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JP3627066B2 - Panorama projection method and panorama projection apparatus - Google Patents
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JP3627066B2 - Panorama projection method and panorama projection apparatus - Google Patents

Panorama projection method and panorama projection apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータグラフィクスのパノラマ投影方法に係り、特に、中心投影方法における画像の歪みを改善して広い視野を確保する手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
中心投影方法は、図45に示すように、視点eから放射状に光線を照射し、投影対象を投影平面上に投影し、画像を得る方法である。この中心投影方法は、例えば体内の断層像23の画像40a,40bを投影平面4上に投影し、投影像40A,40Bを得ることに応用され、断層像の三次元画像を構成するために用いられる。
【0003】
平行投影方法は、図46に示すように、平行光線を照射し、投影対象を投影面上に投影し、画像を得る方法である。この平行投影方法も、体内の断層像23の画像40a,40bを投影平面4上に投影し、投影像40A,40Bを得ることに応用され、断層像の三次元画像を構成するために用いられる。
【0004】
一般に、体内に視点を持ち込み、血管内壁,食道内壁,腸,気管支等の器官内の微小部分を投影し、三次元表示する場合には、視点を投影対象器官の内部に入れ、内部から周りを見る中心投影方法が適している。
【0005】
一方、骨,皮膚,体表面などを外部から観察する場合には、外部形状を直感的に理解できる平行投影方法が適している。
【0006】
一般的に、従来の中心投影方法における投影面および平行投影方法における投影面は、コンピュータグラフィクスに関する代表的な文献である「コンピュータグラフィクス」(J.D.Foley & A.Van Dam著)今宮淳美訳(昭和59年7月15日 日本コンピュータ協会発行)にも示されているように、平面であった。
【0007】
中心投影方法を用いて物体を投影平面4に投影する場合、投影平面4の中心から周辺にいくに従って投影像が拡大され、投影平面4の中心50から急激に外側に離れていく。したがって、中心50付近の画像と比較して、投影平面4の中心から周辺にいくに従って画像のひずみが大きくなる。この傾向は、視点eと投影対象との距離rが近いほど、顕著になる。
【0008】
図47において、視点eから投影面4までの距離をR,視点eから断層像における投影対象までの距離をr,投影中心から円周方向への距離をl(一定)とすると、投影面上における距離Hは、
H=R・l/r
となる。投影対象までの距離rが小さくなると、投影面上における距離Hは急激に大きくなり、投影面上の中心50から遠ざかる。例えばCRTの画面上に表示する場合、表示領域が有限なので、投影面上における距離Hを決めると、視点eから投影面4までの距離Rに応じて、投影可能な領域が決まる。視点eから左右180度の幅を投影するには、R=0としなければならず、非常に狭い部分しか投影できない。
【0009】
一方、平行投影においては、画像のひずみが少ないが、図48に示すように、食道や腸の内部などのように内部に複雑な凹凸がある場合、投影対象同士が重なり、見えない部分が多くなる欠点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
三次元表示は、血管,食道などの管状の対象物に用いられることがある。このような対象物では、これら管状の対象物の内部に入り込み、左右180度以上の広い範囲の管壁が見えるように、パノラマ状の視界を与える三次元表示が必要である。
【0011】
さらに、血管,腸などは曲がりくねっているので、この管に沿って展開した三次元画像を作成する必要がある。
【0012】
本発明の第1目的は、ゆがみが少なくパノラマ状の広い視野が得られる直線パノラマ投影方法および直線パノラマ投影装置を提供することである。
【0013】
本発明の第2目的は、曲がった管状の投影対象について投影対象同士の重なりをできるだけ避けながら、ゆがみが少なくパノラマ状の広い視野が得られる曲線パノラマ投影方法および曲線パノラマ投影装置を提供することである。
【0014】
本発明の第3の目的は、直線上に分布した視点と任意曲面とを用いて、ゆがみが少なくパノラマ状の広い視野が得られる任意曲面パノラマ投影方法および任意曲面パノラマ投影装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第1の目的を達成するために、直線上に連続的に分布する各視点から前記直線と直交する平面内に放射状に光線を照射し、前記直線を軸とする円柱投影面に投影対象を直接投影し、その投影結果を投影平面に展開してパノラマ表示する直線パノラマ投影方法を提案する。
【0016】
本発明は、また、直線を設定する手段と、前記直線を軸とする円柱投影面を設定する手段と、前記直線上に連続的に分布する各視点から前記直線と直交する平面内に放射状に光線を照射し前記円柱投影面に投影対象を直接投影する手段と、その投影結果を投影平面に展開する手段と、前記投影平面に展開された投影結果をパノラマ表示する表示手段とを含む直線パノラマ投影装置を提案する。
【0017】
前記直線パノラマ投影方法および直線パノラマ投影装置においては、前記投影対象の少なくとも一部が、前記視点と前記円柱投影面との間に存在することができる。
【0018】
上記いずれの直線パノラマ投影方法においても、前記円柱投影面の半径を、前記視点から前記投影平面までの距離に等しくしてもよいし、前記視点から前記投影平面までの距離よりも短くしてもよいし、前記視点から前記投影平面までの距離よりも長くしてもよい。
【0019】
一方、前記円柱投影面の中心角度は、0から360度の間の任意の角度に設定可能である。
【0020】
前記投影対象は、入力装置から入力されたデータ,演算装置により演算された結果のデータにいずれでもよい。
【0021】
さらに、演算装置により演算された結果のデータは、より具体的には、三次元計測によるボリューム画像を分解して得られた断層像を含む断層像、または、一般的直線投影方法を用いて構成した三次元画像とすることができる。
【0022】
本発明は、上記第2の目的を達成するために、任意の曲線上に連続的に分布する各視点から当該視点における接線と直交する平面内に放射状に光線を照射し、前記接線を軸とする短い円柱投影面に投影対象を直接投影し、前記短い円柱投影面を多数接続し前記曲線に沿った投影像を作成し、その投影結果を投影平面に展開してパノラマ表示する曲線パノラマ投影方法を提案する。
【0023】
本発明は、さらに、任意の曲線を設定する手段と、前記任意の曲線上に連続的に分布する各視点から当該視点における接線と直交する平面内に放射状に光線を照射し前記接線を軸とする短い円柱投影面に投影対象を直接投影する手段と、前記短い円柱投影面を多数接続し前記曲線に沿った投影像を作成する手段と、その投影結果を投影平面に展開する手段と、前記投影平面に展開された投影結果をパノラマ表示する表示手段とを含む曲線パノラマ投影装置を提案する。
【0024】
前記曲線パノラマ投影方法および任意曲面パノラマ投影装置においては、前記投影対象の少なくとも一部が、前記視点と前記円柱投影面との間に存在することができる。
【0025】
いずれの曲線パノラマ投影方法においても、前記円柱投影面の半径を、前記視点から前記投影平面までの距離に等しくしてもよいし、前記視点から前記投影平面までの距離よりも短くしてもよいし、前記視点から前記投影平面までの距離よりも長くしてもよい。
【0026】
一方、前記円柱投影面の角度は、0から360度の間の任意の角度に設定できる。
【0027】
前記投影対象は、入力装置により入力されたデータ、または、演算装置により演算された結果のデータのいずれでもよい。
【0028】
さらに、前記演算装置により演算された結果のデータは、より具体的には、三次元計測によるボリューム画像を分解して得られた断層像を含む断層像である。
【0029】
本発明は、上記第3の目的を達成するために、直線上に連続的に分布する各視点から前記直線と直交する平面内に放射状に光線を照射し、任意曲面に投影対象を直接投影し、その投影結果を投影平面に展開してパノラマ表示する任意曲面パノラマ投影方法を提案する。
【0030】
本発明は、直線および任意曲面を設定する手段と、前記直線上に連続的に分布する各視点から前記直線と直交する平面内に放射状に光線を照射し前記任意曲面に投影対象を直接投影する手段と、その投影結果を投影平面に展開する手段と、前記投影平面に展開された投影結果をパノラマ表示する表示手段とを含む任意曲面パノラマ投影装置を提案する。
【0031】
前記任意曲面パノラマ投影方法および任意曲面パノラマ投影装置においては、投影対象の少なくとも一部が、前記視点と前記任意曲面との間に存在することができる。
【0032】
いずれのパノラマ投影方法においても、前記投影面の断面が、平面以外の任意の曲線であり、前記投影面の断面が、視点の位置に応じて変化するようにしてもよく、前記投影面の断面を、投影対象の形状および投影対象の観察の目的に応じて変化させてもよい。
【0033】
前記投影対象は、入力装置から入力されたデータ、または、演算装置により演算した結果のデータのいずれでもよく、演算装置により演算した結果のデータは、より具体的には、三次元計測によるボリューム画像を分解して得られた断層像を含む断層像であり、一般的直線投影方法を用いて構成した三次元画像である。
【0034】
【作用】
図37および38は、本発明による直線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。投影面は、紙面に垂直な直線を中心軸7とする円柱投影面21となっている。視点は、円柱投影面21の中心軸7に連続的に分布し、投影対象5を円柱投影面21に投影する。
【0035】
図37においては、視点を囲む曲面の中心角度は、ちょうど180度になっているが、中心角度は任意である。円柱投影面21に投影された三次元画像は、円柱投影面21を領域12〜13にパノラマ投影して平面4に変換される。
【0036】
図38においては、視点を囲む曲面の中心角度は、180度よりも大きく、端点10,11は、図37の曲面のそれらよりも近づいている。この場合も、図37の場合と同様に、端点10,11間の曲面に投影された三次元画像が、パノラマ投影により、平面4に変換される。
【0037】
視点すなわち中心軸7を全て囲むと、端点10と11とは一致する。その場合、円柱投影面21は、全円周となる。したがって、血管,腸,食道などの投影対象を切り開いて見ているようなパノラマ三次元画像が得られる。
【0038】
円柱投影面21上の画像から2次投影平面4に変換された画像は、そのままでCRT画面上の座標に対応させられる。このように2次投影平面4に変換された画像をCRT画面上の座標に対応させると、従来は投影方向に依存して横方向に生じていたゆがみが補正され、パノラマ状の広い視野を持つ三次元画像を与えるパノラマ投影方法が得られる。
【0039】
図39〜42は、本発明による曲線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。
【0040】
図39は、曲線パノラマ投影方法の全体の概要を示す図である。図39の曲線パノラマ投影方法においては、まず、被投影物体23に対して、視点eが連続的に分布する任意の曲線Cを引く。より具体的には、管状の投影物体23の中に視点が分布する任意の曲線Cを引く。曲線Cを引くには、中心投影方法により管の中を探索していくときの軌跡を記録しておき、その軌跡を採用することができる。また、マウス,トラックボールなどのポインティングデバイスで、各断層像についてオペレータが指定してもよい。さらに、管状の投影物体23を演算装置に自動判別させてトレースさせる方法も利用できる。
【0041】
次に、与えられた曲線C上の任意の視点eにおいて、曲線Cに接線Vを引く。接線Vは、視点eが曲線C上を移動するにつれて、三次元空間における勾配が変化する。この視点eの各位置における接線Vを中心軸とする長さδVの短い円柱を考える。次に視点eを通り、接線Vに直交する平面Bを考え、前記円柱の曲面を円柱投影面21として、上記第1発明と同様に、その円柱投影面21に平面B内の物体の各点を投影する。
【0042】
視点eから円柱投影面21の中央に垂線hを引く。垂線hは接線Vと直交する。この直線hと円柱投影面21との交点をgとし、交点gを含み垂線hに直交する平面をTとする。平面Tは2次投影平面4である。この短い円柱投影面21と投影平面4とを、曲線C上の各視点eで作成していくと、曲線C上の決められた長さの範囲内の物体の投影像を作成できる。
【0043】
図40および41は、図39における任意の平面B上の1次投影曲面21と、2次投影平面4と、投影対象5と、曲線C上の視点eにおける接線Vとの関係を示す図である。1次投影曲面は、紙面に垂直で接線Vを中心軸とする円柱投影面21になっている。視点は、円柱投影面21の中心軸7に連続的に分布し、投影物体5を円柱投影面21に投影する。
【0044】
図40においては、視点を囲む曲面の中心角度は、ちょうど180度になっているが、中心角度は任意である。円柱投影面21に投影された三次元画像は、円柱投影面21を領域12〜13にパノラマ投影して平面4に変換される。
【0045】
視点すなわち中心軸7を全て囲むと、端点10と11とは一致する。その場合、円柱投影面21は、全円周となる。したがって、血管,腸,食道などの投影物体を切り開いて見ているようなパノラマ三次元画像が得られる。
【0046】
円柱投影面21上の画像から2次投影平面4に変換された画像は、そのままでCRT画面上の座標に対応させられる。このように2次投影平面4に変換された画像をCRT画面上の座標に対応させると、従来は投影方向に依存して横方向に生じていたゆがみが補正され、パノラマ状の広い視野を持つ三次元画像を与えるパノラマ投影方法が得られる。
【0047】
図41においては、視点を囲む曲面の中心角度は、180度よりも大きく、端点10,11は、図40の曲面のそれらよりも近づいている。この場合も、図40の場合と同様に、端点10,11間の曲面に投影された三次元画像が、パノラマ投影により、平面4に変換される。
【0048】
視点すなわち中心軸7を全て囲むと、端点10と11とは一致する。その場合、円柱投影面21は、全円周となる。したがって、血管,腸,食道などの投影物体を切り開いて見ているようなパノラマ三次元画像が得られる。
【0049】
円柱投影面21上の画像から2次投影平面4に展開された画像は、そのままでCRT画面上の座標に対応させる。このように2次投影平面4に変換された画像をCRT画面上の座標に対応させると、従来は投影方向に依存して横方向に生じていたゆがみが補正され、パノラマ状の広い視野を持つ三次元画像を与えるパノラマ投影方法が得られる。
【0050】
図42は曲線Cに沿って視点eと各視点における接線とこの接線を中心軸とする複数の短い円柱投影面21との配置を示す図である。説明のしやすさと見やすさを優先させるために、各々の短円柱投影面21の間は広く開いているが、実際には、30〜32の部分に示すように、各々の短い円柱投影面21が密に重なるように、円柱投影面21を配置する。
【0051】
円柱投影面21は、完全な円柱の場合は、接線Vを囲む中心角度が360度となるが、360未満の角度にも設定可能である。接線Vを囲む中心角度が360度の場合は、管状の投影物体を曲線Cに沿って切り開き展開したようなパノラマ投影像が得られる。
【0052】
投影方向の中心は、オペレータが任意に設定できる。投影方向の中心は、各円柱投影面に個別に決めることも、共通に決めることも可能である。投影方向の中心を個別に決める場合は、オペレータが各円柱投影面毎に方向を決める必要がある。投影方向の中心を共通に決める場合は、例えばマウスやトラックボールなどのポインティングデバイスで方向を与え、円柱投影面全体にその方向を適用すればよい。
【0053】
このようにして得られる個々の円柱投影像を、図40,41に示すように、曲線パノラマ展開により展開し、直線に沿って並べ変え、平面上に表示する。
【0054】
図43および図44は、本発明による任意曲面へのパノラマ投影を説明する図である。投影面21は視線Eに平行であり、平面を含む任意の形とする。光源は、視線Eに連続的に分布し、投影対象5を、投影面21に投影する。図43では、投影面は平面であり、投影計算後に投影像に対して陰影変換を施してCRTに表示すればよい。図44では投影面が曲面であり、しかも視線Eの位置に対して連続的に変化している。投影対象は投影面21に投影される。この1次投影像をCRTに表示するには、投影面21の像を平面に写像する必要がある。この写像の方法には、ある一定の位置(直線η)からの曲面に沿った距離を用いる方法や、ηの各点において投影曲面21に接する平面η’を仮定し、η’に垂直に射影する方法等がある。
【0055】
投影面として平面を用いる利点は、曲面投影面から平面への射影計算が不要なため、計算が簡単となること、平面的に広がりのある部位の立体像を見たいときに有効なことである。
【0056】
一方、曲面を用いると曲面からの射影計算が必要であるが、球状や管状の投影対象に対して広い視野の立体像が得られる利点がある。また、投影対象の形状に対して投影面を連続的に変えると、複雑な形状の物体でも見やすい立体像が得られる場合がある。この線状光源を用いると、線状光源に沿って連続的に投影像を計算していくことができるため、中心投影に比べてより広い視野の立体像が得られる。
【0057】
【実施例】
図1ないし図36を参照して、本発明によるパノラマ投影方法の実施例を説明する。
【0058】
《直線パノラマ投影方法》
図1は、本発明による直線パノラマ投影方法の一実施例の手順を示すフローチャートである。図2は、図1の直線パノラマ投影方法を実行するためのハードウェアの構成の一例を示すブロック図である。
【0059】
図2において、CPU50と、主メモリ51と、磁気ディスク52と、表示メモリ53と、マウスコントローラ55とは、共通バス57で相互に接続されている。磁気ディスク52には、複数の断層像および本実施例の直線パノラマ投影方法を実行するためのプログラムなどが格納されている。
【0060】
CPU50は、複数の断層像および直線パノラマ投影方法を実行するためのプログラムを磁気ディスク52から読み出し、主メモリ51を用いてパノラマ変換等の演算を実行し、その結果を表示メモリ53に送り、CRTモニタ54に表示させる。マウスコントローラ55に接続されたマウス56は、パノラマ変換等の演算の際に始点位置などを指定するために用いられる。パノラマ変換された画像は、必要に応じて磁気ディスク52に格納される。
【0061】
ステップ101:図1に示すように、本実施例の直線パノラマ投影方法においては、まず直線投影法により、投影対象を円柱投影面に投影する。すなわち、直線上に連続的に分布する視点からこの直線と直交する平面内に光線を照射し、投影対象を円柱投影面に投影する。
ステップ102:円柱投影面の像を、2次投影平面に座標変換し、パノラマ投影像を得る。必要に応じて、パノラマ投影像をCRTモニタ54の座標に画像変換し、表示する。
【0062】
本実施例において、パノラマ変換とは、投影対象を円柱投影曲面に投影し、この円柱投影面を2次投影平面に展開し、投影対象を2次投影平面に投影する処理をいう。すなわち、直線パノラマ投影方法においては、円柱投影面を投影面として投影対象を直線投影し、その円柱投影面を平面に展開する。この場合、投影面である半円柱投影面に沿った各点のアドレスが、CRTの表示画素のアドレスに対応する。パノラマ画像は、例えばCRTモニタ54の画面上に表示される。
【0063】
次に、図3〜図7を参照して、直線パノラマ変換の原理を説明する。
図3は、直線パノラマ投影方法において、視直線が中心軸と一致する円柱投影面の投影像を直線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。図3において、円柱投影面21は、視点eが連続的に分布する視直線VとZ軸との交点O’を中心とし、視直線Vを中心軸とする半径Rの円柱投影面である。ここでは、交点O’を通りx−y平面に平行な面により円柱投影面21を2分割して得られる2つの半円柱投影面I,IIのうちで、原点Oに近い方の半円柱投影面Ιが示されている。2次投影平面4は、円柱投影面21の投影像をパノラマ変換して投影すべき投影平面である。投影平面4は、CRTモニタの表示画面に相当する。なお、円柱投影面21の半径Rは、図3の例においては、視直線Vと投影平面4との距離でもある。
【0064】
三次元座標系の原点OからX軸方向にXの距離にある投影対象が、直線投影法により、円柱投影面21の点Qに投影されたと仮定する。Qの位置は、視直線Vから照射された光線による円柱投影面21上の点(x,θ)として表現してもよい。θは、Q点と視直線Vを結ぶ線とz軸とのなす角度である。
【0065】
点Qを2次投影平面4に座標変換すると、2次投影平面4上のP点(η,ξ)に変換される。その際、円柱投影面21上の点O”から点Qまでの円弧すなわち投影曲面21上の円弧OQ’Lは、2次投影平面4上で同じ長さを持つ点O”から点Pまでの線分L’に変換される。P点の座標のうち、ηはP点に対応するCRT上のX座標、ξはP点に対応するCRT上のY座標と解釈してもよい。
【0066】
図4は、図3の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。図3において、x=0におけるy−z平面に着目すると、図4のように表示できる。図4において、視直線Vに直交する平面すなわち任意のy−z平面は、互いに独立していると考え、各々のy−z平面内でパノラマ計算を実行する。
【0067】
x=0におけるy−z平面に着目し、半円弧Ιの180度の範囲を等角度に分割し、その分割された画素をCRTモニタ54の画面の横軸方向すなわちX軸方向の表示画素に対応させる。半円弧Ιの円周を等間隔に分割し、表示画素に対応させると考えてもよい。
【0068】
図5は、図3の原理において、円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の直線パノラマ変換を説明する図である。この場合も、パノラマ変換の方式は図4の場合と変わらない。
