JP2013255665A - Three-dimensional image display device and three-dimensional image display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法に関し、特に、三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法の陰影付け処理に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image display device and a three-dimensional image display method, and more particularly to shading processing of a three-dimensional image display device and a three-dimensional image display method.
CT(Computed Tomography)画像、MR(Magnetic Resonance)画像、超音波画像等の三次元画像は、二次元画像に陰影(shading)を付けることにより遠近情報(視点から遠いのか又は近いのかを識別可能な情報)を提示するものである。例えば、サーフェイスレンダリング(Surface Rendering)による三次元CT画像(グレースケール)の例では、組織の表面情報を提示することができる。 3D images such as CT (Computed Tomography) images, MR (Magnetic Resonance) images, and ultrasound images can be identified by adding shading to the 2D images. Information). For example, in the example of a three-dimensional CT image (grayscale) by surface rendering, surface information of a tissue can be presented.
しかし、CT値の差が小さい軟部組織では、どちらが奥にあるのか、すなわち、どちらが視点から遠くにあるのかを識別することが困難である。このような問題は、軟部組織同士だけではなく、骨組織同士についても言える。 However, in soft tissue where the difference in CT values is small, it is difficult to identify which is behind, that is, which is far from the viewpoint. Such a problem can be said not only between soft tissues but also between bone tissues.
従来から、上記のような問題に対して、効果的に遠近情報を提示するための様々な手法が提案されている。これらの手法は、2つに大別される。第1の手法は、予め臓器や組織を区別し、臓器や組織ごとに異なる色を付すことによって、遠近情報を提示する。第2の手法は、臓器や組織を区別せずに遠近情報を提示する。第2の手法の場合、臓器や組織ごとに奥行きを評価するのではなく、画素や領域ごとに奥行きを評価する。ここで、「領域」は、単一の画素によって構成されても良いし、隣接する複数の画素が連結されて構成されても良い。また、単一の領域は、単一の臓器や組織の範囲と一致しても良いし、一致しなくても良い。 Conventionally, various methods for effectively presenting perspective information have been proposed for the above problems. These methods are roughly divided into two. The first method presents perspective information by distinguishing organs and tissues in advance and assigning different colors to the organs and tissues. The second method presents perspective information without distinguishing between organs and tissues. In the case of the second method, the depth is not evaluated for each organ or tissue, but the depth is evaluated for each pixel or region. Here, the “region” may be configured by a single pixel, or may be configured by connecting a plurality of adjacent pixels. A single region may or may not match the range of a single organ or tissue.
例えば、第1の手法をCT画像に適用する場合、CT値の差が小さい臓器や組織を正確に区別できないことがある。臓器や組織が正確に区別されなければ、正しい遠近情報を提示することができない。このような問題は、CT画像に限らず、MR画像、超音波画像等についても言える。 For example, when the first technique is applied to a CT image, an organ or tissue having a small difference in CT value may not be accurately distinguished. If organs and tissues are not accurately distinguished, correct perspective information cannot be presented. Such a problem can be said not only for CT images but also for MR images, ultrasonic images, and the like.
そこで、CT値の差が小さい臓器や組織に対しては、第2の手法を適用することが望ましいと言える。第2の手法の従来技術としては、特許文献1及び2が開示されている。 Therefore, it can be said that it is desirable to apply the second method to an organ or tissue having a small difference in CT value. Patent Documents 1 and 2 are disclosed as conventional techniques of the second method.
特許文献1には、3次元画像を画像処理してあたかも内視鏡の視点から見た画像と類似する仮想化内視鏡画像を作成し、表示する仮想化内視鏡装置が開示されている。特許文献1に記載の仮想化内視鏡装置では、「本物の内視鏡画像に比べて画像の奥行き感が十分表示されず、場合によっては、観察や診断がしにくい」という問題を解決するために、「内視鏡の視点からの距離に応じて、画像を構成するピクセルの表示時の明るさを、距離が大きいほど暗くなるように設定する」と記載されている。 Patent Document 1 discloses a virtual endoscope apparatus that generates and displays a virtual endoscopic image similar to an image viewed from an endoscope viewpoint by performing image processing on a three-dimensional image. . The virtual endoscopic device described in Patent Literature 1 solves the problem that “a sense of depth of an image is not sufficiently displayed as compared with a real endoscopic image, and in some cases, observation and diagnosis are difficult”. For this reason, it is described that “the brightness at the time of display of the pixels constituting the image is set so as to become darker as the distance increases” according to the distance from the viewpoint of the endoscope.
特許文献2には、3次元空間内に定義された仮想物体をフォグ(霧)効果を施された2次元画像に変換する画像処理装置が開示されている。特許文献2には、従来技術の説明として、「コンピュータグラフィックスにおいて、視点から物体までの距離を使って、物体の明るさと大気の明るさを混合(ブレンディング)し、遠くのものほどぼんやり見えるようにすることがある」と記載されている。 Patent Document 2 discloses an image processing apparatus that converts a virtual object defined in a three-dimensional space into a two-dimensional image subjected to a fog (fog) effect. In Patent Document 2, as a description of the prior art, “In computer graphics, the distance from the viewpoint to the object is used to blend (blend) the brightness of the object and the brightness of the atmosphere, so that the farther away the object appears to be blurred. May be included. ”
しかしながら、特許文献1のように、視点からの距離が大きいほど暗くなるように設定すると、視点からの距離が離れている領域は暗くなるので、観察や診断が困難になる。また、特許文献2のように、視点からの距離が大きいほどぼんやり見えるようにすると、視点からの距離が離れている領域はぼやけるので、観察や診断が困難になる。いずれにしても、特許文献1や特許文献2では、遠近情報を提示するために、視点からの距離が離れている領域の視認性を犠牲にしている。 However, as in Patent Document 1, if the distance from the viewpoint is set to be darker as the distance from the viewpoint is larger, an area away from the viewpoint becomes darker, so that observation and diagnosis are difficult. In addition, as in Patent Document 2, when the distance from the viewpoint is made larger as the distance from the viewpoint becomes larger, an area that is far from the viewpoint is blurred, which makes observation and diagnosis difficult. In any case, in Patent Document 1 and Patent Document 2, in order to present perspective information, the visibility of an area that is far from the viewpoint is sacrificed.
