JP3895323B2 - 多視角x線立体結像の方法及びシステム - Google Patents
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Description
1)測定或いは較正の方式によって結像システムパラメータを取得するステップと、
2)デジタル結像装置またはその中に置いた物体のいずれか一方を回転させて、前記デジタル結像装置と前記物体が相対的に円周または螺旋状の移動を行わせ、各θ度ごとに一枚の投影画像(Gk(θ)、θは任意数)をサンプリングする投影画像サンプリングステップと、
3)全ての画像画素に対して結像システムパラメータに従って2レベルに分類した索引を作成する画像索引形成ステップと、
4)ユーザがインタラクティブなインタフェースを通じて観察の必要に応じて、異なる角度から観察する効果のある立体画像対を取得することができるように立体画像対の視点パラメータを設定する視点パラメータ設定ステップと、
5)前記視点パラメータより現在の立体画像対を確定し、画像上における各画素に対応する視線パラメータを計算する視線パラメータ計算ステップと、
6)ステップ5において算出された前記視線パラメータによって、ステップ3に形成された画像索引表から前記視線パラメータに近い放射ビームを探し出す画像索引検索ステップと、
7)コンピュータの演算性能およびユーザから画像精度に対する要求に応じて、各種フィルタ補間方式を採用して、近隣放射ビームに対して補間合成の計算を行い、視線(L’ij)に対応する画像画素(p'(i,j))を合成し、ステップ3から5までを繰り返して、立体画像対上における全ての画素点について算出する画素合成ステップと、
8)ユーザの需要に応じてインタラクティブなインタフェースを通じて画像に対して増強処理を行う画像処理ステップと、
9)立体表示装置によって立体画像対の表示を行い、ユーザが左眼で左眼視角に対応する画像を見、右眼で右眼視角に対応する画像を見ることによって、立体画像を形成する立体表示ステップとを備える。
X線源(1)と平板X線検知器(3)からなるX線デジタル結像装置と、
多自由度回転可能載置台(2)と、
走査制御及びデータ獲得手段(4)と、
多自由度制御手段(5)と、
立体表示図形カード(7)と、
画像解析処理手段(6)と、
ディスプレー8と、
立体メガネ9とを備える多視角X線立体結像システムであって、
前記X線デジタル結像装置は、円周軌跡或いは螺旋軌跡に沿って走査することを実現でき、前記走査制御及びデータ獲得手段は、測定或いは較正の方式によって結像システムパラメータを取得し、デジタル結像装置またはその中に置いた物体のいずれか一方を回転させて、前記デジタル結像装置と前記物体を相対的に円周または螺旋状の移動を行わせ、各θ度ごとに一枚の投影画像(Gk(θ)、θが任意数値)をサンプリングし、前記画像解析処理手段は、サンプリングされた画像画素データを需要に応じてデータの圧縮を行ってコンピュータの内部メモリに記憶し、全ての画像画素が結像システムパラメータによって2レベルに分類した索引を作成する画像索引形成と、観察の必要に応じてユーザがインタラクティブなインタフェースを通じて、異なる角度から観察する効果のある立体画像対を取得することができるように立体画像対の視点パラメータを設定する視点パラメータ設定と、視点パラメータより現在の立体画像対を確定し、画像上における各画素に対応する視線パラメータを計算する視線パラメータ計算と、前記ステップにおいて前記算出された視線パラメータによって、前記画像索引表から前記視線パラメータに近い放射ビームを探し出す画像索引検索と、コンピュータの演算性能およびユーザから画像精度に対する要求に応じて、各種フィルタ補間方式を採用して、近隣放射ビームに対して補間合成の計算を行い、視線(L’ij)に対応する画像画素(p'(i,j))を合成し、立体画像対上における全ての画素点について計算を行う画素合成と、ユーザの要求に応じてインタラクティブなインタフェースを通じて画像に対して増強処理を行う画像処理と、立体表示装置によって立体画像対の表示を行い、ユーザが左眼で左眼視角に対応する画像を見させ、右眼で右眼視角に対応する画像を見させることによって、立体画像を形成する立体表示とを行うものである。