【0069】
図4において、Q点と視点eを結ぶ線とz軸とのなす角度をθ,1画素あたりの角度をdθ,視直線Vから半円弧全体を見込む角度を、CRT上の横軸すなわちX軸方向の表示画素数をN,任意位置を表す画素数をnとすると、次の式が成り立つ。ただし、角度dθ,θ,Θは、ラジアン単位で表現する。なお、X軸方向の表示画素数Nは、例えば512または1024等になる。
dθ=Θ/N=π/N
L’=L
ξ=OQ=L=R・n・dθ=π・n・R/N
η=x
ここでOA=π・R/2,OAの2倍の長さの範囲をCRT画面の横軸すなわちX軸の表示の長さに対応させる。縦軸すなわちY軸は、CRT画面の画素数により決める。
【0070】
図6は、直線パノラマ投影方法において、視直線が外側にある円柱投影面の投影像を直線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。図6は、視直線Vと円柱投影面21との距離が円柱の半径Rよりも大きい場合を示している。
【0071】
図7は、図6の原理において、円柱投影面21の中心角が180度である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。図6において、x=0におけるy−z平面に着目すると、図7のように表示できる。図7において、直線Peと円柱投影面21との交点Qのy−z平面上での座標は、y軸上の点P’とeを結ぶ直線とz軸上の原点から距離Rの点O’を中心とする半径Rの円周との交点Q’となる。 図7で、視点eと投影平面4との距離をh、角度Q’O’Oをφ,角度eQ’O’をωとすると、次の式が成り立つ。
φ=ω+θ
R/sinθ=(h−R)/sinω
これら2つの式から以下のようにして、η,ξが得られる。
ω=sin ̄ 〔{(h−R)sinθ}/R〕
dθ=Θ/N
θ=n・dθ=n・Θ/N
L’=L
ゆえに
ξ=R・φ=R(ω+θ)
η=L
となる。
【0072】
このη,ξが、表示メモリ上の画素アドレスとなる。すなわち、投影平面4の点Pは、CRT画面上では点P(η,ξ)に表示され、パノラマ変換が実行されたことになる。
【0073】
次に、図8〜11を参照して、複数の断層像から直線パノラマ投影方法により三次元画像を構成する方法を説明する。なお、いずれの場合においても、最初に円柱投影面21上に断層像を投影し、次にパノラマ変換により、円柱投影面21上の断層像を2次投影平面4に展開することになる。
【0074】
まず、上記三次元画像の構成方法において、直線パノラマ投影による座標変換について述べる。直線投影による投影面への各断層像の投影に当たって、各断層像の画素座標の投影面上の座標への変換は、次のように行われる。
【0075】
図8は、直線パノラマ投影方法により、複数の断層像から三次元画像の構成する際に、断層像の画素座標を投影面の画素座標に変換する原理を説明する図である。図8の例では、説明を簡単化するため、円柱投影面21の中心線31と断層像面23と、x−y平面とが、それぞれ平行であるように座標系を定めている。また、円柱投影面21の中心線31は、z軸上にある。図8において、視点eは、視直線V上に連続的に分布する。また、x,y,zは三次元座標系(x,y,z)の各軸、e点(d,0,R)は視直線V上の任意の視点eの位置、Q点(x,y,z)は円柱投影面21上の点、S点(x,y,z)はe点(x,0,R)とQ点(x,y,z)を結ぶ直線22と断層像23Aの交わる点、Rは視点eのz座標を表す。直線22は、e点から視直線Vに直交するように引く。また、dは、断層像23Aのz軸上の位置であり、計算時に決まる。
【0076】
図8において、各視点eに着目すれば、扇形の面をz軸方向に積み重ねたと見ることができる。したがって、扇形の面内で投影計算を実行し、それらを積み重ねると、3次元画像を表示可能である。
【0077】
図9は、図8の原理において、断層面と投影面とが平行である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。図9は、断層像23Aの他に、断層像23B〜23Hを用意し、x軸方向から見た状態を示している。図9において、断層像23A〜23Hは、同一対象物について同一方向に等間隔で得られた断層像であり、断層像23には臓器領域B1,B2,B3,B4が強調して描いてある。この例の断層像は、等間隔であるが、必ずしも等間隔である必要はない。
【0078】
臓器領域B1,B2,B3,B4を投影平面4に投影すると、B1’,B2’,B3’,B4’となる。ここで投影データB1’,B2’,B3’,B4’を図2の表示メモリ53に書き込むときは、三次元的効果を出すために、視点eからみてより遠くに存在する投影データを先に書き込み、それより近くの投影データは後から上書きする。その後、陰影付け処理を実行する。
【0079】
図10は、図8の原理において、断層面と投影面とが交差している場合の直線パノラマ変換の原理を説明する図である。この場合は、断層像23A,23B,…,23Hから、補間演算により、投影面21と平行な面に向けられた断層像23a,23b,23c,…,23hを作っておく必要がある。その後の投影計算は、図9の場合と同様である。
【0080】
図11は、視直線と断層面と投影面とがより複雑な位置関係にある場合の直線パノラマ変換を説明する図である。図11においては、断層像23上のS点(x,d,z)の投影結果が、平面上の点P(x,y,z)になる。
【0081】
直線パノラマ投影方法による断層像23の円柱投影面21への投影に当たり、断層像23の各画素座標の円柱投影面21上の座標への変換は次のように実行される。ここでは、一般性を失わずに断層像を取り扱えるように、次の通りに位置関係を設定する。図11で入力の断層像23は、y軸に垂直な面内にあり、原点からdの距離にある。複数の断層像に対しては原点からの距離dが変わる。視直線Vは、円柱投影面の中心軸と一致するように設定し、x,y,z軸のいずれとも平行でない任意の方向を与える。この方向は、例えばトラックボールやマウス等のポインティングデバイスでオペレータが指定できる。次に、視直線V上に任意の視点eを決め、その視点eから半円柱投影面の中心線Cvに垂線hを下ろす。垂線hもまた、オペレータが決める。
【0082】
ここで、半投影面の中央線Cvに接する平面Tを仮定する。
【0083】
視直線Vは、Vの方向ベクトルのパラメータa,b,cを用いて次のような式で表される。
(x−x)/a=(y−y)/b=(z−z)/c ……(1)
視直線V,視点eを決めると、a,b,c,x,y,zが定まる。また、トラックボール,マウス等のポインティングデバイスにより、視点eの方向を与えるト、方向ベクトルのパラメータa,b,cも与えられる。
【0084】
上記のように、視点e(x,y,z)を通り視直線Vに直交し方向がa,b,cの直線hを決めると、Vとhとの直交条件から、次の式が成り立つ。
+b+c=0
また、直線hの式は次のようになる。
(x−x)/a=(y−y)/b=(z−z)/c ……(2)
ここで、a,b,c,x,y,zが決まっており、h=Rであるから、直線hと断層像23(y=d)との交点は、直線hの式でy=dと置くことにより、次式で与えられる。
(x−x)/a=(d−y)/b=(z−z)/c
(x−x)=a(d−y)/b
(z−z)=c(d−y)/b
∴x=a(d−y1)/b+x
y=d
z=c(d−y)/b+z
この座標は断層像23との交点の座標であり、dが変わればこの座標も変わる。
【0085】
次に、V軸を中心として直線hを角度θだけ回転した直線h’を仮定すると、h’もVと直交し、点(x,y,z)を通る。さらに、断層像23(y=d)とも交差する。このため、次の方程式が成り立つ。
(x−x)/a=(d−y)/b=(z−z1)/c ……(3)
ここでa,b,cは、h’の方向ベクトルのパラメータである。
【0086】
(3)式から、S’の座標は、次式で求められる。
x=a(d−y)/b+x ……(4)
y=d ……(5)
z=c(d−y)/b+z ……(6)
さらにVとh,Vとh’の直交条件から、パラメータa,b,c,a,b,c,a,b,cの間には以下の条件が成り立つ。
+b+c=0
cosθ=|a+b+c|/√(T×T
ただし、
=a +b +c
=a +b +c
そうすると、
(a+b+c=T・T・cosθ
となる。
【0087】
ここで、
・cosθ=k
とおくと、上式は次のようになる。
(a+b+c=k(a +b +c
両辺をb で割ると次のようになる。
(a/b+b+c/b=k(a +1+c
また、a+b+c=0の両辺をbで割ると、次のようになる。
/b+b+c/b=0
ここで、
/b=u ……(7)
/b=v ……(8)
と置くと、次の式が成り立つ。
u+b+cv=0
v=−(au+b)/c ……(9)
このvを上の式に代入し、uについて解くと、

Figure 0003627066
(10)式のようになる。
【0088】
ここで以下のような置き換えを導入する。
−c=t
−c=t
+a =t
+b =t
そうすると、(10)式は次のようになる。
(tu+t=k(t+2au+t
これを整理すると、以下のようになる。
(t −kt)u +2(t−ak)u+(t −kt)=0
この式から、uは以下のようにして求められる。
Figure 0003627066
(11)式のuを用いると、(9)式のvが求められる。さらに、(4),(5),(6)を用いて、S’(x,y,z)が得られる。
【0089】
複数の断層像23についてはdが異なり、複数のdに対してS’が得られる。異なる視点e(x1,y1,z)についても、同様に、異なる(x,y,z)が得られる。
【0090】
一方、θが与えられると、(4),(5),(6)式から各断層像上の通過点の座標が得られ、その近傍の輪郭点の投影データが得られる。断層像が複数あるので、輪郭点が複数存在することもある。θが与えられると、これら複数の輪郭点は同じ位置として円柱投影面21に投影されるが、視点の遠いところから表示メモリに書き込むと、視点に一番近い投影像が見える。
【0091】
このようにして、視点eを視直線V軸上で表示する長さの部分だけ動かし、各視点eにおいて角度θを0から±90度変えると、三次元投影像が円柱投影面21上に得られる。この投影像をパノラマ変換により2次投影平面4に変換し、対応する画像表示メモリ53に書き込み、CRTモニタ54に表示する。
【0092】
陰影変換は、2次投影平面4上で実行する。この陰影変換には、視直線Vからの距離に応じて濃淡を着ける方法、視直線に直交する各個別平面内での投影直線とのなす角度に応じて輝度変換する方法、視直線Vからの距離に応じて等高線のように輝度を変換する方法等が考えられる。
【0093】
本実施例の直線パノラマ投影方法によれば、血管壁,腸壁などの管状の投影対象を投影する際に、直線または曲線に沿って切り開かれたパノラマ写真のように、ゆがみが少なくパノラマ状の広い視野が得られる。
【0094】
《曲線パノラマ投影方法》
図12は、本発明による曲線パノラマ投影方法の一実施例の手順を示すフローチャートである。本実施例の曲線パノラマ投影方法を適用すべきハードウエアの構成は、上記直線パノラマ投影方法を適用すべきハードウエアの構成と変わらないので、その説明を省略する。
【0095】
ステップ201:本発明による曲線パノラマ投影方法においては、マウス,トラックボール等のポインティングデバイスを用いて、曲がった管状の投影対象に対して、管を通るように適当な任意の視曲線を引く。この視曲線には、視点が分布する。
ステップ202:視曲線の任意の点を決め、その点に接線を引き、その接線を中心軸とした短かい円柱投影面を仮定する。
ステップ203:上記短円柱投影面を投影曲面として曲線パノラマ投影方法により、短い範囲の物体を投影する。この投影方法は、まず直線投影(平行投影と中心投影を組み合わせた投影方法)方法により円柱投影面からなる投影面(円柱投影面:後述パノラマ変換による補正前の投影平面)へ投影するものである。
ステップ204:その投影後に、前記複数の投影曲面の結果を、2次投影平面に後述のパノラマ変換により展開し、それらを直線上に並べ、前記投影対象の投影像を得るものである。
【0096】
ここでパノラマ変換とは、投影対象を円柱状の投影曲面に投影し、円柱投影面を平面に展開し、投影対象を2次投影平面に投影する処理をいう。
【0097】
すなわち本発明では、前記円柱投影面を投影面として曲線投影したあと、その投影画像を投影平面に展開する。この場合、投影面である半円柱投影面上に分布した各点と、CRTの表示画素のアドレスとを対応させ、パノラマ画像表示の効果を投影平面(CRT画面)上で得る。
【0098】
次に、図13〜図17を参照して上記発明方法のパノラマ変換の原理について説明する。
【0099】
図13は、曲線パノラマ投影方法において、視曲線の接線が中心軸と一致する円柱投影面の投影像を曲線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。図13において、短円柱投影面21は、視曲線C上の視点eに中心を持ち、視点eを通る接線Vを中心軸とする円柱投影面である。ここでは、接線Vの方向をx軸に平行に設定してある。また、平面4は、座標(x,y,z)の原点Oに接し、原点Oおいてz軸に垂直な2次投影平面であり、パノラマ変換による補正後の投影平面としての2次投影平面である。この投影平面4は、CRTの表示画面に相当する。
【0100】
図13において、x,y,zは三次元座標系の各軸、Oは三次元座標系の原点、eは曲線C上の視点、Cは視点eが連続的に分布する空間曲線すなわち視曲線、Vは視点eにおける曲線Cの接線、Rは円柱投影面21の半径である。半径Rは、また、視曲線Cと投影平面4との距離でもある。QはCから発した光線による円柱投影面上の点(x,θ)、Pは2次投影平面4上の点(η,ξ)、Θは視点eから円弧全体を見込む角度、θはQ点とV軸を結んだ線とZ軸のなす角、dθは180度をN等分した単位角度、Lは円柱投影面21上の円弧OQ、L’はLと同じ長さを持ったy軸上の直線OP、ηはP点に対応するCRT上のX座標、ξはP点に対応するCRT上のY座標である。
【0101】
図14は、図13の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【0102】
図13において、x=0におけるy−z平面に着目すると、図14となる。
【0103】
図14において、視曲線Cに直交する平面(任意のy−z平面)間は独立であり、各々の面内で投影計算を行えばよい。このため、x=0におけるy−z平面に着目すると、図14となる。図14で、半円弧Ιの180度の角度を等角度で分割し、それを横軸(y軸)方向表示画素に対応させる。半円弧Ιの円周を等間隔に分割し、表示画素に対応させると考えてもよい。
【0104】
図15は、図13の原理において、円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。図15は円弧Ι全体を視点eから見込む角度Θが180度より大きい場合の分割の例であるが、この場合でも式は変わらない。
【0105】
図14で、角度QeOをθ,1画素あたりの角度をdθ,NをCRT上の横
(X軸)方向表示画素数(例:512),nを任意位置を表す画素数とすると、次の式が成り立つ。
dθ=Θ/N=π/N
L’=L
ξ=OQ=L=R・ndθ=π・n・R/N
η=x(紙面に垂直)
ただし、図13で、Θは視曲線Cから半円弧全体を見込む角度、dθ、θはラジアン単位で表現する。Qは投影平面4上のP点に対応する円柱投影面21上の点、θはQ点とV軸を結んだ線とz軸とのなす角、Lは円柱投影面21上の円弧の長さ、L’はLと同じ長さを持った線分であり、y軸上の直線OPである。
【0106】
ここでOA=π・R/2、OAの2倍の長さの範囲をCRT画面の横(X軸)の表示の長さに対応させる。縦(Y軸:紙面に垂直な方向)はCRT画面の画素数により決める。
【0107】
図16は、曲線パノラマ投影方法において、視曲線が外側にある円柱投影面の投影像を曲線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。図16は、視曲線Cと円柱投影面21との距離が円柱の半径よりも大きい場合である。
【0108】
図17は、図16の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。すなわち、図16で、x=0におけるy−z平面に着目すると、図17となる。図17で直線Peと円柱投影面との交点Qのy−z平面上での座標は、y軸上の点Pとeを結ぶ直線とz軸上の原点から距離Rの点O’を中心とする半径Rの円周との交点Qとなる。
【0109】
図16および図17において、x,y,zは三次元座標系の各軸、Oは三次元座標系の原点、eは視点、Cは視点eが連続的に分布する視曲線、hは視点eと投影平面4との距離、Rは円柱投影面21の半径、Pは投影平面4上の点(X,Y)、Θは視点eから円弧全体を見込む角度、Pは円柱投影面21上の点Qに対応する2次投影平面4上の点、θはQ点とV軸を結んだ線とz軸のなす角、dθは角度ΘをN等分した単位角度、Lは円柱投影面21上の円弧OQの長さ、L’はLと同じ長さを持った線分でy軸上の直線の長さOPである。
【0110】
図17において、角度QO’Oをφ,角度eQO’をωとすると、次の式が成り立つ。
φ=ω+θ
R/sinθ=(h−R)/sinω
これら2つの式から以下のようにして、η,ξが求められる。
ω=sin ̄ [{(h−R)sinθ}/R]
dθ=Θ/N
θ=n・dθ =n・Θ/N
L’=L
ゆえに
ξ=R・φ=R(ω+θ)
η=L
この、η,ξが表示メモリ上の画素アドレスとなる。すなわち、2次投影平面4の点Pは、CRT画面上では点(η,ξ)に表示され、パノラマ変換が実行されたことになる。
【0111】
次に、図18〜23を参照して、曲線パノラマ投影方法により、複数の断層像から、三次元画像を構成する手順を説明する。なお、図19〜23のいずれにおいても、最初に円柱投影面21上に断層像を投影し、次にパノラマ変換により投影像を展開して投影平面4に変換する。
【0112】
図18は、曲線パノラマ投影方法により、複数の断層像から三次元画像の構成する際に、断層像の画素座標を投影面の画素座標に変換する原理を説明する図である。図18に示す例では、説明を簡単にするため、円柱投影面21の中心軸31と断層像面23とが平行であり、さらにx−y平面Tが平行であるように、三次元座標系を定めてある。また、円柱投影面21の中心線はx軸と平行である。図18において、x,y,zは三次元座標系(x,y,z)の各軸、e点(0,0,R)は視曲線C上の任意の視点eの位置、Vは視点eにおける曲線Cの接線、Q点(x,y,z)は円柱投影面21上の点、S点(x,y,z)はe点(0,0,R)とQ点(x,y,z)とを結ぶ直線22と断層像23Aとが交わる点、Rは視点eのz座標である。
【0113】
ここで、直線22は、視点eから視曲線Cのe点における接線Vに対して直角に引く。また、dは断層像23Aのz軸上の位置であり、計算時に決まる。
【0114】
図18において、各視点eに着目すれば、扇形の面をz軸方向に積み重ねたものとみなすことができる。つまり、扇形の面内で投影計算を実行し、それを積み重ねると、三次元画像を表示できる。
【0115】
図19は、図18の原理において、断層面と投影面とが平行である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【0116】
視点eを通る曲線Cのe点における接線Vに対してe点で直交する平面Bに着目する。図19は、同様の座標系において、断層像23Aの他にも断層像23B〜23Hを用意し、x軸方向から見た状態を示す。この図19において、断層像23A〜23Hは、同一対象物について同一方向に等間隔で得られた断層像であり、断層像23には臓器領域B1,B2,B3,B4を強調して書いてある。曲線パノラマ変換により、まず、臓器領域B1,B2,B3,B4を円柱投影面21に投影し、さらにそれをパノラマ変換して2次投影平面4に投影すると、B1’,B2’,B3’,B4’となる。なお、ここでは、等間隔の例を図示してあるが、必ずしも等間隔である必要はない。
【0117】
ここで投影データB1’,B2’,B3’,B4’を図示しない表示メモリに格納するときは、三次元的効果を出すために、視点eからみてより遠くに存在する投影データを先に書き込み、それより近くに存在する投影データは後のタイミングに先の投影データ上に上書きする。その後、陰影付け処理(シェーディング)を実行する。
【0118】
図20は、図18の原理において、断層面と投影面とが交差している場合の曲線パノラマ変換の原理を説明する図である。図20は、図19の例をより一般化し、円柱投影面と断層像面が平行でない例を示している。この場合には、断層像23A,23B,.......23Hから、補間演算法により、投影面4と平行な面に向けられた断層像23a,23b,23c,....23hを作っておく必要がある。その後の投影計算は、図19の場合と同様である。
【0119】
図21は、視曲線と断層面と投影面とがより複雑な位置関係にある場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。断層像23上のS点(x,d,z)の投影結果が平面T上の点P(x,y,z)になることを示す。
【0120】
図21において、曲線パノラマ投影方法による断層像23の円柱投影面21への投影に際し、断層像23の各画素座標の円柱投影面21上の座標への変換は、次のように行われる。
【0121】
ここでは、一般性を失わないようにするために、位置関係を次のように設定する。図21において、入力の断層像23は、y軸に垂直な面内にあり、原点からdの距離にある。複数の断層像は、原点からの距離dが変わる。
【0122】
視曲線Cは、三次元空間の任意の曲線とする。ここで曲線C上の任意の視点eを決め、その点において曲線Cに接線Vを引く。まず、接線Vを中心軸とした円柱投影面21を仮定する。視点eは曲線C上を移動するので、それにつれて接線Vおよびそれと対をなす円柱投影面21も三次元空間(x,y,z)内を移動していく。ただし、断層像23は三次元空間(x,y,z)に固定されている。
【0123】
次に、接線V上の視点eから、半円柱投影面の中央線Cvに垂線hを下ろす。垂線hは、トラックボールやマウス等のポインティングデバイスを用いてオペレータが決める。
【0124】
半投影面の中央線Cvに接する平面Tを仮定する。この平面Tが2次投影平面4となる。平面Tも視点eと共に移動する。
【0125】
