一种基于移动gpu的便携式图像处理系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像处理系统，尤其涉及一种基于移动GPU的便携式医用图像处理系统，同时也涉及利用该系统实现医学图像高速处理的方法，属于图像处理技术领域。
【背景技术】
[0002]医用图像成像装置包括X射线机、CT成像装置、MRI装置、超声诊断装置和核医学成像装置等，此外还包括放射治疗计划系统、PACS系统(医学图像归档和通信系统)、骨密度测量仪器等医疗设备中的成像系统。随着临床医学应用的不断发展，要求医用图像成像装置能够提供动态图像的观察能力，这就对医用图像成像装置的图像处理能力提出了很高的要求。
[0003]目前常用的X射线机(包括血管造影机、数字胃肠机、移动式C形臂X射线机等)，在临床应用中要求实现对动态图像的观察,例如一般透视观察要求达到25?30fps (每秒传输帧数)，曝光诊断观察如心脏造影等要求达到25?30fps，外周血管造影等要求达到8?15fps，胃肠道钡餐造影要求达到4fps以上。因为现有医用图像成像装置在传输和处理速度的限制。当速率要求达到25?30fps时，相应的图像分辨率只能达到1024X 1024 ；当速率要求达到4?8fps时，图像分辨率可以达到2048X2048。而且，满足上述条件要求图像不做处理或做一些简单的处理，不能做复杂的图像降噪和增强等高级图像处理，不能满足临床医学对高分辨率、高对比度动态图像清晰显示的诊断要求。
[0004]GPU(图形处理器)是近几年发展起来的大规模并行计算处理器，在计算机显卡上的应用已经非常广泛。目前，生产X射线机的各大厂家也纷纷利用GPU来满足图像处理的应用要求。例如在公开号为101520900A的中国专利申请中，公开了一种利用GPU加速CR/DR/CT图像显示及图像处理的方法及专用设备。其包括PC机、CR/DR工作站或者PACS服务器，其中，PC机连接CR/DR工作站或者PACS服务器，利用新型GPU的通用计算能力，实现CR/DR/CT图像的快速显示。该技术方案充分利用GPU的通用计算能力，将CPU从图像处理的繁重计算中解放出来，专心于数据通信及数据安全的处理，提高图像处理系统效率。但是，该方案是在现有计算机的整体架构下实现的，其缺陷是:昂贵、能耗高、不具备移动性和便携性。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于移动GPU的便携式图像处理系统。
[0006]本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种利用上述系统实现医学图像高速处理的方法
[0007]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0008]一种基于移动GPU的便携式图像处理系统，包括图像输入单元、图像处理单元、图像缓存单元和图像输出单元；其中，
[0009]所述图像输入单元将不同格式的输入图像转换成统一格式的图像，输入所述图像处理单元进行处理；
[0010]所述图像处理单元包括ARM处理器和GPU处理器，其中所述ARM处理器对图像处理进程进行调度，所述GPU处理器对图像进行并行处理，所述ARM处理器和所述GPU处理器通过所述图像缓存单元进行数据交互；
[0011]所述图像处理单元将处理后的图像数据经过所述图像输出单元向外输出。
[0012]其中较优地，所述ARM处理器将输入的图像存储到所述图像缓存单元，并通知所述GPU处理器；
[0013]所述GPU处理器为缓存的图像的每个像素分配一个线程，并行处理所有线程；
[0014]处理后的图像数据存储到所述图像缓存单元，并反馈给所述ARM处理器。
[0015]其中较优地，所述图像处理单元与所述图像输入单元之间的物理层和链路层采用PCIe总线实现。
[0016]其中较优地，在协议层和应用层设置接口一致的底层驱动软件，所述图像处理单元直接与所述底层驱动软件进行交互。
[0017]其中较优地，所述图像输入单元中包括GigE图像采集卡、USB3.0图像采集卡、LVDS图像采集卡、CamLink图像采集卡、S_Video图像采集卡中的一种或多种。
