KR101345362B1 - 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법 및 장치 - Google Patents

깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

볼륨 렌더링 방법은, 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명 구조의 제 1 합성 평면을 나타내는 데이터를 획득하는 단계(52)와, 상기 제 1 합성 평면의 함수로서 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계(54)를 포함한다. 제 1 합성 평면의 데이터는 각 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 해부 구조의 깊이 치수를 나타낸다. 이 방법은 또한 제 2 합성 평면의 깊이 치수 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이의 깊이가 가중된 컬러값을 결정하는 단계(56)를 또한 포함한다. 이 결정된 깊이가 가중된 컬러값은 깊이가 가중된 컬러를 갖는 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위해 제 1 합성 평면에 인가된다(58).
렌더링, 3D, 의료, 임상, Levoy

Description

깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VOLUME RENDERING USING DEPTH WEIGHTED COLORIZATION}
본 발명은 일반적으로 의료 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 깊이가 가중된 컬러화를 사용하는 볼륨 렌더링 방법 및 장치에 대한 것이다.
레보이(Levoy)는 1980년대말에 볼륨 렌더링(Volume Rendering) 개념을 개발하였는데, 이는 3D 객체(즉, 숫자의 3D 매트릭스)로부터 직접 3D-유사 이미지를 생성하는 것을 허용했다. 이전 방법은 3D 볼륨이 먼저 이산 및 양자화된 표면의 세트로 변환되는 것을 요구했다(예를 들면, Marching Cubes algorithm). 레보이는 눈/홍체가 어떻게 시각적 세상을 보는지의 광학 물리적 모델을 채택하였고, 이 모델은 광선 주사 라인(ray cast line)(단일 픽셀의 이미지 평면에 대응)이 시각화되는 3D 객체에 대하여 시청자의 위치에 의존하는 방식으로 볼륨을 교차하는 방법을 기술한다. 픽셀에 할당된 값은 합성 연산(Compositing operation)을 수반하고, 이는 광선 주사 라인을 따라 보간된 샘플을 적분한다. 이러한 방법은 일반적으로 거의 모든 3D 의료 이미징 어플리케이션을 위해 사용된다.
Levoy의 획기적인 논문 이래로, 시각 깊이 큐(visual depth cue)를 향상하기 위한 다양한 방법, 즉 구조가 시청자에 대해 얼마나 먼지 또는 가까운지를 결정할때 시청자를 보조하기 위한 다양한 방법을 기술하는 수많은 논문이 작성되어 왔다. 비록 전부는 아니지만, 다음의 리스트는 깊이감을 전달하기 위한 더 대중적인 기술 중 일부를 강조한다. 포그라운드 차단(예를 들면, 근접 구조가 원거리 구조를 덮어 감추다), 입체적 뷰잉(예를 들면, 일반적으로 복잡한 뷰잉 방법을 요구), 원근감(예를 들면, 더 먼 구조는 더 작아짐), 객체 인식(예를 들면, 의자), 스위블(swivel)(예를 들면, 인위적 움직임), 초점 이탈(defocusing)(예를 들면, 먼거리 구조의 경우), 깊이 셰이딩(예를 들면, 더 먼 구조는 어둡게 되고/음영됨), 및 그라디언트 라이팅(gradient lighting).
이러한 기술은, (a) 표준 2-D 모니터 및 LCD 디스플레이를 사용하는 경우, (b) 몹씨 분할된 디스플레이를 지원하기 위한 콘트라스트 해상도 부족의 경우, (c) 3D 객체가 쉽게 인식되지 않는 경우(예를 들면, 내부 해부적 구조), (e) 볼륨이 잡음 상태인 경우, 또는 (f) 구조가 정적인 경우, 잘 동작하지 않는다.
따라서, 이 분야에서 문제를 극복하기 위한 개선된 방법 및 시스템이 요구된다. 특히, 볼륨 렌더링을 사용하는 경우 구조의 깊이를 구별하는 개선된 방법이 요구된다.
도 1은 이 분야에서 알려진 3차원(3D) 초음파 이미지의 2차원(2D) 화면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법의 흐름도.