図22は、図21において、三次元空間の視曲線Cと視点eにおける接線Vとの関係を示す図である。
【0126】
ここで実際の計算においては、視曲線C上の視点e(x,y,z)と、視曲線C上で視点eから微小距離Δsだけ離れた点をes(xs,ys,zs)とする。ここで、任意に与えられた視曲線Cは十分滑らかに変化しているものと仮定する。この曲線は、数式で与えてもよいが、マウスやトラックボール等で与える方が簡便である。マウスやトラックボール等で与えた軌跡を2次曲線で近似したり、局所的に短い直線で近似し、この曲線全体を折れ線近似してもよい。
【0127】
ベクトルe→esのx,y,z方向の変化分をΔx,Δy,Δzとし、a,b,cを次のように定義する。
=Δx,b=Δy,c=Δz
そうすると、曲線C上の点e(x,y,z)における接線Vは、係数a ,b ,c を用いて次の式で近似できる。
(x−x)/a=(y−y)/b=(z−z)/c ……(12)
視曲線Cと視点eとを決めると、Vが決まるので、a,b,c,x,y,zが決まる。また、トラックボール,マウス等により視点eの方向を与える方向ベクトルのパラメータa,b,cも与えられる。
【0128】
上述のように視点e(x,y,z)を通り、接線Vに直交し、方向がa,b,cの直線hを決めると、Vとhとの直交条件から、次式が成り立つ。
+b+c=0
また、直線hの式は次のようになる。
【0129】
(x−x)/a=(y−y)/b=(z−z)/c ……(13)
ここで、a,b,c,x,y,zは決まっている。また、h=Rである。したがって、直線hと断層像23(y=d)との交点は、直線hの式でy=dと置くと、次式で与えられる。
(x−x)/a=(d−y)/b=(z−z)/c
(x−x)=a(d−y)/b
(z−z)=c(d−y)/b
∴x=a(d−y)/b+x
y=d
z=c(d−y)/b+z
この座標は、断層像23との交点の座標であり、dが変われば、この座標も変わる。
【0130】
V軸を中心として直線hを角度θだけ回転させた直線h’を仮定すると、h’も接線Vと直交して、点e(x,y,z)を通る。さらに、断層像23(y=d)とも交差する。このため、直線h’は(14)式で与えられる。
(x−x)/a=(d−y)/b=(z−z)/c ……(14)
ここでa,b,cは直線h’の方向ベクトルのパラメータである。
【0131】
(14)式から、直線h’と断層像23との交点S’(x,y,z)の座標は、(15)〜(17)式で求められる。
x=a(d−y)/b+x ……(15)
y=d ……(16)
z=c(d−y)/b+z ……(17)
さらに接線Vと直線h,接線Vと直線h’の直交条件から、パラメータa,b,c,a,b,c ,b,cの間には以下の条件が成り立つ。
+b+c=0
cosθ=|a+b+c|/√(T×T
ただし、T,Tは次のようにおいた。
=a +b +c
=a +b +c
そうすると、
(a+b+c=T・cosθ ……(18)
ここで、
・cosθ=k
とおくと、(18)式は(19)式のようになる。
(a+b+c=k(a +b +c ) ……(19)
両辺をb で割ると、(20)式のようになる。
(a/b+b+c/b=k(a +1+c ) ……(20)
また、a+b+c=0の両辺をbで割ると、次のようになる。
/b+b+c/b=0
ここで、
/b=m
/b=n
と置くと、次の式が成り立つ。
m+b+cn=0
n=−(am+b)/c ……(21)
(21)式のnを(20)式に代入し、mについて解くと、(22)式のようになる。
Figure 0003627066
ここで、以下のような置き換えを導入する。
−c=t
−c=t
+a =t
+b =t
そうすると、(22)式は次のようになる。
(tm+t=k(tm +2am+t
これを整理すると、(23)式のようになる。
Figure 0003627066
この式から、mは(24)式により求められる。
Figure 0003627066
(24)式のmを用いると、(21)式のnが得られる。
【0132】
これらの値に基づいて、(15),(16),(17)式を用いると、断層像23上の交点S’(x,y,z)が得られる。
【0133】
複数の断層像23に対してはdが異なるので、複数のdに対して各々S’(x,y,z)が得られる。異なる視点e(x,y,z)に対しても同様に異なるS’(x,y,z)が得られる。
【0134】
一方、θが与えられると、(15),(16),(17)式から、各断層像上の通過点の座標が求まり、その近傍の輪郭点の投影データが求められる。断層像は、複数あるから、輪郭点が複数存在することもある。θが与えられると、これら複数の輪郭点は、同じ位置として円柱投影面21に投影されるが、視点の遠いところから表示メモリに書き込むようにすれば、視点に一番近い投影像が見える。
【0135】
視点eからの距離は次のようにして求められる。与えられた視点eから任意平面23上の任意の点S’までの距離eS’は、SおよびS’の座標を用いて、距離eSとSS’とにより、次の式で計算できる。
eS’=√{(eS)+(SS’)} ……(25)このeS’を利用して視点eからの距離を定め、例えば陰影変換を実行する。
【0136】
視点eを視曲線C上で表示する長さの領域で少しずつ動かし、各視点eの位置において、角度θを0から例えば±90度または±180度の範囲で変えると、1次投影像が円柱投影面21上に求められる。この投影像をパノラマ変換により2次投影平面4に変換し、対応する画像表示メモリに書き込むと、CRTに表示される。
【0137】
図23は、2次投影平面上に曲線パノラマ変換された1次投影像の相互の関係を示す図である。長さδVの円柱投影面21に投影された1次投影像は、x方向の幅Wを512点に対応させて画像メモリに書き込む。y軸方向は長さδVの投影像を曲線Cの長さの分だけ並べて512点に対応させる。
【0138】
陰影変換は、2次投影平面4上で実行する。陰影変換には、視曲線Cからの距離に応じて濃淡を着ける方法や、視曲線に直交する各個別平面内での投影直線とのなす角度に応じて輝度変換する方法や、視曲線Cからの距離に応じて等高線のように輝度変換する方法等が考えられる。
【0139】
《任意曲面を用いるパノラマ投影方法》
上記直線パノラマ投影方法の実施例では、円柱面へのパノラマ投影方法を取り扱ったが、図24は、任意曲面へのパノラマ投影方法の手順を示すフローチャートである。
【0140】
ステップ301:任意曲面へのパノラマ投影方法においては、まず、三次元空間に置かれた被投影物体に対して、視点が分布する任意の直線Eを引く。ここでは直線の実施例を示すが、曲線であっても曲線上の各点における接線を仮定すれば、本実施例を適用できる。
ステップ302:上記直線に対してそれと平行な任意の曲面からなる投影面Tを仮定する。この投影面Tは平面であってもよい。
ステップ303:視直線Eの各点で視直線と直交する平面tを仮定する。
ステップ304:平面tと投影対象との交線を求める。また、上記投影面との交さ曲線Uを求める。
ステップ305:上記交線と交さ曲線Uをxy平面に写像する。また、交さ曲線も写像する。
ステップ306:xy平面で投影処理を行う。
ステップ307:視直線上の視点を移動し、上記処理を303ステップから繰り返す。
ステップ308:視線上で必要な区間を計算したら結果を例えば陰影変換してCRTに表示する。
【0141】
図25および図26を参照して、任意曲面への直線パノラマ変換の原理について説明する。
図25において、Eは視点が連続的に分布する直線であり、xy平面に平行である。また、直線E上のei(e,e,e)は各視点を表す。Sは三次元空間内の投影対象を表し、s,sはS内の点を表す。また、Tは投影対象を投影する平面であり、xy平面と同一である。この平面上に投影されたデータは、例えば陰影変換して、CRTに表示される。
【0142】
ここで、直線E上の各点eにおいて直線Eに垂直な平面tを考える。平面t上の位置関係に着目すると、tはe,sを含んでおり、平面t上ではeを視点とし、xy平面上の交線U2を投影線とみなすことができるので、平面t内で1つの投影計算を行う。S’は平面tによる投影対象Sの断面である。このような計算を直線E上の各点eiについて行い、結果として、投影像がxy平面上に得られる。
【0143】
図25において、平面tに着目すると、図26となる。図26で点eは、視線E上の視点である。また点Qは、投影対象S内の点Sの直線Uへの投影である。図26において、点Oから点Qまでの距離Lは次の式で表される。
【0144】
L=h・tanθ
図27は、投影面Tが曲面の場合の例であり、投影線Uは曲線となる。この場合でも考え方は同じであるが、投影面Tから平面Tへの写像が必要となる。この写像の方法には、曲面に沿った距離OPをそのまま直線OQに写像する方法や、平面に垂直に下し、直線OQとして写像する方法が考えられる。
【0145】
曲線OPの長さは、曲線の関数fを用いて計算可能である。計算方法の詳細については、例えば、高木貞治著「解析概論」132頁〜139頁(1968年6月30日改訂第三版、岩波書店発行)に述べられている。
【0146】
図28〜34は、複数の断層像から、曲線パノラマ投影方法により三次元画像を構成する方法を説明する。まず、上記三次元画像の構成方法において、曲線パノラマ投影による座標変換について述べる。投影面への各断層像の投影に当たって、各断層像の画素座標を投影面上の座標に変換する操作は、次のように行われる。
【0147】
図28では、説明を簡単にするため、視点が分布する線Eは直線であり、さらにx軸に平行でz軸に交点をもち、断層像23はxy平面30に平行であるように座標系をとっている。また、投影面Tは平面であり、xy平面に平行である。
【0148】
図28において、視点eの位置は、視直線E上の任意の位置である。x,y,zは三次元座標系(x,y,z)の各軸、e点(x,0,R)は視直線E上の任意の視点eの位置、Q点(x,y,z)は投影面21上の点、S点(x,y,z)はe点(x,0,R)とQ点(x,y,z)とを結ぶ直線22と断層像23Aとの交点、Rは視点eのz座標である。ここで、直線22はe点から視直線Eに対して直角に引く。また、dは断層像23Aの位置(z軸上)であり、計算時に決まる。
【0149】
図28において、各視点eに着目すれば、視点eを含み、視直線Eに直交する平面tを仮定し、その面をz軸方向に積み重ねたものといえる。すなわち、平面t内での投影計算を行い、それを積み重ねると、3次元画像を表示できる。
【0150】
図29は、任意方向への投影における本実施例の原理を表す図である。図28で、3次元座標xyzの直交座標系において、一般性を失うことなく、複数の断層像23をz軸に垂直におく。複数の断層像23はお互いに平行であるとを仮定するが、平行でない場合は、三次元空間内での内挿計算により、平行な画像が容易に求められる。また、等間隔を仮定するが、原画像が等間隔でない場合も、内挿計算により、画像が容易に求められる。
【0151】
さらに、視点eが分布する任意の直線をEとするが、直線Eはz軸と交わるように引く。このとき、直線Eのxy平面への射影のx軸からの回転角をαとする。また、直線Eの、z軸からの傾きをωとする。また、原点Oから、前記直線Eに平行な直線で、直線Eを含む平面に存在する直線wを引く。そうすると、wは、原点0からxy平面でのx軸からの回転角がα、z軸からの傾きがωである軸となる。また、w軸の上で原点から距離dのところでw軸に直交する平面tを仮定する。さらに、w軸と視線Eとの距離をhとする。また、w軸に平行でw軸から距離hのところに投影平面Tを仮定する。平面tとw軸との交点をO’とする。投影平面Tは、平面t上で視点eと0’を結ぶ直線に直交する。
【0152】
そうすると、視線Eに分布する視点からの投影は各平面t内で考えればよい。すなわち、各平面tと複数の断層像23との交線上の点を、視線Eと平面tとの交点を視点eとして、平面Tに投影していけばよい。
【0153】
図28で、平面tと複数の断層像23との交線を40とし、交線のxy平面への射影を40’とする。また、O’のxy平面への射影をO”とする。一方、投影平面Tと平面tの交線と、視点eと点O’とを結んだ直線との交点をN、そのxy平面への射影をN’とする。また、w軸のxy平面への射影をu’、xy平面上にあり、原点Oを通り、直線u’に直交する直線をv’とする。
【0154】
原点からdの距離の断層像23の平面の方程式を(26)で表す。このとき、複数の断層像に対しては、zの値が変わるだけである。
z=d ……(26)
また、w軸に直交し、原点Oから距離dの平面tは(27)式で表す。ただし、直線OO’と同じ向きの単位ベクトルをw(l,m,n)とする。
lx+my+nz=d ……(27)
ただし、l,m,nはω、αを用いて、次の式で与えられる。
l=sinω・cosα
m=sinω・sinα
n=cosω
直線Eは、操作者がマウス,トラックボールなどで外部から与えるので、直線Eを与えると、係数l,m,nが決まる。
【0155】
図30は、平面tに対して垂直に見た図である。図30において、23は複数の断層像、Tは投影平面である。平面tに対して垂直に見た場合、投影面Tは直線に見える。交線40は平面t上に分布し、その間隔dlは、dl=dcosecωで与えられる。図30を用いて、交線40の式ともとのxy平面における関係を説明する。
【0156】
まず、xyz座標系による3次元空間における断層像23と平面tの交線の式を求める。交線は断層像の数だけ存在する。ここで、(26)式と(27)式とで表される2つの平面の交線の方向ベクトルをk(a,b,c)とすると、kは(26)、(27)の法線ベクトルg(0,0,1)、g(l,m,n)とそれぞれ垂直であるから、(28),(29)式が成り立つ。
kg= c=0 ……(28)
kg=la+mb+nc=0 ……(29)
(28),(29)式から、方向ベクトルkの方向比a:b:cを、l,m,nを用いて求めると、(30)式となる。
a:b:c=−m:l:0 ……(30)
交線は、これらa,b,c(l,m,n)を用いて、(6)式で与えられる。
(x−x)/−m=(y−y)/l, z=d ……(31)
ここでyを求めるために、x=0とおき、(26),(27)式からyを求める。
=d ……(32)
my+nz=d ……(33)
(32)式から、z=dを(33)式に代入して、yを求めると、(34)式となる。
=(−nd+d)/m ……(34)
すなわち、2つの平面1、2の交線である(31)式は、次の(35)式となる。
x/−m={y+(nd−d)/m}/l, z=d ……(35)
または、変形して(36)式
lx+my+(nd−d)=0, z=d ……(36)
となる。
【0157】
図31は、複数の断層像23,w軸と直交平面t,投影平面T,視直線Eとの間の関係およびそれらのxy平面への射影の関係を説明するため、直線Ou’を含むxy平面に垂直な面で切断した図である。図31で、v軸は、(36)式においてd=d・cosωとおいた(37)式で表される。
lx+my+d(n・cosω−1)=0, z=d ……(37)
原点O’のxyz座標系での座標は、(38),(39),(40)式を用いて、(41)〜(43)式で与えられる。
z=d ……(38)
y=x・tanα ……(39)
lx+my=md(n・cosω−1) ……(40)
x={md(n・cosω−1)}/(l+tanα ) ……(41)
y={md(n・cosω−1)}tanα/(l+tanα) ……(42)
z=d ……(43)
図32は、図31と同じ関係を表す図であり、複数の視点に対してw軸に直交する複数の平面tと投影平面Tとの関係を示す。図32において、投影方向PwとPuは平面t上での投影であり、投影方向PzとPxはPwとPuの関係をxy平面に射影したときの投影方向である。すなわち、交線40,視線E,投影平面T等の関係をそのままxy平面に射影し、xy平面で投影計算を行えばよい。
【0158】
図33は、z軸の上方からxy平面に射影した状態で、xy軸とu’v’軸との関係を説明する図である。両者の関係は、xy平面において座標回転となる。
xy平面への射影変換では、平面t上での交線の間隔dをx−y平面上に変換したときの間隔ddは、(44)式のようになる。さらに各断層像間の間隔dzを用いて、(45)式で表せる。
dd=d・cosω ……(44)
dd=dz/tanω ……(45)
また、(xa,ya)を通る直線の式は、次式で表される。
y−ya=(yi−ya)(xi−xa)/(xi−xa)
lx+my+(nd−d)=0
図34は、平面t上の交線、平面tと投影面Tの交線、視点等をxy平面に射影した関係を表す図である。
【0159】
ここで、x−y平面上での座標回転を考える。関数f(x,y)=0を原点の周りにαだけ回転して得られる関数の式は、次のようになる。
【0160】
f(u,v)=f(x・cosα+y・sinα,−x・sinα+y・sinα)=0
新しいu−v軸と、もとのx−y 軸との間には、次の(46),(47)式の関係が有る。
【0161】
x=u・cosα−v・sinα ……(46)
y=u・sinα+v・cosα ……(47)
(40)式に(46),(47)式のx,yを代入してu,vについて表すと、(48)式になる。
【0162】
u・sinω=(d−nd
u=(d−nd)/sinω=(d−d・cosω)/sinω ……(48)
すなわち、(36)式から、断層像23と平面tとの交線が求まる。次に(48)式からu,vの座標を求める。実際には直線はv 軸に平行なため、v=一定となり、uのみを変える。次に、(46),(47)式により、逆にx,yの座標を計算して対応する断層像上の点Sを求めればよい。この時、対応する点Sに座標が一致しなければ、内挿計算により求めることができる。
【0163】
以上のことから、平面t上での投影平面Tへの投影は、それらのxy平面上への射影により考えることができる。このとき、視点eと投影平面Tとの距離は、cosωだけ短縮されるが、全ての交線も短縮されるため、前記xy平面への射影像で計算しても、問題はない。
ここで、z=dのときのu’は、次のようになる。
=u’・tanω+d/cosω
したがって、
u’=(d・cosω−d)/sinω
図35は、投影面が平面の場合の平面t上の関係を、上からxy平面に射影した図であり、投影計算を説明する図である。図35で、Oは、xyz軸およびu’v’w軸の原点、e’は視点eのxy平面への射影、N’はNの射影である。ここで、断層像23と平面tとの複数の交線複数のxy平面への射影を23’とする。また、投影面Tと平面tとの交線のxy平面への射影を、T’とする。以下、各記号を図のように仮定する。交線23’の上の点Sと視点の射影e’を結んだ直線を延長し、直線T’との交点をPとすれば、PがSの投影点となる。
v=u・tanθ−du・tanθ
直線40と、直線23’の交点Sの座標:u=uiとの交点のviの座標は、上式にuiを代入して、次のようになる。
vi=ui・tanθ−du・tanθ
直線ON’の長さは、cosωで短縮されているが、断層像23’および視点e’との距離の関係すなわち比は、そのまま保存されているので、この上で計算しても問題はない。また、直線ON’に垂直な方向は短縮されないから、T’上に得られる投影像は、そのまま表示できる。
【0164】
図36は、投影面が曲面の場合の平面t上の関係を、上からxy平面に射影した図であり、投影計算を説明する図である。図36は、投影面が任意曲面であるが、計算方法は、いままで述べた方法と同じである。ただし、曲面上での点Nから点Pまでの距離として曲線上の長さを計算する方法、または、P点をOu’軸に平行な点P”を用いる方法がある。
【0165】
点S(x,y)は座標を回転角αだけ回転させた新しいu−v座標系においては、(46),(47)式で与えられる。このu−v座標系では、上記(11)式は新しいu−v座標軸を用いて、u=一定, v=変数として表される。w軸の上で、原点Oからの距離dが変わるに連れて、視点eもx−y座標上で視線Eの上で移動して行く。また、断層像23との交線も変わっていく。
【0166】
図36は、投影面が任意曲面の場合であるが、計算方法は、これまで述べた方法と同じである。ただし、CRTに表示するため、投影像を平面に写像する場合、曲面上での点Nから点Pまでの距離として曲線の長さを利用する方法、または、P点をOu’軸に平行な点P”を用いる方法がある。
【0167】
直線40と直線23’の交点Sの座標とは、次のようになる。
v=u・tanθ−du・tanθ
VT=(R−du)vi/(ui−du)
tanθ=VT/(R−du)
複数の断層像23に対しては、各断層像間の距離d1が異なり、また、複数の平面tに対しては、原点Oからの距離d2が異なる。このようにして、対応する断層像上の点Sとその投影点Pが求められる。
【0168】
視点eを視直線E軸上で表示する長さの部分だけ動かし、各視点eにおける平面tとその断層像との交線を計算し、xy平面への投影点を計算し、平面Tに投影すると、任意方向への平面パノラマ投影像が得られる。この投影像を対応する画像表示メモリに書き込むと、CRTに表示できる。
【0169】
陰影変換は、投影平面T上で実行すればよい。この陰影変換には、視直線Eからの距離に応じて濃淡を着ける方法,視直線に直交する各個別平面内での投影直線とのなす角度に応じて輝度変換する方法,視直線Eからの距離に応じて等高線のように輝度変換を行う方法等が考えられる。
【0170】
【発明の効果】
本発明によれば、血管壁,腸壁などの管状の投影対象を投影する際に、直線または曲線に沿って切り開かれたパノラマ写真のように、ゆがみが少なくパノラマ状の広い視野が得られるパノラマ投影方法が得られる。
【0171】
また、任意の曲面へのパノラマ投影方法によれば、血管壁,食道壁などの管状の投影対象の投影像が、あたかもその内部に入って見たような立体的な画像として表示されるので、正確かつ迅速な診断に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による直線パノラマ投影方法の手順を示すフローチャートである。
【図2】図1の直線パノラマ投影方法を実行するためのハードウェアの構成の一例を示すブロック図である。
【図3】直線パノラマ投影方法において、視直線が中心軸と一致する円柱投影面の投影像を直線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図4】図3の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。
【図5】図3の原理において、円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の直線パノラマ変換を説明する図である。