本発明の多視角X線立体結像方法は、まず、X線結像システムパラメータとデータ収集パラメータに基づいて円周軌跡及び螺旋軌跡に沿って収集された一連の投影画像データの画素列に対して、角度と距離の索引を確立し、その両索引を素早く検索することができるように順序を付けて記憶し、選択された観察視点や視線方向、視差効果によって、合成すべき立体画像対における画素の角度と距離のパラメータを計算し、記憶されている両索引とその対応する画像データを取り出して画像の合成を行う。本発明における多視角X線立体画像システムは、円周軌跡または螺旋軌跡の走査を実現させることができるX線デジタル結像装置と、コンピュータ装置と、立体デススプレイ装置などを備える。X線デジタル結像装置からX線画像をコンピュータ装置に入力させ、このコンピュータ装置が本発明の多視角立体結像方法によって立体画像を合成し、立体表示装置によって立体画像を表示する。周知のコンピュータ装置は、走査制御及びデータ取得手段と、画像解析処理手段とを含む。
di=D×sin(βi) (3)
ただしDはX線源と物体回転軸間の距離であり、すなわち、サンプリング視点と物体回転軸間の距離であるが、直角三角形の斜辺でもある。βiと同じように、diの符号の正負は射線Lijの回転中心軸における左側或いは右側を示している。本例において、di<0の時、Lijはサンプリング中心射線の左側にあり、di>0の時、Lijはサンプリング中心射線の右側にある。
α'i=ω−(φ+β'i) (5)
ただし、ωは、視点回転方位角で、計算結果からα'iは[0,2π]範囲に正規化される。
d'i=r×sin(φ+β'i) (6)
Pij=r1P11+r2P12+r3P21+r4P22 (7)
ただし、重みファクタr1、r2、r3、r4は、
1)システムパラメータ測定と較正:測定或いは較正方法によって結像システムにおけるパラメータ、すなわちL、D、P0(i0,j0),d0を取得する。
2)円周又は螺旋軌跡投影画像サンプリング:デジタル結像装置とその中に置いた物体を相対的に円周または螺旋状に移動させるようにデジタル結像装置或いは物体のいずれか一方を回転させ、θ度毎に一枚の投影Gk(θ)をサンプリングする。θは任意数値である。
3)2レベルに分類した索引の計算:サンプリングされた画像データをコンピュータの内部メモリに記憶して、必要に応じてデータの圧縮を行う。コンピュータに、全ての画像画素に対して結像システムのパラメータによって角度と距離の索引を作成する。具体的方法として、第k番目の投影画像のサンプリング点は、Pkに位置し、その回転角θは、サンプリング中心射線(すなわち、物体回転中心の射線)と回転平面内にある基準座標軸との平面角であり、Dは、サンプリング円周の半径である。投影画像Gk(θ)上における画素p(i,j)に対応する放射ビームはLijで、結像システムパラメータによってLijとサンプリング中心線との角βi、Lijと基準座標軸との平面角αi、及びLijから物体回転中心までの距離diなどを算出することができる。各画像の各列に対応するαiとdiは2レベルに分類した索引中に記憶して置く。
4)視点パラメータのセット:ユーザは、インタラクティブなインタフェースを通して観察の必要に応じて立体画像対の視点パラメータを設定して、異なる角度から観察する効果の立体画像対を取得する。インタラクティブ操作によってユーザより設定できるパラメータとしては、視点位置、観察視線方向、視景体(body of visual scene)、立体表示の視差パラメータなどがある。
5)視線パラメータの計算:視線パラメータによって現在の立体画像対を決定して、画像上における各画素毎に対応する視線パラメータを計算する。画素点p'(i,j)に対応する視線は、L’ijであり、視線L’ijと基準座標軸との平面角α'i、L’ijから物体回転中心までの距離d'iを計算し、又物体回転中心から源の距離よりそのL’ij、高さに対応する画像行jを計算する。視点パラメータによって左右の眼に対応する立体画像対を計算し、いずれも同じ方法を採用するが、両視点が垂直視線中心方向に距離tcだけずれている。
6)索引表シーク:前記ステップで計算から得られたL’ijと基準座標軸との平面角α'i、L’ijから物体回転中心までの距離d'iによって形成された画像索引表からL’ijパラメータと近隣している放射ビームを探す。隣接放射ビームの数量及び選択方式はステップ7で選ぶ画像画素合成フィルタ方法と関連する。
7)画素補間合成:コンピュータの演算性能およびユーザから画像精度に対する要求に応じて、各種フィルタ補間方式を採用して、近隣放射ビームに対して補間合成の計算を行って、L’ijに対応する画像画素p'(i,j)を合成する。通常のフィルタ補間方法には、領域補間或いは双一次補間、二次補間などがある。ステップ5から7までを繰り返して、立体画像対上における全ての画素点の計算が完了する。
