[发明专利]一种由非平行断层图像序列重建三维目标对象表面的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种图像重建和可视化的方法，尤其涉及一种由非平行断层图像序列重建三维目标对象表面的方法。

(二)背景技术

在三维图像重建和可视化技术领域的某些应用场合，人们经由数据采集得到的是三维目标对象的一系列非平行的断层图像序列，而观察三维目标对象最常用的方式之一是表面显示，这就要求我们必须能够由非平行断层图像序列重建三维目标对象的表面。这里，基于轮廓的表面重建是应用最为广泛的方法。以往的基于轮廓的表面重建方法通常是首先将非平行的断层图像序列进行重组重排后得到一个规则的体数据空间，在此体数据空间中，对若干平行的断层图像进行手动或半自动分割得到其上目标对象的轮廓，然后再插值获得这些平行断层图像之间的其它断层图像上的目标对象的轮廓，最后进行基于轮廓的面绘制显示。以往方法中的重组重排插值处理计算量较大、处理过程较为耗时、方法的工程实用性较差。而且，以往方法至少需要两次插值计算，降低了方法的重建精度。

据查，目前为止也有少量的研究者对由非平行断层图像序列重建三维目标对象表面问题进行了研究，如G.M.Treece等人在文章“Fast surface and volume estimation fromnon-parallel cross-sections，for freehand 3-D ultrasound，1998”和“Surfaceinterpolation from sparse cross-sections using region correspondence，1999”中基于形状插值方法实现了由非平行断层图像序列重建三维目标对象的表面，但是其重建过程计算量大、耗时长。A.L.Bogush等人在文章“3D Object Reconstruction from Non-parallelCross-sections，2004”中采用三次样条插值方法解决此问题，他们的方法对几何外形较为简单的三维目标对象能够取得较好的应用效果，但对于几何外形较为复杂的三维目标对象应用效果却很不理想，因为他们的方法不能正确计算轮廓之间的空间几何关系。

(三)发明内容

针对背景技术所述重建方法的耗时长、精度低、实用性差、难以适应几何外形复杂的三维目标对象的缺点，本发明提出了一种由原始非平行断层图像序列直接重建三维目标对象表面的方法，它直接由部分原始断层图像分割得到三维目标对象的轮廓，再插值得到基于轮廓的面绘制显示所需要的全部轮廓。

一种由非平行断层图像序列重建三维目标对象表面的方法，步骤如下：

S1)对部分断层图像进行分割，提取目标对象轮廓

先对部分断层图像进行分割，提取这些断层图像中目标对象的轮廓；在已提取出目标对象轮廓的断层图像序列中，对每相邻的两帧断层图像都依次执行以下步骤S2)-S6)；

S2)对断层图像进行距离变换，得到距离图像

将得到目标对象轮廓的相邻的两帧断层图像转化为二值图像；然后进行Chamfer距离变换，选取3×3的模板，如图2示；距离变换完毕后，令轮廓外部点的距离值取原来的负数，轮廓内部点的距离值不变，以区分轮廓内外点，得到的图像为断层图像的距离图像，其中目标对象轮廓外部的每个点，其像素值表示该点到目标对象轮廓上最近一点距离的负值；内部的每个点，其像素值表示该点到目标对象轮廓上最近一点的距离值；目标对象轮廓上点的像素值为零值；

S3)提取距离图像中目标对象轮廓内的极大圆盘集，并去除冗余

提取圆盘集：通过计算得到一系列与目标对象轮廓相切且完全在目标对象轮廓内部的圆盘集，其中的每个圆盘都不会被其余所有圆盘所完全覆盖；这些圆盘集代表了目标对象的骨架及走向趋势；

首先找出距离图像中目标轮廓内所有像素值的极大值点，即圆盘的中心点：对目标对象轮廓内每个点p的像素值都要与其8个邻点的像素值进行比较判断，若满足pixel(p)＞pixel(q)-t，则该点即为极大值点；其中点q是点p上下左右及对角线方向上的8个相邻点，t为点q到点p的相对距离值；对于点p上下左右四个方向上的四个邻点，t＝3；对于点p对角线方向上的四个邻点，t＝4；距离图像中的每个点都要进行判断，直到找出所有的极大值点；每个极大值点都对应一个圆盘，且圆盘中心位于极大值点处；

然后计算每个极大值点对应圆盘的半径，对每个极大值点分别进行以下相同处理；首先对距离图像进行初始化，除当前处理的极大值点外，其余点像素值都初始化为0；然后对图像中每个点进行与距离变换相似的两次扫描，取3×3的模板，如图2，每次扫描后得到的像素值由下式确定：