【図6】直線パノラマ投影方法において、視直線が外側にある円柱投影面の投影像を直線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図7】図6の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。
【図8】直線パノラマ投影方法により、複数の断層像から三次元画像の構成する際に、断層像の画素座標を投影面の画素座標に変換する原理を説明する図である。
【図9】図8の原理において、断層面と投影面とが平行である場合の直線パノラマ変換を説明する図である。
【図10】図8の原理において、断層面と投影面とが交差している場合の直線パノラマ変換の原理を説明する図である。
【図11】視直線と断層面と投影面とがより複雑な位置関係にある場合の直線パノラマ変換を説明する図である。
【図12】本発明による曲線パノラマ投影方法の手順を示すフローチャートである。
【図13】曲線パノラマ投影方法において、視曲線の接線が中心軸と一致する円柱投影面の投影像を曲線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図14】図13の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【図15】図13の原理において、円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【図16】曲線パノラマ投影方法において、視曲線が外側にある円柱投影面の投影像を曲線パノラマ変換により平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図17】図16の原理において、円柱投影面の中心角が180度である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【図18】曲線パノラマ投影方法により、複数の断層像から三次元画像の構成する際に、断層像の画素座標を投影面の画素座標に変換する原理を説明する図である。
【図19】図18の原理において、断層面と投影面とが平行である場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【図20】図18の原理において、断層面と投影面とが交差している場合の曲線パノラマ変換の原理を説明する図である。
【図21】視曲線と断層面と投影面とがより複雑な位置関係にある場合の曲線パノラマ変換を説明する図である。
【図22】図21において、三次元空間の視曲線Cと視点eにおける接線Vとの関係を示す図である。
【図23】2次投影平面上に曲線パノラマ変換された1次投影像の相互の関係を示す図である。
【図24】任意曲面へのパノラマ投影方法の手順を示すフローチャートである。
【図25】パノラマ投影方法において、任意曲面から平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図26】パノラマ投影方法において、任意曲面から平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図27】パノラマ投影方法において、任意曲面から平面に展開し、ゆがみを少なくしながら広視野化する原理を説明する図である。
【図28】三次元画像の構成方法において、断層像の画素座標を投影面上の座標に変換する方法を説明する図である。
【図29】同様に、複数の断層像の画素座標を投影面上の座標に変換する方法を説明する図である。
【図30】視点,断層像,投影面がより複雑な位置関係にある場合の直線投影による座標変換方法を説明する図である。
【図31】視点,断層像,投影面がより複雑な位置関係にある場合の直線投影による座標変換方法を説明する図である。
【図32】視点,断層像,投影面がより複雑な位置関係にある場合の直線投影による座標変換方法を説明する図である。
【図33】視点,断層像,投影面がより複雑な位置関係にある場合の直線投影による座標変換方法を説明する図である。
【図34】視点,断層像,投影面がより複雑な位置関係にある場合の直線投影による座標変換方法を説明する図である。
【図35】投影計算を説明する図である。
【図36】投影計算を説明する図である。
【図37】円柱投影面の中心角が180度である場合の直線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。
【図38】円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の直線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。
【図39】曲線パノラマ投影方法の全体の概要を示す図である。
【図40】円柱投影面の中心角が180度である場合の曲線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。
【図41】円柱投影面の中心角が180度よりも大きい場合の曲線パノラマ投影方法の原理を説明する図である。
【図42】視曲線に沿う視点と各視点における接線とこの接線を中心軸とする複数の短い円柱投影面との関係を示す図である。
【図43】任意曲面へのパノラマ投影を説明する図である。
【図44】任意曲面へのパノラマ投影を説明する図である。
【図45】従来の中心投影方法における断層像と投影面との関係を示す図である。
【図46】従来の平行投影方法における断層像と投影面との関係を示す図である。
【図47】従来の中心投影方法において断層像と投影像との関係が視点からの距離によりどのように変化するかを示す図である。
【図48】従来の平行投影方法において断層像が投影像としてどのように重ねて表示されるかを示す図である。
【符号の説明】
4 2次投影平面
21 円柱投影面
または接線Vを中心軸とする1次円柱投影面
23 断層像
C 視線の分布する三次元曲線
e 直線上の視点または三次元曲線C上の視点
h 視点eと円柱投影面21との距離
h 視点eから投影曲面の中央に引いた垂線
L 円柱投影面21上の円弧OQ
L’ Lと同じ長さを持った直線O2Q”上の線分
またはLと同じ長さを持った2次投影平面上の線分
P 2次投影平面4上の点(x ,y ,z )
Q 投影平面4上のP点に対応する円柱投影面21上の点
(直線Peと円柱投影面21の交点)
R 1次円柱投影面21の半径
V 視点eにおける曲線Cの接線
S 視点eから円柱投影面上の点Qへ引いた直線と断層像23が交わる点
θ 直線P’eとz軸のなす角
η CRTのX軸に平行に設定された表示アドレス
θ 垂線hとz軸のなす角
ξ CRTのY軸に平行に設定された表示アドレス
φ 線分Q’O’とz軸とのなす角
ω 線分Q’eと線分Q’O’とのなす角[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a panoramic projection method for computer graphics, and more particularly, to a means for ensuring a wide field of view by improving image distortion in a central projection method.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 45, the central projection method is a method of obtaining an image by irradiating light rays radially from a viewpoint e and projecting a projection target onto a projection plane. This central projection method is applied to, for example, projecting the images 40a and 40b of the tomographic image 23 in the body onto the projection plane 4 to obtain the projected images 40A and 40B, and is used to construct a three-dimensional image of the tomographic image. It is done.
[0003]
As shown in FIG. 46, the parallel projection method is a method of obtaining an image by irradiating parallel rays and projecting a projection target onto a projection plane. This parallel projection method is also applied to obtain the projection images 40A and 40B by projecting the images 40a and 40b of the tomographic image 23 in the body onto the projection plane 4, and is used to construct a three-dimensional image of the tomogram. .
[0004]
In general, when a viewpoint is brought into the body and a minute part in an organ such as the inner wall of the blood vessel, the esophagus, the intestine, or the bronchus is projected and displayed in three dimensions, the viewpoint is placed inside the target organ, A viewing center projection method is suitable.
[0005]
On the other hand, when observing bones, skin, body surfaces, etc. from the outside, a parallel projection method capable of intuitively understanding the external shape is suitable.
[0006]
In general, the projection plane in the conventional central projection method and the projection plane in the parallel projection method are “Computer Graphics” (by JD Foley & A. Van Dam), which is a representative document relating to computer graphics. As shown in (issued by the Japan Computer Association on July 15, 1984), it was a flat surface.
[0007]
When an object is projected onto the projection plane 4 using the central projection method, the projected image is enlarged from the center of the projection plane 4 to the periphery, and is rapidly moved away from the center 50 of the projection plane 4. Therefore, as compared with the image near the center 50, the distortion of the image increases from the center of the projection plane 4 to the periphery. This tendency becomes more prominent as the distance r between the viewpoint e and the projection target is shorter.
[0008]
In FIG. 47, if the distance from the viewpoint e to the projection plane 4 is R, the distance from the viewpoint e to the projection target in the tomographic image is r, and the distance from the projection center to the circumferential direction is l (constant), The distance H at
H = R · l / r
It becomes. As the distance r to the projection target decreases, the distance H on the projection plane increases rapidly and moves away from the center 50 on the projection plane. For example, when displaying on a CRT screen, since the display area is limited, when the distance H on the projection plane is determined, the area that can be projected is determined according to the distance R from the viewpoint e to the projection plane 4. In order to project a 180 ° width from the viewpoint e, R = 0 must be set, and only a very narrow portion can be projected.
[0009]
On the other hand, in parallel projection, there is little image distortion, but as shown in FIG. 48, when there are complex irregularities inside such as the inside of the esophagus or intestine, the projection objects overlap and there are many invisible parts. There was a drawback.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The three-dimensional display may be used for tubular objects such as blood vessels and esophagus. Such an object requires a three-dimensional display that gives a panoramic view so that it enters the inside of these tubular objects and a wide range of tube walls of 180 degrees to the left and right can be seen.
[0011]
Furthermore, since blood vessels, intestines, and the like are winding, it is necessary to create a three-dimensional image developed along these tubes.
[0012]
First of the present inventionofThe purpose is a linear panorama projection method that provides a wide panoramic field of view with little distortion.And linear panorama projectorIs to provide.
[0013]
Second of the present inventionofThe purpose is a curved panorama projection method that can obtain a wide panoramic field of view with little distortion while avoiding overlapping of projection objects as much as possible for curved tubular projection objectsAnd curved panorama projectorIs to provide.
[0014]
A third object of the present invention is to obtain a panoramic wide field of view with little distortion by using viewpoints distributed on a straight line and an arbitrary curved surface.Arbitrary curved surfacePanorama projection methodAnd arbitrary curved panorama projectorIs to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention irradiates light rays in a plane perpendicular to the straight line from each viewpoint continuously distributed on the straight line, and a cylindrical projection plane having the straight line as an axis. A linear panorama projection method is proposed in which a projection target is projected directly onto the projection plane, and the projection result is developed on a projection plane to display a panorama.
[0016]
The present invention also includes a means for setting a straight line, a means for setting a cylindrical projection plane having the straight line as an axis, and a radial direction within a plane orthogonal to the straight line from each viewpoint continuously distributed on the straight line. A linear panorama including means for directly projecting a projection target onto the cylindrical projection plane by irradiating light, means for developing the projection result on a projection plane, and display means for panoramic display of the projection result developed on the projection plane A projection device is proposed.
[0017]
The linear panorama projection methodAnd linear panorama projectorIn the method, at least a part of the projection target may exist between the viewpoint and the cylindrical projection plane.
[0018]
In any of the above linear panorama projection methods, the radius of the cylindrical projection plane may be equal to the distance from the viewpoint to the projection plane, or may be shorter than the distance from the viewpoint to the projection plane. It may be longer than the distance from the viewpoint to the projection plane.
[0019]
On the other hand, the central angle of the cylindrical projection plane can be set to any angle between 0 and 360 degrees.
[0020]
The projection target may be either data input from an input device or data obtained as a result of calculation by a calculation device.
