JPH08138078A - 画像処理装置 - Google Patents
画像処理装置Info
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- JPH08138078A JPH08138078A JP6274950A JP27495094A JPH08138078A JP H08138078 A JPH08138078 A JP H08138078A JP 6274950 A JP6274950 A JP 6274950A JP 27495094 A JP27495094 A JP 27495094A JP H08138078 A JPH08138078 A JP H08138078A
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- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 abstract 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
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- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
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- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/50—Lighting effects
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/50—Lighting effects
- G06T15/80—Shading
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Generation (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高画質の表面表示画像を高速に作成する画像処
理装置を提供する。 【構成】画像診断機器より入力した３次元画像データか
ら濃淡値ボリュームデータを作成と、二値化により関心
領域が抽出された二値のボリュームデータとを作成す
る。次に、二値ボリュームデータにレイキャスティング
を行ってスクリーンに投影し、スクリーン上のピクセル
とスクリーンと二値ボリュームデータにおける表示対象
物の表面（表面ボクセル）までの距離とからなる深さ画
像を求め、深さ画像から表面ボクセルの座標を逆算して
濃淡値ボリュームデータのボクセル値とその近傍のボク
セル値に基づいて面法線を求め、影付けする。
理装置を提供する。 【構成】画像診断機器より入力した３次元画像データか
ら濃淡値ボリュームデータを作成と、二値化により関心
領域が抽出された二値のボリュームデータとを作成す
る。次に、二値ボリュームデータにレイキャスティング
を行ってスクリーンに投影し、スクリーン上のピクセル
とスクリーンと二値ボリュームデータにおける表示対象
物の表面（表面ボクセル）までの距離とからなる深さ画
像を求め、深さ画像から表面ボクセルの座標を逆算して
濃淡値ボリュームデータのボクセル値とその近傍のボク
セル値に基づいて面法線を求め、影付けする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３次元の画像データから
対象物を立体的に表す３次元画像を作成する画像処理装
置、特に医用画像の表面表示画像を作成する画像処理装
置に関する。
対象物を立体的に表す３次元画像を作成する画像処理装
置、特に医用画像の表面表示画像を作成する画像処理装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装
置）、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）、ポジ
トロン・エミッションＣＴ装置（ＰＥＴ）及びシングル
・フォトン・エミッションＣＴ装置（ＳＰＥＣＴ）等の
核医学診断装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置等の各
種画像診断装置から得られた医用画像情報に種々の画像
処理を施し、診断または治療上有効な情報を求めて医師
に提供することが行われいる。
置）、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）、ポジ
トロン・エミッションＣＴ装置（ＰＥＴ）及びシングル
・フォトン・エミッションＣＴ装置（ＳＰＥＣＴ）等の
核医学診断装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置等の各
種画像診断装置から得られた医用画像情報に種々の画像