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、視点からの距離が離れている領域の視認性を維持しながら、元画像の画素値の差が小さい領域同士の遠近情報を正確に提示することが可能な三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to reduce the difference in pixel values of the original image while maintaining the visibility of an area far from the viewpoint. To provide a three-dimensional image display apparatus and a three-dimensional image display method capable of accurately presenting perspective information between regions.
前述した目的を達成するための第1の発明は、各領域の遠近情報が識別可能な複数色三次元画像を表示する三次元画像表示装置であって、元画像データから単一色三次元画像を作成する第1作成手段と、前記元画像データに対応するデプス画像の画素値を取得する取得手段と、前記デプス画像の画素値に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記単一色三次元画像に複数の色を付し、前記複数色三次元画像を作成する第2作成手段と、前記複数色三次元画像の表示を制御する表示制御手段と、を具備することを特徴とする三次元画像表示装置である。 A first invention for achieving the above-mentioned object is a three-dimensional image display device for displaying a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified, and a single-color three-dimensional image is obtained from original image data. First creating means for creating, obtaining means for obtaining a pixel value of the depth image corresponding to the original image data, and determining a distance from the viewpoint in each region based on the pixel value of the depth image, and close to the viewpoint As a result, the density change of the first color is monotonously increased or decreased, and the density of the second color different from the first color is set to be opposite to the density change of the first color as the distance from the viewpoint increases. A second creating means for creating a plurality of three-dimensional images by adding a plurality of colors to the single-color three-dimensional image by monotonously decreasing or increasing a second color density change; Display system that controls the display of images A three-dimensional image display apparatus characterized by comprising a means.
第2の発明は、各領域の遠近情報が識別可能な複数色三次元画像を表示する三次元画像表示装置であって、各領域における視点からの距離を判定し、第1色の濃度変化を視点からの距離に応じて単調に増加又は減少させ、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記複数色三次元画像を作成することを特徴とする三次元画像表示装置である。 A second invention is a three-dimensional image display device for displaying a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified, determining a distance from a viewpoint in each region, and determining a density change of the first color. The density change of the second color is monotonously increased or decreased according to the distance from the viewpoint so that the density of the second color different from the first color is opposite to the density change of the first color. The three-dimensional image display device is characterized in that the multi-color three-dimensional image is created by decreasing or increasing the three-dimensional image.
第3の発明は、各領域の遠近情報が識別可能な複数色三次元画像を表示する三次元画像表示方法であって、元画像データから単一色三次元画像を作成する第1作成ステップと、前記元画像データに対応するデプス画像の画素値を取得する取得ステップと、前記デプス画像の画素値に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記単一色三次元画像に複数の色を付し、前記複数色三次元画像を作成する第2作成ステップと、前記複数色三次元画像の表示を制御する表示制御ステップと、を含むことを特徴とする三次元画像表示方法である。 A third invention is a three-dimensional image display method for displaying a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified, and a first creation step of creating a single-color three-dimensional image from original image data; An acquisition step of acquiring a pixel value of the depth image corresponding to the original image data, and determining a distance from the viewpoint in each region based on the pixel value of the depth image, and the density of the first color as it approaches the viewpoint The change in the second color is monotonously increased or decreased, and as the distance from the viewpoint increases, the density change of the second color is changed so that the density of the second color different from the first color is opposite to the density change of the first color. A second creation step of creating a plurality of color three-dimensional images by adding a plurality of colors to the single-color three-dimensional image, and display control for controlling display of the plurality of color three-dimensional images Step and A three-dimensional image display method comprising Mukoto.
本発明によれば、視点からの距離が離れている領域の視認性を維持しながら、元画像の画素値の差が小さい領域同士の遠近情報を正確に提示することが可能な三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法を提供することができる。 According to the present invention, a three-dimensional image display capable of accurately presenting perspective information between regions having a small difference in pixel values of the original image while maintaining the visibility of a region far from the viewpoint. An apparatus and a three-dimensional image display method can be provided.
以下図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図1を参照して、本発明の実施の形態に係る三次元画像表示装置1のハードウエア構成の例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an example of the hardware configuration of the three-dimensional image display device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1の例に示す三次元画像表示装置1は、三次元画像の表示処理を行う装置である。なお、本発明に係る三次元画像表示装置1は、例えば、一般のパーソナルコンピュータ等で構成されてもよい。 A three-dimensional image display device 1 shown in the example of FIG. 1 is a device that performs display processing of a three-dimensional image. Note that the three-dimensional image display device 1 according to the present invention may be configured by, for example, a general personal computer.
図1に示すように、三次元画像表示装置1は、表示装置17、マウス18やキーボード19などの入力装置等が接続される。また、三次元画像表示装置1には、ネットワーク20を介して医用画像撮影装置21等が接続される。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional image display device 1 is connected to a display device 17 and input devices such as a mouse 18 and a keyboard 19. In addition, a medical image photographing device 21 and the like are connected to the three-dimensional image display device 1 via a network 20.
