[发明专利]基于空域信息的两维传递函数的体数据识别方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学中的三维可视化领域，具体地，涉及一种识别体数据中感兴趣结构的新方法，即基于空域信息的两维传递函数的体数据识别方法。

背景技术

直接体绘制(Direct Volume Rendering)是可视化三维体数据的一种非常重要也非常实用的重构方法。区别于传统的放射科医生直接观察二维切片的方式，体绘制不仅将只存在于放射科医生大脑中的重要解剖结构信息以立体的形式直观表现出来以利于与不同的医生进行交流，而且还为用户提供了更加丰富的空间信息，从而可以从空间上识别感兴趣的器官或病灶与周围组织的位置关系以及其具体形状信息，所以体绘制在临床医学的诊断上具有非常重要的实用意义。

在利用体绘制可视化体数据中感兴趣组织的过程中，为了识别出这些组织，通常需要在传递函数空间设置不同的分类器组件，并根据是否是自己感兴趣的组织，赋予不同的阻光度值，并且为了使用户更容易理解感兴趣组织的解剖结构信息，需要为各个组织指定具有表现力的不同颜色。为体数据中的每个体素设置不同颜色值和阻光度等光学属性值的过程就是传递函数(Transfer Function)的设计过程。作为三维可视化领域中的一个非常重要的热点和难点，受到世界各国的研究人员越来越多的研究和关注。因为其决定了体绘制的最终绘制效果的质量，被体可视化会议列为可视化领域里十大关键性问题之一。

为了探索体数据的结构信息，体素的很多新特征属性值被用于创建传递函数空间中，随着属性值的增加，传递函数的维数也从一维(灰度值)增加到多维(例如梯度幅值、尺度、均值和方差等)。但由于多维传递函数中不同属性值之间并非完全独立的，因此对于每个体数据选择哪几个属性构成一个高维传递函数从而达到对该数据的最优分类效果，这本身就是一个亟需解决的问题；随着传递函数空间的维数增加，计算这些属性值所花的时间也会显著增加，而且高维传递函数更不利于用户直观地对其理解和交互操作，从而设计合适的传递函数。所以高维传递函数虽然能增强特征空间的分类能力，但其适用范围和实用的方式，还是需要继续研究的。现在最流行也是最实用的传递函数是两维传递函数，因为它既有较好的分类能力(相对于一维传递函数)，又有可以接受的计算时间和直观的交互界面(相对于高维传递函数)。

常用的两维传递函数空间有：Kindlmann et.al提出的灰度-梯度幅值传递函数，Tappenbeck et.al提出的基于距离的传递函数，et.al提出的LH空间，Haidach et.al提出的基于统计量的特征空间等。由于在构成两维传递函数中，其自身特性就决定了丢掉空域信息。不同的体素可能具有相同的属性值(例如图4中所显现)，但每个体素在体数据中只有唯一的空域信息，所以空域信息是体素至关重要的一个属性值。

鉴于此，本发明提出一种基于空域信息的两维传递函数的体数据识别方法，利用空域信息将对体数据的操作引入到传递函数设计过程中，而没有将传统的两维传递函数扩展到五维(两维属性、x、y、z坐标值)，在没有增加特征空间维数的情况下，将空域信息引入到两维传递函数中，可以取得较好的识别效果，并能消除不同感兴趣组织的相互影响。

发明内容

针对现有两维传递函数中丢失空域信息的缺陷，本发明的目的是为了将空域信息加入到现有两维传递函数中使用户能更好的在直方图中识别出感兴趣的结构信息，提出一种基于空域信息的两维传递函数的体数据识别方法。

为实现上述目的，本发明根据在体数据中某一组织的体素在空间上相互连接的特性，将空域信息加入到两维特征空间中。由于两维传递函数的属性决定了其本身就丢掉了空域信息，表现在不同结构的体素可能对应传递函数中相似的区域。所以通过体数据中体素的空域位置关系结合两维传递函数空间可以很好的解决这个问题。本发明首先通过查找属于分类器的体素，结合连通性利用边界追踪方法对这些体素进行分类，并识别出的感兴趣的组织，然后利用集合的相减操作形成新的传递函数空间，去除了识别出的组织对特征空间和最终绘制结果的影响，从而更利于用户理解特征空间和设计出合适的传递函数，得到满意的体绘制结果。

本发明所述基于空域信息的两维传递函数的体数据识别方法，包括如下步骤：

(1)读入三维体数据，根据需要构建的两维传递函数计算其需要的两个属性值，并构成该两维传递函数；