用于在2D图像中描绘3D图像的数据组的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于深度暗示的方法和设备，即改善在三维体积数据的二维图像中的深度感，通过使用体绘制产生２Ｄ图像。本发明专利技术的特点在于通过变更至少两个颜色通路由原始颜色图表产生的第二深度颜色图表被用于深度维数。可选择地，三个颜色通路都可被变更。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在二维(2D)图像中描绘三维(3D)图像的数据组的领 域，并且尤其是，涉及用于在二维(2D)图像中描绘三维(3D)图像的 数据组的方法和设备。
技术介绍
医学成像方法，例如超声(us) 、 x射线技术，尤其是计算机x射线断层扫描技术(CT)、磁共振成像(MRI)、或核医疗成像方法诸如 正电子发射型计算机断层显像(PET)，允许获得人类以及动物身体的三 维图像数据组(也称为体积数据)。因为典型的显示设备诸如显示屏和 打印机仅提供二维(2D)平面图像，这导致了怎样描绘这些三维(3D) 数据的问题。描绘三维(3D)数据记录的一个可以是使横截面穿过数据 记录和仅描绘位于这个横截面上的3D图像数据组的这些图像元件 (voxd，三维像素)。通过移动横截面或通过产生很多横截面，医疗从 业者能够看见所要描绘的目标的三维图像。其它的方法也允许同时描绘整个3D图像数据组。例如，可以产生胎 儿的三维超声图像的2D图像，该2D图像显示例如图11所示的数字地 产生的顶视图的胎儿。为了产生这样的2D图像，成像软件从3D图像数 据组提取在胎儿和围绕胎儿的羊膜液体之间的界面和根据虚拟光源增加 灯光效果和阴影。这样的方法被称为表面绘制(surface rendering)。当图像数据组具有没有很好被限定的界面时，在2D图像中描绘整个 图像数据组也是可以的。在这种情况中，3D图像体积的单个三维像素根 据它们的光学特性被分类，例如透明或不透明，并且之后从某一观看方 向产生2D图像，该2D图像对应于3D图像数据组的某一视图。这样的 方法通常称为"体绘制"(volume rendering)。图8显示了通过体绘制 产生的心脏的3D超声图像数据组的2D图像的例子。在德国，绘制的方法也被称为"DIGITALE BILDSYNTHESE" ("数字图像合成")。术语"绘制"通常涉及从3D绘图产生2D图像 的方法。这可以是3D图像数据组，也可以是几何绘图诸如方格模型、解 析的/参数的绘图诸如公式或运算法则，例如不规则碎片形(factual)。通常，以及在本文中，"体绘制"是指从3D图像数据组产生2D图 像的方法。优选地，这种图像给出3D图像的某种深度感觉。表面绘制是 体绘制的具体的变形。当描绘通过绘制产生的2D图像时，通常优选颜色描绘。颜色被分配 给3D图像体积的每个三维像素或2D图像的每个像素，这通过在颜色图 表中列出的三维像素值或像素值来确定。如图11和8所示，虽然局部的特性(例如表面结构、弯曲等)通过 局部虚拟照明("gradient-lighting,梯度照明")可用相对好且有效率的 方式描绘，但是深度感觉在许多情况下被丢失。尤其是，当描绘复杂的 解剖区域的体积记录时(例如3D/4D超声图像)，通常难于理解整体的 定位。现有技术中，用于改善3D图像数据组的深度感觉的方法通常被称为 "深度暗示"(depth cueing)。深度暗示是指一组效果，为了获得较好 的深度感，所述一组效果作为相对于观看者的深度的函数改变特定材料 特性或光照特性。例如，所谓"雾化"通常被施加以使得目标的颜色减 退，例如减退至相对于背景的白色或黑色。另一个方法是在2002年巻7 第4期，Journal of Graphics Tools中，D. Weiskopf, T. Ertl的"Real-Time Depth-Cueing beyond Fogging"文章中被描述的。该文章提出改变颜色饱 和度，以便在图像的前景中使用全部颜色饱和度，而在图像的背景中只 适用灰色阴影。在2000年的IEEE Visualization 2000上的Ebert, P, Rheingans的文章 Non-Photorealistic Rendering of Volume Data"提出结合深度暗示的强度与 颜色阴影的微小修改。例如，随着深度的增加，如己经由Leonardo da Vinci实施的，颜色可减退至蓝色。随着图片深度的增加，改变颜色阴影 的这些方法根据图片主要的颜色具有非常不同的效果。