[0021]
Further, the data obtained as a result of calculation by the calculation device is more specifically configured by using a tomographic image including a tomographic image obtained by decomposing a volume image obtained by three-dimensional measurement or a general linear projection method. 3D images can be obtained.
[0022]
In order to achieve the second object, the present invention irradiates light rays from each viewpoint continuously distributed on an arbitrary curve in a plane perpendicular to the tangent at the viewpoint, and the tangent is used as an axis. A curved panorama projection method in which a projection target is directly projected onto a short cylindrical projection surface, a plurality of the short cylindrical projection surfaces are connected to create a projection image along the curve, and the projection result is developed on a projection plane to display a panorama Propose.
[0023]
The present invention further includes means for setting an arbitrary curve, and radiating rays from each viewpoint continuously distributed on the arbitrary curve in a plane perpendicular to the tangent at the viewpoint, and using the tangent as an axis. Means for directly projecting a projection object onto a short cylindrical projection surface, means for connecting a number of the short cylindrical projection surfaces to create a projection image along the curve, means for developing the projection result on a projection plane, A curved panorama projection apparatus including display means for panorama displaying a projection result developed on a projection plane is proposed.
[0024]
SaidcurvePanorama projection methodAnd arbitrary curved panorama projectorIn the method, at least a part of the projection target may exist between the viewpoint and the cylindrical projection plane.
[0025]
In any curved panorama projection method, the radius of the cylindrical projection plane may be equal to the distance from the viewpoint to the projection plane, or may be shorter than the distance from the viewpoint to the projection plane. However, it may be longer than the distance from the viewpoint to the projection plane.
[0026]
On the other hand, the angle of the cylindrical projection plane can be set to an arbitrary angle between 0 and 360 degrees.
[0027]
The projection target may be either data input by an input device or data obtained as a result of calculation by an arithmetic device.
[0028]
Furthermore, the data obtained as a result of calculation by the calculation device is more specifically a tomogram including a tomogram obtained by decomposing a volume image obtained by three-dimensional measurement.
[0029]
In order to achieve the third object, the present invention irradiates light rays in a plane perpendicular to the straight line from each viewpoint continuously distributed on the straight line, and directly projects the projection target onto an arbitrary curved surface. Then, an arbitrary curved surface panorama projection method is proposed in which the projection result is developed on a projection plane and displayed in a panorama manner.
[0030]
The present invention provides a means for setting a straight line and an arbitrary curved surface, and directly irradiates light rays in a plane orthogonal to the straight line from each viewpoint continuously distributed on the straight line and directly projects the projection target onto the arbitrary curved surface. An arbitrary curved surface panorama projection apparatus including means, means for expanding the projection result on a projection plane, and display means for displaying the projection result expanded on the projection plane in a panorama is proposed.
[0031]
SaidArbitrary curved surfacePanorama projection methodAnd arbitrary curved panorama projectorIn the above, at least a part of the projection target may exist between the viewpoint and the arbitrary curved surface.
[0032]
In any panorama projection method, the cross section of the projection plane may be an arbitrary curve other than a plane, and the cross section of the projection plane may change according to the position of the viewpoint. May be changed according to the shape of the projection target and the purpose of observation of the projection target.
[0033]
The projection target may be either data input from an input device or data obtained as a result of calculation by a calculation device. More specifically, the result data calculated by a calculation device is a volume image obtained by three-dimensional measurement. Is a tomographic image including a tomographic image obtained by decomposing the image, and is a three-dimensional image constructed using a general straight line projection method.
[0034]
[Action]
37 and 38 are diagrams for explaining the principle of the linear panorama projection method according to the present invention. The projection surface is a cylindrical projection surface 21 having a straight line perpendicular to the paper surface as the central axis 7. The viewpoint is continuously distributed on the central axis 7 of the cylindrical projection surface 21, and the projection target 5 is projected onto the cylindrical projection surface 21.
[0035]
In FIG. 37, the center angle of the curved surface surrounding the viewpoint is exactly 180 degrees, but the center angle is arbitrary. The three-dimensional image projected onto the cylindrical projection surface 21 is converted into the plane 4 by panoramic projection of the cylindrical projection surface 21 onto the regions 12 to 13.
[0036]
In FIG. 38, the center angle of the curved surface surrounding the viewpoint is larger than 180 degrees, and the end points 10 and 11 are closer to those of the curved surface in FIG. Also in this case, as in the case of FIG. 37, the three-dimensional image projected on the curved surface between the end points 10 and 11 is converted into the plane 4 by panorama projection.
[0037]
When all the viewpoints, that is, the central axis 7 are enclosed, the end points 10 and 11 coincide. In that case, the cylindrical projection surface 21 is the entire circumference. Accordingly, a panoramic three-dimensional image can be obtained as if a projection target such as a blood vessel, an intestine, and an esophagus is opened.
[0038]
The image converted from the image on the cylindrical projection plane 21 to the secondary projection plane 4 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen as it is. When the image converted to the secondary projection plane 4 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen in this way, distortion that has conventionally occurred in the horizontal direction depending on the projection direction is corrected, and a wide panoramic field of view is obtained. A panoramic projection method giving a three-dimensional image is obtained.
[0039]
39 to 42 are diagrams for explaining the principle of the curved panorama projection method according to the present invention.
[0040]
FIG. 39 is a diagram showing an overview of the entire curved panorama projection method. In the curve panorama projection method of FIG. 39, first, an arbitrary curve C in which the viewpoints e are continuously distributed is drawn on the projection object 23. More specifically, an arbitrary curve C in which the viewpoints are distributed in the tubular projection object 23 is drawn. In order to draw the curve C, it is possible to record a trajectory when searching in the tube by the central projection method and adopt the trajectory. The operator may specify each tomogram with a pointing device such as a mouse or a trackball. Furthermore, a method of causing the computing device to automatically discriminate and trace the tubular projection object 23 can also be used.
[0041]
Next, a tangent line V is drawn on the curve C at an arbitrary viewpoint e on the given curve C. The gradient of the tangent line V in the three-dimensional space changes as the viewpoint e moves on the curve C. Consider a short cylinder having a length δV with the tangent V at each position of the viewpoint e as the central axis. Next, a plane B that passes through the viewpoint e and is orthogonal to the tangent line V is considered, and the curved surface of the cylinder is defined as a cylindrical projection surface 21. Project.
[0042]
A perpendicular line h is drawn from the viewpoint e to the center of the cylindrical projection surface 21. The perpendicular line h is orthogonal to the tangent line V. Let g be the intersection of the straight line h and the cylindrical projection plane 21, and let T be the plane that includes the intersection g and is perpendicular to the perpendicular h. The plane T is the secondary projection plane 4. When the short cylindrical projection surface 21 and the projection plane 4 are created at each viewpoint e on the curve C, a projection image of an object within a predetermined length range on the curve C can be created.
[0043]
40 and 41 are diagrams showing the relationship between the primary projection curved surface 21 on the arbitrary plane B in FIG. 39, the secondary projection plane 4, the projection object 5, and the tangent line V at the viewpoint e on the curve C. is there. The primary projection curved surface is a cylindrical projection surface 21 that is perpendicular to the paper surface and has a tangent line V as a central axis. The viewpoint is continuously distributed on the central axis 7 of the cylindrical projection surface 21, and the projection object 5 is projected onto the cylindrical projection surface 21.
[0044]
In FIG. 40, the center angle of the curved surface surrounding the viewpoint is exactly 180 degrees, but the center angle is arbitrary. The three-dimensional image projected onto the cylindrical projection surface 21 is converted into the plane 4 by panoramic projection of the cylindrical projection surface 21 onto the regions 12 to 13.
[0045]
When all the viewpoints, that is, the central axis 7 are enclosed, the end points 10 and 11 coincide. In that case, the cylindrical projection surface 21 is the entire circumference. Therefore, a panoramic three-dimensional image can be obtained as if a projected object such as a blood vessel, intestine, and esophagus is cut open.
[0046]
The image converted from the image on the cylindrical projection plane 21 to the secondary projection plane 4 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen as it is. When the image converted to the secondary projection plane 4 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen in this way, distortion that has conventionally occurred in the horizontal direction depending on the projection direction is corrected, and a wide panoramic field of view is obtained. A panoramic projection method giving a three-dimensional image is obtained.
[0047]
In FIG. 41, the center angle of the curved surface surrounding the viewpoint is larger than 180 degrees, and the end points 10 and 11 are closer than those of the curved surface of FIG. Also in this case, as in the case of FIG. 40, the three-dimensional image projected on the curved surface between the end points 10 and 11 is converted into the plane 4 by panorama projection.
[0048]
When all the viewpoints, that is, the central axis 7 are enclosed, the end points 10 and 11 coincide. In that case, the cylindrical projection surface 21 is the entire circumference. Therefore, a panoramic three-dimensional image can be obtained as if a projected object such as a blood vessel, intestine, and esophagus is cut open.
[0049]
The image developed on the secondary projection plane 4 from the image on the cylindrical projection plane 21 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen as it is. When the image converted to the secondary projection plane 4 is made to correspond to the coordinates on the CRT screen in this way, distortion that has conventionally occurred in the horizontal direction depending on the projection direction is corrected, and a wide panoramic field of view is obtained. A panoramic projection method giving a three-dimensional image is obtained.
[0050]
FIG. 42 is a diagram showing the arrangement of the viewpoint e along the curve C, the tangent line at each viewpoint, and a plurality of short cylindrical projection planes 21 with the tangent line as the central axis. In order to prioritize ease of explanation and ease of viewing, the space between the short cylindrical projection surfaces 21 is wide, but actually, as shown in the portions 30 to 32, each short cylindrical projection surface 21. The cylindrical projection plane 21 is arranged so that are closely overlapped with each other.
[0051]
When the cylindrical projection surface 21 is a complete cylinder, the central angle surrounding the tangent line V is 360 degrees, but it can be set to an angle of less than 360. When the central angle surrounding the tangent line V is 360 degrees, a panoramic projection image obtained by opening and projecting a tubular projection object along the curve C is obtained.
[0052]
The center of the projection direction can be arbitrarily set by the operator. The center of the projection direction can be determined individually for each cylindrical projection surface or can be determined in common. When determining the center of the projection direction individually, the operator needs to determine the direction for each cylindrical projection plane. In the case where the center of the projection direction is determined in common, the direction is given by a pointing device such as a mouse or a trackball, and the direction is applied to the entire cylindrical projection surface.
[0053]
As shown in FIGS. 40 and 41, individual cylindrical projection images obtained in this way are developed by curve panorama development, rearranged along a straight line, and displayed on a plane.
[0054]
43 and 44 are diagrams for explaining panorama projection onto an arbitrary curved surface according to the present invention. The projection surface 21 is parallel to the line of sight E and has an arbitrary shape including a plane. The light source is continuously distributed in the line of sight E and projects the projection target 5 onto the projection plane 21. In FIG. 43, the projection plane is a plane, and after the projection calculation, the projection image may be subjected to shadow conversion and displayed on the CRT. In FIG. 44, the projection surface is a curved surface, and continuously changes with respect to the position of the line of sight E. The projection target is projected on the projection plane 21. In order to display this primary projection image on the CRT, it is necessary to map the image of the projection surface 21 onto a plane. For this mapping method, a method using a distance along a curved surface from a certain position (straight line η) or a plane η ′ in contact with the projection curved surface 21 at each point of η is assumed, and the projection is perpendicular to η ′. There are ways to do this.
[0055]
The advantage of using a plane as the projection plane is that it is not necessary to calculate the projection from the curved projection plane to the plane, making the calculation simple and effective when you want to see a three-dimensional image of a part that spreads in a plane. .
[0056]
On the other hand, when a curved surface is used, projection calculation from the curved surface is required, but there is an advantage that a stereoscopic image with a wide field of view can be obtained for a spherical or tubular projection target. In addition, when the projection plane is continuously changed with respect to the shape of the projection target, a stereoscopic image that is easy to see may be obtained even for an object having a complicated shape. When this linear light source is used, a projected image can be calculated continuously along the linear light source, so that a stereoscopic image with a wider field of view can be obtained as compared with the central projection.
[0057]
【Example】
An embodiment of the panorama projection method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0058]
<Linear panorama projection method>
FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of an embodiment of the straight panorama projection method according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for executing the linear panorama projection method of FIG.
[0059]
In FIG. 2, a CPU 50, a main memory 51, a magnetic disk 52, a display memory 53, and a mouse controller 55 are connected to each other via a common bus 57. The magnetic disk 52 stores a plurality of tomographic images and a program for executing the linear panorama projection method of the present embodiment.
[0060]
The CPU 50 reads a program for executing a plurality of tomographic images and a linear panorama projection method from the magnetic disk 52, executes operations such as panorama conversion using the main memory 51, sends the result to the display memory 53, and outputs a CRT It is displayed on the monitor 54. A mouse 56 connected to the mouse controller 55 is used for designating a starting point position and the like in calculations such as panorama conversion. The panorama converted image is stored in the magnetic disk 52 as necessary.
[0061]
Step 101: As shown in FIG. 1, in the linear panorama projection method of the present embodiment, first, the projection target is projected onto the cylindrical projection surface by the linear projection method. In other words, light rays are irradiated from a viewpoint continuously distributed on a straight line into a plane orthogonal to the straight line, and a projection target is projected onto a cylindrical projection plane.
Step 102: The coordinates of the cylindrical projection plane image are transformed into a secondary projection plane to obtain a panoramic projection image. If necessary, the panorama projection image is converted into the coordinates of the CRT monitor 54 and displayed.
[0062]
In the present embodiment, panorama conversion refers to a process of projecting a projection target onto a cylindrical projection curved surface, expanding the cylindrical projection plane onto a secondary projection plane, and projecting the projection target onto a secondary projection plane. That is, in the linear panorama projection method, a projection target is linearly projected using a cylindrical projection plane as a projection plane, and the cylindrical projection plane is developed into a plane. In this case, the address of each point along the semi-cylindrical projection plane that is the projection plane corresponds to the address of the display pixel of the CRT. The panoramic image is displayed on the screen of the CRT monitor 54, for example.
[0063]
Next, the principle of linear panorama conversion will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface whose line of sight coincides with the central axis into a plane by linear panorama conversion in the linear panorama projection method. . In FIG. 3, a cylindrical projection surface 21 is a cylindrical projection surface having a radius R centered on the intersection O ′ between the visual line V and the Z axis where the viewpoint e is continuously distributed. Here, of the two semi-cylindrical projection surfaces I and II obtained by dividing the cylindrical projection surface 21 into two by a plane passing through the intersection O ′ and parallel to the xy plane, the semi-cylindrical projection closer to the origin O is used. A comedones are shown. The secondary projection plane 4 is a projection plane to be projected after panoramic conversion of the projection image of the cylindrical projection plane 21. The projection plane 4 corresponds to a display screen of a CRT monitor. The radius R of the cylindrical projection surface 21 is also the distance between the visual line V and the projection plane 4 in the example of FIG.
[0064]
X in the X-axis direction from the origin O of the 3D coordinate system1It is assumed that a projection object at a distance of is projected onto a point Q on the cylindrical projection surface 21 by the linear projection method. The position of Q is a point (x on the cylindrical projection surface 21 by a light ray irradiated from the visual line V.1, Θ). θ is an angle formed by a line connecting the point Q and the visual line V and the z axis.
[0065]
When the point Q is coordinate-transformed into the secondary projection plane 4, the point P on the secondary projection plane 4 (η1, Ξ1). At that time, the arc from the point O ″ to the point Q on the cylindrical projection surface 21, that is, the arc OQ′L on the projection curved surface 21, extends from the point O ″ to the point P having the same length on the secondary projection plane 4. Converted to a line segment L ′. Of the coordinates of point P, η1Is the X coordinate on the CRT corresponding to point P, ξ1May be interpreted as the Y coordinate on the CRT corresponding to the P point.
[0066]
FIG. 4 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the center angle of the cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. In FIG. 3, when attention is paid to the yz plane at x = 0, it can be displayed as shown in FIG. In FIG. 4, planes orthogonal to the visual line V, that is, arbitrary yz planes are considered to be independent from each other, and panorama calculation is performed in each yz plane.
[0067]
Focusing on the yz plane at x = 0, the 180-degree range of the semicircular arc is divided into equal angles, and the divided pixels are used as display pixels in the horizontal axis direction of the screen of the CRT monitor 54, that is, in the X-axis direction. Make it correspond. It may be considered that the circumference of the semicircular arc is divided at equal intervals to correspond to the display pixels.
[0068]
FIG. 5 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the center angle of the cylindrical projection surface is larger than 180 degrees in the principle of FIG. Also in this case, the panorama conversion method is the same as in FIG.
[0069]
In FIG. 4, the angle between the line connecting the Q point and the viewpoint e and the z axis is θ, the angle per pixel is dθ, and the angle from which the entire semicircular arc is viewed from the visual line V is the horizontal axis on the CRT, that is, the X axis. When the number of display pixels in the direction is N and the number of pixels representing an arbitrary position is n, the following equation is established. However, the angles dθ, θ, and Θ are expressed in radians. Note that the display pixel number N in the X-axis direction is, for example, 512 or 1024.
dθ = Θ / N = π / N
L ′ = L
ξ1= OQ1= L = R · n · dθ = π · n · R / N
η1= X1
Here, the range of OA = π · R / 2, twice the length of OA is made to correspond to the display length of the horizontal axis of the CRT screen, that is, the X axis. The vertical axis, that is, the Y axis is determined by the number of pixels on the CRT screen.
[0070]
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing the projection image of the cylindrical projection surface having the visual line on the outer side into a plane by linear panorama conversion in the linear panorama projection method. FIG. 6 shows a case where the distance between the visual line V and the cylindrical projection surface 21 is larger than the radius R of the cylinder.
[0071]
FIG. 7 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the central angle of the cylindrical projection surface 21 is 180 degrees in the principle of FIG. In FIG. 6, when attention is paid to the yz plane at x = 0, it can be displayed as shown in FIG. In FIG. 7, the coordinates on the yz plane of the intersection point Q between the straight line Pe and the cylindrical projection surface 21 are a line O connecting the points P ′ and e on the y-axis and a point O at a distance R from the origin on the z-axis. It becomes the intersection point Q 'with the circumference of radius R centered on'. In FIG. 7, when the distance between the viewpoint e and the projection plane 4 is h, the angle Q′O′O is φ, and the angle eQ′O ′ is ω, the following equation is established.
φ = ω + θ
R / sin θ = (h−R) / sin ω
From these two equations, η1, Ξ1Is obtained.