三次元画像表示装置1は、図1に示すように、CPU(Central
Processing Unit)11、主メモリ12、記憶装置13、通信インタフェース(通信I/F)14、表示メモリ15、マウス18及びキーボード19等の外部機器とのインタフェース(I/F)16を備え、各部はバス10を介して接続されている。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional image display device 1 is a CPU (Central
Processing Unit) 11, main memory 12, storage device 13, communication interface (communication I / F) 14, display memory 15, interface 18 with external devices such as mouse 18 and keyboard 19, etc. They are connected via a bus 10.
CPU11は、主メモリ12または記憶装置13等に格納されるプログラムを主メモリ12のRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス10を介して接続された各部を駆動制御し、三次元画像表示装置1が行う各種処理を実現する。 The CPU 11 calls and executes a program stored in the main memory 12 or the storage device 13 in the work memory area on the RAM of the main memory 12, and drives and controls each unit connected via the bus 10, thereby obtaining a three-dimensional image. Various processes performed by the display device 1 are realized.
主メモリ12は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される。ROMは、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。また、RAMは、ROM、記憶装置13等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、CPU11が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。 The main memory 12 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The ROM permanently holds a computer boot program, a program such as BIOS, data, and the like. The RAM temporarily stores programs, data, and the like loaded from the ROM, the storage device 13, and the like, and includes a work area that the CPU 11 uses to perform various processes.
記憶装置13は、HDD(ハードディスクドライブ)や他の記録媒体へのデータの読み書きを行う装置であり、CPU11が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OS(オペレーティングシステム)等が格納される。プログラムに関しては、OSに相当する制御プログラムや、アプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、CPU11により必要に応じて読み出されて主メモリ12のRAMに移され、各種の手段として実行される。なお、記憶装置13にCT画像等の医用画像のデータを記憶し、表示装置17に表示させるようにしてもよい。 The storage device 13 is a device that reads and writes data from and to an HDD (hard disk drive) and other recording media, and stores a program executed by the CPU 11, data necessary for program execution, an OS (operating system), and the like. As for the program, a control program corresponding to the OS and an application program are stored. Each of these program codes is read by the CPU 11 as necessary, transferred to the RAM of the main memory 12, and executed as various means. Note that medical image data such as CT images may be stored in the storage device 13 and displayed on the display device 17.
通信I/F14は、通信制御装置、通信ポート等を有し、三次元画像表示装置1とネットワーク20との通信を媒介する。また通信I/F14は、ネットワーク20を介して、他のコンピュータや、X線CT装置、MRI装置等の医用画像撮影装置21との通信制御を行う。I/F16は、周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器とのデータの送受信を行う。 The communication I / F 14 includes a communication control device, a communication port, and the like, and mediates communication between the 3D image display device 1 and the network 20. In addition, the communication I / F 14 performs communication control with other computers, medical image capturing apparatuses 21 such as an X-ray CT apparatus and an MRI apparatus via the network 20. The I / F 16 is a port for connecting a peripheral device, and transmits / receives data to / from the peripheral device.
表示メモリ15は、CPU11から入力される表示データを一時的に蓄積するバッファである。蓄積された表示データは所定のタイミングで表示装置17に出力される。 The display memory 15 is a buffer that temporarily accumulates display data input from the CPU 11. The accumulated display data is output to the display device 17 at a predetermined timing.
表示装置17は、液晶パネル等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、表示メモリ15を介してCPU11に接続される。表示装置17はCPU11の制御により表示メモリ15に蓄積された表示データを表示する。 The display device 17 includes a display device such as a liquid crystal panel and a logic circuit for executing display processing in cooperation with the display device, and is connected to the CPU 11 via the display memory 15. The display device 17 displays the display data stored in the display memory 15 under the control of the CPU 11.
マウス18及びキーボード19は、ユーザによって入力される各種の指示や情報をCPU11に出力する。ユーザは、マウス18及びキーボード19等の外部機器を使用して対話的に三次元画像表示装置1を操作する。 The mouse 18 and the keyboard 19 output various instructions and information input by the user to the CPU 11. The user interactively operates the 3D image display apparatus 1 using external devices such as the mouse 18 and the keyboard 19.
ネットワーク20は、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)、イントラネット、インターネット等の各種通信網を含み、医用画像撮影装置21や他の情報機器等と三次元画像表示装置1との通信接続を媒介する。 The network 20 includes various communication networks such as a LAN (Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), an intranet, and the Internet, and communication between the medical image photographing apparatus 21 and other information devices and the 3D image display apparatus 1. Mediate the connection.
次に、図2〜図4を参照して、本発明の実施の形態に係る三次元画像表示装置1で行われる処理の概要について説明する。以下では、三次元画像の元画像データとして、X線CT装置によって得られるデータを例に挙げて説明する。但し、本発明は、この例に限定されるものではなく、三次元画像の元画像データとして、MR装置や超音波撮影装置等によって得られるデータを適用しても良い。 Next, with reference to FIGS. 2 to 4, an outline of processing performed in the 3D image display apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described. In the following, data obtained by an X-ray CT apparatus will be described as an example of original image data of a three-dimensional image. However, the present invention is not limited to this example, and data obtained by an MR apparatus, an ultrasonic imaging apparatus, or the like may be applied as original image data of a three-dimensional image.