도 3은 구조의 상대적 깊이를 나타내고 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템에서의 사용을 위한 깊이 맵의 예에 대한 2D 화면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템에서 사용하기 위한 2D 컬러화 룩업 테이블(LUT)의 예에 대한 2D 화면 포착도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템으로 획득된 깊이 컬러화 볼륨 렌더링의 예에 대한 2D 화면 포착도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템에서의 사용을 위한 소벨 연산자(Sobel operator)의 예에 대한 2D 화면 포착도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템으로 획득된 소벨로 수정된 깊이 컬러화 볼륨 렌더링의 예에 대한 2D 화면 포착도(110).
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌 더링 방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도.
도면에서, 유사 참조번호는 유사 구성요소를 참조한다. 덧붙여, 도면은 일정한 척도에 따라 도시되지 않을 수 있음을 주목해야 한다.
도 1은 이 분야에서 잘 알려진 3차원(3D) 초음파 이미지의 2차원(2D) 화면도(10)이다. 특히, 이미지는 세피아 컬러화 룩업테이블(LUT:Look-Up-Table)에 매핑된 볼륨 렌더링된 이미지를 포함하며, 여기서 일반적으로 참조번호 12에 의해 표시된 수평축은 길이 차원을 나타내고, 밀리미터 단위 또는 디스플레이 화면상의 단위, 즉 수평 픽셀로 설명될 수 있다. 일반적으로 참조번호 14에 의해 표시된 수직축은 또한 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛 즉, 수평 픽셀로 기술될 수 있다. 이미지가 3차원으로 보이게 될지라도, 그 안에 포함된 구조의 리뷰는 구조가 시청자(즉 시야 위치(view location))에 근접하게 보이거나, 또는 멀리 떨어져 보이는 지를 결정하는 것에 대하여 매우 도움이 되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 사용하는 볼륨 렌더링 방법의 흐름도(50)이다. 볼륨 렌더링의 방법은 일반적으로 참조번호 52에 의해 표시된, 하나 이상의 해부 구조의 제 1 합성 평면을 나타내는 데이터를 획득하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 제 1 합성 평면은 원 합성 평면을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 데이터를 획득하는 단계는 3차원(3D) 초음파, 매트릭스 어레 이 및 실시간 3D 이미징으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나를 이용하여 소스로부터 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.
다음 단계(54)에서, 이 방법은 제 1 합성 평면의 함수로서 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계를 포함하며, 여기서 이 제 2 합성 평면의 데이터는 각 광선 주사 라인(ray cast line)을 따라 하나 이상의 해부 구조의 제곱평균 평방근(RMS)을 나타낸다.
이 방법은 추가로, 단계(56)에서, 제 2 합성 평면의 RMS 깊이 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 컬러값을 선택 또는 보간하는 단계를 포함한다. 특히, 이 단계는 제 2 합성 평면의 RMS 깊이 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 깊이가 가중된 컬러값을 결정하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 결정하는 단계는 제 2 합성 평면의 RMS 깊이 함수로서 2개의 다른 컬러 팔레트 사이의 깊이가 가중된 컬러값을 (i) 선택하는 단계 및 (ii) 보간하는 단계로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, RMS 깊이의 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 깊이가 가중된 컬러값을 결정하는 단계는 2차원(2D) 컬러화 룩업 테이블(LUT)를 이용하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 실시예에서, RMS 깊이의 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 깊이가 가중된 컬러값을 결정하는 단계는 추가로 (i) 2개의 다른 컬러화 팔레트 각각을 위한 1차원(1D) 룩업 테이블(LUT) 연산을 수행하는 단계 및 (ii) 1D LUT 연산으로부터 결과치를 선형으로 보간하는 단계를 포함한다.
이 방법은 더 추가로, 단계(58)에서, 깊이가 가중된 컬러화로 볼륨 렌더링을 생성하기 위해 원 합성 평면에 선택 또는 보간된 컬러값을 인가하는 단계를 포함한다. 특히, 이 단계는 깊이가 가중된 컬러화로 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위해 제 1 합성 평면에 결정된 깊이가 가중된 컬러값을 인가하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 이 결정된 깊이가 가중된 컬러값을 인가하는 단계는, 깊이가 가중된 컬러화로 볼륨 렌더링을 생성하기 위해, (i) 선택된 컬러값 및 (ii) 보간된 컬러값으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나를 제 1 합성 평면에 인가하는 단계를 포함한다. 단계(60)에서, 주어진 볼륨 렌더링 절차의 특정 요구조건에 따른 추가 처리 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라, 볼륨 렌더링으로부터 유도된 합성 방법(compositing method)은 광선 주사 라인으로 따라 해부 구조의 RMS 깊이를 나타내는 제 2 합성 평면을 계산하는 단계를 포함한다. 이후 원 레보이 합성 평면에 인가되는 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 선택 또는 보간하기 위해 이 제 2 평면(RMS 깊이)이 사용된다.