ω = sin ̄1[{(H−R) sin θ} / R]
dθ = Θ / N
θ = n · dθ = n · Θ / N
L ′ = L
therefore
ξ1= R ・ φ = R (ω + θ)
η1= L
It becomes.
[0072]
This η1, Ξ1Is the pixel address on the display memory. That is, the point P on the projection plane 4 is the point P (η1, Ξ1) And panorama conversion has been executed.
[0073]
Next, a method for constructing a three-dimensional image from a plurality of tomographic images by a linear panoramic projection method will be described with reference to FIGS. In any case, the tomographic image is first projected on the cylindrical projection surface 21 and then the tomographic image on the cylindrical projection surface 21 is developed on the secondary projection plane 4 by panorama conversion.
[0074]
First, in the above three-dimensional image construction method, coordinate conversion by linear panorama projection will be described. When projecting each tomographic image onto the projection surface by linear projection, conversion of pixel coordinates of each tomographic image into coordinates on the projection surface is performed as follows.
[0075]
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of converting the pixel coordinates of the tomographic image into the pixel coordinates of the projection plane when a three-dimensional image is constructed from a plurality of tomographic images by the linear panoramic projection method. In the example of FIG. 8, in order to simplify the description, the coordinate system is defined so that the center line 31 of the cylindrical projection surface 21, the tomographic image plane 23, and the xy plane are parallel to each other. Further, the center line 31 of the cylindrical projection surface 21 is on the z axis. In FIG. 8, the viewpoint e is continuously distributed on the visual line V. X, y, and z are the axes of the three-dimensional coordinate system (x, y, z) and the point e (d0, 0, R) is the position of an arbitrary viewpoint e on the visual line V, Q point (x, y, z) is a point on the cylindrical projection plane 21, and S point (x0, Y0, Z0) Is the point where the straight line 22 connecting the point e (x, 0, R) and the point Q (x, y, z) intersects the tomographic image 23A, and R represents the z coordinate of the viewpoint e. The straight line 22 is drawn from the point e so as to be orthogonal to the visual line V. D0Is the position on the z-axis of the tomographic image 23A and is determined at the time of calculation.
[0076]
In FIG. 8, if attention is paid to each viewpoint e, it can be seen that fan-shaped surfaces are stacked in the z-axis direction. Therefore, if projection calculations are executed in a sector shape and they are stacked, a three-dimensional image can be displayed.
[0077]
FIG. 9 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane are parallel to each other in the principle of FIG. FIG. 9 shows tomographic images 23B to 23H in addition to the tomographic image 23A, viewed from the x-axis direction. In FIG. 9, tomographic images 23A to 23H are tomographic images obtained at equal intervals in the same direction with respect to the same object, and organ regions B1, B2, B3, and B4 are drawn with emphasis on the tomographic image 23. . The tomographic images in this example are equally spaced, but are not necessarily equally spaced.
[0078]
When the organ regions B1, B2, B3, and B4 are projected onto the projection plane 4, B1 ', B2', B3 ', and B4' are obtained. Here, when the projection data B1 ′, B2 ′, B3 ′, and B4 ′ are written in the display memory 53 of FIG. 2, in order to produce a three-dimensional effect, the projection data existing farther from the viewpoint e is first selected. Write and overwrite the projection data closer to it later. Thereafter, the shading process is executed.
[0079]
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of linear panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane intersect with each other in the principle of FIG. In this case, it is necessary to create tomographic images 23a, 23b, 23c,..., 23h directed to a plane parallel to the projection surface 21 from the tomographic images 23A, 23B,. Subsequent projection calculations are the same as in FIG.
[0080]
FIG. 11 is a diagram for explaining linear panorama conversion in the case where the visual line, the tomographic plane, and the projection plane have a more complicated positional relationship. In FIG. 11, the S point (x0, D0, Z0) Is a point P (x, y, z) on the plane.
[0081]
When the tomographic image 23 is projected onto the cylindrical projection surface 21 by the straight panorama projection method, the conversion of each pixel coordinate of the tomographic image 23 into the coordinate on the cylindrical projection surface 21 is executed as follows. Here, the positional relationship is set as follows so that the tomographic image can be handled without losing generality. The tomographic image 23 input in FIG. 11 is in a plane perpendicular to the y-axis and d from the origin.0Is in the distance. For multiple tomographic images, distance d from the origin0Changes. The visual line V is set to coincide with the central axis of the cylindrical projection plane, and gives an arbitrary direction that is not parallel to any of the x, y, and z axes. This direction can be designated by the operator with a pointing device such as a trackball or a mouse. Next, an arbitrary viewpoint e is determined on the visual line V, and a perpendicular h is lowered from the viewpoint e to the center line Cv of the semicylindrical projection plane. The perpendicular h is also determined by the operator.
[0082]
Here, a plane T in contact with the center line Cv of the semi-projection plane is assumed.
[0083]
The line of sight V is the parameter a of the V direction vector1, B1, C1Is expressed by the following formula.
(Xx1/ A1= (Y-y1) / B1= (Z-z1) / C1                ...... (1)
When the visual line V and the viewpoint e are determined, a1, B1, C1, X1, Y1, Z1Is determined. Also, the direction vector parameter a that gives the direction of the viewpoint e with a pointing device such as a trackball or a mouse.2, B2, C2Is also given.
[0084]
As above, the viewpoint e (x1, Y1, Z1) And perpendicular to the viewing line V and the direction is a2, B2, C2When the straight line h is determined, the following equation is established from the orthogonal condition between V and h.
a1a2+ B1b2+ C1c2= 0
The equation for the straight line h is as follows.
(Xx1/ A2= (Y-y1) / B2= (Z-z1) / C2                (2)
Where a2, B2, C2, X1, Y1, Z1Since h = R, the straight line h and the tomographic image 23 (y1= D0) Is the straight line h, y = d0Is given by the following equation.
(Xx1/ A2= (D0-Y1) / B2= (Z-z1) / C2
(Xx1) = A2(D0-Y1) / B2
(Z-z1) = C2(D0-Y1) / B2
∴x = a2(D0-Y1) / b2+ X1
y = d0
z = c2(D0-Y1) / B2+ Z1
This coordinate is the coordinate of the intersection with the tomographic image 23, and d0If changes, this coordinate also changes.
[0085]
Next, assuming a straight line h ′ obtained by rotating the straight line h about the V axis by an angle θ, h ′ is also orthogonal to V and a point (x1, Y1, Z1) Furthermore, the tomographic image 23 (y = d0). For this reason, the following equation holds.
(Xx1/ A3= (D0-Y1) / B3= (Z-z1) / c3            ...... (3)
Where a3, B3, C3Is a parameter of the direction vector of h ′.
[0086]
From the equation (3), the coordinates of S ′ are obtained by the following equation.
x = a3(D0-Y1) / B3+ X1                                ...... (4)
y = d0                                                    ...... (5)
z = c3(D0-Y1) / B3+ Z1                                ...... (6)
Further, from the orthogonal condition of V and h, V and h ′, the parameter a1, B1, C1, A2, B2, C2, A3, B3, C3The following conditions hold between:
a1a3+ B1b3+ C1c3= 0
cos θ = | a2a3+ B2b3+ C2c3| / √ (T2× T3)
However,
T2= A2 2+ B2 2+ C2 2
T3= A3 2+ B3 2+ C3 2
Then
(A2a3+ B2b3+ C2c3)2= T2・ T3・ Cos2θ
It becomes.
[0087]
here,
T2・ Cos2θ = k
The above formula is as follows.
(A2a3+ B2b3+ C2c3)2= K (a3 2+ B3 2+ C3 2)
B on both sides3 2Divide by the following.
(A2a3/ B3+ B2+ C2c3/ B3)2= K (a3 2+ 1 + c3 2)
A1a3+ B1b3+ C1c3= 0 b on both sides3Divide by the following.
a1a3/ B3+ B1+ C1c3/ B3= 0
here,
a3/ B3= U ...... (7)
c3/ B3= V (8)
Then, the following equation holds.
a1u + b1+ C1v = 0
v =-(a1u + b1) / C1                                    ...... (9)
Substituting this v into the above equation and solving for u,
Figure 0003627066
Equation (10) is obtained.
[0088]
Here we introduce the following replacement.
c1a2-C2a1= T1
c1b2-C2b1= T2
c1 2+ A1 2= T3
a1 2+ B1 2= T4
Then, the equation (10) becomes as follows.
(T1u + t2)2= K (t3u2+ 2a1b1u + t2)
This is organized as follows.
(T1 2-Kt3) U2 2+2 (t1t2-A1b1k) u + (t2 2-Kt4) = 0
From this equation, u is determined as follows.
Figure 0003627066
If u in equation (11) is used, v in equation (9) can be obtained. Further, S ′ (x, y, z) is obtained by using (4), (5), and (6).
[0089]
D for a plurality of tomographic images 230Are different and multiple d0S 'is obtained for. Similarly, different (x, y, z) can be obtained for different viewpoints e (x1, y1, z).
[0090]
On the other hand, when θ is given, the coordinates of the passing points on each tomographic image are obtained from the equations (4), (5), and (6), and the projection data of the contour points in the vicinity thereof are obtained. Since there are a plurality of tomographic images, there may be a plurality of contour points. When θ is given, the plurality of contour points are projected on the cylindrical projection plane 21 at the same position. However, when writing into the display memory from a position far from the viewpoint, a projected image closest to the viewpoint can be seen.
[0091]
In this way, if the viewpoint e is moved by the length of the display line on the visual line V-axis and the angle θ is changed from 0 to ± 90 degrees at each viewpoint e, a three-dimensional projection image is obtained on the cylindrical projection plane 21. It is done. This projection image is converted into the secondary projection plane 4 by panorama conversion, written into the corresponding image display memory 53, and displayed on the CRT monitor 54.
[0092]
Shading conversion is performed on the secondary projection plane 4. For this shading conversion, a method of applying shading according to the distance from the visual line V, a method of performing luminance conversion according to the angle formed with the projected straight line in each individual plane orthogonal to the visual line, A method of converting the luminance like a contour line according to the distance can be considered.
[0093]
According to the linear panorama projection method of the present embodiment, when projecting a tubular projection target such as a blood vessel wall or an intestinal wall, the panoramic image has little distortion like a panoramic photograph cut along a straight line or a curve. A wide field of view is obtained.
[0094]
《Curve panorama projection method》
FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of an embodiment of the curved panorama projection method according to the present invention. Since the hardware configuration to which the curved panorama projection method of the present embodiment is applied is not different from the hardware configuration to which the linear panorama projection method is applied, the description thereof is omitted.
[0095]
Step 201: In the curved panorama projection method according to the present invention, an appropriate visual curve is drawn through a tube with respect to a curved tubular projection object using a pointing device such as a mouse or a trackball. A viewpoint is distributed on this visual curve.
Step 202: An arbitrary point of the visual curve is determined, a tangent line is drawn at the point, and a short cylindrical projection plane with the tangent as the central axis is assumed.
Step 203: Project an object in a short range by the curved panorama projection method using the short cylindrical projection surface as a projection curved surface. In this projection method, first, projection is performed on a projection surface (cylindrical projection surface: a projection plane before correction by panorama conversion described later) formed by a cylindrical projection surface by a linear projection (projection method combining parallel projection and central projection) method. .
Step 204: After the projection, the results of the plurality of projection curved surfaces are developed on a secondary projection plane by panorama transformation, which will be described later, and arranged on a straight line to obtain the projection target projection image.
[0096]
Here, panorama conversion refers to a process of projecting a projection target onto a cylindrical projection curved surface, expanding the cylindrical projection plane into a plane, and projecting the projection target onto a secondary projection plane.
[0097]
That is, in the present invention, after projecting a curve using the cylindrical projection surface as a projection surface, the projection image is developed on a projection plane. In this case, each point distributed on the semi-cylindrical projection plane, which is the projection plane, is associated with the display pixel address of the CRT, and the panoramic image display effect is obtained on the projection plane (CRT screen).
[0098]
Next, the principle of panorama conversion of the above-described inventive method will be described with reference to FIGS.
[0099]
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface in which the tangent line of the visual curve coincides with the central axis into a plane by curve panorama conversion in the curve panorama projection method. It is. In FIG. 13, a short cylindrical projection plane 21 is a cylindrical projection plane having a center at a viewpoint e on the visual curve C and a tangent line V passing through the viewpoint e as a central axis. Here, the direction of the tangent line V is set parallel to the x-axis. The plane 4 is a secondary projection plane that is in contact with the origin O of coordinates (x, y, z) and is perpendicular to the z-axis at the origin O, and is a secondary projection plane as a projection plane after correction by panorama transformation. It is. This projection plane 4 corresponds to a CRT display screen.
[0100]
In FIG. 13, x, y, z are axes of the three-dimensional coordinate system, O is the origin of the three-dimensional coordinate system, e is a viewpoint on the curve C, and C is a spatial curve or visual curve in which the viewpoint e is continuously distributed. , V is the tangent of the curve C at the viewpoint e, and R is the radius of the cylindrical projection surface 21. The radius R is also the distance between the visual curve C and the projection plane 4. Q is a point on the cylindrical projection surface (x1, Θ) and P are points (η on the secondary projection plane 4)1, Ξ1), Θ is an angle at which the entire arc is viewed from the viewpoint e, θ is an angle formed by a line connecting the Q point and the V axis and the Z axis, dθ is a unit angle obtained by equally dividing 180 degrees into N, and L is on the cylindrical projection plane 21. The arc OQ, L ′ is a straight line OP, η on the y-axis having the same length as L1Is the X coordinate on the CRT corresponding to point P, ξ1Is the Y coordinate on the CRT corresponding to point P.
[0101]
FIG. 14 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the center angle of the cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG.
[0102]
In FIG. 13, focusing on the yz plane at x = 0, FIG. 14 is obtained.
[0103]
In FIG. 14, planes orthogonal to the visual curve C (arbitrary yz planes) are independent, and projection calculation may be performed within each plane. Therefore, focusing on the yz plane at x = 0, FIG. 14 is obtained. In FIG. 14, the 180 degree angle of the semicircular arc ridge is divided by equal angles, and this is made to correspond to the horizontal (y-axis) direction display pixel. It may be considered that the circumference of the semicircular arc is divided at equal intervals to correspond to the display pixels.
[0104]
FIG. 15 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the central angle of the cylindrical projection surface is larger than 180 degrees in the principle of FIG. FIG. 15 shows an example of division in the case where the angle Θ for viewing the entire arc ridge from the viewpoint e is larger than 180 degrees, but the formula does not change even in this case.
[0105]
In FIG. 14, the angle QeO is θ, the angle per pixel is dθ, and N is the horizontal on the CRT.
When the number of display pixels in the (X axis) direction (example: 512) and n is the number of pixels representing an arbitrary position, the following equation is established.
dθ = Θ / N = π / N
L ′ = L
ξ1= OQ1= L = R · ndθ = π · n · R / N
η1= X1(Perpendicular to the page)
In FIG. 13, Θ is an angle at which the entire semicircular arc is viewed from the visual curve C, and dθ and θ are expressed in radians. Q is a point on the cylindrical projection surface 21 corresponding to the point P on the projection plane 4, θ is an angle formed by a line connecting the Q point and the V axis and the z axis, and L is a length of an arc on the cylindrical projection surface 21. L ′ is a line segment having the same length as L and is a straight line OP on the y-axis.
[0106]
Here, the range of OA = π · R / 2 and twice the length of OA is made to correspond to the horizontal (X-axis) display length of the CRT screen. The length (Y axis: direction perpendicular to the paper surface) is determined by the number of pixels on the CRT screen.
[0107]
FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion in the curved panorama projection method by developing a projection image of a cylindrical projection surface having a visual curve on the outside by curved panorama conversion. FIG. 16 shows a case where the distance between the visual curve C and the cylindrical projection surface 21 is larger than the radius of the cylinder.
[0108]
FIG. 17 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the center angle of the cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. That is, when attention is paid to the yz plane at x = 0 in FIG. 16, FIG. 17 is obtained. In FIG. 17, the coordinates on the yz plane of the intersection point Q between the straight line Pe and the cylindrical projection plane are centered on the point O ′ at a distance R from the straight line connecting the points P and e on the y axis and the origin on the z axis. And an intersection point Q with the circumference of the radius R.
[0109]
16 and 17, x, y, z are axes of the three-dimensional coordinate system, O is the origin of the three-dimensional coordinate system, e is a viewpoint, C is a visual curve in which the viewpoint e is continuously distributed, and h is a viewpoint. e is the distance between the projection plane 4, R is the radius of the cylindrical projection plane 21, and P is a point on the projection plane 4 (X1, Y1), Θ is the angle at which the entire arc is viewed from viewpoint e, P1Is the point Q on the cylindrical projection plane 211, Θ is the angle formed by the line connecting the Q point and the V axis and the z axis, dθ is the unit angle obtained by equally dividing the angle Θ into N, and L is the cylindrical projection plane 21. Arc OQ1, L 'is a line segment with the same length as L, and the length OP of the straight line on the y-axis1It is.
[0110]
In FIG. 17, when the angle QO′O is φ and the angle eQO ′ is ω, the following equation is established.
φ = ω + θ
R / sin θ = (h−R) / sin ω
From these two equations, η1, Ξ1Is required.
ω = sin ̄1[{(H−R) sin θ} / R]
dθ = Θ / N
θ = n · dθ = n · Θ / N
L ′ = L
therefore
ξ1= R ・ φ = R (ω + θ)
η1= L
This η1, Ξ1Becomes the pixel address on the display memory. That is, the point P on the secondary projection plane 4 is a point (η on the CRT screen).1, Ξ1) And panorama conversion has been executed.
[0111]
Next, a procedure for constructing a three-dimensional image from a plurality of tomographic images by the curved panorama projection method will be described with reference to FIGS. 19 to 23, a tomographic image is first projected on the cylindrical projection surface 21, and then the projection image is developed by panorama conversion and converted into the projection plane 4.
[0112]
FIG. 18 is a diagram for explaining the principle of converting pixel coordinates of a tomographic image into pixel coordinates on a projection plane when a three-dimensional image is constructed from a plurality of tomographic images by the curved panorama projection method. In the example shown in FIG. 18, in order to simplify the description, the three-dimensional coordinate system is such that the central axis 31 of the cylindrical projection surface 21 and the tomographic image plane 23 are parallel and the xy plane T is parallel. Is defined. The center line of the cylindrical projection surface 21 is parallel to the x axis. In FIG. 18, x, y, z are axes of the three-dimensional coordinate system (x, y, z), e point (0, 0, R) is the position of an arbitrary viewpoint e on the visual curve C, and V is the viewpoint. The tangent of curve C at e, Q point (x, y, z) is a point on the cylindrical projection plane 21 and S point (x0, Y0, Z0) Is a point where the straight line 22 connecting the point e (0, 0, R) and the point Q (x, y, z) and the tomographic image 23A intersect, and R is the z coordinate of the viewpoint e.
