一种OCT图像的三维可视化方法和系统与流程

本发明涉及检测与成像领域，尤其涉及一种oct图像的三维可视化方法和系统。

背景技术：

随着医学诊断技术的发展，人们可以通过无创的方式探查物体和人体的内部信息。计算机断层扫描(ct)、磁共振成像(mri)、超声(us)、光学相干断层扫描(oct)等现代医学影像技术及设备，不断普及和升级，成为现代医学、检测学发展的重要引擎，对其获取的图像处理和分析也占据十分重要的研究地位。医学图像中包含丰富的信息，尤其在于图像三维可视化处理后，可直观地获取结构、组织的三维形态，可有效辅助医生诊断，并广泛用于金属探测、失效部件判断等。

经过研究，在临床和实验中，三维图像的重建方式有多种多样，目前的硬件平台上，最广泛应用的是面绘制技术。面绘制方法通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构，采用面绘制提取出相关器官的信息，能使医生对感兴趣器官的大小、形状和空间位置关系等方面获得定量描述，目前的很多ct、mri成像方法都面绘制技术方案。采用面绘制技术对切片医学图像进行三维重建，需先完成四步步骤：平面轮廓提取、片间轮廓配准、轮廓拼接、曲面拟合。但临床应用表明，绘制技术需要对体数据进行判别分类，即需要判别每一个体素是否在当前绘制的面上，因此在处理复杂的、边界模糊的人体组织时，经常出现分类上的错误，即边缘提取不准确，从而造成虚假的面显示或在显示面上产生空洞，最终可视化易丢失病理细节。

为了有利于保留三维医学图像的细节信息，增强图像整体的绘制效果，对样品图像不再分割，直接进行绘制，从而出现了体绘制技术，如抛足迹法、错切变形法等，有效地避免了面绘制技术中构造几何多边形等表面的中间过程。这种方法通过对所有体数据的明暗处理方法，合成具有三维效果的图像；但缺点是需要对所有体素进行处理，加大了计算量，限制了图像的绘制速度，处理速度较慢。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种oct图像的三维可视化方法和系统，不仅提高了图像的质量，而且处理速度也得到提高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种oct图像的三维可视化方法，包括以下步骤：

s1：读取数据步骤：将由多个oct图像组成的切片图像序列读入体数据库；

s3：分类步骤：将所述体数据库中的所述多个oct图像转化为可供绘制的光学属性；

s5：合成步骤，通过叠加所述光学属性中的各个光学参数将所述多个oct图像合成最终图像；

s6：显示步骤，将所述最终图像进行显示。

优选地，步骤s1和步骤s3之间还包括s2：预处理步骤：将所述多个oct图像进行图像二值化和图像尺寸剪裁。

优选地，所述预处理步骤为对所述多个oct图像进行批量操作，以获取具有样品信息的有效区域的灰度图像。

优选地，步骤s3中具体包括采用不透明度传输函数、颜色传输函数、和/或梯度传输函数将所述多个oct图像转化为可供绘制的光学属性。

优选地，所述不透明度传输函数、所述颜色传输函数和所述梯度传输函数分别为分段线性标量映射函数。

优选地，所述不透明度传输函数具体为将oct图像上的采样点的灰度值映射为预定的不透明值，当灰度值小于60时，不透明值设置为0；当灰度值介于60～150之间时，不透明值设置为0～0.02；当灰度值介于150～196之间时，不透明值设置为0.02～0.05；当灰度值大于196时，不透明值设置为0.05～0.5。

优选地，所述颜色传输函数具体为将所述多个oct图像上的采样点的灰度值映射为预定的rgb值，当灰度值小于60时，rgb值设置为(0，0，0)～(0.1，0.1，0.1)；当灰度值介于60～160之间时，rgb值设置为(0.1，0.1，0.1)～(0.3，0.3，0.3)之间；当灰度值介于160～196之间时，rgb值设置为(0.3，0.3，0.3)～(0.5，0.5，0.5)之间；当灰度值大于196时，rgb值设置为(0.5，0.5，0.5)～(1，1，1)之间。

