列補間装置の
概念的構成を示したブロック図
【符号の説明】
101 スライス画像系列記憶手段 102 確からしさ算出手段 103 滑らかさ算出手段 104 探索手段 105 内部認識手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−245282(JP,A) 特開 昭61−196375(JP,A) 特開 昭62−164174(JP,A) 特開 昭63−10278(JP,A) 特開 平2−178786(JP,A) 特開 平1−129372(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スライス濃淡画像の系列を記憶するスラ
    イス画像系列記憶手段と、前記スライス画像系列が構成
    する3次元空間内の指定された格子点位置で、各格子点
    が目的対象物の表面上に存在する確からしさをスライス
    濃淡画像のデータから計算する確からしさ算出手段と、
    3次元空間内の指定された曲面の滑らかさを曲面上の格
    子点位置で算出する滑らかさ算出手段と、前記確からし
    さ算出手段に対して3次元空間内の格子点位置を指定
    し、前記滑らかさ算出手段に対して3次元空間内の曲面
    を指定し、確からしさ算出手段からの確からしさと滑ら
    かさ算出手段からの滑らかさに基づき目的対象物の表面
    を探索する探索手段と、前記探索手段の探索結果に基づ
    き物体表面の内部を認識する内部認識手段とを具備する
    ことを特徴とするスライス画像系列補間装置。
  2. 【請求項2】 スライス面上のx、y軸と、前記x、y軸と
    垂直なz軸のxyz3次元空間によってスライス画像系列を
    表現し、前記スライス画像系列と目的物体表面の切り口
    上の経路パラメタ s を用いて、目的物体の表面である
    前記xyz3次元空間内の曲面上の任意の点pの位置ベク
    トルをp=(x(s,z),y(s,z),z)で表し、滑らかさ算出手段
    が次式 【数1】 に基づいて、指定された曲面の滑らかさを算出すること
    を特徴とする請求項1記載のスライス画像系列補間装
    置。
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