KR102203816B1 - 2d 영상정합 및 3d 영상 재구성에 기반한 파노라마 영상 생성 방법, 파노라마 영상 생성 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

Abstract

2D 영상정합 및 3D 영상 재구성에 기반한 파노라마 영상 생성 방법, 파노라마 영상 생성 장치 및 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 개시된다. 본 발명의 파노라마 영상 생성 방법은, 피사체의 방사선 촬영에 따른 복수의 투영 데이터(projection data)를 형성하는 단계; 상기 형성된 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 초점면을 추정하는 단계에서, 상기 위치 간의 거리는, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합에 기반하여 결정된다.

Description

2D 영상정합 및 3D 영상 재구성에 기반한 파노라마 영상 생성 방법, 파노라마 영상 생성 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{Method and apparatus for generating panoramic image, computer-readable recording medium based on 2D image registration and 3D image reconstruction}

본 발명은 파노라마 영상 생성 방법, 파노라마 영상 생성 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.

의료 기술 분야에서 많이 이용되고 있는 방사선(X-ray) 촬영 장치는 방사선을 인체에 조사하고, 인체 내부에 대한 영상을 획득하고 있다. 이를 통해 인체 내부의 이상을 검출한다.

특히 치과에서 주로 사용되는 파노라마 방사선 촬영 장치는 영상 생성의 목적물인 치아 및 치조골의 영상을 하나의 이차원 평면에 생성할 수 있어, 교정치료의 예후 판단, 치아의 맹출 상태 확인, 치조골의 높이 확인 등 다양한 진단 목적에 요긴하게 활용되고 있다.

도 1은 일반적인 파노라마 방사선 촬영 장치의 일부 구성을 나타내는 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 파노라마 방사선 촬영 장치(10)는 제너레이터로부터 발생된 방사선을 조사하고, 피사체(20)를 일부 투과하거나 또는 투과하지 않고 도달하는 방사선을 제너레이터(11)와 마주보는 디텍터(센서)(12)를 통해 수광한다. 그 다음, 수광된 방사선을 전기적 신호로 변환시켜 투영 데이터를 획득한다. 특히 파노라마 방사선 촬영 장치(10)는, 회전축(13)을 중심으로 상기 제너레이터(11)와 디텍터(12)를 회전시키면서 방사선을 연속 조사 및 수광하여 다수의 프레임으로 이루어지는 투영 데이터를 생성할 수 있다.

이러한 투영 데이터 획득 방법은 한 번의 촬영으로 모든 치아 및 해부학적 구조물의 상태를 전부 검사할 수 있고, 낮은 방사선량 및 빠른 영상화 시간 등의 장점을 가진다.

이때, 조사되는 방사선은 임의의 초점을 기준으로 조사될 수 있는데, 방사선 촬영 장치는 주로 촬영 대상물의 내부에 대한 영상의 획득을 목적으로 하는 바, 내부의 명확한 위치를 알기 어려운 상황에서 초점을 설정하는 것에 대한 어려움이 있다.

특히 치과 치료와 관련하여 치아를 포함하는 치조골을 이차원의 평면 영상으로 생성하는 파노라마 촬영의 경우, 보다 선명한 영상의 획득을 위하여 실제 수진자의 악궁 궤적의 형상을 반영하는 초점 궤적(focul path) 또는 초점면(focal plane)을 따라 상기 투영 데이터를 재구성(reconstruction)하여 파노라마 영상을 생성하는 방법이 요구된다.

하지만, 일반적으로 환자마다 구강 구조가 다르기 때문에, 고정된 초점 궤적 또는 초점면을 사용하는 경우, 환자의 치열이 많이 벗어나는 경우가 생길 수 있다. 이러한 경우에는 파노라마 영상의 화질이 저하되고, 정확한 진단을 방해하는 요인이 된다.

또한, 일반적 파노라마 방사선 영상획득 모델은 인접한 프레임 간의 상대적 위치관계를 사용하여 2D 투영영상을 누적시키는 것으로 파노라마 영상을 생성한다. 이렇게 2D 투영영상들을 위치에 상관없이 동일한 이동량을 적용하여 누적하는 모델은 초점 궤적의 곡률이 커질수록, 그리고 source로부터 X-ray의 방사 각이 커질수록 모델링 에러가 커진다는 문제를 내포하고 있으며, 이는 파노라마 영상의 화질을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.

이에 따라, 환자마다 다른 피사체의 구조를 정확히 반영하는 초점면을 생성하고, 이를 통해 투영 데이터를 처리하고 재구성하여 파노라마 영상을 생성하는 기술이 요구된다. 파노라마 방사선 촬영으로 얻어진 투영 데이터가 지니고 있는 많은 양의 정보에 대한 소프트웨어적인 처리을 통해 고품질의 영상을 획득하는 기술은, 상대적으로 저렴하게 고성능의 장비를 구현하고, 재촬영의 가능성을 줄임으로써 환자에 대한 방사선 노출을 줄일 수 있는 장점을 기대할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 환자마다 서로 다른 구강 구조를 반영하는 초점면을 생성함으로써, 고품질의 파노라마 영상을 생성하는 파노라마 영상 생성 방법, 파노라마 영상 생성 장치, 파노라마 방사선 촬영 장치, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 투영 데이터의 백그라운드(background) 성분을 제거하는 사전 처리(pre-processing)를 통해, 더욱 또렷한 피사체의 파노라마 영상을 생성하는 것이다.