図2は、サーフェイスレンダリング(Surface Rendering)による三次元CT画像(グレースケール)の例である。図2は、「黒」のみの濃度変化によって表現されていることから、「単一色三次元画像」と言える。以下、グレースケール画像も含めて、単一の色の濃度変化によって表現される三次元画像を、「単一色三次元画像」と称する。これに対して、複数の色の濃度変化によって表現される三次元画像を、「複数色三次元画像」と称する。 FIG. 2 is an example of a three-dimensional CT image (grayscale) by surface rendering. Since FIG. 2 is expressed by a density change of only “black”, it can be said to be a “single-color three-dimensional image”. Hereinafter, a three-dimensional image represented by a single color density change including a gray scale image is referred to as a “single-color three-dimensional image”. In contrast, a three-dimensional image expressed by density changes of a plurality of colors is referred to as a “multi-color three-dimensional image”.
以下では、「単一色三次元画像」を総称するときは、符号32を付して、「単一色三次元画像32」と表記する。個々の画像を区別するときは、符号32の後に小文字のアルファベットを付す。例えば、図2の画像は、単一色三次元画像32aとする。同様に、「複数色三次元画像」を総称するときは、符号34を付して、「複数色三次元画像34」と表記する。個々の画像を区別するときは、符号34の後に小文字のアルファベットを付す。 In the following, when “single-color three-dimensional image” is generically referred to, a reference numeral 32 is given and expressed as “single-color three-dimensional image 32”. When distinguishing individual images, a lower case alphabet is appended after the reference numeral 32. For example, the image in FIG. 2 is a single-color three-dimensional image 32a. Similarly, when “multiple-color three-dimensional image” is generically referred to, a reference numeral 34 is given and expressed as “multiple-color three-dimensional image 34”. When distinguishing individual images, a lower case alphabet is added after the reference numeral 34.
後述するように、本発明の実施の形態に係る三次元画像表示装置1では、図2に示す組織A1と組織A2や、組織B1と組織B2のように、CT値の差が小さい組織同士に対して、視点からの距離が離れている領域の視認性を維持しながら、遠近情報を正確に提示することができる。 As will be described later, in the three-dimensional image display apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, between tissues A1 and A2 shown in FIG. 2 and tissues B1 and B2 having a small difference in CT values. On the other hand, perspective information can be accurately presented while maintaining the visibility of a region that is far from the viewpoint.
図3に示すように、三次元画像表示装置1は、元画像データ31から、単一色三次元画像32を作成する。また、三次元画像表示装置1は、元画像データに対応するデプス画像33の画素値を取得する。ここで、三次元画像表示装置1は、デプス画像の画素値を取得するために、デプス画像33を作成しても良い。 As shown in FIG. 3, the three-dimensional image display device 1 creates a single-color three-dimensional image 32 from the original image data 31. In addition, the 3D image display apparatus 1 acquires the pixel value of the depth image 33 corresponding to the original image data. Here, the three-dimensional image display device 1 may create the depth image 33 in order to acquire the pixel value of the depth image.
デプス画像とは、デプス法によって構成される画像である。デプス法とは、CT画像上の各画素から、その画素を投影する箇所までの距離に応じて陰影を付ける方法である。 A depth image is an image formed by the depth method. The depth method is a method of applying a shadow according to the distance from each pixel on the CT image to the location where the pixel is projected.
そして、三次元画像表示装置1は、単一色三次元画像32の画素値及びデプス画像33の画素値に基づいて、同一画素に対する複数色三次元画像34の画素値を決定し、複数色三次元画像34を作成する。以下では、単一色三次元画像32の画素値を「単一色濃淡値」と略称することもある。また、デプス画像33の画素値を「デプス値」と略称することもある。また、複数色三次元画像34の画素値を「カラー値」と略称することもある。 Then, the three-dimensional image display device 1 determines the pixel value of the multi-color three-dimensional image 34 for the same pixel based on the pixel value of the single-color three-dimensional image 32 and the pixel value of the depth image 33, and the multi-color three-dimensional image An image 34 is created. Hereinafter, the pixel value of the single-color three-dimensional image 32 may be abbreviated as “single-color shading value”. In addition, the pixel value of the depth image 33 may be abbreviated as “depth value”. In addition, the pixel values of the multi-color three-dimensional image 34 may be abbreviated as “color values”.
具体的には、三次元画像表示装置1は、デプス値36に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、第1色と異なる第2色の濃度を、第1色の濃度変化と逆になるように第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、単一色三次元画像32に複数の色を付し、複数色三次元画像34を作成する。 Specifically, the three-dimensional image display device 1 determines the distance from the viewpoint in each region based on the depth value 36, and monotonously increases or decreases the density change of the first color as it approaches the viewpoint. As the distance from the viewpoint increases, the density of the second color, which is different from the density of the first color, is monotonically reduced or increased by changing the density change of the second color so as to be opposite to the density change of the first color. A plurality of colors are attached to the image 32 to create a multi-color three-dimensional image 34.
例えば、第1色又は第2色のいずれか一方をグレーとする。この場合、三次元画像表示装置1は、デプス値36に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近い領域ではグレーの濃淡で表現され、視点から遠くなるにつれてグレーとは異なる色の濃淡の割合が多くなるように表現される複数色三次元画像34を作成する。また、反対に、三次元画像表示装置1は、デプス値36に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近い領域ではグレーとは異なる色の濃淡で表現され、視点から遠くなるにつれてグレーの濃淡の割合が多くなるように表現される複数色三次元画像34を作成しても良い。 For example, one of the first color and the second color is gray. In this case, the 3D image display apparatus 1 determines the distance from the viewpoint in each region based on the depth value 36, and is expressed in gray shades in the region close to the viewpoint, and a color different from gray as the distance from the viewpoint increases. A multi-color three-dimensional image 34 that is expressed so as to increase the density ratio is generated. On the other hand, the 3D image display apparatus 1 determines the distance from the viewpoint in each region based on the depth value 36, and the region close to the viewpoint is expressed by light and shade of a color different from gray and is far from the viewpoint. Accordingly, a multi-color three-dimensional image 34 that is expressed so that the ratio of gray shades increases may be created.