본 발명의 실시예와 관련하여 이해되는 바와 같이, 색조(즉, 컬러화)에서의 변화는 유리하게는 포그라운드 대 백그라운드 구조를 구별하기 위해 사용된다. 비록 색조에서의 변화가 볼륨 렌더링에 사용되고 있을지라도, 색조에서의 변화는 깊이 함수로서 사용되지 않고 있다. 종종 종래의 볼륨 렌더링은 "분류화" 스테이지로 언급되는데, 즉 합성에 앞서, 복셀로된 양은 RGB 트리플릿으로 변환되고, 이후 별개의 합성이 각 R, G, 및 B값을 위해 발생한다. 이러한 변환은 스칼라의 즉시값에 의존하거나, 또는 분할값에 의존할 수 있으며, 이는 일반적으로 다른 구조 사이를 구별하기 위해 사용된 별도의 볼륨이다. 예를 들면, 뼈다귀로 식별된 복셀은 회색 또는 백색 팔레트를 이용하여 인코딩될 수 있으며, 반면에 관상 동맥 및 동맥으로부터의 복셀은 눈에 띄게 적색 팔레트를 이용하여 인코딩될 것이다.
레보이는 레이 형성 라인을 따라 복셀의 순환적 합성이 다음과 같이 수행될 수 있음을 가리킨다.
Figure 112008081966079-pct00001
여기서,
L : 광 인입/출구 복셀
S : 합성된 합
i : 복셀로의 입력을 나타내는 지수
i+1 : 복셀밖으로의 출력을 나타내는 지수
시그마 : 복셀의 투명도, 일반적으로 로우(rho)함수(복셀 스칼라)
로우 : 복셀의 스칼라 속성
이는 마지막 SN(단일 픽셀에 대응하는 합산된 합성값)을 계산하기 위해 순환을 요구함을 주목하자.
각 복셀로부터의 기여는 다음식과 같음을 주목하자.
Figure 112008081966079-pct00002
따라서, 최종 합산값은 단순하게 다음식과 같이 기술될 수 있다.
Figure 112008081966079-pct00003
통계는 함수의 평균이 다음식에 의해 계산될 수 있음을 가리킨다.
Figure 112008081966079-pct00004
동일한 사상을 볼륨 합성에 적용하면, 광선 주사 라인을 위해 RMS 깊이를 계산할 수 있다.
Figure 112008081966079-pct00005
여기서,
Figure 112008081966079-pct00006
는 광선 주사 라인(즉, 깊이)을 따라 RMS 지수에 대응하고, 이는 합성된 합을 위한 기여 대부분이 획득된 평균 지수를 나타낸다.