더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 초점면을 생성하기 위한 모델을 구성하고 상기 모델을 확장함으로써 3차원의 파노라마 영상을 획득하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치에서 2D 영상정합 및 3D 영상 재구성에 기반하여 파노라마 영상을 생성하는 방법은, 피사체의 방사선 촬영에 따른 복수의 투영 데이터(projection data)를 형성하는 단계; 상기 형성된 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 초점면을 추정하는 단계에서, 상기 위치 간의 거리는, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합에 기반하여 결정되는 것이 바람직하다.

상기 초점면을 추정하는 단계는, 상기 파노라마 영상의 영역(domain) 형상에서 파노라마 영상의 각 픽셀(pixel)에 대응하는 제1 평면좌표를 3차원 공간 영역 형상의 제1 공간좌표로 매핑(mapping)하는 동적 초점면 모델(dynamic focal plane model)을 생성하는 단계; 상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하는 단계; 및 상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계는, 상기 초점면의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수 벡터(parameter vector)와 일대일 대응 되는 적어도 하나의 제어점(control point)을 상기 파노라마 영상의 영역(domain) 상에 배치하는 단계; 상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하는 단계; 상기 제1 공간좌표의 변화 기저 벡터를 결정하는 단계; 상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터에 기반한 보간(interpolation)을 통해 상기 제1 평면좌표에 대응하는 상기 초점면의 변화량을 결정하는 단계; 및 상기 획득된 변화량을 상기 결정된 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 피사체의 방사선촬영은, 파노라마 방사선 촬영 장치에서 방사선을 발생시키는 제너레이터와 상기 방사선을 수집하는 디텍터를 통해 이루어지며, 상기 최초 초점면 모델 상에서 상기 제1 공간 좌표는, 상기 제너레이터의 위치에 대응하는 제2 공간 좌표와 상기 디텍터의 위치에 대응하는 제3 공간 좌표를 연결한 직선 상에 놓이고, 상기 최초 초점면 모델 상에서의 상기 제1 공간 좌표와 상기 제2 공간 좌표 간의 거리는 미리 정한 제1 거리로 고정될 수 있다.

상기 변화 기저 벡터는 상기 제2 공간좌표로부터 상기 제3 공간 좌표를 지향하는 방향성과 단위 길이를 가질 수 있다.

상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정하는 단계는, 상기 목적함수의 값이 최소화되는 상기 매개변수 벡터(parameter vector)를 구하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 목적함수를 생성하는 단계는, 상기 생성된 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역으로 이동시키는 단계; 상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하는 단계; 및 상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계에서, 상기 목적함수는, 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값에 상기 초점면의 추정을 위한 연산 과정의 안정성 확보를 위한 정규화 값을 더하여 생성할 수 있다.

상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는, 상기 피사체의 방사선촬영에 따라 복수의 비가공 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드(background) 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성할 수 있다.

상기 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는, 상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서, 상기 방사선 촬영의 최초 초점면에 위치한 상기 피사체의 비가공 상과 반대 방향의 이동성을 나타내는 상기 피사체의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계에서, 상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분은, 상기 복수의 비가공 데이터 중에서 상기 피사체의 방사선촬영을 위한 회전 중심으로부터 상비가공 초점면과 반대 방향에 존재하는 데이터 성분 중에서 선택될 수 있다.

상기 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는, 상기 복수의 비가공 데이터 중에서 상기 피사체의 방사선촬영을 위한 회전 중심으로부터 상기 방사선 촬영의 최초 초점면과 반대 방향에 존재하는 데이터 성분을 제거할 수 있다.

상기 초점면을 추정하는 단계는, 상기 생성된 동적 초점면 모델을 깊이 방향으로 좌표 이동한 하나 이상의 시프트 동적 초점면 모델을 생성하는 단계; 및 상기 시프트 동적 초점면 모델에 기반하여, 시프트 초점면을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계는, 상기 시프트 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 시프트 파노라마 영상을 더 생성할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치는 피사체의 방사선촬영에 따른 복수의 비가공 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 및 상기 획득된 복수의 비가공 데이터로부터 복수의 투영 데이터를 형성하고, 상기 형성된 복수의 투영 데이터 중에 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하고, 상기 추정된 초점면을 기초로 파노라마 영상을 재구성하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 초점면을 추정하는 과정에서, 상기 위치 간의 거리는, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합에 기반하여 결정되는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 위치 간의 거리를 결정하고, 상기 파노라마 영상의 영역 상에서 파노라마 영상의 각 픽셀에 대응하는 제1 평면좌표를 제1 공간좌표로 매핑하는 동적 초점면 모델을 생성하고, 상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하고, 상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 생성된 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역으로 옮기고, 상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하고, 상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 초점면의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수 벡터와 각각 일대일 대응되는 적어도 하나의 제어점을 상기 파노라마 영상의 영역 상에 등간격으로 배치하고, 상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하고, 상기 제1 공간좌표의 변화 기저 벡터를 결정하고, 상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터를 보간을 통해 상기 제1 평면좌표에 대응하는 상기 초점면의 변화량을 결정하고, 상기 획득된 변화량을 상기 결정된 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 획득된 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서,비가공 사선촬영의 최초 초점면에 위치한 상기 피사체의 비가공 상과 반대 방향의 이동성을 나타내는 상기 피사체의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정할 수 있다.

상기 데이터 획득부는, 상기 복수의 비가공 데이터를 외부로부터 수신하여 획득할 수 있다.

