一种快速分割三维CT图像中物体的方法及装置与流程

一种快速分割三维ct图像中物体的方法及装置
技术领域
1.本发明属于图像分割技术领域，尤其涉及一种快速分割三维ct图像中物体的方法及装置。


背景技术：

2.在机场、海关、跨境电商园以及重要活动的安检现场，ct安全检查系统在维护公共安全、打击走私、禁止非法买卖等方面承担着至关重要的角色。目前，在高过包率的安检应用条件下，审图员需要6-10秒范围内对包裹进行安全检查，并且把嫌疑物分割出来，传统的基于灰度值联通性的物体分割算法在准确率和速度方面，都不能满足快速审图的要求。
3.传统的基于灰度连通性的物品分割方法有诸多弊端：第一、分割不准确，容易形成“黏连”和缺失现象。物体的扫描成三维图像后，灰度值并不一致，而且灰度值也不连续，很难通过灰度值的连通性把一个完整的物品分割出来。有的物品扫描过程中是紧贴在一起的，三维成像后也是一个整体，无法通过灰度值做分割。有的物品结构复杂，在灰度图上不连续，容易误判为两个物品；第二、计算量大，耗时，不满足快速审像的要求。基于灰度值的物品分割算法，需要做大量的图像预处理，例如高斯变换，形态学操作，二值化等等，三维图像是许多个切片的集合，需要对每一个切片进行图像预处理，计算量非常大，速度难于满足快速的审像要求。