例えば、単一色三次元画像32がグレースケール画像の場合、第1色又は第2色のいずれか一方をグレーとすることによって、複数色三次元画像34は、単一色三次元画像32に1色分の色が付されたものとなる。これによって、ユーザは、単一色三次元画像32と複数色三次元画像34の比較が容易となる。 For example, when the single-color three-dimensional image 32 is a grayscale image, the multi-color three-dimensional image 34 is added to the single-color three-dimensional image 32 by changing one of the first color and the second color to gray. The color of the minute is added. Thereby, the user can easily compare the single-color three-dimensional image 32 and the multi-color three-dimensional image 34.
図4に示すグラフは、横軸が視点からの距離、縦軸が濃度である。図4に示すように、第1色の濃度変化を単調に減少させる場合には、第2色の濃度変化を単調に増加させる。逆に、第1色の濃度変化を単調に増加させる場合には、第2色の濃度変化を単調に減少させる。三次元画像表示装置1は、単一色三次元画像32に対して、このような濃度変化を有する複数の色を付し、複数色三次元画像34を作成する。 In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the distance from the viewpoint, and the vertical axis represents the density. As shown in FIG. 4, when the density change of the first color is monotonously decreased, the density change of the second color is monotonously increased. Conversely, when the density change of the first color is monotonously increased, the density change of the second color is monotonously decreased. The three-dimensional image display device 1 adds a plurality of colors having such density changes to the single-color three-dimensional image 32 to create a multi-color three-dimensional image 34.
次に、図5〜図11を参照して、本発明の実施の形態に係る三次元画像表示装置1で行われる処理の詳細について説明する。 Next, with reference to FIGS. 5-11, the detail of the process performed with the three-dimensional image display apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
図5に示すように、CPU11は、元画像データ31から、単一色三次元画像32及びデプス画像33を作成する(S1)。尚、CPU11は、ここでデプス画像33を作成せずに、S3において直接的にデプス値Diを取得するようにしても良い。 As shown in FIG. 5, the CPU 11 creates a single-color three-dimensional image 32 and a depth image 33 from the original image data 31 (S1). Note that the CPU 11 may directly acquire the depth value Di in S3 without creating the depth image 33 here.
次に、CPU11は、画像空間における最初の画素の座標adrを指定する(S2)。画像空間は、横方向をX軸、縦方向をY軸とする2次元平面である。画像空間(X、Y)の大きさ及びサンプリング間隔は任意であるが、単一色三次元画像32、デプス画像33及び複数色三次元画像34は、全て同一の大きさ及びサンプリング間隔とする。CPU11は、S2及び後述するS5において、画像空間(X、Y)から、1つずつ、(X0、Y0)、(X1、Y1)、・・・のように、座標adrを指定していく。 Next, the CPU 11 designates the coordinate adr of the first pixel in the image space (S2). The image space is a two-dimensional plane having the horizontal direction as the X axis and the vertical direction as the Y axis. The size of the image space (X, Y) and the sampling interval are arbitrary, but the single-color three-dimensional image 32, the depth image 33, and the multi-color three-dimensional image 34 are all set to the same size and sampling interval. In S2 and S5 described later, the CPU 11 designates the coordinates adr from the image space (X, Y) one by one like (X0, Y0), (X1, Y1),.
ここで、図6を参照しながら、デプス値Diについて説明する。図6は、断層像41、起点面42及びデプス値Diの関係を示している。断層像41の断面は、被検体の体軸方向に垂直な平面である。尚、本発明は、断層像41に限らず、MPR(Multi Planar Reconstruction)画像やCPR(Curved
Planar Reconstruction)画像に適用しても良い。
Here, the depth value Di will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the relationship between the tomographic image 41, the origin plane 42, and the depth value Di. The cross section of the tomographic image 41 is a plane perpendicular to the body axis direction of the subject. The present invention is not limited to the tomographic image 41, but is also an MPR (Multi Planar Reconstruction) image or CPR (Curved).
(Planar Reconstruction) It may be applied to images.
図6に示す例は、視点を面として捉えて、この面から投影面への平行な投影線によって投影する平行投影法によるものである。起点面42は、投影線の起点となる面を意味する。 The example shown in FIG. 6 is based on the parallel projection method in which the viewpoint is regarded as a plane and projected by parallel projection lines from this plane to the projection plane. The origin plane 42 means a plane that is the origin of the projection line.
図6に示す例では、起点面42が平面ではなく、凹凸がある曲面となっている。これは、観察対象の臓器を遮る他の臓器が存在する場合、すなわち、視点から観察対象の臓器までの間に他の臓器が存在する場合、観察対象の臓器が観察できないという問題を解消するためである。断層像41と起点面42との交線が、起点曲線43である。図6の例は、観察対象の臓器が腎臓である。図6に示すように、腎臓を観察可能にするために、起点曲線43は、折れ線グラフのようになっている。図6に示す起点曲線43であれば、視点から腎臓までの間に他の臓器が存在しない。 In the example shown in FIG. 6, the starting surface 42 is not a flat surface but a curved surface having irregularities. This solves the problem that the observation target organ cannot be observed when another organ that blocks the observation target organ exists, that is, when another organ exists between the viewpoint and the observation target organ. It is. A line of intersection between the tomographic image 41 and the starting point plane 42 is a starting point curve 43. In the example of FIG. 6, the organ to be observed is the kidney. As shown in FIG. 6, in order to make the kidney observable, the starting curve 43 is a line graph. In the case of the starting point curve 43 shown in FIG. 6, there is no other organ between the viewpoint and the kidney.
