[发明专利]一种基于CPU的三维超声图像体绘制方法

说明书

本发明公开了一种基于CPU的三维超声图像体绘制方法，以下步骤：(1)读取原始超声三维数据；(2)对原始超声三维数据进行插值，得到放大的体数据；(3)以正对投影面为观测方向，获取体绘制旋转矩阵；(4)从放大的体数据中得到旋转后体素点的灰度值，并将旋转后的体数据填补成与原始体数据一样大小；(5)对步骤(4)所获得的体数据直接进行平行投影叠加；(6)根据投影叠加得到的图像数据进行成像；本发明提供的三维超声图像体绘制方法，算法简洁，容易实现，能够有效减少传统光线投射算法在投射采样过程中的时间消耗，对于深度方向数据量较少的三维超声数据成像速度快，并更容易进行并行计算的优化操作。

技术领域

本发明属于三维超声成像技术领域，更具体地，涉及一种基于CPU的三维超声图像体绘制方法。

背景技术

在科学可视化和计算机图形学中，体绘制指的是用于显示三维离散采样数据集(通常是三维标量场)的二维投影的技术；具体地，体绘制是将三维数据场中数据的体细节用一副二维图像展现出来的一种技术。为了呈现一个三维数据集的二维投影，首先在空间中定义一个相对于体数据的照相机，通过照相机沿着一定的方向观察三维体，并且需要定义每个体素的不透明度和颜色值，通常是使用RGBA(红、绿、蓝色，以及α)的传递函数，定义每一个体素值所对应的RGBA值。目前应用最为广泛的体绘制技术是光线投射(raycasting)技术；现有的光线投射技术首先对三维数据进行预处理，进行数据值分类，然后赋予每个数据点以颜色值和不透明度值，进行光照计算，沿射线采样，获得采样点的颜色值和不透明度值，通过合成得到像素颜色值，组成最终的图像。其计算时间成本主要在于光线投射的采样过程，计算光线和体数据的交叉射入点和射出点，给定步距进行采样，通过插值计算采样点的颜色值和不透明度值，其成像速度始终不能达到理想状态，也不能很好的进行并行计算；所以提出更好的体绘制算法对于在CPU上进行的体绘制而言十分有意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于CPU的三维超声图像体绘制方法，将光线投射转化为体数据平行投影，其目的在于提高成像速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于CPU的三维超声图像体绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)读取三维超声数据，获得原始三维超声数据的大小和体素灰度值；

(2)对三维超声数据进行三线性插值，得到放大K倍的体数据；其中，K为正整数，是每个维度的放大倍数；

(3)采用滚动球的方法得到旋转轴和旋转角度，并根据四元数、旋转轴和旋转角度获得旋转矩阵；其中，滚动球的方法是将二维图像中的鼠标的移动操作映射到一个三维的球面上，得到沿着球面的三维操作变换，从而实现对三维数据的移动和旋转；

(4)根据旋转矩阵对步骤(2)中放大的体数据整体进行旋转，并将旋转后的体数据进行切割填补，获得一个与原始三维超声数据大小相同并正对投影面的体数据；

(5)对步骤(4)所获得的体数据从前向后进行灰度值和不透明度值的平行投影叠加；

(6)根据投影叠加得到的图像数据进行成像。

优选地，上述基于CPU的三维超声图像体绘制方法，其步骤(4)包括如下子步骤：

(4.1)根据旋转矩阵对放大的体数据整体进行旋转；

(4.2)按照放大前的体数据的大小建立旋转后体数据的坐标系；计算放大前的体数据里每个体素所对应的三维坐标；根据旋转矩阵的逆矩阵计算出旋转后的体素点所对应的旋转前的体素点坐标；

(4.3)对于旋转前的体素点，判断其是否在原始体数据内；若是，则进入步骤(4.4)；若否，则将其灰度值置为0；由此获得与原始体数据大小相同并正对投影面的体；