技术实现要素：

4.本发明提供一种快速分割三维ct图像中物体的方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。
5.第一方面，本发明提供一种快速分割三维ct图像中物体的方法，包括：将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；对图像进行平行投影至x-y平面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：式中，n为图像z轴方向的长度；在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
6.第二方面，本发明提供一种快速分割三维ct图像中物体的装置，包括：变换模块，配置为将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三
维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；投影模块，配置为对图像进行平行投影至x-y平面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：式中，n为图像z轴方向的长度；切割模块，配置为在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；旋转模块，配置为对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
7.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的一种快速分割三维ct图像中物体的方法的步骤。
8.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的一种快速分割三维ct图像中物体的方法的步骤。
9.本技术的一种快速分割三维ct图像中物体的方法及装置，通过坐标变换的方式，把三维物品投影到显示平面上，通过鼠标勾画的闭合多边形进行三维图像的反向刷选，并且进行多次不同角度的累加切割方法，能快速得到需要分割的物品，并且可以根据需要进行多次分割，提高分割精度，适合不同的精度要求。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明一实施例提供的一种快速分割三维ct图像中物体的方法的流程图；
12.图2为本发明一实施例提供的又一种快速分割三维ct图像中物体的方法的流程图；
13.图3为本发明一实施例提供的三维ct图像i(x，y，z)的坐标图；
14.图4为本发明一实施例提供的通过变换后的图像的坐标图；
15.图5为本发明一实施例提供的图像经过平行投影至x-y平面的二维图像k(x，y)的坐标图；
16.图6为本发明一实施例提供的二维图像k(x，y)进行第一次勾画待切割物体的最大外包多边形的示意图；
17.图7为本发明一实施例提供的根据定点系列p1,p2,p3
…
pn进行三维切割的示意
图；
18.图8为本发明一实施例提供的一种快速分割三维ct图像中物体的装置的结构框图；
19.图9是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1，其示出了本技术的一种快速分割三维ct图像中物体的方法的流程图。
22.如图1所示，在步骤s101中，将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；
23.在步骤s102中，对图像进行平行投影至x-y平面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：
[0024][0025]
式中，n为图像z轴方向的长度；
[0026]
在步骤s103中，在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；
[0027]
在步骤s104中，对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
[0028]
在本实施例中，由ct扫描仪得到的三维ct图像i(x，y，z)，经过旋转、平移和缩放，得到新的坐标系下的图像新的坐标系满足x-y平面与屏幕平行，z正方向为垂直屏幕向内。图像经过平行投影到屏幕，得到二维图像k(x，y)。二维图像k(x，y)的x，y坐标与图像的x，y坐标一致。在二维图像k(x，y)中通过鼠标勾画出待切割物体的最大外包多边形，并得到多边形的定点p1,p2,p3
…
pn.根据图像的x，y是否在多边形内为判定准则，遍历图像在多边形内的点留下，多边形外的点剔除，得到第一次切割后的图像对图像进行垂直屏幕方向旋转90度，继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
[0029]
本实施例的方法，通过坐标变换的方式，把三维物品投影到显示平面上，通过鼠标勾画的闭合多边形进行三维图像的反向刷选，并且进行多次不同角度的累加切割方法，能
快速得到需要分割的物品，并且可以根据需要进行多次分割，提高分割精度，适合不同的精度要求。
[0030]
请参阅图2，其示出了本技术的又一种快速分割三维ct图像中物体的方法的流程图。
[0031]
如图2所示，一种快速分割三维ct图像中物体的方法包括以下步骤：
[0032]
步骤1：图3中，ct扫描仪得到的三维ct图像i(x，y，z)，其中x,y,z是三维图像的世界坐标。三维ct图像i(x，y，z)通过平移，旋转和缩放变换到以屏幕为x-y平面，屏幕向为z轴正向的三维坐标系。设点p(x，y，z)为三维ct图像i(x，y，z)的一个体素坐标，则变换关系满足满足以下下方程：
[0033]
设平移后的点为平移向量位m(t
x
，ty，tz)平移满足方程：
[0034][0035]
设缩放量为s(s
x
，sy，sz)，缩放满足方程：
[0036][0037]
设绕x轴、y轴、z轴旋转角度θ后的点为则绕x旋转满足关系：
[0038][0039]
绕y轴旋转满足关系：
[0040][0041]
绕z轴旋转满足关系：
[0042][0043]
步骤3：通过平移，缩放和旋转变换后，三维ct图像i(x，y，z)变换到图像(图4所示)，对应的坐标满足如下条件：x-y平面与屏幕平行，z轴垂直于平面向内。
[0044]
步骤4：对图像进行平行投影到x-y平面，也就是投影到屏幕。由三维图像投影到二维图像k(x，y)(图5所示)。满足公式：
[0045][0046]
式中，n为图像z轴方向的长度；
[0047]
步骤5：在新的二维坐标系上通过鼠标勾画一个闭合的多边形。多边形就是待分割物体的最大外包多边形。多边形的顶点坐标系列是p1,p2,p3
…
pn。(图6所示)。
[0048]
步骤6：遍历图像把x、y值在顶点系列p1,p2,p3
…
pn围成的多边形之内的点留下，其他的舍去。
[0049]
步骤7：对步骤6留下的第一次切割后的图像j(x，y，z)进行垂直于屏幕旋转90度，得到变换后的图像(图7所示)。
[0050]
步骤8：对第一次切割后的图像再一次进行切割，回到步骤1，直到切割只剩下目标物则停止切割，切割结束。
[0051]
综上，本技术能够实现以下技术效果：
[0052]
1、移和缩放都通过鼠标动作完成，能进行快速分割；
[0053]
2、审图员根据图像的边缘勾画，形象直观，成功率极高；
[0054]
3、可以根据需要进行多次分割，提高分割精度，适合不同的精度要求；
[0055]
4、提出的算法复杂度较低，满足中低处理器计算实时性要求。
[0056]
请参阅图8，其示出了本技术的一种快速分割三维ct图像中物体的装置的结构框图。
[0057]
如图8所示，快速分割三维ct图像中物体的装置200，包括变换模块210、投影模块220、投影模块230以及旋转模块240。
[0058]
其中，变换模块210，配置为将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；投影模块220，配置为对图像进行平行投影至x-y平
面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：式中，n为图像z轴方向的长度；切割模块230，配置为在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；旋转模块240，配置为对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
[0059]
应当理解，图8中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图8中的诸模块，在此不再赘述。
[0060]
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的快速分割三维ct图像中物体的方法；
[0061]
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
[0062]
将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；
[0063]
对图像进行平行投影至x-y平面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：
[0064][0065]
式中，n为图像z轴方向的长度；
[0066]
在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；
[0067]
对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
[0068]
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据快速分割三维ct图像中物体的装置的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至快速分割三维ct图像中物体的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0069]
图9是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图9所示，该设备包括：一个
处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例快速分割三维ct图像中物体的方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与快速分割三维ct图像中物体的装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
[0070]
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
[0071]
作为一种实施方式，上述电子设备应用于快速分割三维ct图像中物体的装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
[0072]
将三维ct图像i(x，y，z)进行变换至以屏幕为x-y平面，垂直屏幕向内为z轴正向的三维坐标系中，使得到图像其中，变换包括平移变换、旋转变换以及缩放变换；
[0073]
对图像进行平行投影至x-y平面中，使图像变换为二维图像k(x，y)，其中，变换公式为：
[0074][0075]
式中，n为图像z轴方向的长度；
[0076]
在二维图像k(x，y)中选择某一闭合多边形，并去除该闭合多边形，使得到切割后的图像j(x，y，z)，其中，该闭合多边形为待分隔物体的最大外包多边形；
[0077]
对切割后的图像j(x，y，z)进行旋转90度，并在旋转后的图像中继续选择和切割某一闭合多边形，直至只剩目标物。
[0078]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0079]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。