8)画像処理:ユーザの需要に応じて、立体表示効果の強調のために、インタラクティブなインタフェースによって、輝度変換、擬似カラー、エッジ強調、画像増強などの処理の機能が提供される。
9)立体表示:立体表示装置によって立体画像対の表示を行い、ユーザが左眼で左眼視角に対応する画像を見、右眼で右眼視角に対応する画像を見ることによって、立体画像を形成する。ステップ3から9までを繰り返すとユーザ観察視点位置、観察視線方向、視差を絶えずに変えて、多角度立体表示の検査効果を達することができる。
Claims (21)
- 1)X線源を調整して面アレー検知器に直角な放射が被検体(人を除く)の回転軸を通過し、この放射の面アレー検知器上における位置を画素位置P0(i0,j0)として、X線源と面アレー検知器との距離Lと、X線源と被検体(人を除く)回転中心との距離Dと、面アレー検知器における画素間の距離をd0(以下、これらのパラメータP0(i0,j0)、L、D、d0を「結像システムパラメータ」という)を取得するステップと、
2)デジタル結像装置または被検体(人を除く)のいずれか一方を回転させて、前記デジタル結像装置と前記被検体に相対的に円周または螺旋状の移動を行わせ、各θ度毎に各一枚投影画像(Gk(θ)、θは任意数値)を取得する投影画像サンプリングステップと、
3)結像システムパラメータに従って全ての投影画像画素に対して第1レベルの索引として放射ビームから回転中心軸までの距離diと第2レベルの索引として投影角度αiを含む索引(以下、「2レベルに分類した画像索引」という)を作成する画像索引形成ステップと、
4)ユーザがインタラクティブなインタフェースを通じて、観察しながら、異なる角度から観察する効果のある立体画像対を取得することができるように立体画像対の視点パラメータを設定する視点パラメータ設定ステップと、
5)前記視点パラメータにより現在の立体画像対を確定し、画像上における各画素に対応する視線パラメータを計算する視線パラメータ計算ステップと、
6)ステップ5において算出された前記視線パラメータに基づいて、ステップ3で形成された2レベルに分類した画像索引から前記視線パラメータに近い順に複数の放射ビームを探し出す画像索引検索ステップと、
7)フィルタ補間方式を採用して、ステップ6で探し出された複数の放射ビームに対して補間合成の計算を行い、視線(L’ij)に対応する画像画素(p'(i,j))を合成し、立体画像対上における全ての画像画素についてステップ3から5までを繰り返して画素を合成する画素合成ステップと、
8)ユーザの要求に応じてインタラクティブなインタフェースを通じて画像に対して増強処理を行う画像処理ステップと、
9)立体表示装置によって立体画像対の表示を行い、ユーザに左眼で左眼視角に対応する画像を見させ、右眼で右眼視角に対応する画像を見させることによって、立体画像を形成する立体表示ステップと、
を備えることを特徴とする多視角X線立体結像方法。 - 前記ステップ3における前記2レベルに分類した画像索引は、各画像の各列に対応する投影角度αiと放射ビームから回転中心軸までの距離diの索引であることを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記ステップ3が2レベルに分類した画像索引を計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記ステップ3は、更に、その回転角度(θ)が回転中心射線に対応したサンプリング中心射線と回転平面内に位置する基準座標軸との平面角であり、投影画像Gk(θ)上における画素(P(i,j))に対応する放射ビームをLijとして、第k番目の投影画像サンプリング点を半径がDのサンプリング円周のサンプリング視点(Pk)に位置せしめ、
結像システムパラメータに基づいて、前記放射ビーム(Lij)とサンプリング中心線との平面角(βi)と、前記放射ビーム(Lij)と基準座標軸との平面角(αi)並びに前記放射ビーム(Lij)から回転中心までの距離(di)を算出し、
各画像の各列に対応する前記平面角(αi)と前記距離(di)を前記の2レベルに分類した画像索引に記憶して索引を作成するステップを含むことを特徴とする請求項3に記載の多視角X線立体結像方法。 - 前記視点パラメータ設定ステップ4において、インタラクティブ操作によってユーザにより設定可能なパラメータが観察視点位置、観察視線方向、視景体と立体表示の視差パラメータであることを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記視線パラメータ計算ステップ5が、