优选地，所述梯度传输函数具体为将所述多个oct图像的梯度模值映射为不透明乘数，当梯度模值小于500时，不透明乘数设置为2.0；当梯度模值介于500～600之间时，不透明乘数设置为0.73～2.0；当梯度模值介于600～900之间时，不透明乘数设置为0.73～0.9；当梯度模值介于900～1300之间时，不透明乘数设置为0.1～0.9；当梯度模值大于1300时，不透明乘数设置为0～0.1。

优选地，步骤s3和步骤s5之间还包括s4：排除异常点步骤：设置所述光学属性中的各个光学参数的阈值范围，将各个所述光学参数不在所述阈值范围内的点进行排除。

优选地，步骤s5还包括设置环境光系数、漫反射系数、高光系数和高光强度，将环境光系数设置为0.1～0.3，漫反射系数设置为0.8～1.0，高光系数设置为0.1～0.3，高光强度设置为9～11。

本发明还公开了一种oct图像的三维可视化系统，包括数据存储器单元、分类器单元、绘制器单元和窗口单元，其中所述数据存储器单元用于将由多个oct图像组成的切片图像序列读入体数据库；所述分类器单元用于将所述体数据库中的所述多个oct图像转化为可供绘制的光学属性；所述绘制器单元用于通过叠加所述光学属性中的各个光学参数将所述多个oct图像合成最终图像；所述窗口单元用于将所述最终图像进行显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的oct图像的三维可视化方法和系统，通过将多个oct图像转化为可供绘制的光学参数，并将这些光学参数进行叠加合成最终图像，实现oct图像的三维可视化，不仅提高了图像的质量，而且处理速度也得到提高。

在进一步的方案中，在分类步骤之前还设置预处理步骤，获取具有样品信息的有效区域的灰度图像，提升待处理的图像的质量，避免处理数据的冗余，从而进一步提高处理速度。

在更进一步的方案中，本发明通过分段线性标量映射的方法，对不透明传输函数、颜色传输函数、梯度传输函数进行设置，得到可供体绘制三维重建的体数据，完成物体的绘制，利用直线进行曲线逼近实现了复杂的传递函数，更进一步提高图像质量的同时，也更进一步提高处理速度。

附图说明

图1是本发明优选实施例的oct图像的三维可视化方法的流程图；

图2a是本发明一种实施例的皮肤样品的oct图像；

图2b和图2c分别是图2a的图像采用本发明优选实施的三维可视化方法重建后的图；

图3a是本发明一种实施例的泡沫样品的oct图像；

图3b和图3c分别是图3a的图像采用本发明优选实施的三维可视化方法重建后的图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的优选实施例公开了一种oct图像的三维可视化方法，包括以下步骤：

s1：读取数据步骤：将由多个oct图像组成的切片图像序列读入体数据库；

在具体的实施例中，依次读入1～400张bmp图片，存入体数据库，设置图像属性，包括像素大小、深度位数。

s2：预处理步骤：将多个oct图像进行图像二值化和图像尺寸剪裁；

具体地，对多个oct图像批量进行二值化处理，并根据获得组织成像、具有样品信息的有效区域对图像尺寸进行裁剪，从而减小成像工作量，提高准确度及工作效率。

s3：分类步骤：将体数据库中的多个oct图像转化为可供绘制的光学属性；

具体通过对数据的分类，将多个oct图像设计成对应的光学属性，为绘制器工作提供数据依据。在本实施例中，具体采用不透明度传输函数、颜色传输函数、和/或梯度传输函数将多个oct图像转化为可供绘制的光学属性，其中不透明传输函数、颜色传输函数和梯度传输函数分别为分段线性标量映射函数，即利用直线进行曲线逼近实现了复杂的传递函数。

不透明度传输函数具体为将光线投影过程中的采样点灰度值映射为预定的不透明值，本实施例中，设置四个不透明断点(60，0)、(150，0.02)、(196，0.05)、(255，0.5)，也即当灰度值小于60时，不透明值设置为0；当灰度值介于60～150之间时，不透明值设置为0～0.02；当灰度值介于150～196之间时，不透明值设置为0.02～0.05；当灰度值大于196时，不透明值设置为0.05～0.5。