상기 데이터 획득부는, 방사선(X-ray)를 발생시키는 제너레이터부; 상기 발생된 방사선을 수집하는 디텍터부; 및 상기 수집된 방사선의 전기적 신호 변환을 통해 복수의 비가공 데이터를 획득하는 변환부를 포함할 수 있다.

상술한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램은 상기의 파노라마 영상 생성 방법을 수행할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 환자마다 서로 다른 구강 구조를 정확히 반영하는 초점면을 생성하여 파노라마 영상의 품질을 개선하고, 영상이 어긋나거나 초점이 맞지 않아 발생될 수 있는 재촬영의 횟수를 줄여, 재촬영으로 인한 환자의 방사선 피폭을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 투영 데이터의 백그라운드(background) 성분을 제거하는 사전 처리(pre-processing)를 통해, 더욱 또렷한 피사체의 파노라마 영상을 생성할 수 있다.

또한, 초점면을 생성하기 위한 모델을 좌표이동이 용이한 형태로 구성하고, 이 모델을 확장함으로써 3차원의 파노라마 영상을 획득할 수 있다.

도 1은 일반적인 파노라마 방사선촬영 장치를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면 및 초점면에 따라 생성된 방사선촬영 영상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면의 추정 원리를 나타내는 모식도 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동적 초점면 모델을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백그라운드 성분의 제거 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시프트 동적 초점면 모델을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면의 추정 결과를 설명하기 위한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 순서도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도 되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면 및 초점면에 따라 생성된 방사선촬영 영상을 나타내는 도면이다. 도 2(a)에 도시된 초점면(200)은 도 2(b)에 도시된 파노라마 영상(300)의 생성을 위한 기준면으로 사용되며, 도 2(a)에서 보는 바와 같이 초점면이 치열의 위치에 적정하게 정렬이 되어 있는 경우에 초점이 잘 맞는 고품질의 파노라마 영상을 획득할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)는 일 실시 예로, 파노라마 영상 촬영 장치(10)과 별개로 구성될 수 있다. 또한, 다른 실시 예로, 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)는 파노라마 영상 촬영 장치(10)에 부분 구성품이거나, 파노라마 영상 촬영 장치(10)와 일체를 이룰 수도 있다.

본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)가 파노라마 영상 촬영 장치(10)과 별개로 구성되는 경우에는 별도의 하드웨어적인 장치로 구성될 수 있고, 서버와 같은 컴퓨터에서 소프트웨어 및 데이터 통신을 통해 구현될 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파노라마 영상 생성 장치(100)는 제어부(120)와 데이터 획득부(110)를 포함할 수 있다. 상기 데이터 획득부(110)는 방사선 촬영의 대상인 피사체의 방사선 촬영에 따른 복수의 비가공 데이터를 획득한다. 상기 비가공 데이터는 복수의 파노라마 방사선 촬영을 통해 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 디텍터(12)가 수광한 방사선을 전기적 신호로 변환하여 얻은 복수 프레임의 데이터일 수 있다.

또한, 제어부(120)는 상기 투영 데이터를 재구성하여 파노라마 영상을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 획득된 복수의 비가공 데이터로부터 복수의 투영 데이터를 형성하고, 형성된 상기 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하고, 추정된 상기 초점면을 기초로 파노라마 영상을 재구성할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 파노라마 영상 생성 장치(100)는 통신부(130)를 더 포함할 수 있다. 즉, 통신부(130)를 통해 피사체에 대한 파노라마 영상 또는 추가 촬영 조건 등을 공유하고 이를 통해 서로 다른 촬영 장소, 촬영 장치 등에서도 기존의 파노라마 영상을 이용하도록 할 수 있다.

통신부(130)는 네트워크 접속을 위한 유/무선 인터넷 모듈을 포함할 수 있다. 일례로, 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다. 또다른 예로, 유선 인터넷 기술로는 XDSL(Digital Subscriber Line), FTTH(Fibers to the home), PLC(Power Line Communication) 등이 이용될 수 있다.

또한, 통신부(130)는 근거리 통신 모듈을 포함하여, 근거리 통신 모듈을 포함한 전자 장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 파노라마 영상 생성 장치(100)는 메모리부(140)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 메모리부(140)는 파노라마 영상을 저장 및 관리 할 수 있다. 또는 파노라마 영상에 따른 추가 촬영 조건 등에 대한 정보를 직접 저장하는 것도 가능하다.

본 실시예에서 메모리부(140)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파노라마 영상을 생성하는 방법은, 피사체의 방사선촬영에 따른 복수의 투영 데이터(projection data)를 형성하는 단계(S100); 형성된 상기 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면(200)을 추정하는 단계(S200); 및 추정된 상기 초점면(200)을 기초로 파노라마 영상(panoramic radiogrph)(300)을 재구성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.

상기 "연접"하였다는 것은 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 회전 촬영에서 두 개의 투영 데이터의 프레임이 바로 연속되어 촬영되었다는 의미일 수 있다. 다만, 연속되어 촬영된 경우가 아니더라도, 투영 데이터를 저장함에 있어서, 두 개의 투영이미지가, 그 사이에 다른 프레임이 없이 서로 연속되어 촬영된 것처럼 저장된 것을 의미할 수 있다. 두 개의 프레임의 연번이 연속되는 경우일 수도 있다.