デプス値Diは、起点曲線43(起点面42)から、画素値が閾値条件を満たす画素までの距離に基づく値である。三次元画像表示装置1は、このようなデプス値Diを用いることによって、観察対象の臓器が観察可能な複数色三次元画像34を作成することができる。尚、図6に示す例では、最も単純な例として、投影線(→)の向きを縦方向(画像空間のY軸方向)としたが、これに限定されるものではなく、任意の方向として良い。 The depth value Di is a value based on the distance from the starting point curve 43 (starting point surface 42) to the pixel whose pixel value satisfies the threshold condition. By using such a depth value Di, the three-dimensional image display device 1 can create a multi-color three-dimensional image 34 in which an organ to be observed can be observed. In the example shown in FIG. 6, as the simplest example, the direction of the projection line (→) is the vertical direction (the Y-axis direction of the image space). However, the direction is not limited to this, and any direction can be used. good.
また、CPU11は、起点曲線43の集合として定義される起点面42とは別に、起点面42に平行な別の基準面を設定し、基準面から、閾値条件を満たす特定画素までの距離をデプス値Diとしても良い。以下、「起点面」は、この基準面も含むものとする。 In addition, the CPU 11 sets another reference plane parallel to the starting surface 42 separately from the starting surface 42 defined as the set of the starting point curves 43, and the distance from the reference surface to the specific pixel that satisfies the threshold value is set to the depth. The value Di may be used. Hereinafter, the “starting surface” includes this reference surface.
次に、CPU11は、座標adrにおける単一色三次元画像32の画素値(単一色濃淡値)aと、デプス値Diを取得する(S3)。S1においてデプス画像33を作成していない場合、CPU11は、S3においてデプス値Diを計算しても良い。 Next, the CPU 11 acquires a pixel value (single color shading value) a and a depth value Di of the single-color three-dimensional image 32 at the coordinates adr (S3). When the depth image 33 is not created in S1, the CPU 11 may calculate the depth value Di in S3.
次に、CPU11は、所定の単調関数に従って、座標adrにおける複数色三次元画像34の画素値(カラー値)である(R、G、B)を決定する(S4)。カラー値は、一般には、以下の式によって計算する。 Next, the CPU 11 determines (R, G, B) which are pixel values (color values) of the multi-color three-dimensional image 34 at the coordinates adr according to a predetermined monotone function (S4). The color value is generally calculated by the following formula.
(R、G、B)=(f1(a、Di)、f2(a、Di)、f3(a、Di))・・・(1) (R, G, B) = (f1 (a, Di), f2 (a, Di), f3 (a, Di)) (1)
ここで、aは単一色濃淡値、Diはデプス値、f1、f2、f3は、任意の単調関数である。 Here, a is a single color shading value, Di is a depth value, and f1, f2, and f3 are arbitrary monotone functions.
式(1)は、同一画素のデプス値Di及び同一画素の単一色濃淡値aを変数とする単調関数に従ってカラー値を求めることを意味する。三次元画像表示装置1は、このような単調関数に従ってカラー値を求めることによって、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、第1色と異なる第2色の濃度を、第1色の濃度変化と逆になるように第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、単一色三次元画像32に複数の色を付すことができる。 Expression (1) means that the color value is obtained according to a monotone function having the depth value Di of the same pixel and the single color gray value a of the same pixel as variables. The three-dimensional image display device 1 obtains a color value according to such a monotone function, thereby monotonously increasing or decreasing the density change of the first color as it approaches the viewpoint, and the first color as it becomes far from the viewpoint. Applying a plurality of colors to the single-color three-dimensional image 32 by monotonously decreasing or increasing the density change of the second color so that the density of the second color different from that of the first color is opposite to the density change of the first color. Can do.
また、更に、第1色及び第2色と異なる第3色、第4色等を定義しても良い。この場合、第3色、第4色等については、例えば、視点までの距離が中間付近において単調に増加又は減少し、視点に近い箇所や視点から遠い箇所では「0」(色を付さないことを意味する。)にしても良い。 Further, a third color, a fourth color, and the like different from the first color and the second color may be defined. In this case, for the third color, the fourth color, etc., for example, the distance to the viewpoint monotonously increases or decreases near the middle, and “0” (no color is added at a position close to or far from the viewpoint. It may mean.)
次に、CPU11は、画像空間における次の画素の座標adrを指定し(S5)、画像空間における全ての座標を指定済か否かを確認する(S6)。指定していない座標があれば(S6のNo)、CPU11は、S3から処理を繰り返す。全ての座標を指定済であれば(S6のYes)、CPU11は、複数色三次元画像34を表示装置17に表示するように制御するとともに、複数色三次元画像34のデータを記憶装置13に記憶する(S7)。 Next, the CPU 11 designates the coordinates adr of the next pixel in the image space (S5), and confirms whether all the coordinates in the image space have been designated (S6). If there is a coordinate that has not been specified (No in S6), the CPU 11 repeats the process from S3. If all the coordinates have been specified (Yes in S6), the CPU 11 controls the display device 17 to display the multi-color three-dimensional image 34 and stores the data of the multi-color three-dimensional image 34 in the storage device 13. Store (S7).