Figure 112008081966079-pct00007
선험적으로 광선 형성 샘플 사이의 거리를 알게 되므로,
Figure 112008081966079-pct00008
를 실제 깊이로 변환하는 것은 용이하다. 그러나, N(레이 형성을 따른 샘플의 총#)의 비율로서
Figure 112008081966079-pct00009
의 퍼센트에 실제로 더 흥미가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 사용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템에서의 사용을 위한 깊이 맵예의 2차원(2D) 화면도(70)이다. 특히, 도 3은 구조의 상대적인 깊이를 나타내는 알파 맵을 포함하며, 여기서 일반적으로 참조번호 72에 의해 표시된 수평축은 길이으 크기를 나타내고, 밀리미터 단위 또는 디스플레이 화면상의 단위, 즉 수평 픽셀로 기술될 수 있다. 일반적으로 참조번호 74에 의해 표시된 수직축은 또한 길이 크기를 나타내고, 밀리미터 단위 또는 디스플레이 화면상의 단위, 즉 수직 픽셀로 기술될 수 있다. 도 3의 깊이 맵은 위에 기술된 공식을 이용하여 획득되었으며, 즉 도 1의 이미지 데이터에 관한 깊이 맵이 획득되었으며, 추가로 이 경우 공식이 RMS 깊이를 계산하기 위해 사용되었다. 도 3에서, 더 어두운 구조는 시청자(즉, 뷰 위치)에 근접하고, 더 밝은 구조는 멀리 떨어져 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템에서의 사용을 위한 2D 컬러화 룩업 테이블(LUT)의 예에 대한 2D 촬영 화면도(80)이다. 특히, 일반적으로 참조번호 82에 의해 표시된 수평축은 볼륨 렌더링된 합성 이득, 즉 0으로부터 대략 250 바로 위까지를 나타낸다. 합산 합성 값, SN은 이 0 내지 250 범위(최소에서 최대까지)로 스케일링되고, 이 값은 2D 컬러화 LUT에서 수평 지수(컬럼)를 결정한다. 얼마나 더 작은 값(0에 더 근접)은 더 작은 합성된 값에 대응하는 지를 주목하고, 따라서 더 어둡고 더 낮은 휘도값을 갖는 RGB값을 사용하자. 일반적으로 참조번호 84에 의해 표시된 수직축은 0부터 100까지의 볼륨 구조 깊이를 나타낸다. 이 RMS 깊이 값,
Figure 112008081966079-pct00010
은 역으로 이 0 내지 100 범위에 매핑된다. 이와 같이,
Figure 112008081966079-pct00011
의 작은값은 약 백(100)의 값에 매핑되고,
Figure 112008081966079-pct00012
의 높은 값은 약 영(0)의 값으로 매핑된다. 이 매핑의 결과는 시청자(즉, 뷰 위치)에 더 근접한 구조는 결국 더 따뜻하고 더 붉은 컬러 색조가 될 것이고, 시청자(즉, 뷰 위치)로부터 더 먼 구조는 더 차갑고 더 청색인 색조가 할당될 것이라는 점이다. 일실시예에서, 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이의 컬러값을 선택 또는 보간하는 것은 임의 표준 컬러화 맵(밑 가장자리)를 사용하는 것을 포함하며, 이는 그 보수(상단 가장자리)를 생성하고, 이후 표준 컬러화 맵과 그 보수 사이를 선형적으로 보간한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 사용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템으로 획득된 깊이 컬러화 볼륨 렌더링의 예에 대한 2D 촬영 화면도(90)이다. 특히, 촬영 화면도(90)는 이미지 혼합(image blend)을 포함하며, 여기서 일반적으로 참조번호 92에 의해 표시된 수평축은 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛 즉, 수평 픽셀로 기술될 수 있다. 일 반적으로 참조번호 94에 의해 표시된 수직축은 또한 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛 즉, 수직 픽셀로 기술될 수 있다. 일실시예에서, 도 5의 깊이 컬러화 볼륨 렌더링 이미지는 합성된 광선 형성의 "폭(amplitude)"을 사용하고, 계산된 깊이 맵을 사용하고, 2차원 룩업을 도 4의 위 2D 컬러화 맵으로 수행하여 획득되었다. 따라서, 이제 도 5의 깊이 구조가 "튀어나오고(pop)", 깊이 위치는 더 주목할만하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼븀 렌더링 방법 및 시스템에서의 사용을 위한 소벨 연산자(Sobel operator)의 예에 대한 2D 촬영 화면도(100)이다. 특히, 촬영 화면도(100)는 소벨 그라디언트(Sobel gradient)를 포함하며, 여기서 일반적으로 참조번호 102에 의해 표시된 수평축은 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛 즉, 수평 픽셀로 기술될 수 있다. 