一种基于投影变换的三维CT图像目标物尺寸测量方法与流程

一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法
技术领域
1.本发明涉及三维ct图像处理技术领域，具体涉及一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法。


背景技术：

2.ct技术因其在物质探测方面的巨大优势，在医疗、工业、军事、地质等行业得到了广泛应用。随着国内外机场对安检精度的要求不断提高，ct设备正在逐步替代传统的透视设备，三维ct图像也正在逐步替代二维透视图像，成为安检员判图的主要依据。在一般的三维ct图像中，行包中的物体无序堆放，相互遮挡。行包图像经过成像算法映射到二维的屏幕上，快速准确判断行包中目标物的尺寸对于辅助安检员判读尤为重要。
3.当前三维图像的测量多通过在屏幕上绘制二维的比例尺进行尺寸粗估，发生缩放时比例尺随之变化。这种方法易于实现，但是受限于投影原理，二维尺寸对应的三维空间尺寸存在不可避免的系统误差，而且误差较大，在实际应用中很难达到预期的测量效果。
4.中国专利申请cn114403854a公开了一种基于ct三维重建图像的冠突参数测量方法及装置，给出了一种医学领域冠突参数测量的方法，获取ct数据进行重建，提取尺骨近端三维模型；确定参考点，参考点包括：标准侧位第一尺骨背面点a、标准侧位第二尺骨背面点b、冠突尖点、鹰嘴尖点、滑车凹最低点c、冠突远端斜面改变点d、冠突前内侧面最远点e、第一冠突宽度点f、第二冠突宽度点g、冠突近端尺骨骨干延伸点h；根据参考点确定测量参数，用测量参数进行冠突参数测量。该方案主要存在的缺点有：1)只支持医疗ct中冠突参数的测量，对其他物质的测量不涉及；2)测量依赖于重建后提取尺骨近端的三维模型，进而确定参考点，根据参考点确定测量参数。是依赖于参照物的模型计算，对于任意物体测量普适性不够。
5.中国专利申请cn105787919a公开了一种安检ct三维图像的操作方法和装置，给出了一种测量ct图像物品尺寸的方法，提供安检ct三维图像；对所述三维图像中的物品图像进行选择并基于该选择做出响应。核心是对安检ct三维图像进行三维体绘制，并获取所述三维图像中物体表面的位置信息；计算所选择部分的起点和终点之间的法线方向变化值，当所述变化值小于设定的角度阈值时，查询所述表面深度将所述起点和终点转化为三维坐标，输出坐标转换后的需测量方向尺寸测量值。法线方向信息的获取依赖于当前光线第一次击中安检ct图像中不透明区域的位置，将此位置记为物品图像表面深度，计算该位置处体素的梯度值，记为其法线方向信息。该方案存在的不足之处有：1)依赖于对物体表面位置信息的预计算，增加了时间开销；2)算法以第一次击中为估算三维坐标判定依据，尺寸测算依赖于梯度变化，这种方法的精确度受具体行李物品的影响较大。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法，包括如下步骤：
9.(1)利用三维ct图像成像算法，在屏幕上呈现可随鼠标拖动自由旋转的行包三维图像；
10.(2)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量起点时确定的一个投影立方体区域中再次选择测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量起点的候选点区域，将测量起点的候选点区域的坐标均值作为测量起点坐标；
11.(3)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量终点时确定的一个投影立方体区域上再次选择测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量终点的候选点区域，将测量终点的候选点区域的坐标均值作为测量终点坐标；
12.(4)根据测量起点坐标和测量终点坐标计算目标物的测量尺寸。
13.进一步地，步骤(1)中，具体根据体绘制的成像原理，从屏幕的像素点发出射线，射线与三维ct行包图像相交，在相交部分进行采样合成形成最终的屏幕图像。
14.进一步地，所述投影立方体区域、候选点区域、测量起点和测量终点采用设定的形式显示在屏幕上。
15.进一步地，对测量起点和测量终点的候选点区域的空间坐标求均值的方法采用均值法、加权均值或极值法。
16.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
17.本发明还提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时，实现上述方法。
18.本发明的有益效果在于：本发明通过标定技术，确定了目标物在三维空间中的起点和终点位置，较比例尺的方法准确度大幅提高，更加满足一线判图需求。本发明方法不限定测量物的类别，用两次点选来定位三维空间点坐标，进而确定测量目标的起点和终点。这种方法排除了三维坐标投影到二维屏幕引入的系统误差，更为普适且准确。点选时充分利用图形硬件的并行能力，使测量点的标定操作借助于三维ct图像的成像过程，无需引入预处理和前期识别，也不需要深度测试，以最小的算法复杂度和时间开销完成测量计算。
附图说明
19.图1为本发明实施例的总体方法流程图；
20.图2为本发明实施例中三维成像算法的原理示意图；
21.图3为透视投影原理的示意图；
22.图4为本发明实施例中针对屏幕点选的位置计算对应投影立方体1的示意图；
23.图5为本发明实施例中针对屏幕点选的位置计算对应投影立方体2的示意图；
24.图6为本发明实施例中根据三维坐标确定目标物测量尺寸的示意图。
具体实施方式
25.以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
26.本实施例提供一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法，如图1所示，包括如下步骤：
27.(1)利用三维ct图像成像算法，在屏幕上呈现可随鼠标拖动自由旋转的行包三维图像；