[0018]其中较优地，所述便携式图像处理系统与PACS系统或者图像工作站连接时，采用DIC0M3.0标准接口协议进行通信。
[0019]其中较优地，所述便携式图像处理系统以DICOM worklist S⑶方式查询患者信息；WorliSt服务器系统接收到数据查询请求后，根据查询条件从放射信息系统中查询到相应的患者信息，发送回所述便携式图像处理系统；所述便携式图像处理系统把患者信息和采集到的图像数据打包成DIC0M图像文件，通过DICOM Storage S⑶方式把所述DICOM图像文件传输到所述PACS系统或所述图像工作站存档。
[0020]一种实现医学图像高速处理的方法，利用上述的便携式图像处理系统实现，包括如下步骤:
[0021]首先，图像输入单元接收不同格式的图像数据，转换成统一格式的图像，通过PCIe总线传递到图像处理单元；
[0022]其次，图像处理单元在图像数据传输到计算机之前对输入的图像进行图像校正，对校正后的图像进行降噪和增强，最后进行图像窗宽窗位调整，得到处理后的图像；
[0023]最后，从所述图像处理单元接收处理后的图像数据，进行保存或者向外输出。
[0024]其中较优地，在所述图像处理单元中，首先由ARM处理器将输入的图像存储到图像缓存单元，并通知GPU处理器；所述GPU处理器为缓存的图像的每个像素分配一个线程，并行处理所有线程；处理后的图像数据存储到所述图像缓存单元，并反馈给所述ARM处理器。
[0025]其中较优地，所述图像校正包括但不限于坏点校正、偏移校正和增益校正中的一种或多种。
[0026]与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果:
[0027]采用ARM CPU和移动GPU相配合的技术方案，获得了高性能大规模并行计算的能力，可以实现对便携性X射线机的动态图像实时高分辨率处理。利用本发明，现有的计算机可以放弃繁重的图像处理工作，将工作重心转移到图像的存储、管理和诊断阅片上，从而有利于提高诊断工作的质量与效率。
【附图说明】
[0028]图1 (a)和图1 (b)是本发明所提供的便携式图像处理系统的使用状态示意图；
[0029]图2是图1所示的便携式图像处理系统的内部结构示意图；
[0030]图3是本发明中，GigE图像采集卡的结构示意图；
[0031]图4是本发明中，USB3.0图像采集卡的结构示意图；
[0032]图5是本发明中，LVDS图像采集卡的结构示意图；
[0033]图6是本发明中，CamLink图像采集卡的结构示意图；
[0034]图7是本发明中，S-Video图像采集卡的结构示意图；
[0035]图8是本发明中，图像处理过程的流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0037]图1 (a)和图1 (b)分别显示了本发明所提供的便携式图像处理系统的使用状态。该便携式图像处理系统设置在X射线探测器与计算机之间，一方面连接便携式X射线探测器，另一方面连接计算机。在便携式图像处理系统的内部，利用适合移动应用的ARM处理器和移动GPU的相互配合，实现对X射线探测器的高分辨率动态图像的实时处理，然后将处理好的图像数据传输给显示器，由显示器对外显示。另外，便携式图像处理系统所处理获得的数据也输入到计算机中，以便由计算机进行进一步的数据分析和处理。
[0038]图2是本发明所提供的便携式图像处理系统的内部结构示意图。以中间的PCIe总线(Bus)为界限，该便携式图像处理系统可以分为两部分:一部分是与图像处理相关的单元模块，包括图像处理单元和图像缓存单元，以实现图像处理和图像输出为主；另一侧是与多种格式图像数据流输入相关的单元模块，包括图像输入单元等，主要用于将不同格式的输入图像数据转换为统一格式的图像数据。这种设计方案在图像处理和图像输入之间设计了总线结构，以实现对不同的图像数据流转换为统一的图像格式(mGPUer Format)进行处理，显著增强了便携式图像处理系统的适应能力。
[0039]在本发明中