일반적으로 참조번호 104에 의해 표시된 수직축은 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛 즉, 수직 픽셀로 기술될 수 있다. 일실시예에서, 이 방법은 도 3의 깊이 맵의 그라디언트를 계산하는 단계를 추가로 포함한다. 높은 그라디언트는 깊이가 갑자기 그리고 극적으로 변하는 위치에서 발생한다. 종래의 레보이 합성에서, 동일한 합성된 휘도를 가지는 2개의 근접한 구조는 시청자(또는 뷰 위치)로부터 상당히 다른 깊이의 볼륨에 위치될 수 있다. 그러나, 유사한 휘도값 때문에, 결과적인 레보이 합성 이미지로부터 다른 깊이를 구별하는 것이 어려울 것이다. 소벨 연산자, 또는 다른 2D 그라디언트-검출 연산자를 이용함으로써, RMS 깊이 이미지에 관해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은 더 쉽게 깊이에서의 갑작스런 변화를 식별하고, 깊이가 가중된 컬러화 이미지에 규정된 경계의 추가로 시청자에게 이러한 변화를 눈에 띄게 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법 및 시스템으로 획득된 소벨로 수정된 깊이 컬러화 볼륨의 예에 대한 2D 촬영 화면도(110)이다. 특히, 촬영 화면도(110)는 추가된 소벨 경계를 갖는 이미지 혼합을 포함하며, 여기서 일반적으로 참조 번호(112)에 의해 표시된 수평축은 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛, 즉 수평 픽셀로 기술될 수 있다. 일반적으로 참조번호(114)에 의해 표시된 수직축은 길이 차원을 나타내고, 디스플레이 화면상의 밀리미터 단위 또는 유닛, 즉 수직 픽셀로 기술될 수 있다. 일실시예에서, 소벨 그라디언트 이미지는 깊이가 극적으로 변하는 깊이 컬러화 볼륨 렌더링 이미지의 이들 부분을 향상시키기 위해 사용된다. 이는 곱셈 마스크 연산을 사용하여 성취되며, 강한 그라디언트는 적-녹-청 컬러화(RGB) 값을 어둡게 하도록 사용된다.
따라서, 또 다른 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법은 깊이가 가중된 컬러화를 가지고 볼륨 렌더링 이미지상의 소벨 그라디언트를 이용하여 깊이에서의 갑작스런 변화를 식별하는 단계를 추가로 포함한다. 추가 실시예에서, 이 방법은 식별된 깊이에서의 갑작스런 변화 함수로서 깊이가 가중된 컬러화 이미지로 볼륨 렌더링 이미지를 향상시키는 단계를 추가로 포함한다. 추가로, 깊이에서의 갑작스런 변화는 근접한 광선 주사 라인 사이의 백퍼센트(100%)와 비슷하게 포함할 수 있다. 이 경우에서, 제 1 광선 주사 라인과 연관된 구조는 시청자 에게 영(0)의 상대적 깊이에 위치되고(즉, 가능한 한 시청자 또는 뷰 위치에 근접하게), 제 2 근접 광선 주사 라인과 연관된 구조는 백(100)의 상대적 깊이를 갖는다(즉, 가능한 한 시청자 또는 뷰 위치로부터 멀리 떨어져서). 본 발명의 일실시예에서, 한 방법은 여기에서 논의된 깊이가 가중된 컬러화 이미지로 소벨 검출 깊이 경계 적용을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 또 다른 방법은 표준 레보이 이미지(미도시)로 소벨 검출 깊이 경계의 적용을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법은 깊이가 가중된 컬러화를 갖는 볼륨 렌더링 이미지 내에서, 깊이와 무관한 제 1 합성 평면의 평균 휘도를 보존하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들면, 일실시예에서, 이 평균 휘도를 보존하는 단계는 제 1 컬러화 맵과 제 2 컬러화 맵을 포함하기 위하여 2개의 다른 컬러화 팔레트를 선택하는 단계를 포함하며, 여기서 제 2 컬러화 맵은 제 1 컬러화 맵의 보수이다. 더욱이, 이 방법은 제 1 컬러화 맵을 선택하는 단계와 제 1 컬러화 맵의 보수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 생성하는 단계는 예를 들면, 원하는 휘도/크로미넌스 변환에 따라, 제 1 컬러화 맵을 종래의 RGB 공간으로 변환하는 단계를 포함하며, 이 경우 변환하는 단계는 YUV로 변환된 데이터를 생성하며, 여기서 "Y"값은 휘도에 대응하고, "U" 및 "V"값은 색조 및/또는 포화를 나타낸다. 표준 백색 및 흑색 이미지는 "Y"값만을 이용함으로써 생성될 수 있음을 주목하자. 보수의 LUT 맵은 2개의 색조 신호 "U"와 "V"를 스왑하고, 반면에 휘도 신호 "Y"를 보존하는 것을 수반한다. 이후, 역 변환이 YVU 신호에 수행되어 보수 맵을 위한 RGB 값을 생성한다.