処理を施し、診断または治療上有効な情報を求めて医師
に提供することが行われいる。
【０００３】例えば、人体の３次元での画像情報から骨
格、臓器等を抽出し、これらが立体的に表現された３次
元画像を作成し、臨床においてこのような３次元画像を
表示して診断、治療に利用しようとする試みがなされて
おり、現在では一般的になりつつある。
格、臓器等を抽出し、これらが立体的に表現された３次
元画像を作成し、臨床においてこのような３次元画像を
表示して診断、治療に利用しようとする試みがなされて
おり、現在では一般的になりつつある。
【０００４】医用分野においては、表示される３次元画
像の作成方法は、２種類に大別される。その１つは３次
元の画像データから表示したい臓器等の領域を抽出し、
抽出した領域の画像データから臓器等の立体的な表面の
画像（以下、表面表示画像という）を作成する手法であ
る。もう１つは、ＭＩＰ画像（最大値投影画像、最小値
投影画像）に代表される、３次元の画像データの各画素
の画素値をそのまま用い、２次元のスクリーン（投影
面）上に画素値を投影する手法である。
像の作成方法は、２種類に大別される。その１つは３次
元の画像データから表示したい臓器等の領域を抽出し、
抽出した領域の画像データから臓器等の立体的な表面の
画像（以下、表面表示画像という）を作成する手法であ
る。もう１つは、ＭＩＰ画像（最大値投影画像、最小値
投影画像）に代表される、３次元の画像データの各画素
の画素値をそのまま用い、２次元のスクリーン（投影
面）上に画素値を投影する手法である。
【０００５】本発明は上述した前者の表面表示画像の生
成に関するものであり、その生成過程は、モデリングと
レンダリングの２段階に分けられる。モデリングの過程
では、医用画像診断装置から得られた３次元画像データ
（２次元断層画像の集まり）から各スライス（断層）間
のデータを推定し、立方体のボクセルからなるボリュー
ムデータを作成する。次に、ボリュームデータから表面
表示したい対象物を関心領域として抽出する。
成に関するものであり、その生成過程は、モデリングと
レンダリングの２段階に分けられる。モデリングの過程
では、医用画像診断装置から得られた３次元画像データ
（２次元断層画像の集まり）から各スライス（断層）間
のデータを推定し、立方体のボクセルからなるボリュー
ムデータを作成する。次に、ボリュームデータから表面
表示したい対象物を関心領域として抽出する。
【０００６】レンダリングの過程では、関心領域を含む
ボリュームデータに対し、視線方向（表示方向）に従っ
た２次元のスクリーンへの投影処理と関心領域の立体的
な形状を表現するための影付け処理とを施すことにより
表面表示画像を作成する。
ボリュームデータに対し、視線方向（表示方向）に従っ
た２次元のスクリーンへの投影処理と関心領域の立体的
な形状を表現するための影付け処理とを施すことにより
表面表示画像を作成する。
【０００７】ところで、表面表示画像の画質、生成速度
はこれらモデリング、レンダリングの方法に依存してい
る。例えば、画質よりも画像の生成速度を優先して表面
表示画像を生成する手法の一例として次のものが知られ
ている。まず、モデリングの過程において、表示物体を
示す関心領域のボクセル値を１、それ以外の領域のボク
セル値を０とする二値データ形式のボリュームデータを
作成する。次に、レンダリングの過程において、二値デ
ータ形式のボリュームデータに対しレイキャスティング
等の手法を用いて陰面消去を行い、視点から表示物体表
面までの距離を表す深さ画像（Ｚバッファ）を作成す
る。そして、この深さ画像から物体表面の面法線を算出
し影付け処理を行う。
はこれらモデリング、レンダリングの方法に依存してい
る。例えば、画質よりも画像の生成速度を優先して表面
表示画像を生成する手法の一例として次のものが知られ
ている。まず、モデリングの過程において、表示物体を
示す関心領域のボクセル値を１、それ以外の領域のボク
セル値を０とする二値データ形式のボリュームデータを
作成する。次に、レンダリングの過程において、二値デ
ータ形式のボリュームデータに対しレイキャスティング
等の手法を用いて陰面消去を行い、視点から表示物体表
面までの距離を表す深さ画像（Ｚバッファ）を作成す
る。そして、この深さ画像から物体表面の面法線を算出
し影付け処理を行う。
【０００８】この手法においては、取り扱うボリューム
データが二値データ形式であるため１ボクセル当たり１
ビット必要となる。したがって、二値データ形式のボリ
ュームデータの全容量は、マトリックスサイズ（画素
数）が５１２3の場合は１６ＭＢとなる。これは後述す
る二値化前の濃淡値のボリュームデータの全容量に比べ
て小さいので、画像生成処理がより高速である。また、
臨床応用の１つである手術シュミレーションに表面表示
画像を用いる場合、切削、切断などボリュームデータの
加工処理が必要となるが、これらの処理も高速にでき
る。