또한 상기 "소정의 간격"으로 상호 떨어져 있다는 것은 상기 두 개의 투영 데이터의 프레임 간에 연속 촬영된 소정의 개수의 다른 프레임들이 존재하는 경우일 수 있다. 또한 투영 데이터를 저장함에 있어서, 두 개의 투영이미지의, 프레임 사이에 소정 개수의 연속 촬영된 다른 투영 이미지 프레임을 두고 촬영된 것처럼 저장된 것을 의미할 수 있다. 두 개의 프레임의 연번 사이에 다른 프레임의 연번이 있는 경우일 수도 있다.

상기 두 개의 투영 데이터가 지나치게 가까운 경우에는 2D 영상정합 기법에 기반하여 형상 간의 거리를 획득할 때, 다중 공선성(multicollinearity)의 영향으로, 초점면의 위치를 정확히 추정하기가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 또한, 지나치게 먼 경우에는 두 대의 투영 데이터에 반영된 형상이 상호 판이하게 달라서 역시 형상 간의 거리를 추정하기가 어려워 질 수 있다. 따라서 상기 소정의 간격 또는 소정의 개수는 이러한 두 가지 문제가 발생하지 않도록, 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 성능, 전체 투영 데이터 프레임의 개수, 회전 촬영의 각도 등을 고려하여 선정될 수 있다. 예를 들면, 상기 소정의 개수를 4로 선정하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면의 추정 원리를 나타내는 모식도이며, 상기 초점면(200)을 추정하는 단계(S200)의 원리가 도시되어 있다. 상기 "형상의 위치"란, 도 5(b)의 그림들에서 보이는 원형의 위치들로 표현될 수 있다. 또한 상기 "형상의 위치 간의 거리"란, 상기 원형의 위치들 간의 거리로 표현될 수 있다. 즉, 어떠한 면(plane)을 기준으로 동일한 피사체의 형상의 전부 또는 일부가 반영된 두 개의 투영 데이터를 2D 영상정합하였을 때, 상기 형상의 전부 또는 일부가 도 5 (b)의 왼 쪽 그림의 원형처럼 이상적으로 겹칠 경우에, 형상의 위치 간의 거리는 0이라 할 수 있다. 또한 이는 완전히 '정렬되었다', 또는 '초점이 맞았다'라고 표현될 수도 있다. 또한, 도 5 (b)의 오른 쪽 그림의 원형들처럼 겹치지 못할 경우에 형상의 위치 간의 거리는 0이 아니라 할 수 있다.

본 발명에서 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면(200)을 추정하는 것은 도 5(a)의 Plane A와 같이 형상의 정렬이 잘되고, 초점이 잘 맞는 초점면을 얻게 되는 효과가 있다.

또한 상기 설명과 같이 피사체의 전부 또는 일부의 형상이 투영 데이터에 반영되었다 함은, 상기 투영 데이터에 피사체의 전부 또는 일부의 형상의 정보가 포함되어 있다는 것을 의미할 수 있다.

도 5의 source1, 2는 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 제너레이터(11)에서 방사선 조사의 중심 위치를 의미할 수 있다. 또한, Detecter 1, 2는 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 디텍터(11)의 방사선을 수광하는 표면일 수 있다.

도 5는 source 와 detector의 쌍(pair)으로 3차원의 피사체(object)에 대한 투영 데이터(projection data)를 획득하는 것을 보여준다. 이때, 도 5 (a)의 Plane A와 같이 초점면(focal plane)을 피사체와 동일한 위치에 맞추게 되면, 도 5(b)의 왼 쪽 도면과 같이 각 투영 데이터에서 보이는 피사체의 형상의 상대적 위치가 파노라마 영상 영역(panoramic radiographic domain)에서 정렬되어 보고자 하는 특정 피사체가 초점이 맞는 파노라마 영상(panoramic radiograph)을 얻을 수 있다. 달리 말하면. 각 투영 데이터를 파노라마 영상 영역에서 정렬을 시키는 것으로 초점이 맞는 파노라마 영상을 획득할 수 있다.

상기 초점면(200)을 추정하는 단계에서, 상기 위치 간의 거리는, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합의 과정의 응용을 통해 결정하는 것이 바람직하다. 2D 영상정합이란, 서로 다른 영상을 변형하여 하나의 2D 좌표계에 나타내는 처리 기법을 말하며, 하나의 2D 좌표계에서 피사체의 형상의 상대적 위치를 찾는 과정을 통해 상기 위치 간의 거리를 정할 수 있다. 결국 상기의 과정을 포함한 인접한 투영 데이터 간의 2D 영상정합에 기반하여, 파노라마 영상에서 치아에 초점을 맞춘 최적의 초점면(200)을 각 환자에 대해 찾을 수 있게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 초점면(200)을 추정하는 단계(S200)는, 상기 파노라마 영상의 영역(domain)(310) 상에서 파노라마 영상(300)의 각 픽셀(pixel)에 대응하는 제1 평면좌표(320)를 3차원 공간 영역(311) 형상의 제1 공간좌표(335)로 매핑(mapping)하는 동적 초점면 모델(dynamic focal plane model)을 생성하는 단계(S210); 상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하는 단계(S220); 및 상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면(200)을 추정하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동적 초점면 모델을 설명하기 위한 모식도이며, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계(S210)에서, 파노라마 영상의 영역(310) 상에서 파노라마 영상(300)의 각 픽셀에 대응하는 제1 평면좌표(320)는 3차원 공간 영역(311) 형상의 제1 공간좌표(330)로 매핑(mapping)된다.