또 다른 실시예에서, 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링 방법은 (i) 제 1 컬러화 맵 및 (ii) 제 2 컬러화 맵을 포함하는 2개의 다른 컬러화 팔레트를 추가로 포함하며, 여기서 제 2 컬러화 맵은 제 1 컬러화 맵의 보수이다. 따라서, 이 방법은 제 1 컬러화 맵의 보수를 생성하여 제 2 컬러화 맵을 획득하는 단계를 추가로 포함한다. 더욱이, 생성하는 단계는 원하는 휘도/크로미넌스 변환에 따라 제 1 컬러화 맵을 변환하는 단계로서, 변환된 데이터를 생성하는 변환 단계와; 그 보수를 획득하기 위해 변환된 데이터의 크로미넌스 성분을 스왑하는 단계와; 변환된 데이터를 다시 제 1 컬러화 맵에서 사용된 원 공간(예를 들면, RGB)로 변환하는 단계를 포함한다. 결과적으로, 평균 휘도는 깊이와 무관하게 보존된다. 일실시예에서, 원하는 휘도/크로미넌스 변환은 컬러화/자외선(YUV) 변환을 포함하며, 여기서 추가로 변환된 데이터를 스왑하는 단계는 자외선(UV) 데이터를 스왑하는 단계를 포함한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 깊이가 가중된 컬러화를 이용하는 볼륨 렌더링 방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품 형태로 생성되는 것뿐만 아니라 임상 업무를 구현하기 위한 임상 워크스테이션 또는 시스템에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 깊이가 가중된 컬러화를 이용한 볼륨 렌더링을 특징으로 하는 장치(120)의 부분적 블럭도이다. 장치(120)는 컴퓨터/제어 유닛(122), 디스플레이(124)를 포함하되, 여기서 디스플레이(124)는 적절한 연결(126)을 통하여 컴퓨터/제어 유닛(122)에 연결된다. 장치(120)는 입/출력 디바이스(128) 및 포인팅 디바 이스(130)를 추가로 포함하되, 여기서 입/출력 디바이스(128) 및 포인팅 디바이스(130)는 각각 적합한 연결(132 및 134)을 통하여 컴퓨터/제어 유닛(122)에 연결된다. 적합한 연결은 임의의 적합한 신호 라인 또는 라인들(유선, 무선, 광학, 등)을 포함할 수 있다.
덧붙여, 컴퓨터/제어 유닛(122)은 다양한 실시예에 따라 깊이가 가중된 컬러화를 갖는 볼륨 렌더링 이미지를 생성하는 방법에 관하여 여기에 논의된 다양한 기능을 수행하도록 구성될 수 있는 임의 적합한 컴퓨터 및/또는 제어 유닛을 포함한다. 더욱이, 여기에 논의된 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터/제어 유닛(122)의 프로그래밍은 적합한 프로그래밍 기술의 사용으로 성취될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터/제어 유닛(122)은 입/출력 디바이스(128)(가령 키보드, 오디오/음성 입력 디바이스, 또는 유사 디바이스), 포인팅 디바이스(130)(가령 마우스, 터치 스크린, 또는 유사 디바이스) 및 디스플레이 디바이스(124)와 인터페이스하고, 이 컴퓨터/제어 유닛은 시각 디스플레이 위해 디스플레이에 이미징 데이터 신호를 제공하기 위한 것이다.