データが二値データ形式であるため１ボクセル当たり１
ビット必要となる。したがって、二値データ形式のボリ
ュームデータの全容量は、マトリックスサイズ（画素
数）が５１２3の場合は１６ＭＢとなる。これは後述す
る二値化前の濃淡値のボリュームデータの全容量に比べ
て小さいので、画像生成処理がより高速である。また、
臨床応用の１つである手術シュミレーションに表面表示
画像を用いる場合、切削、切断などボリュームデータの
加工処理が必要となるが、これらの処理も高速にでき
る。
【０００９】しかしながら、二値データ形式のボリュー
ムデータに基づいて画像を生成するので、濃淡値のボリ
ュームデータに基づく場合に比べて、表面表示画像の画
質は、詳細な観察を行える程のものが得られないという
問題点がある。
ムデータに基づいて画像を生成するので、濃淡値のボリ
ュームデータに基づく場合に比べて、表面表示画像の画
質は、詳細な観察を行える程のものが得られないという
問題点がある。
【００１０】次に、画像の生成速度よりも画質を優先し
て表面表示画像を生成する手法の一例として次のものが
知られている。まず、モデリングの過程において、医用
画像診断装置から得られた３次元画像データの画素値
（濃淡値）をそのままボクセル値としたボリュームデー
タを作成する。次に、レンダリングの過程において、濃
淡値を有するボクセルからなるボリュームデータからレ
イキャスティングなどの手法を使って、物体表面の検
出、陰面消去を行う。検出された物体表面のボクセル値
と近傍のボクセル値とから物体表面の面法線を算出し、
影付け処理を行う。
て表面表示画像を生成する手法の一例として次のものが
知られている。まず、モデリングの過程において、医用
画像診断装置から得られた３次元画像データの画素値
（濃淡値）をそのままボクセル値としたボリュームデー
タを作成する。次に、レンダリングの過程において、濃
淡値を有するボクセルからなるボリュームデータからレ
イキャスティングなどの手法を使って、物体表面の検
出、陰面消去を行う。検出された物体表面のボクセル値
と近傍のボクセル値とから物体表面の面法線を算出し、
影付け処理を行う。
【００１１】この手法においては、影付けの方法として
ボクセルの濃淡の情報を用いて、より正確な物体表面の
法線が求められるため、生成される表面表示画像の画質
は高画質となる。
ボクセルの濃淡の情報を用いて、より正確な物体表面の
法線が求められるため、生成される表面表示画像の画質
は高画質となる。
【００１２】しかしながら、取り扱うボリュームデータ
が濃淡値のデータであるため１ボクセル当たり２バイト
（１６ビット）程度必要になるので、濃淡値のボリュー
ムデータの全容量は、マトリックスサイズが５１２3の
場合は２５６ＭＢになる。これは、前述した二値データ
形式のボリュームデータの全容量に比べて大きい。した
がって、画像生成処理に時間がかかるという問題点があ
る。
が濃淡値のデータであるため１ボクセル当たり２バイト
（１６ビット）程度必要になるので、濃淡値のボリュー
ムデータの全容量は、マトリックスサイズが５１２3の
場合は２５６ＭＢになる。これは、前述した二値データ
形式のボリュームデータの全容量に比べて大きい。した
がって、画像生成処理に時間がかかるという問題点があ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の表面
表示画像の作成手法において、二値ボリュームデータに
基づいてモデリングし、深さ画像から面法線を算出する
場合は、処理速度は速いものの、観察を詳細に行える程
の画質の表面表示画像が得られないという問題点があ
る。また、濃淡値のボリュームデータをモデリングし、
物体表面のボクセル値と近傍のボクセル値とから面法線
を算出する場合は、高画質ではあるが表面表示画像の作
成に時間がかかるという問題点がある。したがって本発
明の目的は、高画質な表面表示画像を高速に作成する画
像処理装置を提供することである。
表示画像の作成手法において、二値ボリュームデータに
基づいてモデリングし、深さ画像から面法線を算出する
場合は、処理速度は速いものの、観察を詳細に行える程
の画質の表面表示画像が得られないという問題点があ
る。また、濃淡値のボリュームデータをモデリングし、
物体表面のボクセル値と近傍のボクセル値とから面法線
を算出する場合は、高画質ではあるが表面表示画像の作
成に時間がかかるという問題点がある。したがって本発
明の目的は、高画質な表面表示画像を高速に作成する画
像処理装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、濃淡のボクセル値を有する濃淡３次元画像から表面
表示画像を作成する画像処理装置において、濃淡３次元
画像を、関心領域が第１のボクセル値を有し、関心領域
以外の領域が第２のボクセル値を有する二値３次元画像
に変換する変換手段と、二値３次元画像の関心領域を投
影する投影手段と、投影手段により投影された関心領域