기존의 파노라마 영상 획득 방법 또는 장치에 3차원 환경이 고려되지 않았다는 문제는 본 발명의 상기 추정된 초점면에 따른 영상 생성 방법에 의해 개선될 수 있다. 즉, 본 발명의 3차원의 초점면 변화가 반영된 영상 재구성 방법은 촬영 장치와 피사체 사이의 정확한 3차원 위치 관계 뿐 아니라 정확한 데이터 획득 모델을 고려하기 때문에, 보다 정확한 3차원 영상 획득이 가능하다. 따라서, 방사선 CT의 사이노그램(sinogram) 획득 모델과 파노라마 투영 데이터 획득 모델 사이의 유사점에 기반하여, 3차원 영상 재구성 방법에서 필터링 및 역투영(back-projection) 방법을 사용함으로써 3차원의 파노라마 영상을 획득하는 것이 가능하다. 이를 통해 방사형 방사선(X-ray)를 사용하여 3차원 영역(domain)의 굴곡이 진 면을 영상화할 때 발생할 수 있는 영상 화질저하가 줄어들 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 또한 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계(S210)는, 초점면(200)의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수 벡터(parameter vector)와 각각 일대일 대응되는 적어도 하나의 제어점(control point)을 상기 파노라마 영상의 영역(domain)(310) 상에 배치하는 단계(S211); 상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하는 단계(S213); 상기 제1 공간좌표(335)의 변화 기저 벡터(도 7(b)의 v(x _pano ))를 결정하는 단계(S215); 상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표(320)에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터에 기반한 보간(interpolation)을 통해 상기 제1 평면좌표(320)에 대응하는 상기 초점면(200)의 변화량을 결정하는 단계(S217); 및 획득된 상기 변화량을 결정된 상기 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계(S219)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예로, 이상의 단계들(S211 내지 S219)을 통해 얻어지는 상기 동적 초점면 모델은, 최초 정의된 초점면(210)의 모델에, 파노라마 영상 영역의 각 픽셀(pixel)에 대응하는 제1 평면좌표(x _pano)(320)에 대응하는 위치 변화량의 변화 기저 벡터, 즉 초점면 변화의 변화 기저 벡터인 v(x _pano )와 인접한 제어점의 파라미터 벡터를 기반으로 2D B-spline 보간을 적용하여 획득한 2D 변화량의 곱을 더하여 생성될 수 있다.

여기서, 최초 정의된 초점면(210)의 모델은 도 7에서와 같이 회전 중심과 피사체까지의 고정된 거리 비율을 통해 획득된 focal plane을 나타낼 수 있다.

는 파노라마 영상의 2D 좌표계에서 d_s간격으로 분포한 제어점의 매개변수 벡터(paramter vector)를 나타낼 수 있다.

기저 벡터 v(x _pano )는 각 제1 평면좌표 x _pano에 대응하는 x _3D(330)를 고정된 거리 비율로 정의할 때 사용한 source-detector vector를 정규화(nomalization)하여 얻어진 단위 벡터(unit vector)로 정의될 수 있다. 또한 상기 2D 변화량은 1D cubic B-spline의 tensor product 형태인 2D B-spline function을 이용하여 구해질 수 있다.

이상의 S211 내지 S219의 단계는 도 7을 통해 설명될 수 있다. 상기 적어도 하나의 제어점(340)은 파노라마 영상의 영역(domain)(310) 상에 등간격으로 배치될 수 있다. 바람직하게는 5개 또는 그 이상의 제어점이 도 7(b)의 x-y 평면에 대응되는 도 7(a)의 파노라마 영상의 영역(domain)(310)의 선(line)상에 일렬로 배치될 수 있다.

또한, 이러한 일렬로 배치된 상기 제어점들이 도 7(b)의 z축의 양(+) 및 음(-)의 방향에 각각 대응되는 파노라마 영상의 영역(domain)(310) 상의 양 방향(도 7(a) 그림의 위 및 아래 방향)으로 등간격으로 시프트(shift)되어 추가 배치될 수 있다. 이와 같은 z축 방향의 시프트된 제어점 배치 및 이에 따른 동적 초점면 모델의 생성을 통해 3차원의 굴곡을 지니는 초점면(200)을 추정할 수 있다.

상기 피사체의 방사선촬영은 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 방사선을 발생시키는 제너레이터(11)와 상기 방사선을 수집하는 디텍터(12)를 통해 이루어지며, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 최초 초점면 모델 상에서 상기 제1 공간 좌표(330)는, 상기 제너레이터(11)의 위치에 대응하는 제2 공간 좌표(336)와 상기 디텍터(12)의 위치에 대응하는 제3 공간 좌표(337)를 연결한 직선 상에 놓이고, 상기 최초 초점면 모델 상에서의 상기 제1 공간 좌표(330)와 상기 제2 공간 좌표(336) 간의 거리는 미리 정한 제1 거리(338)로 고정될 수 있다. 상기 제2 공간 좌표(336)는 상기 제너레이터(11)에서 방사선이 조사되는 중심점일 수 있다. 또한, 상기 제3 공간 좌표(337)은 상기 제2 공간 좌표(336)에서 상기 디텍터(12)의 방사선을 수광하는 표면에 내린 법선과 상기 방사선을 수광하는 표면의 교차점일 수 있다. 또는 상기 방사선을 수광하는 표면 상 중심점 또는 따로 지정한 점일 수 있다. 상기 변화 기저 벡터는 상기 제2 공간좌표(336)로부터 상기 제3 공간 좌표(337)를 지향하는 방향성(direction)과 단위 길이(unit length)를 가질 수 있다.