複数色三次元画像34の簡単な例として、図7では、図2に示す単一色三次元画像32aに対して、以下の式に従って作成された複数色三次元画像34aを示している。 As a simple example of the multi-color three-dimensional image 34, FIG. 7 shows a multi-color three-dimensional image 34a created in accordance with the following equation with respect to the single-color three-dimensional image 32a shown in FIG.
(R、G、B)=(C1×a+C2×Di、a、C1×a+C2×Di)・・・(2) (R, G, B) = (C1 × a + C2 × Di, a, C1 × a + C2 × Di) (2)
ここで、C1、C2は正の定数である。図7の例では、第1色が「グレー」、第2色が「紫」となる。尚、特許図面ではカラー画像を利用できないため、図7は、元々はカラー画像であったものを汎用の画像処理ソフトによってグレースケール変換している。 Here, C1 and C2 are positive constants. In the example of FIG. 7, the first color is “gray” and the second color is “purple”. In addition, since a color image cannot be used in the patent drawing, FIG. 7 is grayscale converted by a general-purpose image processing software from what was originally a color image.
また、図8では、別の例として、複数色三次元画像34b、34cを示している。図8では、視点から近い程、第2色の「紫」の濃度を濃くし、視点から遠い程、第1色の「グレー」の濃度を濃くしている。 In FIG. 8, as another example, multi-color three-dimensional images 34b and 34c are shown. In FIG. 8, the closer to the viewpoint, the higher the density of “purple” of the second color, and the farther from the viewpoint, the higher the density of “gray” of the first color.
また、図9には、単一色三次元画像32の別の例として、オパシティを用いた単一色三次元画像32bを示している。単一色三次元画像32bでは、デプス値Diは、起点面42から、仮想光線が所定のパーセント(0%を含む。)に減少するまでの距離である。 FIG. 9 shows a single-color three-dimensional image 32b using opacity as another example of the single-color three-dimensional image 32. In the single-color three-dimensional image 32b, the depth value Di is a distance from the origin plane 42 until the virtual ray is reduced to a predetermined percentage (including 0%).
図10では、図9に示す単一色三次元画像32bに対して、以下の式に従って作成された複数色三次元画像34dを示している。 FIG. 10 shows a multi-color three-dimensional image 34d created according to the following equation with respect to the single-color three-dimensional image 32b shown in FIG.
(R、G、B)=(a、C1×a+C2×Di、a)・・・(3) (R, G, B) = (a, C1 × a + C2 × Di, a) (3)
ここで、C1、C2は正の定数である。図10の例では、第1色が「グレー」、第2色が「緑」となる。尚、特許図面ではカラー画像を利用できないため、図10は、元々はカラー画像であったものを汎用の画像処理ソフトによってグレースケール変換している。 Here, C1 and C2 are positive constants. In the example of FIG. 10, the first color is “gray” and the second color is “green”. In addition, since a color image cannot be used in the patent drawing, in FIG. 10, the original color image is grayscale converted by general-purpose image processing software.
式(2)及び(3)のように、単一色濃淡値aに対して正の値(C2×Di)を加算することによって、図7及び図10に示すように、複数色三次元画像34のカラー輝度が落ちない。つまり、全ての画素で正の値(C2×Di)を加算しているので、全ての画素で輝度が増加する(但し、C2×Di=0のときは、輝度の増加は0)。従って、視点からの距離が離れている領域においても、単一色三次元画像32と比較して暗くなったり、ぼやけたりすることがないので、視認性が維持されていると言える。 As shown in FIGS. 7 and 10, by adding a positive value (C2 × Di) to the single color shading value a as shown in the equations (2) and (3), as shown in FIGS. Color brightness does not decrease. That is, since a positive value (C2 × Di) is added to all the pixels, the luminance increases in all the pixels (however, when C2 × Di = 0, the increase in luminance is 0). Therefore, it can be said that visibility is maintained even in a region that is far from the viewpoint because it is neither darkened nor blurred as compared with the single-color three-dimensional image 32.
図11は、操作画面51の一例を示している。操作画面51には、白黒/カラー選択ラジオボタン52及び色選択ラジオボタン53が含まれている。操作画面51では、第1色を「グレー」に固定し、第2色をユーザに選択させる。図11では、白黒/カラー選択ラジオボタン52は「カラー」、色選択ラジオボタン53は「その他」が選択されている。色選択ラジオボタン53が「その他」の場合、CPU11は、ポップアップ画面として、色パレット画面を表示装置17に表示し、ユーザに所望の色を選択させる。図11に示す例では、第2色として、「紫」が選択されている。尚、特許図面ではカラー画像を利用できないため、図11は、元々はカラー画像であったものを汎用の画像処理ソフトによってグレースケール変換している。 FIG. 11 shows an example of the operation screen 51. The operation screen 51 includes a monochrome / color selection radio button 52 and a color selection radio button 53. On the operation screen 51, the first color is fixed to “gray” and the second color is selected by the user. In FIG. 11, “color” is selected for the monochrome / color selection radio button 52, and “other” is selected for the color selection radio button 53. When the color selection radio button 53 is “other”, the CPU 11 displays a color palette screen on the display device 17 as a pop-up screen, and allows the user to select a desired color. In the example shown in FIG. 11, “purple” is selected as the second color. In addition, since a color image cannot be used in the patent drawing, in FIG. 11, the original color image is grayscale converted by general-purpose image processing software.