を濃淡３次元画像のボクセル値に基づいて影付けする手
段とを具備することを特徴とする。
は、濃淡のボクセル値を有する濃淡３次元画像から表面
表示画像を作成する画像処理装置において、濃淡３次元
画像を、関心領域が第１のボクセル値を有し、関心領域
以外の領域が第２のボクセル値を有する二値３次元画像
に変換する変換手段と、二値３次元画像の関心領域を投
影する投影手段と、投影手段により投影された関心領域
を濃淡３次元画像のボクセル値に基づいて影付けする手
段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の画像処理装置によれば、濃淡のボクセ
ル値を有する濃淡３次元画像を、関心領域が第１のボク
セル値を有し、関心領域以外の領域が第２のボクセル値
を有する二値３次元画像に変換し、この二値３次元画像
のボクセル値に基づいて関心領域を投影するため処理が
高速となる。また、関心領域を濃淡３次元画像のボクセ
ル値に基づいて影付けするため高画質の表面表示画像が
作成される。
ル値を有する濃淡３次元画像を、関心領域が第１のボク
セル値を有し、関心領域以外の領域が第２のボクセル値
を有する二値３次元画像に変換し、この二値３次元画像
のボクセル値に基づいて関心領域を投影するため処理が
高速となる。また、関心領域を濃淡３次元画像のボクセ
ル値に基づいて影付けするため高画質の表面表示画像が
作成される。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による画像処理
装置の第１実施例を説明する。第１実施例としては、医
用画像診断機器から入力した３次元画像データを入力し
てモデリング、レンダリングを行い、表面表示画像を作
成して表示するシステムについて説明する。
装置の第１実施例を説明する。第１実施例としては、医
用画像診断機器から入力した３次元画像データを入力し
てモデリング、レンダリングを行い、表面表示画像を作
成して表示するシステムについて説明する。
【００１７】図２は本発明による画像処理装置の第１実
施例の構成を示すブロック図である。第１実施例は、Ｃ
ＰＵからなり本システム全体を管理するシステムコント
ローラ２、種々の画像データを記憶する画像記憶部６、
モデリング及びレンダリング等の表面表示画像を生成す
る処理を行う画像処理部８、表面表示画像を表示する画
像表示部１０、操作者が本システムに対し種々の指示を
与える入力部としてのマウス１２、画像診断機器１４、
光ディスク装置１６によって構成されている。
施例の構成を示すブロック図である。第１実施例は、Ｃ
ＰＵからなり本システム全体を管理するシステムコント
ローラ２、種々の画像データを記憶する画像記憶部６、
モデリング及びレンダリング等の表面表示画像を生成す
る処理を行う画像処理部８、表面表示画像を表示する画
像表示部１０、操作者が本システムに対し種々の指示を
与える入力部としてのマウス１２、画像診断機器１４、
光ディスク装置１６によって構成されている。
【００１８】画像診断機器１４Ａと画像診断機器１４Ｂ
からなる画像診断機器１４は本システムに対し、システ
ムバス４を介してオンライン接続されている。例えば、
画像診断機器１４Ａは磁気共鳴イメージング装置（ＭＲ
Ｉ装置）であり、画像診断機器１４Ｂはコンピュータ断
層撮影装置（ＣＴ装置）である。画像診断機器１４Ａ、
１４Ｂは、１被検体について等スライス間隔の複数枚の
断層像を撮影し、３次元画像データとして画像記憶部６
に送る。なお、これらは３次元画像データを得ることが
できる他のモダリティ、例えば、シングル・フォトン・
エミッションＣＴ装置（ＳＰＥＣＴ）等であってもよ
い。
からなる画像診断機器１４は本システムに対し、システ
ムバス４を介してオンライン接続されている。例えば、
画像診断機器１４Ａは磁気共鳴イメージング装置（ＭＲ
Ｉ装置）であり、画像診断機器１４Ｂはコンピュータ断
層撮影装置（ＣＴ装置）である。画像診断機器１４Ａ、
１４Ｂは、１被検体について等スライス間隔の複数枚の
断層像を撮影し、３次元画像データとして画像記憶部６
に送る。なお、これらは３次元画像データを得ることが
できる他のモダリティ、例えば、シングル・フォトン・
エミッションＣＴ装置（ＳＰＥＣＴ）等であってもよ
い。
【００１９】光ディスク装置（ＯＤＤ）１６は３次元画
像データを記憶する二次記憶装置である。本システムは
前述した画像診断機器１４から３次元画像データをオン
ラインで取り込むことが可能であるとともに、光ディス
ク装置１６のような二次記憶装置から３次元画像データ
をオフラインで取り込むことも可能なシステムとなって
いる。なお、光ディスク装置１６はハードディスク装置
（ＨＤＤ）等の他の二次記憶装置であってもよい。
像データを記憶する二次記憶装置である。本システムは
前述した画像診断機器１４から３次元画像データをオン
ラインで取り込むことが可能であるとともに、光ディス
ク装置１６のような二次記憶装置から３次元画像データ
