透視x光線圖像校正器及其校正方法
【專利摘要】一種透視X光線圖像校正器，用以校正C型臂拍攝的透視圖像，包括：第一圓形有機(jī)玻璃板，第一圓形有機(jī)玻璃板的圓心周?chē)鷮?duì)稱設(shè)置有若干孔洞；第二圓形有機(jī)玻璃板，第二圓形有機(jī)玻璃板上均勻設(shè)置有若干孔洞；若干支撐柱，兩端分別連接在第一圓形有機(jī)玻璃板以及第二圓形有機(jī)玻璃板上；若干掛鉤，設(shè)置在第二圓形有機(jī)玻璃板的側(cè)面，用以懸掛在C型臂上；其中，第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板上的每一孔洞內(nèi)都設(shè)置有等直徑的鋼珠。一種透視X光線圖像校正方法，利用透視X光線圖像校正器，通過(guò)C型臂對(duì)本校正器所成圖像，通過(guò)圖像處理的方法，計(jì)算出C型臂所成圖像失真，偏移的具體量，和光源位置，這樣可以應(yīng)用于同時(shí)間段所拍攝的透視圖像。
【專利說(shuō)明】透視X光線圖像校正器及其校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種透視X光線圖像校正器及其校正方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]C型臂廣泛應(yīng)用于醫(yī)療臨床，采用X射線透視的原理來(lái)對(duì)人體骨骼，軟組織等進(jìn)行成像，便于后期的分析。射線接收器由于呈球形，得到的圖像會(huì)產(chǎn)生變形失真。圖像校正可提高圖像的真實(shí)性和后續(xù)分析的精確性。現(xiàn)有的圖像校正方法需要借助額外的第三方硬件進(jìn)行標(biāo)定成像系統(tǒng)。在一些醫(yī)學(xué)研究中，需要準(zhǔn)確的計(jì)算光源位置，現(xiàn)尚無(wú)比較有效的方法精確計(jì)算C型臂系統(tǒng)的光源位置。
[0003]現(xiàn)有的用于透視X光線圖像校正的設(shè)備主要是國(guó)外廠商生產(chǎn)的校正靶，校正靶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價(jià)格昂貴，同時(shí)需要借助發(fā)光設(shè)備進(jìn)行空間定位，無(wú)法對(duì)光源位置進(jìn)行精確定位。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?00910087257.4的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于透視成像模型標(biāo)定的C型臂圖像校正方法，其采用了第三方(雙目鏡頭定位系統(tǒng))硬件，它主要是把C型臂系統(tǒng)成像參數(shù)標(biāo)定和C型臂X射線投影失真圖像校正作為一個(gè)整體，基于透視成像模型來(lái)標(biāo)定C型臂系統(tǒng)獲得C型臂系統(tǒng)的內(nèi)外參數(shù)，再利用標(biāo)定C型臂系統(tǒng)獲得的畸變參數(shù)，最后由標(biāo)定的透視成像模型，對(duì)失真圖像進(jìn)行校正。其缺點(diǎn)在于:圖像處理的方法過(guò)于復(fù)雜，繁瑣；除標(biāo)記蒙版外，其還需借助雙目鏡頭定位系統(tǒng)等第三方硬件系統(tǒng)進(jìn)行定位。無(wú)法對(duì)光源位置進(jìn)行精確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種透視X光線圖像校正器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需借助第三方硬件，C型`臂成像系統(tǒng)的標(biāo)定和圖像校正同步進(jìn)行，圖像處理的方法相對(duì)簡(jiǎn)單合理，圖像校正速度快捷。
[0006]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種透視X光線圖像校正器，用以校正C型臂拍攝的透視圖像，包括:
[0008]第一圓形有機(jī)玻璃板，第一圓形有機(jī)玻璃板的圓心周?chē)鷮?duì)稱設(shè)置有若干孔洞；
[0009]第二圓形有機(jī)玻璃板，第二圓形有機(jī)玻璃板上均勻設(shè)置有若干孔洞；
[0010]若干支撐柱，兩端分別連接在第一圓形有機(jī)玻璃板以及第二圓形有機(jī)玻璃板上；
[0011]若干掛鉤，設(shè)置在第二圓形有機(jī)玻璃板的側(cè)面，用以懸掛在C型臂上；
[0012]其中，第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板上的每一孔洞內(nèi)都設(shè)置有等直徑的鋼珠。