28.(2)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量起点时确定的一个投影立方体区域中再次选择测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量起点的候选点区域，将测量起点的候选点区域的坐标均值作为测量起点坐标。
29.(3)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量终点时确定的一个投影立方体区域上再次选择测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量终点的候选点区域，将测量终点的候选点区域的坐标均值作为测量终点坐标。
30.(4)根据测量起点坐标和测量终点坐标计算目标物的测量尺寸。
31.在本实施例中，步骤(1)中，具体根据体绘制的成像原理，如图2所示，从屏幕的像素点发出射线，射线与三维ct行包图像相交，在相交部分进行采样合成形成最终的屏幕图像。
32.需要说明的是，从屏幕发出射线的过程与投影方式有关，本实施例方法采用透视投影，如图3所示，透视投影是最符合人眼观察原理的投影方式，将人眼能够观察到的区域定义为一个视锥体，近平面和远平面之间的范围为可视范围，在本实施例方法中，可以把近平面理解为屏幕。
33.在本实施例中，步骤(2)中，在透视投影中，设定好观察范围和角度之后，对行包三维图像进行旋转和缩放后，在屏幕上成像的过程如图4所示，三维空间中的行包目标物经过透视投影计算，都对应到投影线连接的二维屏幕区域，用户在屏幕上确定点选测量起点后，可对应获得三维空间中的一个投影立方体区域与之相关，如图4中实线标识部分，记为投影立方体1。将行包三维图像旋转一定角度后，在已确定的投影立方体1的区域，再次点选测量起点，在刷新重绘计算时可确定投影立方体2与之相关，如图5所示。投影立方体1和投影立方体2相交的三维空间区域作为测量起点的候选点区域，对测量起点的候选点区域的空间坐标求均值，形成测量起点坐标，如图6所示。
34.在本实施例中，步骤(3)的实现原理和步骤(2)相同，用户在屏幕上点选测量终点，将行包三维图像旋转一定角度后再次点选测量终点，两次计算形成的投影立方体相交，生成测量终点的候选点区域，对测量终点的候选点区域的空间坐标求均值，形成测量终点的坐标。
35.需要说明的是，本实施例方法不仅适用于透视投影，也适用于正投影。
36.本实施例中，所述投影立方体区域、候选点区域、测量起点、测量终点等的显示形式可以根据需求采用特定的形式。
37.本实施例中，对测量起点和测量终点的候选点区域的空间坐标求均值的方法可以采用均值法、加权均值、极值法等。求得目标物的测量尺寸后数值在界面上显示方式可以采用文字提示、图形提示、比例尺提示等。
38.本实施例方法不仅适用于双能ct系统产生的三维ct图像，也适用于单能ct系统产生的三维ct图像；不仅适用于滑环模式的ct系统，也适用于静态ct系统；不仅适用于单排探测器ct系统，也适用于多排探测器ct系统。
39.对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于投影变换的三维ct图像目标物尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用三维ct图像成像算法，在屏幕上呈现可随鼠标拖动自由旋转的行包三维图像；(2)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量起点时确定的一个投影立方体区域中再次选择测量起点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获取三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量起点的候选点区域，将测量起点的候选点区域的坐标均值作为测量起点坐标；(3)用户在行包三维图像的一个视角下标定测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的一个投影立方体区域；用户旋转行包三维图像后，在另一个视角下，用户在第一次点选测量终点时确定的一个投影立方体区域上再次选择测量终点，针对用户在屏幕上点选的位置计算获得三维空间中对应的另一个投影立方体区域；将两次计算得到的投影立方体区域相交的范围作为测量终点的候选点区域，将测量终点的候选点区域的坐标均值作为测量终点坐标；(4)根据测量起点坐标和测量终点坐标计算目标物的测量尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，具体根据体绘制的成像原理，从屏幕的像素点发出射线，射线与三维ct行包图像相交，在相交部分进行采样合成形成最终的屏幕图像。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影立方体区域、候选点区域、测量起点和测量终点采用设定的形式显示在屏幕上。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对测量起点和测量终点的候选点区域的空间坐标求均值的方法采用均值法、加权均值或极值法。5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法。6.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种基于投影变换的三维CT图像目标物尺寸测量方法，通过标定技术，确定了目标物在三维空间中的起点和终点位置，较比例尺的方法准确度大幅提高，更加满足一线判图需求。本发明方法不限定测量物的类别，用两次点选来定位三维空间点坐标，进而确定测量目标的起点和终点。这种方法排除了三维坐标投影到二维屏幕引入的系统误差，更为普适且准确。点选时充分利用图形硬件的并行能力，使测量点的标定操作借助于三维CT图像的成像过程，无需引入预处理和前期识别，也不需要深度测试，以最小的算法复杂度和时间开销完成测量计算。小的算法复杂度和时间开销完成测量计算。小的算法复杂度和时间开销完成测量计算。


技术研发人员：郝世昱 李斌 孔维武 李治国 李东 李永清 陈力
受保护的技术使用者：北京中盾安民分析技术有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/6