をオフラインで取り込むことも可能なシステムとなって
いる。なお、光ディスク装置１６はハードディスク装置
（ＨＤＤ）等の他の二次記憶装置であってもよい。
【００２０】以上のように構成された第１実施例の動作
を説明する。図１は、第１実施例における表面表示画像
の作成過程を示す図である。最初に、モデリング処理が
行われる。
を説明する。図１は、第１実施例における表面表示画像
の作成過程を示す図である。最初に、モデリング処理が
行われる。
【００２１】まず、補間処理２０において、画像診断機
器Ａ若しくはＢあるいは光ディスク装置１６から複数枚
の等スライス間隔の断層像からなる３次元画像データを
入力し、濃淡値を有するボクセルからなる濃淡値ボリュ
ームデータを作成する。このとき、スライスが存在しな
いボクセルについては、一次補間等の公知の手法を用い
ることにより隣り合うスライス位置の各々の断層像から
補間して求め、濃淡値ボリュームデータの各ボクセルの
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のデータ間隔が各々等しくなるようにす
る。なお、画像記憶部６は作成した濃淡値ボリュームデ
ータを保持する。
器Ａ若しくはＢあるいは光ディスク装置１６から複数枚
の等スライス間隔の断層像からなる３次元画像データを
入力し、濃淡値を有するボクセルからなる濃淡値ボリュ
ームデータを作成する。このとき、スライスが存在しな
いボクセルについては、一次補間等の公知の手法を用い
ることにより隣り合うスライス位置の各々の断層像から
補間して求め、濃淡値ボリュームデータの各ボクセルの
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のデータ間隔が各々等しくなるようにす
る。なお、画像記憶部６は作成した濃淡値ボリュームデ
ータを保持する。
【００２２】次に、二値化抽出処理２２において、画像
記憶部６から濃淡値ボリュームデータを読み出し、この
濃淡値ボリュームデータを所定の閾値で二値化すること
により二値ボリュームデータを作成する。これにより、
表面表示したい対象物は関心領域として抽出される。こ
こで、閾値は関心領域を与える領域のボクセル値とそれ
以外の領域のボクセル値とを区別する値に予め設定して
おく。また、二値化はこのように設定された閾値に基づ
いて関心領域のボクセル値が第１の値、例えば１、それ
以外の領域のボクセル値が第２の値、例えば０となるよ
うに行う。
記憶部６から濃淡値ボリュームデータを読み出し、この
濃淡値ボリュームデータを所定の閾値で二値化すること
により二値ボリュームデータを作成する。これにより、
表面表示したい対象物は関心領域として抽出される。こ
こで、閾値は関心領域を与える領域のボクセル値とそれ
以外の領域のボクセル値とを区別する値に予め設定して
おく。また、二値化はこのように設定された閾値に基づ
いて関心領域のボクセル値が第１の値、例えば１、それ
以外の領域のボクセル値が第２の値、例えば０となるよ
うに行う。
【００２３】関心領域の抽出は、このような閾値による
二値化抽出の他に、連結領域による抽出等の公知の手法
を用いて行ってもよい。なお、二値ボリュームデータは
画像記憶部６にて保持される。
二値化抽出の他に、連結領域による抽出等の公知の手法
を用いて行ってもよい。なお、二値ボリュームデータは
画像記憶部６にて保持される。
【００２４】以上の処理をもってモデリング処理を終
え、次に、レンダリング処理が行われる。まず、レイキ
ャスティング処理２４において、画像記憶部６から二値
ボリュームデータを読み出して、この二値ボリュームデ
ータに対し所定の視線方向に従って投影面を設定し、深
さ画像を作成する。すなわち、Ｘ、Ｙの方向成分を持つ
ピクセルからなるスクリーンによって構成される投影面
を設定し、設定された投影面の各画素（ピクセル）から
二値ボリュームデータに対して垂直に光線をのばし、光
線が１の値をもつボクセル（すなわち、関心領域のボク
セルであって、物体表面のボクセルを意味する）に到達
するまでの長さＤ（Ｓｘ，Ｓｙ）（投影面から物体表面
までの距離）を求め、各画素における光線の長さからな
る深さ画像［Ｓｘ Ｓｙ Ｄ（Ｓｘ，Ｓｙ）］を作成す
る。図３に、二値ボリュームデータと深さ画像との関係
を示す。
え、次に、レンダリング処理が行われる。まず、レイキ
ャスティング処理２４において、画像記憶部６から二値
ボリュームデータを読み出して、この二値ボリュームデ
ータに対し所定の視線方向に従って投影面を設定し、深
さ画像を作成する。すなわち、Ｘ、Ｙの方向成分を持つ
ピクセルからなるスクリーンによって構成される投影面
を設定し、設定された投影面の各画素（ピクセル）から
二値ボリュームデータに対して垂直に光線をのばし、光
線が１の値をもつボクセル（すなわち、関心領域のボク
セルであって、物体表面のボクセルを意味する）に到達
するまでの長さＤ（Ｓｘ，Ｓｙ）（投影面から物体表面