상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면(200)을 추정하는 단계(S230)는, 상기 목적함수의 값이 최소화되는 상기 매개변수 벡터(parameter vector)를 구하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다. 즉, Convex Optimization 과 같은 최적화 기법을 이용하여 상기 매개변수 벡터의 값을 찾아 냄으로써, 최적의 초점면(200)을 추정하는 것이 가능하다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 목적함수를 생성하는 단계(S220)는, 생성된 상기 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역으로 이동시키는 단계(S222); 상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하는 단계(S224); 및 상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계(S226)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값이라 방사선 소스(제너레이터)와 디텍터의 회전중심을 중심으로 특정 인덱스(i)의 회전각(φ_i)에 해당하는 투영 데이터의 위치와, 그 다음 인덱스(i+F)의 회전각(φ_i+F)에 해당하는 투영 데이터의 위치의 차이의 2-norm의 제곱으로 표현되거나 대체될 수 있다.

또한, 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계에서, 상기 목적함수는, 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값에 상기 초점면(200)의 추정을 위한 연산 과정의 안정성 확보를 위한 정규화 값을 더하여 생성하는 것이 바람직하다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초점면의 추정 결과를 설명하기 위한 도면이다. 최초 초점면(도 14(a) 참조)보다 본 발명의 파노라마 영상 생성 방법에 의해 추정된 초점면(도 14(b) 참조)이 피사체의 형상 특성(치열의 변화)를 더욱 잘 반영하고 있다는 점을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계(S100)는, 상기 피사체의 방사선촬영에 따라 복수의 비가공 데이터(raw data)를 획득하는 단계(S102); 획득된 상기 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드(background) 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계(S104)를 포함하는 것이 바람직하다. 비가공 데이터(raw data)라 함은, 디텍터(12)에서 수광한 방사선을 전기적 신호로 변환하여 획득된, 그대로의 투영 데이터를 의미할 수 있다. 이러한 비가공 데이터에는 환자의 목뼈의 형상의 정보와 같은 백그라운드 (background) 성분이 포함될 수 있으며, 이는 파노라마 영상에서 치아 및 치조골과 같은 영상 생성의 목적물의 형상과 겹쳐지게 되어 정확한 치과 진단에 어려움을 제공할 수 있다.

도 11는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백그라운드 성분의 제거 원리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계(S102)에서, 상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서, 상기 방사선촬영의 최초 초점면(210)에 위치한 상기 피사체의 일부의 상과 반대 방향의 이동성을 나타내는 상기 피사체(20)의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

즉 도 11(a)과 같이, 화각(view angle)이 다른 두 개의 투영 데이터(projection data 1, 2)에서, 피사체(20)가 왼 쪽으로 이동하는 것으로 관측이 될 때, 목뼈의 형상과 같은 백그라운드 성분은 오른 쪽으로 이동하는 것으로 보일 수 있다. 이는 방사선 촬영의 회전 중심(도 11의 x-y 평면의 원점)이 피사체(20)와 목뼈와 같은 백그라운드 물체(background object) 사이에 놓이는 점을 활용한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계에서, 상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분은, 상기 복수의 비가공 데이터 중에서 상기 피사체의 방사선촬영을 위한 회전 중심으로부터 상기 최초 초점면(210)과 반대 방향에 존재하는 데이터 성분 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 즉, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 방사선 촬영의 회전 중심인 x-y 평면의 원점과 Source 사이에 놓인 데이터 성분을 제거함으로써, 백그라운드 성분을 적절하게 제거하는 것이 가능하다.

도 12은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파노라마 영상 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 초점면(200)을 추정하는 단계(S200)는, 생성된 상기 동적 초점면 모델을 깊이 방향으로 좌표 이동한 하나 이상의 시프트 동적 초점면 모델을 생성하는 단계(S240); 및 상기 시프트 동적 초점면 모델에 기반하여, 시프트 초점면을 결정하는 단계(S250)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 설명에서 "시프트"라는 표현은 소정의 거리를 두고 깊이 방향(도 13의 Depth 방향 또는 그 역 방향)이격이 되어 추가가 되었다는 의미로 사용된다.

도 13는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시프트 동적 초점면 모델을 설명하기 위한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 시프트 동적 초점면 모델은 상기의 S240의 단계를 거쳐 기존의 동적 초점면 모델로부터 얻어질 수 있다.

여기서, d는 깊이 방향으로 좌표 이동되는 소정의 거리를 의미할 수 있다. 이러한 시프트 동적 초점면 모델에 대해 시프트 목적함수를 정의하고, 상기 목적함수의 값을 최소화하는 최적화 기법을 통해 최적의 시프트 초점면을 추정하는 것도 가능하다. 이러한 시프트 초점면을 추정하는 과정은 상기 시프트 이전의 동적 초점면을 추정하는 과정과 동일한 과정일 수 있다. 다만, 상기 시프트 이전의 동적 초점면을 추정할 때 보다 제어점을 적게 배치함으로써, 연산의 양을 줄이고 연산 속도를 향상시키는 것도 가능하다.

상기 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계는, 상기 시프트 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 시프트 파노라마 영상을 더 생성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 치열의 앞뒤 수 슬라이스(slice)의 영상을 추가로 제공함으로써 깊이(depth) 방향의 해부학적 정보를 추가로 제공할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)는 데이터 획득부(110)와 제어부(120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 데이터 획득부(110)는 피사체의 방사선촬영에 따른 복수의 비가공 데이터를 획득할 수 있다. 앞서 설명한 본 발명의 파노라마 영상 생성 방법들은, 본 발명의 일 실시예에서 본 파노라마 영상 생성 장치(100)에서 수행될 수 있다.