以上、本発明の実施形態に係る三次元画像表示装置1によれば、視点からの距離が離れている領域の視認性を維持しながら、元画像の画素値の差が小さい領域同士の遠近情報を正確に提示することが可能となる。 As described above, according to the three-dimensional image display device 1 according to the embodiment of the present invention, perspective information between regions where the difference in the pixel value of the original image is small while maintaining the visibility of the region that is far from the viewpoint. Can be accurately presented.
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る三次元画像表示装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the three-dimensional image display device and the like according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.
1………三次元画像表示装置
11………CPU
12………主メモリ
13………記憶装置
14………通信I/F
15………表示メモリ
16………I/F
17………表示装置
18………マウス
19………キーボード
20………ネットワーク
21………医用画像撮影装置
31………元画像データ
32………単一色三次元画像
33………デプス画像
34………複数色三次元画像
35………単一色濃淡値(単一色三次元画像の画素値)
36………デプス値(デプス画像の画素値)
37………カラー値(複数色三次元画像の画素値)
41………断層像
42………起点面
43………起点曲線
51………操作画面
52………白黒/カラー選択ラジオボタン
53………色選択ラジオボタン
1 ... 3D image display device 11 ... CPU
12 ......... Main memory 13 ......... Storage device 14 ......... Communication I / F
15: Display memory 16: I / F
17 ... …… Display device 18 ... …… Mouse 19 ... …… Keyboard 20 ... …… Network 21 ... …… Medical image capture device 31 ... …… Original image data 32 ……… Single color 3D image 33 ……… Depth Image 34... Multiple color 3D image 35... Single color gray value (pixel value of single color 3D image)
36 ... Depth value (pixel value of depth image)
37 ......... Color value (pixel value of multi-color 3D image)
41 ... …… Tomographic image 42 ... …… Starting point 43 ……… Starting point curve 51 ……… Operation screen 52 ……… Black / white / color selection radio button 53 ……… Color selection radio button
Claims (6)
元画像データから単一色三次元画像を作成する第1作成手段と、
前記元画像データに対応するデプス画像の画素値を取得する取得手段と、
前記デプス画像の画素値に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記単一色三次元画像に複数の色を付し、前記複数色三次元画像を作成する第2作成手段と、
前記複数色三次元画像の表示を制御する表示制御手段と、
を具備することを特徴とする三次元画像表示装置。 A three-dimensional image display device that displays a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified,
First creation means for creating a single-color three-dimensional image from original image data;
Obtaining means for obtaining a pixel value of a depth image corresponding to the original image data;
The distance from the viewpoint in each region is determined based on the pixel value of the depth image, and the density change of the first color is monotonously increased or decreased as the distance from the viewpoint increases, and the first color increases as the distance from the viewpoint increases. A plurality of colors in the single color three-dimensional image by monotonically decreasing or increasing the density change of the second color so that the density of the second color different from the density change of the first color is opposite to the density change of the first color. A second creating means for creating the multi-color three-dimensional image;
Display control means for controlling display of the multi-color three-dimensional image;
A three-dimensional image display device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元画像表示装置。 The second creating means colors the single-color three-dimensional image according to a monotonic function having the pixel value of the depth image of the same pixel and the pixel value of the single-color three-dimensional image of the same pixel as variables. The three-dimensional image display apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の三次元画像表示装置。 3. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the pixel value of the depth image is a value based on a distance from a starting surface to a pixel in which the pixel value satisfies a threshold condition.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の三次元画像表示装置。 4. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the second creating unit sets one of the first color and the second color to gray. 5.
各領域における視点からの距離を判定し、第1色の濃度変化を視点からの距離に応じて単調に増加又は減少させ、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記複数色三次元画像を作成することを特徴とする三次元画像表示装置。 A three-dimensional image display device that displays a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified,
The distance from the viewpoint in each region is determined, the density change of the first color is monotonously increased or decreased according to the distance from the viewpoint, and the density of the second color different from the first color is set to the first color. A three-dimensional image display device that creates the multi-color three-dimensional image by monotonously decreasing or increasing the density change of the second color so as to be opposite to the density change.
元画像データから単一色三次元画像を作成する第1作成ステップと、
前記元画像データに対応するデプス画像の画素値を取得する取得ステップと、
前記デプス画像の画素値に基づいて各領域における視点からの距離を判定し、視点に近くなるにつれて、第1色の濃度変化を単調に増加又は減少させ、視点から遠くなるにつれて、前記第1色と異なる第2色の濃度を、前記第1色の濃度変化と逆になるように前記第2色の濃度変化を単調に減少又は増加させることによって、前記単一色三次元画像に複数の色を付し、前記複数色三次元画像を作成する第2作成ステップと、
前記複数色三次元画像の表示を制御する表示制御ステップと、
を含むことを特徴とする三次元画像表示方法。 A three-dimensional image display method for displaying a multi-color three-dimensional image in which perspective information of each region can be identified,
A first creation step of creating a single color three-dimensional image from the original image data;
An acquisition step of acquiring a pixel value of a depth image corresponding to the original image data;
The distance from the viewpoint in each region is determined based on the pixel value of the depth image, and the density change of the first color is monotonously increased or decreased as the distance from the viewpoint increases, and the first color increases as the distance from the viewpoint increases. A plurality of colors in the single color three-dimensional image by monotonically decreasing or increasing the density change of the second color so that the density of the second color different from the density change of the first color is opposite to the density change of the first color. A second creation step of creating the multi-color three-dimensional image;
A display control step for controlling display of the multi-color three-dimensional image;
A three-dimensional image display method comprising:
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