[0113]
Here, the straight line 22 is drawn perpendicularly to the tangent line V at the point e of the visual curve C from the viewpoint e. D0Is the position on the z-axis of the tomographic image 23A and is determined at the time of calculation.
[0114]
In FIG. 18, if attention is paid to each viewpoint e, it can be considered that fan-shaped surfaces are stacked in the z-axis direction. In other words, if projection calculations are executed in a sector-shaped plane and are stacked, a three-dimensional image can be displayed.
[0115]
FIG. 19 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane are parallel in the principle of FIG.
[0116]
Attention is paid to a plane B perpendicular to the tangent V at the point e of the curve C passing through the viewpoint e at the point e. FIG. 19 shows a state in which tomographic images 23B to 23H are prepared in addition to the tomographic image 23A and viewed from the x-axis direction in the same coordinate system. In FIG. 19, tomographic images 23A to 23H are tomographic images obtained at equal intervals in the same direction with respect to the same object, and the organ regions B1, B2, B3, and B4 are emphasized and written on the tomographic image 23. is there. By curve panorama conversion, first, organ regions B1, B2, B3, and B4 are projected onto the cylindrical projection plane 21, and further panorama transformed and projected onto the secondary projection plane 4, B1 ′, B2 ′, B3 ′, B4 ′. In addition, although the example of equal intervals is shown here, it does not necessarily need to be equal intervals.
[0117]
Here, when storing the projection data B1 ′, B2 ′, B3 ′, and B4 ′ in a display memory (not shown), in order to produce a three-dimensional effect, the projection data existing farther from the viewpoint e is written first. , Projection data existing in the vicinity is overwritten on the previous projection data at a later timing. Thereafter, shading processing (shading) is executed.
[0118]
FIG. 20 is a diagram for explaining the principle of curve panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane intersect in the principle of FIG. FIG. 20 shows an example in which the example of FIG. 19 is more generalized and the cylindrical projection plane and the tomographic image plane are not parallel. In this case, the tomographic images 23A, 23B,. . . . . . . 23H, tomographic images 23a, 23b, 23c,... Directed to a plane parallel to the projection plane 4 by an interpolation calculation method. . . . It is necessary to make 23h. The subsequent projection calculation is the same as in FIG.
[0119]
FIG. 21 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the visual curve, the tomographic plane, and the projection plane have a more complicated positional relationship. S point on the tomographic image 23 (x0, D0, Z0) Shows that the projection result is a point P (x, y, z) on the plane T.
[0120]
In FIG. 21, when the tomographic image 23 is projected onto the cylindrical projection surface 21 by the curved panorama projection method, the pixel coordinates of the tomographic image 23 are converted into coordinates on the cylindrical projection surface 21 as follows.
[0121]
Here, in order not to lose generality, the positional relationship is set as follows. In FIG. 21, the input tomographic image 23 is in a plane perpendicular to the y-axis and d from the origin.0Is in the distance. A plurality of tomographic images are represented by a distance d from the origin.0Changes.
[0122]
The visual curve C is an arbitrary curve in the three-dimensional space. Here, an arbitrary viewpoint e on the curve C is determined, and a tangent line V is drawn on the curve C at that point. First, a cylindrical projection surface 21 with the tangent line V as the central axis is assumed. Since the viewpoint e moves on the curve C, the tangent line V and the cylindrical projection plane 21 paired therewith also move in the three-dimensional space (x, y, z). However, the tomographic image 23 is fixed in a three-dimensional space (x, y, z).
[0123]
Next, a perpendicular h is dropped from the viewpoint e on the tangent line V to the center line Cv of the semi-cylindrical projection plane. The operator determines the perpendicular h using a pointing device such as a trackball or a mouse.
[0124]
A plane T that is in contact with the center line Cv of the semi-projection plane is assumed. This plane T becomes the secondary projection plane 4. The plane T also moves with the viewpoint e.
[0125]
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the visual curve C in the three-dimensional space and the tangent line V at the viewpoint e in FIG.
[0126]
Here, in the actual calculation, the viewpoint e (x on the visual curve C1, Y1, Z1) And a point on the visual curve C that is a minute distance Δs away from the viewpoint e is defined as es (xs, ys, zs). Here, it is assumed that the arbitrarily given visual curve C changes sufficiently smoothly. This curve may be given by a mathematical formula, but it is easier to give this curve with a mouse or a trackball. The locus given by a mouse, a trackball, or the like may be approximated by a quadratic curve, or may be approximated by a locally short straight line, and the entire curve may be approximated by a broken line.
[0127]
Changes in the vector e → es in the x, y, and z directions are denoted by Δx, Δy, Δz, and a1, B1, C1Is defined as follows.
a1= Δx, b1= Δy, c1= Δz
Then, point e (x on curve C1, Y1, Z1) Can be approximated by the following equation using coefficients a 1, b 2, and c 2.
(Xx1/ A1= (Y-y1) / B1= (Z-z1) / C1              (12)
When the visual curve C and the viewpoint e are determined, V is determined.1, B1, C1, X1, Y1, Z1Is decided. Also, a direction vector parameter a that gives the direction of the viewpoint e with a trackball, a mouse, or the like.2, B2, C2Is also given.
[0128]
Viewpoint e (x as described above1, Y1, Z1), Perpendicular to the tangent line V, and the direction is a2, B2, C2Is determined from the orthogonal condition of V and h.
a1a2+ B1b2+ C1c2= 0
The equation for the straight line h is as follows.
[0129]
(Xx1/ A2= (Y-y1) / B2= (Z-z1) / C2              (13)
Where a2, B2, C2, X1, Y1, Z1Is decided. Further, h = R. Therefore, the straight line h and the tomographic image 23 (y1= D0) Is the straight line h, y = d0Is given by the following equation.
(Xx1/ A2= (D0-Y1) / B2= (Z-z1) / C2
(Xx1) = A2(D0-Y1) / B2
(Z-z1) = C2(D0-Y1) / B2
∴x = a2(D0-Y1) / B2+ X1
y = d0
z = c2(D0-Y1) / B2+ Z1
This coordinate is the coordinate of the intersection with the tomographic image 23, and d0If changes, this coordinate also changes.
[0130]
Assuming a straight line h ′ obtained by rotating the straight line h about the V-axis by an angle θ, h ′ is also orthogonal to the tangent line V and points e (x1, Y1, Z1) Furthermore, the tomographic image 23 (y = d0). Therefore, the straight line h ′ is given by the equation (14).
(Xx1/ A3= (D0-Y1) / B3= (Z-z1) / C3              (14)
Where a3, B3, C3Is a parameter of the direction vector of the straight line h '.
[0131]
From the equation (14), the coordinates of the intersection S ′ (x, y, z) between the straight line h ′ and the tomographic image 23 are obtained by the equations (15) to (17).
x = a3(D0-Y1) / B3+ X (15)
y = d0                                                  ...... (16)
z = c3(D0-Y1) / B3+ Z (17)
Further, the parameter a1, B1, C1, A2, B2, C2a3, B3, C3The following conditions hold between:
a1a3+ B1b3+ C1c3= 0
cos θ = | a2a3+ B2b3+ C2c3| / √ (T2× T3)
T2, T3Was as follows.
T2= A2 2+ B2 2+ C2 2
T3= A3 2+ B3 2+ C3 2
Then
(A2a3+ B2b3+ C2c3)2= T2T3・ Cos2θ …… (18)
here,
T2・ Cos2θ = k
Then, the equation (18) becomes the equation (19).
(A2a3+ B2b3+ C2c3)2= K (a3 2+ B3 2+ C3 3) (19)
B on both sides3 2When divided by, the equation (20) is obtained.
(A1a3/ B3+ B1+ C1c3/ B3)2= K (a3 2+ 1 + c3 2) (20)
A1a3+ B1b3+ C1c3= 0 b on both sides3Divide by the following.
a1a3/ B3+ B1+ C1c3/ B3= 0
here,
a3/ B3= M
c3/ B3= N
Then, the following equation holds.
a1m + b1+ C1n = 0
n =-(a1m + b1) / C1                                    (21)
Substituting n in equation (21) into equation (20) and solving for m results in equation (22).
Figure 0003627066
Here, the following replacement is introduced.
c1a1-C2a1= T1
c1b2-C2b1= T2
c1 2+ A1 2= T3
a1 2+ B1 2= T4
Then, equation (22) becomes as follows.
(T1m + t2)2= K (t3m + 2a1b1m + t4)
If this is arranged, it will become like (23) Formula.
Figure 0003627066
From this equation, m is obtained from equation (24).
Figure 0003627066
When m in the equation (24) is used, n in the equation (21) is obtained.
[0132]
Based on these values, the intersection S ′ (x, y, z) on the tomographic image 23 is obtained by using the equations (15), (16), and (17).
[0133]
D for a plurality of tomographic images 230Are different, so multiple d0Respectively, S ′ (x, y, z) is obtained. Different viewpoints e (x1, Y1, Z1) Similarly, different S ′ (x, y, z) can be obtained.
[0134]
On the other hand, when θ is given, the coordinates of the passing points on each tomographic image are obtained from the equations (15), (16), and (17), and the projection data of the neighboring contour points are obtained. Since there are a plurality of tomographic images, a plurality of contour points may exist. When θ is given, the plurality of contour points are projected on the cylindrical projection surface 21 at the same position. However, if writing is made to the display memory from a position far from the viewpoint, a projected image closest to the viewpoint can be seen.
[0135]
The distance from the viewpoint e is obtained as follows. A distance eS 'from a given viewpoint e to an arbitrary point S' on the arbitrary plane 23 can be calculated by the following equation using the distances eS and SS 'using the coordinates of S and S'.
eS '= √ {(eS)2+ (SS ')2} (25) Using this eS ', the distance from the viewpoint e is determined, and for example, shading conversion is executed.
[0136]
When the viewpoint e is moved little by little in the region of the length displayed on the visual curve C, and the angle θ is changed from 0 to, for example, ± 90 degrees or ± 180 degrees at the position of each viewpoint e, the primary projection image is obtained. It is obtained on the cylindrical projection surface 21. When this projection image is converted into the secondary projection plane 4 by panorama conversion and written in the corresponding image display memory, it is displayed on the CRT.
[0137]
FIG. 23 is a diagram showing the mutual relationship of the primary projection images that have been subjected to curve panorama conversion on the secondary projection plane. The primary projection image projected onto the cylindrical projection surface 21 having the length δV is written in the image memory with the width W in the x direction corresponding to 512 points. In the y-axis direction, projection images having a length of δV are arranged by the length of the curve C to correspond to 512 points.
[0138]
Shading conversion is performed on the secondary projection plane 4. For shading conversion, a method of applying shading according to the distance from the visual curve C, a method of converting luminance according to an angle formed with a projection line in each individual plane orthogonal to the visual curve, Depending on the distance, a method of converting the luminance like a contour line can be considered.
[0139]
《Panorama projection method using arbitrary curved surface》
In the embodiment of the linear panorama projection method, the panorama projection method onto the cylindrical surface is dealt with. FIG. 24 is a flowchart showing the procedure of the panorama projection method onto the arbitrary curved surface.
[0140]
Step 301: In the panoramic projection method onto an arbitrary curved surface, first, an arbitrary straight line E in which the viewpoint is distributed is drawn on the projection object placed in the three-dimensional space. Although an example of a straight line is shown here, this example can be applied even if it is a curve, assuming a tangent at each point on the curve.
Step 302: Assume a projection plane T composed of an arbitrary curved surface parallel to the straight line. The projection surface T may be a flat surface.
Step 303: A plane t orthogonal to the visual line at each point of the visual line E is assumed.
Step 304: Obtain an intersection line between the plane t and the projection target. Further, an intersection curve U with the projection plane is obtained.
Step 305: The intersection line and the intersection curve U are mapped onto the xy plane. The intersection curve is also mapped.
Step 306: Projection processing is performed on the xy plane.
Step 307: The viewpoint on the line of sight is moved, and the above process is repeated from step 303.
Step 308: After calculating a necessary section on the line of sight, the result is subjected to, for example, shading conversion and displayed on the CRT.
[0141]
The principle of linear panorama conversion to an arbitrary curved surface will be described with reference to FIGS.
In FIG. 25, E is a straight line in which the viewpoints are continuously distributed, and is parallel to the xy plane. In addition, ei (e1, E2, E3) Represents each viewpoint. S represents a projection object in the three-dimensional space, and s1, S2Represents a point in S. T is a plane for projecting the projection target and is the same as the xy plane. The data projected on this plane is displayed on the CRT, for example, by shading conversion.
[0142]
Here, each point e on the straight line E2A plane t perpendicular to the straight line E is considered. Focusing on the positional relationship on the plane t, t is e.2, S2And e on the plane t2And the intersection line U2 on the xy plane can be regarded as a projection line, so one projection calculation is performed in the plane t. S ′ is a cross section of the projection target S along the plane t. Such calculation is performed for each point ei on the straight line E, and as a result, a projected image is obtained on the xy plane.
[0143]
In FIG. 25, focusing on the plane t, FIG. 26 is obtained. Point e in FIG.2Is a viewpoint on the line of sight E. The point Q is a point S in the projection object S.2Straight line U2Is a projection. In FIG. 26, the distance L from the point O to the point Q is expressed by the following equation.
[0144]
L = h · tan θ
FIG. 27 shows an example in which the projection surface T is a curved surface, and the projection line U2Becomes a curve. In this case, the idea is the same, but the projection plane T to the plane T2A mapping to is needed. This mapping method includes a distance OP along the curved surface.1Straight OQ2Method of mapping to, or perpendicular to the plane, straight line OQ1A method of mapping is conceivable.
[0145]
Curve OP1Can be calculated using the function f of the curve. Details of the calculation method are described in, for example, Sadaharu Takagi, “Introduction to Analysis”, pages 132 to 139 (published June 30, 1968, third edition, published by Iwanami Shoten).
[0146]
28 to 34 illustrate a method for constructing a three-dimensional image from a plurality of tomographic images by a curved panorama projection method. First, in the above three-dimensional image construction method, coordinate conversion by curved panorama projection will be described. In projecting each tomographic image onto the projection plane, the operation of converting the pixel coordinates of each tomographic image into coordinates on the projection plane is performed as follows.
[0147]
In FIG. 28, for simplicity of explanation, the coordinate system is such that the line E on which the viewpoint is distributed is a straight line, further has an intersection point on the z axis parallel to the x axis, and the tomographic image 23 is parallel to the xy plane 30. Have taken. The projection plane T is a plane and is parallel to the xy plane.
[0148]
In FIG. 28, the position of the viewpoint e is an arbitrary position on the visual line E. x, y, z are axes of the three-dimensional coordinate system (x, y, z), e point (x, 0, R) is the position of an arbitrary viewpoint e on the visual line E, Q point (x, y, z) z) is a point on the projection plane 21 and an S point (x0, Y0, Z0) Is the intersection of the line 22 connecting the point e (x, 0, R) and the point Q (x, y, z) and the tomographic image 23A, and R is the z coordinate of the viewpoint e. Here, the straight line 22 is drawn at right angles to the visual line E from the point e. D0Is the position of the tomographic image 23A (on the z-axis) and is determined at the time of calculation.
[0149]
In FIG. 28, if attention is paid to each viewpoint e, it can be said that a plane t including the viewpoint e and orthogonal to the visual line E is assumed and the surfaces are stacked in the z-axis direction. That is, a projection calculation in the plane t is performed and stacked, a three-dimensional image can be displayed.
[0150]
FIG. 29 is a diagram illustrating the principle of this embodiment in projection in an arbitrary direction. In FIG. 28, in the orthogonal coordinate system of the three-dimensional coordinates xyz, a plurality of tomographic images 23 are placed perpendicular to the z-axis without losing generality. Although it is assumed that the plurality of tomographic images 23 are parallel to each other, if they are not parallel, parallel images can be easily obtained by interpolation calculation in a three-dimensional space. In addition, although an equal interval is assumed, even when the original image is not an equal interval, an image can be easily obtained by interpolation calculation.
[0151]
Further, an arbitrary straight line on which the viewpoint e is distributed is defined as E, and the straight line E is drawn so as to intersect with the z axis. At this time, the rotation angle from the x-axis of the projection of the straight line E onto the xy plane is defined as α. Further, the inclination of the straight line E from the z-axis is ω. Further, a straight line w that is parallel to the straight line E and exists on a plane including the straight line E is drawn from the origin O. Then, w is an axis whose rotation angle from the x axis on the xy plane from the origin 0 is α and whose inclination from the z axis is ω. Also, the distance d from the origin on the w axis2Now assume a plane t orthogonal to the w-axis. Further, the distance between the w axis and the line of sight E is set to h1And Also, the distance h is parallel to the w axis and from the w axis.2Suppose a projection plane T. Let O ′ be the intersection of the plane t and the w axis. The projection plane T is orthogonal to a straight line connecting the viewpoints e and 0 'on the plane t.
[0152]
Then, the projection from the viewpoint distributed in the line of sight E may be considered in each plane t. That is, a point on the intersection line between each plane t and the plurality of tomographic images 23 may be projected onto the plane T with the intersection point between the line of sight E and the plane t as the viewpoint e.
[0153]
In FIG. 28, an intersection line between the plane t and the plurality of tomographic images 23 is 40, and a projection of the intersection line onto the xy plane is 40 '. Also, the projection of O ′ onto the xy plane is O ″. On the other hand, the intersection of the intersection line of the projection plane T and the plane t and the straight line connecting the viewpoint e and the point O ′ is N, and the xy plane. Let N ′ be the projection of the w-axis onto the xy plane, and let v ′ be the straight line that is on the xy plane, passes through the origin O, and is orthogonal to the straight line u ′.
[0154]
D from origin1The equation of the plane of the tomographic image 23 at a distance of is represented by (26). At this time, the value of z only changes for a plurality of tomographic images.
z = d1                                                  ...... (26)
Also, perpendicular to the w-axis and the distance d from the origin O2The plane t is expressed by the equation (27). However, a unit vector in the same direction as the straight line OO ′ is w (l, m, n).
lx + my + nz = d2                                    ...... (27)
However, l, m, and n are given by the following equations using ω and α.
l = sinω ・ cosα
m = sinω · sinα
n = cos ω
The straight line E is given from the outside by an operator using a mouse, a trackball or the like. Therefore, when the straight line E is given, the coefficients l, m, and n are determined.