또한, 상기 제어부(120)는 획득된 상기 복수의 비가공 데이터로부터 복수의 투영 데이터를 형성하고, 형성된 상기 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면(200)을 추정(도 5 참조)하고, 추정된 상기 초점면(200)을 기초로 파노라마 영상(300)을 재구성할 수 있다.

상기 제어부(120)는, 먼저 상기 위치 간의 거리를 결정하고, 상기 파노라마 영상의 영역(310) 상에서 파노라마 영상(300)의 각 픽셀에 대응하는 제1 평면좌표(320)를 제1 공간좌표로 매핑하는 동적 초점면 모델을 생성(도 7 참조)하고, 상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하고, 상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면(200)을 추정하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(120)는, 생성된 상기 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역(310)으로 옮기고, 상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하고, 상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 것이 바람직하다.

도 7에 도시된 바와 같이 상기 제어부(120)는, 상기 초점면(200)의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수(parameter) 벡터와 각각 일대일 대응되는 적어도 하나의 제어점(control point)을 상기 파노라마 영상의 영역(domain)(310) 상에 배치하고, 상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하고, 상기 제1 공간좌표의 변화 기저 벡터를 결정하고, 상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표(320)에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터를 보간(interpolation)을 통해 상기 제1 평면좌표(320)에 대응하는 상기 초점면(200)의 변화량을 결정하고, 획득된 상기 변화량을 결정된 상기 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(120)는, 획득된 상기 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드(background) 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하도록 구성될 수 있다.

또한 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서, 상기 방사선촬영의 최초 초점면에 위치한 상기 피사체의 일부의 상과 반대 방향의 이동성(도 11 (a), (b) 참조)을 나타내는 상기 피사체의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 데이터 획득부(110)는, 상기 복수의 비가공 데이터를 외부로부터 수신하여 획득하도록 구성될 수 있다. 이 경우 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)는 파노라마 방사선 촬영 장치(10)와 구분되는 별개의 장치 또는 컴퓨터(서버)로서 구현될 수 있다. 또는 별도의 장비나 서버를 통해 소프트웨어적으로 구동되는 가상의 장치로 구현될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 데이터 획득부(110)는, 방사선(X-ray)를 발생시키는 제너레이터부, 상기 발생된 방사선을 수집하는 디텍터부, 및 상기 수집된 방사선의 전기적 신호 변환을 통해 복수의 비가공 데이터를 획득하는 변환부를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 파노라마 영상 생성 장치(100)는 파노라마 방사선 촬영 장치(10)의 형태로 구현될 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 제어 방법은 프로그램 코드로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장된 상태로 서버 또는 기기들에 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

10: 파노라마 방사선 촬영 장치 11: 제너레이터
12: 디텍터 13: 회전축
20: 피사체 100: 파노라마 영상 생성 장치
110: 데이터 획득부 120: 제어부
130: 통신부 140: 메모리부
200: 초점면 210: 최초 초점면
220: 동적 초점면 230: 시프트 동적 초점면
300: 파노라마 영상
310: 파노라마 영상 영역(domain)
311: 3차원 공간 영역(domain)
315: 시프트 파노라마 영상 영역(domain)
320: 제1 평면좌표 325: 시프트 제1 평면좌표
330: 제1 공간좌표 335: 시프트 제1 공간좌표
336: 제2 공간좌표 337: 제3 공간좌표
338: 제1 거리 340: 제어점

Claims (23)