[0013]較佳的，第一圓形有機(jī)玻璃板上的孔洞為4個(gè)，呈正方形。
[0014]較佳的，第二圓形有機(jī)玻璃板上還包括一豎直方向的槽，用以在C型臂旋轉(zhuǎn)的情況下確定方向。
[0015]較佳的，第二圓形有機(jī)玻璃板上每隔一固定角度和一固定距離設(shè)置一孔洞。[0016]較佳的，第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板直徑為300至400毫米，厚度為2至6毫米。
[0017]本發(fā)明另提供一種透視X光線圖像校正方法，利用上述的透視X光線圖像校正器，通過(guò)C型臂對(duì)本校正器所成圖像，通過(guò)圖像處理的方法，計(jì)算出C型臂所成圖像失真，偏移的具體量，和光源位置，這樣可以應(yīng)用于同時(shí)間段所拍攝的透視圖像。
[0018]執(zhí)行包括以下步驟:
[0019]S1、將透視X光線圖像校正器懸掛在C型臂的X光接受層面上；
[0020]S2、控制C型臂拍攝校正器，獲得校正器的透視圖像；
[0021]S3、區(qū)分透視圖像上第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)；
[0022]S4、將第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到C型臂光源的位置；
[0023]將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到透視圖像坐標(biāo)位置的偏移矩陣，根據(jù)計(jì)算得到的偏移矩陣對(duì)透視圖像進(jìn)行校正。
[0024]較佳的，步驟S3包括:
[0025]S31、將校正器的透視圖像轉(zhuǎn)化成黑白二值圖；
[0026]S32、對(duì)黑白二值圖進(jìn)行去除噪音像素處理；以及，
[0027]進(jìn)行圓盤(pán)擴(kuò)張，然后去除環(huán)境產(chǎn)生的大塊像素；
[0028]S33、通過(guò)第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)的像素面積來(lái)區(qū)分第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)。
[0029]較佳的，步驟S4中的“將第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到C型臂光源的位置”包括以下步驟:
[0030]S41、為C型臂光源的位置假設(shè)一初始值；
[0031]S42、計(jì)算此初始值位置下，第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)；
[0032]S43、計(jì)算S42中的鋼珠投影點(diǎn)與實(shí)際鋼珠投影點(diǎn)的誤差；
[0033]S44、實(shí)用迭代優(yōu)化，每次迭代對(duì)C型臂光源的位置移動(dòng)一小值，重復(fù)S42和S43 ；
[0034]S45、找到最小的誤差，其對(duì)應(yīng)的C型臂光源的位置即C型臂光源的真實(shí)位置。
[0035]較佳的，步驟S4中的“將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到透視圖像坐標(biāo)位置的偏移矩陣，根據(jù)計(jì)算得到的偏移矩陣對(duì)透視圖像進(jìn)行校正”包括以下步驟:
[0036]S46、將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行配對(duì)；
[0037]S47、根據(jù)配對(duì)的鋼珠投影點(diǎn)計(jì)算出偏移矩陣，根據(jù)此偏移矩陣創(chuàng)建一空間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體，第一維為水平方向的轉(zhuǎn)換，第二維為垂直方向的轉(zhuǎn)換；
[0038]S48、對(duì)透視圖像用創(chuàng)建的空間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體進(jìn)行校正。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1所示的是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2所示的是本發(fā)明第二圓形有機(jī)玻璃板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3所示的是本發(fā)明的圖像校正流程圖；