までの距離）を求め、各画素における光線の長さからな
る深さ画像［Ｓｘ Ｓｙ Ｄ（Ｓｘ，Ｓｙ）］を作成す
る。図３に、二値ボリュームデータと深さ画像との関係
を示す。
【００２５】次に、表面ボクセルの座標算出処理２６に
おいて、（１）式により、深さ画像と、スクリーン座標
系からボリュームデータ座標系への変換行列Ｔとによっ
て表面ボクセルの座標値を算出する。なお、ここで求め
る表面ボクセルの座標値は、濃淡値ボリュームデータ座
標系における座標値である。
おいて、（１）式により、深さ画像と、スクリーン座標
系からボリュームデータ座標系への変換行列Ｔとによっ
て表面ボクセルの座標値を算出する。なお、ここで求め
る表面ボクセルの座標値は、濃淡値ボリュームデータ座
標系における座標値である。
【００２６】 スクリーン座標系から ボリュームデータ座標系への 変換行列 ↓ ［Ｂｘ Ｂｙ Ｂｚ］ ＝ Ｔ・［Ｓｘ Ｓｙ Ｄ（Ｓｘ，Ｓｙ）］ ↑ ↑ 表面ボクセルの座標値 深さ画像 （ボリュームデータ座標系） （スクリーン座標系） ・・・（１） 例えば、縮小／拡大処理により、各ボリュームデータの
倍率、マトリックスサイズが変更され、二値ボリューム
データ座標系と濃淡値ボリュームデータ座標系とが異な
ることがある。この場合は、両者のボリュームデータ座
標系間で座標変換をする必要がある。すなわち、（２）
式により、深さ画像と、スクリーン座標系から二値ボリ
ュームデータ座標系への変換行列Ｔ’とによって二値ボ
リュームデータ座標系における表面ボクセルの座標値を
まず算出し、（３）式により二値ボリュームデータ座標
系における表面ボクセルの座標と、二値ボリュームデー
タ座標系から濃淡値ボリュームデータ座標系への変換行
列Ｔ”とにより濃淡値ボリュームデータ座標系における
表面ボクセルの座標値を算出する。
倍率、マトリックスサイズが変更され、二値ボリューム
データ座標系と濃淡値ボリュームデータ座標系とが異な
ることがある。この場合は、両者のボリュームデータ座
標系間で座標変換をする必要がある。すなわち、（２）
式により、深さ画像と、スクリーン座標系から二値ボリ
ュームデータ座標系への変換行列Ｔ’とによって二値ボ
リュームデータ座標系における表面ボクセルの座標値を
まず算出し、（３）式により二値ボリュームデータ座標
系における表面ボクセルの座標と、二値ボリュームデー
タ座標系から濃淡値ボリュームデータ座標系への変換行
列Ｔ”とにより濃淡値ボリュームデータ座標系における
表面ボクセルの座標値を算出する。
【００２７】 スクリーン座標系から 二値ボリュームデータ座標系への 変換行列 ↓ ［Ｂｘ’Ｂｙ’Ｂｚ’］＝ Ｔ’・［Ｓｘ Ｓｙ Ｄ（Ｓｘ，Ｓｙ）］ ↑ ↑ 表面ボクセルの座標値 深さ画像 （二値ボリュームデータ座標系） （スクリーン座標系） ・・・（２） 二値ボリュームデータ座標系から 濃淡値ボリュームデータ座標系への 変換行列 ↓ ［Ｂｘ Ｂｙ Ｂｚ］ ＝ Ｔ”・［Ｂｘ’ Ｂｙ’ Ｂｚ’］ ↑ ↑ 表面ボクセルの座標値 表面ボクセルの座標値 （濃淡値ボリュームデータ座標系） （二値ボリュームデータ座標系） ・・・（３） そして面法線算出処理２８において、算出した濃淡値ボ
リュームデータにおける表面ボクセルの座標値（Ｂｘ，
Ｂｙ，Ｂｚ）から表面ボクセルの近傍点のボクセル濃淡
値を参照して表面ボクセルの面法線を求める。表面ボク
セルの面法線は、（４）式で与えられる。
リュームデータにおける表面ボクセルの座標値（Ｂｘ，
Ｂｙ，Ｂｚ）から表面ボクセルの近傍点のボクセル濃淡
値を参照して表面ボクセルの面法線を求める。表面ボク
セルの面法線は、（４）式で与えられる。
【００２８】
【数１】
【００２９】Ｇｘ ＝ｇ（Ｂｘ＋１，Ｂｙ，Ｂｚ）−ｇ
（Ｂｘ−１，Ｂｙ，Ｂｚ） Ｇｙ ＝ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ＋１，Ｂｚ）−ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ
−１，Ｂｚ） Ｇｚ ＝ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ＋１）−ｇ（Ｂｘ，Ｂ
ｙ，Ｂｚ−１） なお、ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）は表面ボクセルのボクセ
ル濃淡値である。
（Ｂｘ−１，Ｂｙ，Ｂｚ） Ｇｙ ＝ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ＋１，Ｂｚ）−ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ
−１，Ｂｚ） Ｇｚ ＝ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ＋１）−ｇ（Ｂｘ，Ｂ