例如，如果已包 含蓝色梯度的颜色图表被用于产生图片，把背景改变成蓝色不是非常有效率，而且是让人不愉快。美国专利US 2006/0173326描述了一种超声图像的深度暗示的方法， 其中，为了给出深度感，"颜色血流(color-flow)"(多普勒)图像的 颜色随着与观看者的距离的增加而改变。产生深度感的另一种可以是透视縮短(foreshortening)。然而，这对 于解剖数据不是特别适用，因为这些图像经常不能被清楚地设置和观看 者不能够分辨透视縮短和被观看的器官的萎縮之间的区别。深度暗示的方法还具有如下主要缺点雾化使得图像在更大的深度 上不清楚，轮廓变成模糊的灰色中的灰色("grey-in-grey")，和由于 所伴随的信息的丢失深度感也变得模糊。总之，深度暗示的方法具有的很大的缺点，尤其是在描绘医疗的3D 或4D图像数据组的领域中。因此，在解剖图像中的不同结构的所有关系 (相对的取向、距离、位置等)在很多情形中不能被认识到。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供可以改善从3D图像数据组中产生的2D图 像的深度感的新的方法及其设备。通过本专利技术的独立权利要求1和14的特征可实现这种目的。 根据权利要求1所述的3D图像数据组可以是任何的体积数据，特别 是由医疗成像方法诸如计算机X射线断层扫描技术、MRI、或超声方法 产生的数据，而且还可以是例如流体动力学领域的地质学数据或模拟数 据组。根据本专利技术的3D图像数据组也可以是四维(4D)图像数据组的 一部分，所述第四维是时间。例如，这可以是移动的心脏的4D超声记 录。3D图像数据组优选地描绘3D图像体积，其中，要显示的目标被描 绘。优选地，所述目标是人类或动物的身体或胎儿的一部分。所述3D图 像体积优选地由不连续的体积元素(三维像素)组成，每个体积元素描 绘一个样品点(被测量的值)。所有被测量的值一起形成了 3D图像数据 组的图像数据。二维图像是借助于体绘制由所述3D图像数据组产生，所述体绘制也 包括表面绘制。首先，观看的方向被限定，从该方向3D图像数据组应能7被看到。这可以由使用者手动或根据预定的观看方向自动地完成。根据任何方法，例如在1988年五月的巻8第3期的pp 29-37的 IEEE Computer Graphics and Applications上的，Marc Levay的"Volume Rendering — Display of Surfaces from Volume Data"中所描述的方法，可执 行体绘制。例如，每个数据点线性地结合至从观看者的观看点开始的线 上。在绘制过程之前或在绘制过程中，第一颜色值被分配给每个三维像 素，且通过原始颜色图表由三维像素值计算得到。颜色值例如RGB值优 选地借助于原始颜色图表被分配给每个可能的三维像素。黑色或白色阴 影也是可以的，其中，灰色值通过原始颜色图表被分配给每个三维像素 值。为了获得颜色深度暗示，第二颜色值被分配给每个三维像素，第二 颜色值根据第一变量通过使用深度颜色图表由三维像素值确定，该深度 颜色图表通过变更至少两个颜色通路(by permuting at leas本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在２Ｄ图像中描绘３Ｄ图像数据组的方法，该方法包括以下步骤：　ａ）提供３Ｄ图像体积的３Ｄ图像数据组，所述３Ｄ图像数据组包括三维像素值，每个三维像素值被分配给在３Ｄ图像体积中的特定三维像素；　ｂ）限定用于从３Ｄ图像数据组中产生２ Ｄ图像的观看方向；　ｃ）分配第一颜色值给每个三维像素，通过使用原始颜色图表由三维像素值确定第一颜色值；　ｄ）分配第二颜色值给每个三维像素，通过使用深度颜色图表由三维像素值确定所述第二颜色值，所述深度颜色图表通过变更至少两个颜色通 路由原始颜色图表产生；或通过变更至少两个颜色通路由所述第一颜色值确定所述第二颜色值；　ｅ）通过使用体绘制方法从３Ｄ图像数据组产生２Ｄ图像，借助于给定的权重函数，从第一和第二颜色值计算用于体绘制的三维像素的颜色值，所述给定的权重函数依据 在被限定的观看方向上的三维像素的深度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬布拉贝克，
申请(专利权)人：汤姆科技成像系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]