颜色传输函数具体为将光线投影过程中的采样点灰度值映射为预定的rgb值，本实施例中，设置四个颜色断点(60，0.1，0.1，0.1)、(160，0.3，0.3，0.3)、(196，0.5，0.5，0.5)、(255，1，1，1)，其中第一位表示像素灰度值，后三位为映射的rgb分量，也即当灰度值小于60时，rgb值设置为(0，0，0)～(0.1，0.1，0.1)；当灰度值介于60～160之间时，rgb值设置为(0.1，0.1，0.1)～(0.3，0.3，0.3)之间；当灰度值介于160～196之间时，rgb值设置为(0.3，0.3，0.3)～(0.5，0.5，0.5)之间；当灰度值大于196时，rgb值设置为(0.5，0.5，0.5)～(1，1，1)之间。

梯度传输函数具体为将梯度模值映射为不透明乘数，本实施例中，设置五个梯度模值断点(0，2.0)、(500，2.0)、(600，0.73)、(900，0.9)、(1300，0.1)，也即当梯度模值小于500时，不透明乘数设置为2.0；当梯度模值介于500～600之间时，不透明乘数设置为0.73～2.0；当梯度模值介于600～900之间时，不透明乘数设置为0.73～0.9；当梯度模值介于900～1300之间时，不透明乘数设置为0.1～0.9；当梯度模值大于1300时，不透明乘数设置为0～0.1。通过不透明乘数，可以增强过渡区域的差别，利用梯度模值，对应一个不透明乘数，乘到不透明值上，实现对图像的锐化。

s4：排除异常点步骤：设置光学属性中的各个光学参数的阈值范围，将光学参数不在阈值范围内的点进行排除；

其中光学参数包括rgb值和不透明值，通过排除异常点，保证所有合成的点都在合理的范围内，保证图像质量的同时，也提高处理速度。

s5：合成步骤：通过叠加光学属性中的各个光学参数将多个oct图像合成最终图像；

也即对体数据进行设置，将rgb值、不透明值进行叠加；进一步，在合成步骤，还包括阴影、环境光系数、漫反射系数、高光系数和高光强度的设置，其中可以将环境光系数设置为0.1～0.3，漫反射系数设置为0.8～1.0，高光系数设置为0.1～0.3，高光强度设置为9～11；在一个最优实施例中，将环境光系数设置为0.2，漫反射系数设置为0.9，高光系数设置为0.2，高光强度设置为10。

s6：显示步骤：将最终图像进行显示。

实现三维重建结果的显示，对体数据进行渲染并搭建交互界面，具体地，还需设置背景颜色和绘制窗口大小，进行初始化绘制。在一个具体的实施例中，对显示窗口进行设置，背景颜色设置为黑，绘制窗口大小为500*500像素，如图2a～2c和图3a～3c，其中图2a是皮肤样品的oct图像，图2b和图2c是经过本发明优选实施例的三维可视化方法重建后的图，其中在图2b可见清晰的指纹，图2c可见清晰的汗腺；图3a是泡沫样品的oct图像，图3b和图3c是经过本发明优选实施例的三维可视化方法重建后的图，其中在图3b可见泡沫表面的纹路，图3c可见泡沫内部的结构；从图2a～2c和图3a～3c表明采用本发明的三维可视化方法得到的图像质量很高，而且处理速度较快。

本发明优选实施例还公开了一种oct图像的三维可视化系统，包括数据存储器单元、分类器单元、绘制器单元和窗口单元，其中数据存储器单元用于将由多个oct图像组成的切片图像序列读入体数据库；分类器单元用于将体数据库中的多个oct图像转化为可供绘制的光学属性；绘制器单元用于通过叠加光学属性中的各个光学参数将多个oct图像合成最终图像；窗口单元用于将最终图像进行显示，并实现截图、保存等交互功能。

本发明公开了oct图像的三维可视化方法和系统，其中相较现有的围绕ct、mri等图像的面绘制技术，ct、mri图像为毫米、亚毫米量级，oct图像则达到微米甚至纳米量级，图像处理上，信息更加精细，结构形态不易勾画；oct的高分辨率、非接触、无损伤、高精度的优势，结合本发明提供的体绘制方法，使得绘制出的三维图像的图像信息保留率高，即还原度高，且同时本发明的方法还具有处理步骤简单、成像速度快的优势，可广泛应用于医学、金属探测等各方面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。