ｙ，Ｂｚ−１） なお、ｇ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）は表面ボクセルのボクセ
ル濃淡値である。
【００３０】図４に、濃淡値ボリュームデータと表面ボ
クセルの面法線との関係を示す。そして影付け処理３０
において、面法線算出処理２８にて求めた表面ボクセル
の面法線とレイキャスティング処理２４にて求めた深さ
画像とから影付け処理を行い、表面表示画像を作成す
る。影付け処理においては、投影面から物体表面までの
距離が大きいほど物体表面が暗くなるように影付けし、
距離が小さいほど物体表面が明るくなるように影付けす
る。また、表面ボクセルの面法線が、所定の視線方向
（投影面に垂直な方向）に対して平行であるほど物体表
面が明るくなるように影付けし、垂直であるほど物体表
面が暗くなるように影付けする。
クセルの面法線との関係を示す。そして影付け処理３０
において、面法線算出処理２８にて求めた表面ボクセル
の面法線とレイキャスティング処理２４にて求めた深さ
画像とから影付け処理を行い、表面表示画像を作成す
る。影付け処理においては、投影面から物体表面までの
距離が大きいほど物体表面が暗くなるように影付けし、
距離が小さいほど物体表面が明るくなるように影付けす
る。また、表面ボクセルの面法線が、所定の視線方向
（投影面に垂直な方向）に対して平行であるほど物体表
面が明るくなるように影付けし、垂直であるほど物体表
面が暗くなるように影付けする。
【００３１】以上の処理をもってレンダリング処理を終
え、画像表示部１０は、作成された表面表示画像を表示
する。上述した表面表示画像を作成する過程において、
処理時間のかかる部分はレイキャスティングの処理であ
る。本実施例では、レイキャスティングの処理を濃淡値
ボリュームデータではなく、二値ボリュームデータに対
し行うことによって深さ画像を求めるため高速に処理が
可能となる。また、求めた深さ画像から、濃淡値ボリュ
ームデータにおける表面ボクセルの座標を逆算し、濃淡
値ボリュームデータのボクセル濃淡値を参照して表面ボ
クセルの面法線を求め、影付けを行うようにしているの
で、高画質な表面表示画像を作成することができる。
え、画像表示部１０は、作成された表面表示画像を表示
する。上述した表面表示画像を作成する過程において、
処理時間のかかる部分はレイキャスティングの処理であ
る。本実施例では、レイキャスティングの処理を濃淡値
ボリュームデータではなく、二値ボリュームデータに対
し行うことによって深さ画像を求めるため高速に処理が
可能となる。また、求めた深さ画像から、濃淡値ボリュ
ームデータにおける表面ボクセルの座標を逆算し、濃淡
値ボリュームデータのボクセル濃淡値を参照して表面ボ
クセルの面法線を求め、影付けを行うようにしているの
で、高画質な表面表示画像を作成することができる。
【００３２】手術シュミレーションに表面表示画像を用
いる場合、切削、切断処理など、ボリュームデータから
不要な部分を削除することがある。本実施例によれば、
濃淡値ボリュームデータを変更することなく、二値ボリ
ュームデータを変更するだけでよいため、高速に加工処
理が可能となり、シュミレーションに都合がよい。
いる場合、切削、切断処理など、ボリュームデータから
不要な部分を削除することがある。本実施例によれば、
濃淡値ボリュームデータを変更することなく、二値ボリ
ュームデータを変更するだけでよいため、高速に加工処
理が可能となり、シュミレーションに都合がよい。
【００３３】次に、本発明による画像処理装置の第２実
施例を説明する。第２実施例の説明において第１実施例
と同一部分は同一参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。
施例を説明する。第２実施例の説明において第１実施例
と同一部分は同一参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。
【００３４】表面表示画像の表示の際には、マウス１２
の操作等による操作者の指示に追従して表示方向がリア
ルタイムに変わる必要がある。表示方向の変更中（マウ
スをドラッギングしている間）では、深さ画像からスク
リーン座標系に基づいて面法線ベクトルを求めて影付け
した画像を表示し、表示方向が確定した（マウスボタン
がリリースされた）時点で、物体座標系に基づいて物体
表面のボクセル値と近傍のボクセル値とから面法線を算
出して影付けした画像を表示すれば、より高速に表示方
向の変更、表示方向の確定操作ができるようになる。
の操作等による操作者の指示に追従して表示方向がリア
ルタイムに変わる必要がある。表示方向の変更中（マウ
スをドラッギングしている間）では、深さ画像からスク
リーン座標系に基づいて面法線ベクトルを求めて影付け
した画像を表示し、表示方向が確定した（マウスボタン
がリリースされた）時点で、物体座標系に基づいて物体
表面のボクセル値と近傍のボクセル値とから面法線を算
出して影付けした画像を表示すれば、より高速に表示方