1. 파노라마 영상 생성 장치에서 2D 영상정합 및 3D 영상 재구성에 기반하여 파노라마 영상을 생성하는 방법에 있어서,
   피사체의 방사선 촬영에 따른 복수의 투영 데이터(projection data)를 형성하는 단계;
   상기 형성된 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하는 단계; 및
   상기 추정된 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 초점면을 추정하는 단계에서, 상기 위치 간의 거리는, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 초점면을 추정하는 단계는,
   상기 파노라마 영상의 영역(domain) 형상에서 파노라마 영상의 각 픽셀(pixel)에 대응하는 제1 평면좌표를 3차원 공간 영역 형상의 제1 공간좌표로 매핑(mapping)하는 동적 초점면 모델(dynamic focal plane model)을 생성하는 단계;
   상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하는 단계; 및
   상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정하는 단계를 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계는,
   상기 초점면의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수 벡터(parameter vector)와 일대일 대응 되는 적어도 하나의 제어점(control point)을 상기 파노라마 영상의 영역(domain) 상에 배치하는 단계;
   상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하는 단계;
   상기 제1 공간좌표의 변화 기저 벡터를 결정하는 단계;
   상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터에 기반한 보간(interpolation)을 통해 상기 제1 평면좌표에 대응하는 상기 초점면의 변화량을 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 변화량을 상기 결정된 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 단계를 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 피사체의 방사선촬영은, 파노라마 방사선 촬영 장치에서 방사선을 발생시키는 제너레이터와 상기 방사선을 수집하는 디텍터를 통해 이루어지며,
   상기 최초 초점면 모델 상에서 상기 제1 공간 좌표는,
   상기 제너레이터의 위치에 대응하는 제2 공간 좌표와 상기 디텍터의 위치에 대응하는 제3 공간 좌표를 연결한 직선 상에 놓이고,
   상기 최초 초점면 모델 상에서의 상기 제1 공간 좌표와 상기 제2 공간 좌표 간의 거리는 미리 정한 제1 거리로 고정되는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 변화 기저 벡터는 상기 제2 공간좌표로부터 상기 제3 공간 좌표를 지향하는 방향성과 단위 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정하는 단계는,
   상기 목적함수의 값이 최소화되는 상기 매개변수 벡터(parameter vector)를 구하는 과정을 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 목적함수를 생성하는 단계는,
   상기 생성된 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역으로 이동시키는 단계;
   상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하는 단계; 및
   상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계를 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 단계에서,
   상기 목적함수는, 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값에 상기 초점면의 추정을 위한 연산 과정의 안정성 확보를 위한 정규화 값을 더하여 생성하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는,
    상기 피사체의 방사선촬영에 따라 복수의 비가공 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드(background) 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계를 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는,
    상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서, 상기 방사선 촬영의 최초 초점면에 위치한 상기 피사체의 비가공 상과 반대 방향의 이동성을 나타내는 상기 피사체의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계를 포함하는 파노라마 영상 생성 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 단계에서,
    상기 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분은, 상기 복수의 비가공 데이터 중에서 상기 피사체의 방사선촬영을 위한 회전 중심으로부터 상비가공 초점면과 반대 방향에 존재하는 데이터 성분 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 단계는,
    상기 복수의 비가공 데이터 중에서 상기 피사체의 방사선촬영을 위한 회전 중심으로부터 상기 방사선 촬영의 최초 초점면과 반대 방향에 존재하는 데이터 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
14. 제 3 항에 있어서,
    상기 초점면을 추정하는 단계는,
    상기 생성된 동적 초점면 모델을 깊이 방향으로 좌표 이동한 하나 이상의 시프트 동적 초점면 모델을 생성하는 단계;
    상기 시프트 동적 초점면 모델에 기반하여, 시프트 초점면을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 파노라마 영상(panoramic radiogrph)을 생성하는 단계는,
    상기 시프트 초점면을 기초로 상기 복수의 투영 데이터를 재구성하여 시프트 파노라마 영상을 더 생성하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 방법.
15. 피사체의 방사선촬영에 따른 복수의 비가공 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 및
    상기 획득된 복수의 비가공 데이터로부터 복수의 투영 데이터를 형성하고, 상기 형성된 복수의 투영 데이터 중 연접하거나 또는 소정의 간격으로 상호 떨어져 있는 두 개의 투영 데이터에 각각 반영된 상기 피사체 전체 또는 일부의 형상의 위치 간의 거리가 최소화되도록 초점면을 추정하고, 상기 추정된 초점면을 기초로 파노라마 영상을 재구성하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 초점면을 추정하는 과정에서, 상기 위치 간의 거리를, 상기 두 개의 투영 데이터의 2D 영상정합에 기반하여 결정하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 위치 간의 거리를 결정하고,
    상기 파노라마 영상의 영역 상에서 파노라마 영상의 각 픽셀에 대응하는 제1 평면좌표를 제1 공간좌표로 매핑하는 동적 초점면 모델을 생성하고,
    상기 위치 간의 거리를 반영하는 목적함수(cost function)를 생성하고,
    상기 동적 초점면 모델에 기반하여, 상기 목적함수의 값이 최소화되도록 상기 초점면을 추정하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 생성된 동적 초점면 모델을 통해 상기 두 개의 투영 데이터를 상기 파노라마 영상의 영역으로 옮기고,
    상기 영역 상에서 상기 위치 간의 거리를 결정하고,
    상기 복수의 투영 데이터 전체 또는 일부에 대하여 상기 위치 간의 거리를 누적한 값 또는 상기 위치 간의 거리의 제곱을 누적한 값을 기초로 상기 목적함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초점면의 변화량 및 변화 방향으로 이루어진 적어도 하나의 매개변수 벡터와 각각 일대일 대응되는 적어도 하나의 제어점을 상기 파노라마 영상의 영역 상에 등간격으로 배치하고,
    상기 제어점을 기초로 최초 초점면 모델을 생성하고,
    상기 제1 공간좌표의 변화 기저 벡터를 결정하고,
    상기 제어점 중에서 상기 제1 평면좌표에 인접한 제어점의 좌표와 상기 인접한 제어점에 대응되는 매개변수 벡터를 보간을 통해 상기 제1 평면좌표에 대응하는 상기 초점면의 변화량을 결정하고,
    상기 획득된 변화량을 상기 결정된 변화 기저 벡터에 곱한 값을 상기 최초 초점면 모델과 합산하여 상기 동적 초점면 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 획득된 복수의 비가공 데이터에서 백그라운드 성분을 제거하여 상기 복수의 투영 데이터를 형성하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 비가공 데이터 중 화각(view angle)이 서로 다른 두 개의 비가공 데이터에서,비가공 사선촬영의 최초 초점면에 위치한 상기 피사체의 비가공 상과 반대 방향의 이동성을 나타내는 상기 피사체의 다른 일부의 상에 대응하는 데이터 성분을 상기 백그라운드 성분으로 결정하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
21. 제 15 항에 있어서,
    상기 데이터 획득부는, 상기 복수의 비가공 데이터를 외부로부터 수신하여 획득하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
22. 제 15 항에 있어서,
    상기 데이터 획득부는,
    방사선(X-ray)를 발생시키는 제너레이터부;
    상기 발생된 방사선을 수집하는 디텍터부; 및
    상기 수집된 방사선의 전기적 신호 변환을 통해 복수의 비가공 데이터를 획득하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상 생성 장치.
23. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 파노라마 영상 생성 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.

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