컴퓨터/제어 유닛(122)은 참조번호 138에 의해 일반적으로 표시된 적합한 신호 연결을 통한 다량 저장 디바이스 또는 매체(136), 및/또는 참조번호 142에 의해 일반적으로 표시된 적합한 신호 연결을 통한 컴퓨터 네트워크(140)(즉, 원거리 데이터 획득, 저장, 분석, 및/또는 디스플레이를 위하여) 등 중 하나 이상으로부터 추가로 데이터를 송/수신할 수 있다. 이 컴퓨터/제어 유닛(122)은 신호 라인(144)을 통하여 하나 이상의 디바이스 및/또는 시스템(미도시)에 데이터를 송신하는 것 에 덧붙여, 하나 이상의 획득 디바이스 및/또는 시스템(미도시)로부터 데이터를 추가로 수신할 수 있다. 신호 라인(144)은 임의의 적합한 신호 라인 또는 라인들(유선, 무선, 광학 등)을 포함할 수 있다. 더욱이, 시스템(120)은 장치(120)의 사용을 수반한 특별한 절차 동안, 원하는 바와 같이, 적합한 사용을 위해 컴퓨터/제어 유닛(122)에 연결된 프린터 디바이스(146)를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 볼륨 렌더링 장치는 디스플레이와; 이 디스플레이에 연결된 컴퓨터/제어 유닛으로서, 투사 뷰를 렌더링하기 위해 디스플레이에 데이터를 제공하는, 컴퓨터/제어 유닛과; 이 컴퓨터/제어 유닛에 입력을 제공하기 위해 컴퓨터/제어 유닛에 연결된 입력 디바이스를 포함하되, 여기서 컴퓨터 제어 유닛은 여기에 논의된 깊이가 가중된 컬러화를 갖는 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위한 방법을 실행하기 위한 명령어로 프로그래밍된다.
또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은 여기에 논의된 깊이가 가중된 컬러화를 갖는 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위한 방법을 실행하기 위해 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어 세트를 갖는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다.
비록 극소수의 예시적인 실시예가 위에서 상세하게 기술되었을 지라도, 당업자라면 많은 수정이 본 발명의 실시예에 대한 새로운 가르침 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서도 예시적인 실시예안에서 가능할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예는 레보이에 의해 최초로 기술된 볼륨 렌더링을 수반하는 임의 응용에 적용될 수 있다. 따라서, 모든 이러한 수정은 다음의 청 구항에서 한정된 본 발명의 실시예에 대한 범위내에 포함되는 것으로 의도된다. 청구항에서, 수단 + 기능 절은 인용 기능 및 구조적 등가뿐만 아니라 등가 구조를 수행하는 것으로 여기에 기술된 구조를 커버하도록 의도된다.
덧붙여, 하나 이상의 청구항에서의 괄호안에 놓인 임의 참조기호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다. 단어, "포함" 등은 전체적으로 임의 청구항 또는 명세서에 리스트된 이외의 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성요소의 단수 참조는 이러한 구성요소의 복수 참조를 배제하지 않으며, 역으로 구성요소의 복수 참조는 이러한 구성요소의 단수 참조를 배제하지 않는다. 실시예 중 하나 이상은 수개의 다른 구성요소를 포함하는 하드웨어, 및/또는 적합하게 프로그래밍된 컴퓨터를 써서 구현될 수 있다. 수개의 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 이들 수개의 수단은 하드웨어의 하나의 동일한 아이템에 의해 구체화될 수 있다. 일정한 수단이 상호 다른 종속항에서 인용되는 단순한 사실은 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지는 않는다.
본 발명은 일반적으로 의료 시스템에 이용가능하다. 더 상세하게는 깊이로 가중된 컬러화를 사용하는 볼륨 렌더링 방법 및 장치에 이용가능하다.