[0155]
FIG. 30 is a diagram viewed perpendicularly to the plane t. In FIG. 30, 23 is a plurality of tomographic images, and T is a projection plane. When viewed perpendicular to the plane t, the projection plane T looks straight. The intersection line 40 is distributed on the plane t, and the interval dl is dl = d.1It is given by cosecω. The relationship in the xy plane with the equation of the intersection line 40 will be described with reference to FIG.
[0156]
First, an equation of an intersection line between the tomographic image 23 and the plane t in the three-dimensional space by the xyz coordinate system is obtained. There are as many intersection lines as the number of tomographic images. Here, if the direction vector of the intersection of the two planes expressed by the equations (26) and (27) is k (a, b, c), k is the normal of (26) and (27). Vector g1(0,0,1), g2Since it is perpendicular to (l, m, n), equations (28) and (29) hold.
kg1= C = 0 (28)
kg2= La + mb + nc = 0 (29)
If the direction ratio a: b: c of the direction vector k is obtained from the equations (28) and (29) using l, m, and n, the equation (30) is obtained.
a: b: c = -m: l: 0 (30)
The intersection line is given by equation (6) using these a, b and c (l, m, n).
(Xx1) / − M = (y−y1) / L, z = d1              ...... (31)
Where y1To find x1= 0 and y from the equations (26) and (27)1Ask for.
z1= D1                                                ...... (32)
my1+ Nz1= D2                                        ...... (33)
From equation (32), z1= D1Is substituted into equation (33) and y1Is obtained as equation (34).
y1= (-Nd1+ D2) / M (34)
That is, the equation (31) that is the intersection line of the two planes 1 and 2 becomes the following equation (35).
x / −m = {y + (nd1-D2) / M} / l, z = d1        ...... (35)
Or, transform (36)
lx + my + (nd1-D2) = 0, z = d1        ...... (36)
It becomes.
[0157]
FIG. 31 illustrates a plurality of tomographic images 23, the relationship between the w axis and the orthogonal plane t, the projection plane T, and the visual line E, and the relationship of projection onto the xy plane, including xy including the straight line Ou ′. It is the figure cut | disconnected by the surface perpendicular | vertical to a plane. In FIG. 31, the v-axis is d in the equation (36).1= D2-It is expressed by the equation (37) with cos ω.
lx + my + d2(N · cos ω−1) = 0, z = d1          ...... (37)
The coordinates of the origin O ′ in the xyz coordinate system are given by equations (41) to (43) using equations (38), (39), and (40).
z = d1                                                ...... (38)
y = x · tanα (39)
lx + my = md2(N · cos ω-1) (40)
x = {md2(N · cos ω−1)} / (l + tan α) (41)
y = {md2(N · cos ω−1)} tan α / (l + tan α) (42)
z = d1                                                ...... (43)
FIG. 32 is a diagram illustrating the same relationship as FIG. 31, and shows a relationship between a plurality of planes t orthogonal to the w-axis and the projection plane T with respect to a plurality of viewpoints. In FIG. 32, projection directions Pw and Pu are projections on the plane t, and projection directions Pz and Px are projection directions when the relationship between Pw and Pu is projected onto the xy plane. That is, the relationship between the intersection line 40, the line of sight E, the projection plane T, and the like may be directly projected onto the xy plane and the projection calculation may be performed on the xy plane.
[0158]
FIG. 33 is a diagram for explaining the relationship between the xy axis and the u′v ′ axis in a state of being projected onto the xy plane from above the z axis. The relationship between the two is coordinate rotation in the xy plane.
In the projective transformation to the xy plane, the distance d between the intersecting lines on the plane t1Is converted to the xy plane, the interval dd is expressed by the equation (44). Furthermore, it can be expressed by equation (45) using the interval dz between the tomographic images.
dd = d1・ Cos ω (44)
dd = dz / tan ω (45)
Moreover, the equation of the straight line passing through (xa, ya) is expressed by the following equation.
y-ya = (yi-ya) (xi-xa) / (xi-xa)
lx + my + (nd1-D2) = 0
FIG. 34 is a diagram illustrating a relationship in which an intersection line on the plane t, an intersection line between the plane t and the projection plane T, a viewpoint, and the like are projected onto the xy plane.
[0159]
Here, coordinate rotation on the xy plane is considered. A function equation obtained by rotating the function f (x, y) = 0 by α around the origin is as follows.
[0160]
f (u, v) = f (x · cos α + y · sin α, −x · sin α + y · sin α) = 0
Between the new uv axis and the original xy axis, there is a relationship of the following equations (46) and (47).
[0161]
x = u · cos α−v · sin α (46)
y = u · sin α + v · cos α (47)
When u and v are expressed by substituting x and y in the equations (46) and (47) into the equation (40), the equation (48) is obtained.
[0162]
u · sin ω = (d2-Nd1)
u = (d2-Nd1) / Sin ω = (d2-D1・ Cosω) / sinω …… (48)
That is, the intersection line between the tomographic image 23 and the plane t is obtained from the equation (36). Next, the coordinates of u and v are obtained from equation (48). Actually, since the straight line is parallel to the v-axis, v = constant and only u is changed. Next, the corresponding point S on the tomographic image may be obtained by calculating the x and y coordinates on the contrary by the equations (46) and (47). At this time, if the coordinates do not coincide with the corresponding point S, it can be obtained by interpolation calculation.
[0163]
From the above, the projection onto the projection plane T on the plane t can be considered by the projection onto the xy plane. At this time, the distance between the viewpoint e and the projection plane T is shortened by cos ω, but since all intersecting lines are also shortened, there is no problem even if calculation is performed with the projection image onto the xy plane.
Where z = d1The u ′ at that time is as follows.
d1= U ’· tan ω + d2/ Cosω
Therefore,
u ′ = (d1・ Cos ω-d2) / Sinω
FIG. 35 is a diagram in which the relationship on the plane t when the projection surface is a plane is projected onto the xy plane from above, and is a diagram for explaining the projection calculation. In FIG. 35, O is the origin of the xyz axis and u′v′w axis, e ′ is the projection of the viewpoint e onto the xy plane, and N ′ is the projection of N. Here, a projection of a plurality of intersecting lines of the tomographic image 23 and the plane t onto a plurality of xy planes is 23 '. In addition, the projection of the intersection line between the projection plane T and the plane t onto the xy plane is T ′. Hereinafter, each symbol is assumed as shown in the figure. If a straight line connecting the point S on the intersection line 23 'and the projection e' of the viewpoint is extended and the intersection point with the straight line T 'is P, P becomes a projection point of S.
v = u · tan θ−du · tan θ
The coordinates of the intersection vi of the straight line 40 and the straight line 23 ': u = ui are as follows by substituting ui into the above equation.
vi = ui · tan θ−du · tan θ
Although the length of the straight line ON ′ is shortened by cos ω, the distance relationship, that is, the ratio between the tomographic image 23 ′ and the viewpoint e ′ is preserved as it is, and there is no problem even if it is calculated on this. . Further, since the direction perpendicular to the straight line ON 'is not shortened, the projection image obtained on T' can be displayed as it is.
[0164]
FIG. 36 is a diagram in which the relationship on the plane t when the projection surface is a curved surface is projected onto the xy plane from above, and is a diagram for explaining the projection calculation. In FIG. 36, the projection surface is an arbitrary curved surface, but the calculation method is the same as the method described so far. However, there is a method of calculating the length on the curve as the distance from the point N to the point P on the curved surface, or a method of using the point P ″ parallel to the Ou ′ axis.
[0165]
Point S (x1, Y1) Is given by the equations (46) and (47) in the new uv coordinate system in which the coordinates are rotated by the rotation angle α. In this uv coordinate system, the above equation (11) is expressed as u = constant, v = variable using a new uv coordinate axis. The distance d from the origin O on the w axis2As the angle changes, the viewpoint e also moves on the line of sight E on the xy coordinates. In addition, the line of intersection with the tomographic image 23 also changes.
[0166]
FIG. 36 shows a case where the projection surface is an arbitrary curved surface, but the calculation method is the same as the method described so far. However, when displaying a projection image on a plane for display on a CRT, a method using the length of the curve as the distance from the point N to the point P on the curved surface, or the point P parallel to the Ou ′ axis There is a method using the point P ″.
[0167]
The coordinates of the intersection S of the straight line 40 and the straight line 23 'are as follows.
v = u · tan θ−du · tan θ
VT = (R-du) vi / (ui-du)
tan θ = VT / (R−du)
For a plurality of tomographic images 23, the distance d1 between the tomographic images is different, and for a plurality of planes t, the distance d2 from the origin O is different. In this way, the point S on the corresponding tomographic image and the projection point P are obtained.
[0168]
Move the viewpoint e by the length of the display line E axis, calculate the intersection line between the plane t and its tomogram at each viewpoint e, calculate the projection point on the xy plane, and project to the plane T Then, a planar panoramic projection image in an arbitrary direction is obtained. When this projection image is written in the corresponding image display memory, it can be displayed on the CRT.
[0169]
The shading conversion may be performed on the projection plane T. For this shadow conversion, a method of applying shading according to the distance from the line of sight E, a method of converting luminance according to the angle formed with the projection line in each individual plane orthogonal to the line of sight, A method of performing luminance conversion like a contour line according to the distance can be considered.
[0170]
【The invention's effect】
According to the present invention, when projecting a tubular projection target such as a blood vessel wall or an intestinal wall, a panorama with a wide panoramic field of view with little distortion is obtained, such as a panoramic photograph cut open along a straight line or a curve. A projection method is obtained.
[0171]
In addition, according to the panoramic projection method on an arbitrary curved surface, a projection image of a tubular projection target such as a blood vessel wall or an esophageal wall is displayed as a stereoscopic image as if seen inside. Useful for accurate and quick diagnosis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a linear panorama projection method according to the present invention.
2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for executing the linear panorama projection method of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface whose visual line coincides with the central axis into a plane by linear panorama conversion in the linear panorama projection method; .
4 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the center angle of a cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the center angle of a cylindrical projection surface is larger than 180 degrees in the principle of FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface with a visual line on the outside in a straight panorama projection method into a plane by linear panorama conversion;
7 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the center angle of a cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of converting pixel coordinates of a tomographic image into pixel coordinates of a projection plane when a three-dimensional image is constructed from a plurality of tomographic images by a linear panorama projection method.
9 is a diagram for explaining linear panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane are parallel to each other in the principle of FIG. 8;
10 is a diagram for explaining the principle of linear panorama conversion when a tomographic plane and a projection plane intersect with each other in the principle of FIG. 8;
FIG. 11 is a diagram for explaining linear panorama conversion when a visual line, a tomographic plane, and a projection plane have a more complicated positional relationship;
FIG. 12 is a flowchart showing a procedure of a curved panorama projecting method according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface in which the tangent line of the visual curve coincides with the central axis into a plane by curve panorama conversion in the curved panorama projection method; It is.
14 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the central angle of a cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. 13;
15 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the center angle of a cylindrical projection surface is larger than 180 degrees in the principle of FIG. 13;
FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of widening the field of view while reducing the distortion by developing a projection image of a cylindrical projection surface having a visual curve outside on a plane by curve panorama conversion in the curved panorama projection method.
17 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the center angle of a cylindrical projection surface is 180 degrees in the principle of FIG. 16;
FIG. 18 is a diagram for explaining the principle of converting pixel coordinates of a tomographic image into pixel coordinates of a projection plane when a three-dimensional image is constructed from a plurality of tomographic images by a curved panorama projection method.
19 is a diagram for explaining curve panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane are parallel in the principle of FIG. 18;
20 is a diagram for explaining the principle of curve panorama conversion when the tomographic plane and the projection plane intersect with each other in the principle of FIG. 18;
FIG. 21 is a diagram for explaining curve panorama conversion when a visual curve, a tomographic plane, and a projection plane are in a more complicated positional relationship;
FIG. 22 is a diagram illustrating a relationship between a visual curve C in a three-dimensional space and a tangent line V at a viewpoint e in FIG.
FIG. 23 is a diagram showing the mutual relationship between primary projection images that have been subjected to curve panorama conversion on the secondary projection plane;
FIG. 24 is a flowchart illustrating a procedure of a panoramic projection method onto an arbitrary curved surface.
FIG. 25 is a diagram for explaining the principle of expanding from an arbitrary curved surface to a plane and widening the field of view while reducing distortion in the panoramic projection method.
FIG. 26 is a diagram for explaining the principle of expanding from an arbitrary curved surface to a plane and widening the field of view while reducing distortion in the panoramic projection method.
FIG. 27 is a diagram for explaining the principle of expanding from an arbitrary curved surface to a flat surface and widening the field of view while reducing distortion in the panoramic projection method.
FIG. 28 is a diagram for explaining a method of converting pixel coordinates of a tomographic image into coordinates on a projection plane in a method of constructing a three-dimensional image.
FIG. 29 is a diagram for explaining a method of converting pixel coordinates of a plurality of tomographic images into coordinates on the projection plane in the same manner.
FIG. 30 is a diagram for explaining a coordinate conversion method by straight line projection when a viewpoint, a tomographic image, and a projection plane are in a more complicated positional relationship.
FIG. 31 is a diagram for explaining a coordinate conversion method by linear projection when a viewpoint, a tomographic image, and a projection plane are in a more complicated positional relationship.
FIG. 32 is a diagram for explaining a coordinate conversion method by linear projection when a viewpoint, a tomographic image, and a projection plane are in a more complicated positional relationship.
FIG. 33 is a diagram for explaining a coordinate conversion method by straight line projection when a viewpoint, a tomographic image, and a projection plane are in a more complicated positional relationship.
FIG. 34 is a diagram for explaining a coordinate conversion method by straight line projection when a viewpoint, a tomographic image, and a projection plane are in a more complicated positional relationship.
FIG. 35 is a diagram illustrating projection calculation.
FIG. 36 is a diagram illustrating projection calculation.
FIG. 37 is a diagram for explaining the principle of the linear panorama projection method when the central angle of the cylindrical projection surface is 180 degrees.
FIG. 38 is a diagram for explaining the principle of the linear panorama projection method when the central angle of the cylindrical projection surface is larger than 180 degrees.
FIG. 39 is a diagram showing an overview of an entire curved panorama projection method.
FIG. 40 is a diagram for explaining the principle of the curved panorama projection method when the central angle of the cylindrical projection surface is 180 degrees.
FIG. 41 is a diagram for explaining the principle of the curved panorama projection method when the central angle of the cylindrical projection surface is larger than 180 degrees.
FIG. 42 is a diagram illustrating a relationship between a viewpoint along a visual curve, a tangent line at each viewpoint, and a plurality of short cylindrical projection planes having the tangent line as a central axis.
FIG. 43 is a diagram illustrating panorama projection onto an arbitrary curved surface.
FIG. 44 is a diagram for explaining panorama projection onto an arbitrary curved surface;
FIG. 45 is a diagram illustrating a relationship between a tomographic image and a projection plane in a conventional central projection method.
FIG. 46 is a diagram showing a relationship between a tomographic image and a projection plane in a conventional parallel projection method.
FIG. 47 is a diagram showing how the relationship between a tomographic image and a projected image changes depending on the distance from the viewpoint in the conventional central projection method.
FIG. 48 is a diagram showing how tomographic images are superimposed and displayed as projection images in the conventional parallel projection method.
[Explanation of symbols]
4 Secondary projection plane
21 Cylindrical projection plane
Or a primary cylindrical projection plane with the tangent V as the central axis
23 Tomographic image
C Three-dimensional curve with gaze distribution
e Viewpoint on straight line or view on 3D curve C
h Distance between viewpoint e and cylindrical projection surface 21
h A perpendicular drawn from the viewpoint e to the center of the projected curved surface
L Arc OQ on the cylindrical projection surface 21
Line segment on straight line O2Q "having the same length as L'L
Or a line on the secondary projection plane with the same length as L
P A point (x 1, y 2, z 2) on the secondary projection plane 4
Q Points on the cylindrical projection plane 21 corresponding to points P on the projection plane 4
(Intersection of straight line Pe and cylindrical projection surface 21)
R Radius of primary cylindrical projection surface 21
V Tangent of curve C at viewpoint e
S The point where the line drawn from the viewpoint e to the point Q on the cylindrical projection plane intersects the tomographic image 23
θ Angle between straight line P'e and z-axis
η Display address set parallel to the X axis of CRT
θ Angle between perpendicular h and z axis
ξ Display address set parallel to Y-axis of CRT
φ Angle between line segment Q'O 'and z-axis
ω Angle between line segment Q'e and line segment Q'O '

Claims (2)

任意の曲線上に連続的に分布する各視点から当該視点における接線と直交する平面内に放射状に光線を照射し、
前記接線を軸とする短い円柱投影面に投影対象を直接投影し、
前記短い円柱投影面を多数接続し前記曲線に沿った投影像を作成し、
その投影結果を投影平面に展開してパノラマ表示する曲線パノラマ投影方法。
Irradiate light rays radially from a viewpoint distributed continuously on an arbitrary curve into a plane perpendicular to the tangent at the viewpoint,
Project the projection object directly onto a short cylindrical projection plane with the tangent as an axis,
Connect a number of the short cylindrical projection surfaces to create a projection image along the curve,
A curved panorama projection method that displays the projection result on a projection plane to display a panorama.
任意の曲線を設定する手段と、
前記任意の曲線上に連続的に分布する各視点から当該視点における接線と直交する平面内に放射状に光線を照射し前記接線を軸とする短い円柱投影面に投影対象を直接投影する手段と、
前記短い円柱投影面を多数接続し前記曲線に沿った投影像を作成する手段と、
その投影結果を投影平面に展開する手段と、
前記投影平面に展開された投影結果をパノラマ表示する表示手段とを含む曲線パノラマ投影装置。
Means for setting an arbitrary curve;
Means for projecting a projection object directly on a short cylindrical projection plane having the tangent as an axis by radiating light rays radially from a viewpoint perpendicular to the tangent at the viewpoint from each viewpoint continuously distributed on the arbitrary curve;
Means for connecting a plurality of the short cylindrical projection planes to create a projection image along the curve;
Means for developing the projection result on a projection plane;
A curved panoramic projection apparatus including display means for panoramic display of the projection result developed on the projection plane.
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