前記画像画素(p'(i,j))に対応する視線(L’ij)と基準座標軸中心線との平面角(α'i)と、前記視線(L’ij) から回転中心までの距離(d'i)とを計算し、
回転中心からX線源までの距離を用いて前記の視線(L’ij) 高さに対応する画像の行(j)を計算し、
左右眼に対応する画像対を計算するのに、同じ方法を採用して、該両視点を垂直視線中心方向における距離(tc)だけずらして、視点パラメータに基づいて左右眼に対応する画像対を計算するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。 - 前記ステップ6において、隣接放射ビームの数と選択方式が前記のステップ7で選ばれる画像画素合成のフィルタ方法に関連することを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記ステップ7における前記フィルタ補間方法は近接補間、双一次補間、二次補間を含むことを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記ステップ8における前記画像処理は、輝度変換、擬似カラー、エッジ強調の立体表示を増強する方法を含むことを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- 前記ステップ2からステップ7までを繰り返し実行し、多角度立体表示を達成するように、ユーザが視点位置、観察視線方向、視差を絶えず観察しながら変更することを特徴とする請求項1に記載の多視角X線立体結像方法。
- X線源(1)と平板X線検知器(3)を有するX線デジタル結像装置と、
多自由度で回転可能な載置台(2)と、
走査制御及びデータ獲得手段(4)と、
多自由度制御手段(5)と、
立体表示図形カード(7)と、
画像解析処理手段(6)と、
ディスプレー(8)と、
立体メガネ(9)とを備える多視角X線立体結像システムであって、
前記X線デジタル結像装置は円周軌跡或いは螺旋軌跡に沿って走査することが実現でき、
前記走査制御及びデータ獲得手段は、X線源を調整して面アレー検知器に直角な放射が被検体の回転軸を通過し、この放射の面アレー検知器上における位置を画素位置P0(i0,j0)として、X線源と面アレー検知器との距離Lと、X線源と被検体回転中心との距離Dと、面アレー検知器における画素間の距離をd0(以下、これらのパラメータP0(i0,j0)、L、D、d0を「結像システムパラメータ」という)を取得し、デジタル結像装置または被検体のいずれか一方を回転させて、前記デジタル結像装置と前記被検体が相対的に円周または螺旋状の移動を行い、各θ度毎に各一枚の投影画像(Gk(θ)、θは任意数値)を取得し、
前記画像解析処理手段は、画像索引形成と、視点パラメータ設定と、視線パラメータ計算と、画像索引検索と、画素合成と、画像処理と、立体表示のために用いられ、
画像索引形成では、結像システムパラメータに基づいて、全ての画像画素に対して第1レベルの索引として放射ビームから回転中心軸までの距離diと第2レベルの索引として投影角度αiを含む索引(以下、「2レベルに分類した画像索引」という)を作成し、
視点パラメータ設定では、ユーザがインタラクティブなインタフェースを通じて、観察しながら、異なる角度から観察する効果のある立体画像対を取得することができるように立体画像対の視点パラメータを設定し、
視線パラメータ計算では、前記視点パラメータにより現在の立体画像対を確定し、画像上における各画素に対応する視線パラメータを計算し、
画像索引検索では、視線パラメータを計算するステップで算出された前記視線パラメータに基づいて、2レベルに分類した画像索引から前記視線パラメータに近い順に複数の放射ビームを探し出し、
画素合成では、フィルタ補間方式を採用して、前記画像索引検索で探し出された複数の放射ビームに対して補間合成の計算を行い、視線(L’ij)に対応する画像画素(p'(i,j))を合成し、それにより立体画像対上における全ての画像画素について画素を合成し、
画像処理では、ユーザの要求に応じてインタラクティブなインタフェースを通じて画像に対して増強処理を行い、