Claims (20)

  1. 볼륨 렌더링 방법으로서,
    광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조가 첫 번째로 합성된 제 1 합성 평면을 나타내는 데이터를 획득하는 단계; 및
    수정된 레보이 합성(Levoy compositing) 공식을 이용하여 제 1 합성 평면의 데이터에 기초하여 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조가 두 번째로 합성된 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계는 뷰 위치로부터 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조의 깊이 치수를 결정하는 단계를 포함하고, 계산된 데이터는 깊이 치수에 기초하여 깊이가 가중된 이미지 또는 깊이가 가중된 볼륨 렌더링 이미지 중 하나 이상을 생성하는데 사용되는, 볼륨 렌더링 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조는 3차원 객체의 하 나 이상의 복셀(voxel)을 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터로부터 깊이가 가중된 이미지를 생성하기 위해 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    깊이가 가중된 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위해 제 1 합성 평면에 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조의 깊이 치수의 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이의 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 결정하는 단계를 추가로 포함하되,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계는, 상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 적용하여 깊이가 가중된 컬러화를 통해 볼륨 렌더링 이미지를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터는 2차원(2D) 컬러화 룩업테이블(LUT) 맵을 사용하는 단계를 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    추가로, 상기 2D 컬러화 LUT 맵은 1차원 컬러화 맵을 선택하고, 그 보수를 생성하고, 상기 1 차원 컬러화 맵과 그 보수 사이를 보간함으로써 생성되는, 볼륨 렌더링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    추가로, 상기 1차원 컬러화 맵은 컬러화/자외선(YUV) 맵을 포함하며, 그 보수를 생성하는 것은 YUV를 YVU로 변환하는 단계를 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 깊이가 가중된 이미지의 함수로서, 상기 뷰 위치로부터 다른 깊이를 가지는 구조사이에서 적어도 하나 이상의 경계 또는 가장자리를 식별하는 단계를 추가로 포함하되, 식별하는 단계는 상기 깊이가 가중된 이미지상에 2차원 그라디언트 연산자를 사용하는 단계를 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    깊이가 가중된 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위해 제 1 합성 평면에 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조의 깊이 치수 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 결정하는 단계를 추가로 포함하되,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계는, 상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 적용하여 깊이가 가중된 컬러화를 통해 볼륨 렌더링 이미지를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 결정하는 단계는, 2차원(2D) 컬러화 룩업테이블(LUT) 맵을 사용하는 단계를 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    추가로, 상기 2D 컬러화 LUT 맵은 1차원 컬러화 맵을 선택하고, 그 보수를 생성하며, 그리고 상기 1차원 컬러화 맵과 그 보수사이를 보간함으로써 생성되는, 볼륨 렌더링 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    추가로, 상기 1차원 컬러화 맵은 컬러화/자외선(YUV) 맵을 포함하되, 그 보수를 생성하는 것은 YUV를 YVU로 변환하는 단계를 포함하는, 볼륨 렌더링 방법.
  16. 장치로서,
    디스플레이;
    상기 디스플레이에 연결되고, 스크린 뷰를 렌더링하기 위해 상기 디스플레이에 데이터를 제공하는, 컴퓨터/제어 유닛; 및
    상기 컴퓨터/제어 유닛에 연결되고, 상기 컴퓨터/제어 유닛에 입력을 제공하기 위한 수단을 포함하되,
    상기 컴퓨터/제어 유닛은 제 1 항에 청구된 볼륨 렌더링 방법을 수행하기 위해, 상기 입력을 제공하기 위한 수단에 응답하여, 명령어로 프로그래밍되는, 장치.
  17. 볼륨 렌더링 방법을 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어 세트를 가지는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서,
    상기 볼륨 렌더링 방법은,
    광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명 구조가 첫 번째로 합성된 제 1 합성 평면을 나타내는 데이터를 획득하는 단계; 및
    수정된 레보이 합성(Levoy compositing) 공식을 이용하여 제 1 합성 평면의 데이터에 기초하여 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조가 두 번째로 합성된 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터를 계산하는 단계는 뷰 위치로부터 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조의 깊이 치수를 결정하는 단계를 포함하고, 계산된 데이터는 깊이 치수에 기초하여 깊이가 가중된 이미지 또는 깊이가 가중된 볼륨 렌더링 이미지 중 하나 이상을 생성하는데 사용되는,
    컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    볼륨 렌더링 방법은, (i) 제 2 합성 평면의 데이터로부터 깊이가 가중된 이미지를 생성하기 위해 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계, 및 (ii) 깊이가 가중된 볼륨 렌더링 이미지를 생성하기 위해 제 1 합성 평면에 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나를 추가로 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    볼륨 렌더링 방법은, 광선 주사 라인을 따라 하나 이상의 불투명한 구조의 깊이 치수 함수로서 2개의 다른 컬러화 팔레트 사이에서 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 결정하는 단계를 추가로 포함하되,
    상기 제 2 합성 평면의 데이터를 사용하는 단계는, 상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 적용하여 깊이가 가중된 컬러화를 통해 상기 볼륨 렌더링 이미지를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 깊이가 가중된 컬러값 데이터를 결정하는 단계는 2차원(2D) 컬러화 룩업테이블(LUT) 맵을 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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