[0042]圖4所示的是本C型臂拍攝的本發(fā)明的透視圖像；[0043]圖5所示的是本發(fā)明第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影圖；
[0044]圖6所示的是本發(fā)明第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影圖；
[0045]圖7所示的是本發(fā)明的鋼珠投影計(jì)算示意圖；
[0046]圖8所示的是本發(fā)明的偏移矩陣示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0048]為了便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0049]請(qǐng)參考圖1，一種透視X光線圖像校正器，用以校正C型臂拍攝的透視圖像，包括:第一圓形有機(jī)玻璃板I，第一圓形有機(jī)玻璃板I的圓心周?chē)鷮?duì)稱設(shè)置有若干孔洞5 ;第二圓形有機(jī)玻璃板2，第二圓形有機(jī)玻璃板2上均勻設(shè)置有若干孔洞5 ;若干支撐柱3，兩端分別連接在第一圓形有機(jī)玻璃板I以及第二圓形有機(jī)玻璃板2上；若干掛鉤4，設(shè)置在第二圓形有機(jī)玻璃板2的側(cè)面,用以懸掛在C型臂上；其中，第一圓形有機(jī)玻璃板I和第二圓形有機(jī)玻璃板2上的每一孔洞內(nèi)都設(shè)置有等直徑的鋼珠。
[0050]在本實(shí)施例中，采用支撐柱為4個(gè)鋁合金支撐住，2個(gè)掛鉤，第一圓形有機(jī)玻璃板上的孔洞為4個(gè)，兩塊圓形有機(jī)玻璃板的直徑為300-400mm，適應(yīng)市面上大部分C型臂機(jī)器接收器的尺寸；厚度為2-6mm ;第一圓形有機(jī)玻璃板在距中心上下左右一定距離處鉆小孔；第二圓形有機(jī)玻璃板先在距中心一定距離處每隔45度鉆小孔，然后從O度開(kāi)始，距中心50-60mm開(kāi)始每隔固定的度并每隔一定距離鉆小孔；兩塊板在距中心300_350mm處上下左右鉆孔，用來(lái)固定鋁合金支柱；2塊板在距中心300-350mm處一定角度方向鉆孔，用來(lái)掛鉤。鋁合金支柱直徑為15_20mm，兩端各車(chē)孔，用于固定連接上述的兩塊圓形有機(jī)玻璃板。掛鉤固定在第二圓形有機(jī)玻璃板的側(cè)面，以便把整個(gè)校正器懸掛在C型臂的X光接受層的面上。第二圓形有機(jī)玻璃板2上另外開(kāi)了一個(gè)豎直方向的槽6，當(dāng)C型臂因?yàn)榕臄z需要轉(zhuǎn)到不同角度的時(shí)候，也能通過(guò)此槽確定圖像的上下左右方向，可參考圖2所示。
[0051]而對(duì)于第二圓形有機(jī)玻璃板上的孔洞的數(shù)量和位置，本發(fā)明在此不做限制，技術(shù)人員可任意設(shè)計(jì)。用于在用三維的已知形態(tài)作為基準(zhǔn)拍攝圖像以便校正。
[0052]本發(fā)明另提供一種透視X光線圖像校正方法，并同時(shí)對(duì)上述的矯正器進(jìn)行進(jìn)一步解釋說(shuō)明，以便技術(shù)人員理解。
[0053]請(qǐng)參考圖3，該方法包括:
[0054]S1、將透視X光線圖像校正器懸掛在C型臂的X光接受層面上；
[0055]S2、控制C型臂拍攝校正器，獲得校正器的透視圖像，拍攝到的圖像可參考圖3 ；
[0056]S3、區(qū)分透視圖像上第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)；校正器上鋼珠在X光透過(guò)后投影的像素值比較小，大于0，這樣我們可以通過(guò)圖像處理把圖像轉(zhuǎn)化成黑白二值圖；
[0057]對(duì)于該二值圖:[0058](I)去除噪音像素；
[0059]為去除噪音，對(duì)圖像使用線性平滑濾波:高斯濾波，公式如下(x，y代表像素的模板坐標(biāo)，模板中心位置為原點(diǎn)):
【權(quán)利要求】
1.一種透視X光線圖像校正器，用以校正C型臂拍攝的透視圖像，其特征在于，包括: 第一圓形有機(jī)玻璃板，所述第一圓形有機(jī)玻璃板的圓心周?chē)鷮?duì)稱設(shè)置有若干孔洞； 第二圓形有機(jī)玻璃板，所述第二圓形有機(jī)玻璃板上均勻設(shè)置有若干孔洞； 若干支撐柱，兩端分別連接在所述第一圓形有機(jī)玻璃板以及所述第二圓形有機(jī)玻璃板上； 若干掛鉤，設(shè)置在所述第二圓形有機(jī)玻璃板的側(cè)面，用以懸掛在C型臂上； 