立体表示では、立体表示装置によって立体画像対の表示を行い、ユーザに左眼で左眼視角に対応する画像を見させ、右眼で右眼視角に対応する画像を見させることによって、立体画像を形成することを特徴とする多視角X線立体結像システム。 - 前記載置台(2)は、前記X線源(1)と平板X線検知器(3)の間に設置され、
前記走査制御及びデータ獲得手段(4)は、データサンプリングカードを介して平板X線検知器(3)から送られた画像データを取得し、かつ、通信ポートによって多自由度制御手段(5)から送られた載置台(2)の走査位置情報を取得し、
前記画像解析処理手段(6)は、走査制御及びデータ獲得手段(4)から送られたデータによって画像処理及び立体画像の合成を完成し、かつ、立体表示図形カード(7)によって立体画像対を反転させてディスプレー(8)の上に表示し、また、立体メガネ(9)を駆動することを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。 - 結像システムパラメータに基づき、前記の画像解析処理手段(6)によって形成される前記2レベルに分類した画像索引は、各画像の各列に対応する投影角度αiと放射ビームから回転中心軸までの距離diの索引であることを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)は、さらに、前記2レベルに分類した画像索引を計算することを特徴とする請求項12に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)は、
第k番目の投影画像サンプリング点が半径がDのサンプリング円周のサンプリング視点(Pk)に位置し、
その回転角度(θ)が回転中心射線に対応したサンプリング中心射線と回転平面内に位置する基準座標軸との平面角であり、
投影画像Gk(θ)上における画素(P(i,j))に対応する放射ビームをLijとして、
結像システムパラメータに基づいて、前記放射ビーム(Lij)とサンプリング中心線との平面角(βi)と、前記放射ビーム(Lij)と基準座標軸との平面角(αi)並びに前記放射ビーム(Lij)から回転中心までの距離(di)を算出し、
各画像の各列に対応する前記平面角(αi)と前記距離(di)を前記の2レベルに分類した画像索引に記憶して索引を作成することを特徴とする請求項13に記載の多視角X線立体結像システム。 - 前記の画像解析処理手段(6)においてインタラクティブ操作によってユーザにより設定可能なパラメータが観察視点位置、観察視線方向、視景体と立体表示の視差パラメータであることを特徴とする請求項12に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)は、
前記画像画素(p'(i,j))に対応する視線(L’ij)と、基準座標軸中心線との平面角(α'i)と、前記視線(L’ij) から回転中心までの距離(d'i)とを計算し、
回転中心からX線源までの距離を用いて前記の視線(L’ij) 高さに対応する画像の行(j)を計算し、
左右眼に対応する画像対を計算するのに、同じ方法を採用して、該両視点を垂直視線中心方向における距離(tc)だけずらして、視点パラメータに基づいて左右眼に対応する画像対を計算する仕方で視線パラメータを設定することを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。 - 前記の画像解析処理手段(6)で、隣接放射ビームの数と選択方式は、選ばれた前記画像画素合成のフィルタ方法に関連することを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)によって行う前記フィルタ補間方法は、近接補間、双一次補間、二次補間を含むことを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)によって実行する前記画像処理は、輝度変換、擬似カラー、エッジ強調の立体表示を増強する処理を含むことを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。
- 前記の画像解析処理手段(6)は、投影画像の再サンプリングと、画像索引作成と、視点パラメータ設定と、画像索引検索と、画素合成とを繰り返し実行し、ユーザが観察視点位置、観察視線方向、視差を絶えず観察しながら変更し、多角度立体表示を達成することを特徴とする請求項11に記載の多視角X線立体結像システム。
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