向の変更、表示方向の確定操作ができるようになる。
【００３５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく種々変形して実施可能である。例えば、
本実施例では深さ画像を求める方法として、レイキャス
ティングの例で説明したが、その他の方法（Ｚバッファ
法、バックトゥフロント法など）であってもよい。
るものではなく種々変形して実施可能である。例えば、
本実施例では深さ画像を求める方法として、レイキャス
ティングの例で説明したが、その他の方法（Ｚバッファ
法、バックトゥフロント法など）であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、高画質な表面表示画像
を高速に作成する画像処理装置を提供できる。
を高速に作成する画像処理装置を提供できる。
【図１】本発明による画像処理装置の第１実施例におけ
る表面表示画像の作成過程を示す図。
る表面表示画像の作成過程を示す図。
【図２】本発明による画像処理装置の第１実施例のハー
ドウェア構成を示すブロック図。
ドウェア構成を示すブロック図。
【図３】第１実施例における二値ボリュームデータと深
さ画像との関係を示す図。
さ画像との関係を示す図。
【図４】第１実施例における濃淡値ボリュームデータと
面法線との関係を示す図。
面法線との関係を示す図。
２…システムコントローラ、４…システムバス、６…画
像記憶部、８…画像処理部、１０…画像表示部、１２…
マウス、１４Ａ、１４Ｂ…画像診断機器、１６…光ディ
スク装置。
像記憶部、８…画像処理部、１０…画像表示部、１２…
マウス、１４Ａ、１４Ｂ…画像診断機器、１６…光ディ
スク装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３９０ Ｂ
Claims (1)
- 【請求項１】 濃淡のボクセル値を有する濃淡３次元画
像から表面表示画像を作成する画像処理装置において、 前記濃淡３次元画像を、関心領域が第１のボクセル値を
有し、前記関心領域以外の領域が第２のボクセル値を有
する二値３次元画像に変換する変換手段と、 前記二値３次元画像の前記関心領域を投影する投影手段
と、 前記投影手段により投影された前記関心領域を前記濃淡
３次元画像のボクセル値に基づいて影付けする手段とを
具備することを特徴とする画像処理装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274950A JPH08138078A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 画像処理装置 |
| US08/555,078 US5793375A (en) | 1994-11-09 | 1995-11-08 | Image processing apparatus for forming a surface display image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274950A JPH08138078A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 画像処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138078A true JPH08138078A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17548823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6274950A Pending JPH08138078A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | 画像処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5793375A (ja) |
| JP (1) | JPH08138078A (ja) |
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- 1994-11-09 JP JP6274950A patent/JPH08138078A/ja active Pending
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1995
- 1995-11-08 US US08/555,078 patent/US5793375A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US5793375A (en) | 1998-08-11 |
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