其中，所述第一圓形有機(jī)玻璃板和所述第二圓形有機(jī)玻璃板上的每一孔洞內(nèi)都設(shè)置有等直徑的鋼珠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視X光線圖像校正器，其特征在于，所述第一圓形有機(jī)玻璃板上的孔洞為4個(gè)，呈正方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視X光線圖像校正器，其特征在于，所述第二圓形有機(jī)玻璃板上還包括一豎直方向的槽，用以在C型臂旋轉(zhuǎn)的情況下確定方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視X光線圖像校正器，其特征在于，所述第二圓形有機(jī)玻璃板上每隔一固定角度和一固定距離設(shè)置一所述孔洞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視X光線圖像校正器，其特征在于，所述第一圓形有機(jī)玻璃板和所述第二圓形有機(jī)玻璃板直徑為300至400毫米，厚度為2至6毫米。
6.一種透視X光線圖像校正方法，其特征在于，提供如權(quán)利要求1所述的透視X光線圖像校正器，并執(zhí)行包括以下步驟: 51、將透視X光線圖像校正器 懸掛在C型臂的X光接受層面上； 52、控制C型臂拍攝校正器，獲得校正器的透視圖像； 53、區(qū)分透視圖像上第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)； 54、將第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到C型臂光源的位置； 將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到透視圖像坐標(biāo)位置的偏移矩陣，根據(jù)計(jì)算得到的偏移矩陣對(duì)透視圖像進(jìn)行校正。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透視X光線圖像校正方法，其特征在于，所述步驟S3包括: 531、將校正器的透視圖像轉(zhuǎn)化成黑白二值圖； 532、對(duì)黑白二值圖進(jìn)行去除噪音像素處理；以及， 進(jìn)行圓盤(pán)擴(kuò)張，然后去除環(huán)境產(chǎn)生的大塊像素； 533、通過(guò)第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)的像素面積來(lái)區(qū)分第一圓形有機(jī)玻璃板和第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透視X光線圖像校正方法，其特征在于，所述步驟S4中所述的“將第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到C型臂光源的位置”包括以下步驟: S41、為C型臂光源的位置假設(shè)一初始值； S42、計(jì)算此初始值位置下，第一圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)； S43、計(jì)算S42中的鋼珠投影點(diǎn)與實(shí)際鋼珠投影點(diǎn)的誤差； S44、實(shí)用迭代優(yōu)化，每次迭代對(duì)C型臂光源的位置移動(dòng)一小值，重復(fù)S42和S43； S45、找到最小的誤差，其對(duì)應(yīng)的C型臂光源的位置即C型臂光源的真實(shí)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透視X光線圖像校正方法，其特征在于，所述步驟S4中所述的“將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行比較，計(jì)算得到透視圖像坐標(biāo)位置的偏移矩陣，根據(jù)計(jì)算得到的偏移矩陣對(duì)透視圖像進(jìn)行校正”包括以下步驟: ，546、將第二圓形有機(jī)玻璃板的鋼珠投影點(diǎn)與其實(shí)際的位置進(jìn)行配對(duì)； ，547、根據(jù)配對(duì)的鋼珠投影點(diǎn)計(jì)算出偏移矩陣，根據(jù)此偏移矩陣創(chuàng)建一空間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體，第一維為水平方向的轉(zhuǎn)換，第二維為垂直方向的轉(zhuǎn)換； ，548、對(duì)透視圖像用創(chuàng)建的 空間轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體進(jìn)行校正。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103489181SQ201310396044
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】王少白, 程小斌, 李建國(guó), 陳少楠 申請(qǐng)人:上海逸動(dòng)醫(yī)學(xué)科技有限公司