专利名称：确定图像失真的方法及测定件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定图像失真的方法及测定件。
所使用的成像方法的特征通常包括以对出现的失真的量化描述的形式给出地对实现的图像真实度的描述。其中，通常对图像点对理想值的偏差根据所观察的图像区域以绝对值或相对值给出。特征表示的必要性在这样的情况下尤其是重要的当该成像方法用于例如测量物体(如在地表面上)、物体的构型(例如石版印刷)或医疗诊断(例如计算机层析X射线摄影，X射线诊断，磁共振层析X射线摄影)中时。在许多情况下，虽然图像真实度的确定可以具有好的精确度，但作为基础的测量方法是昂贵的且经常需要专门配制的、不轻便的及昂贵的测量对象。因此在这些情况下通常仅在特殊的(开发)环境下才有可能进行检验，而不能为该成像方法的任何用户在如质量检验或稳定性检验中所使用。
以下将举例简述当前使用的确定图像真实度的三种方法。
在“直接”测量失真时，对已知的具有尽可能简单几何结构的测量对象成像并直接测量所观察的图像点的失真。为此必需确定图像点的坐标并对对象点的“理想”坐标进行确切的重现，其中，对对象点的“理想”坐标的确切重现表示成像的真实度。但对此的前提是，不仅必需精确地了解作为基础的测量对象，而且还必需精确地了解测量对象在成像空间中的定位及取向。这尤其当成像空间中不具有预先给出的固定参考点时是困难的，并且具有相当大的不精确性。通常在所有三维成像方法中都存在这种情况。
在均匀栅格结构成像中使用二维或三维的有规律的、按固定预给定的栅格形式排列的测量点的测量对象。这允许在大的图像区域上确定图像真实度。在笛卡儿坐标系中确定无失真图像点的参考点的可隐含地通过使用各个对象点进行。但这里也存在物体在图像轴上定向的问题，因为物体的轻微倾斜即可直接使确定失真的精确度降低。此外该方法的一个致命缺点在于，相应的具有多个测量点的测量对象、例如一个边长为30cm且三维栅格距离为20mm的立方体的精确构造是很费事及昂贵的。如果要使这样的一种摸型覆盖成像空间尽可能大的区域，则会使模型的重量很大并由此使用户难以操作。
最后有许多机构、例如NEMA或美国应用辐射学学院(ACR)制定了确定磁共振层析X射线摄影的图像质量的测量规程。因为尤其是在美国的ACR在一个扩展的计划中委托MR的医疗用户，通过应用的测量方法建立一种准标准。对于评价图像真实度这里使用了一种应用圆形或球形模型的简单方法。确定在成像的圆的圆周上的失真是通过反复测量由一个点到其沿直径的对面点的距离来进行的。然后通过与测量对象的已知直径相比较得到径向上的失真。该方法的优点是，通常在每个MR设备中都有一个由制造商一起供货的球形模型并且可以方便地实施测量和求值。在负有成本责任的ACR委托的情况下，虽然使用了用于测量的专用模型，但对于求值同样仅使用外边缘的距离测量。使用标准模型(例如直径为170mm及240mm)及ACR模型的缺点是，它们明显小于典型为500mm的视野(FOV)的可能的成像区域。因此图像真实度的确定仅在很有限的图像范围中才有可能。虽然使用更大的模型原则上也是可能的，但其制造成本更高，并且当其直径大于300mm后会很重，并由此而不易操作。该方法的另一缺点是，对失真的测量仅可沿径向同时观察两个失真的图像点进行。因此只能测量两个图像点失真的平均值而不能测量一个确定的点。此外，只有图像点失真的径向分量而不是该点完整的偏移是用幅值和方向、即矢量来确定的。
本发明要解决的第一个技术问题是通过确定图像失真的方法来实现的，其中，图像利用成像系统由设置在该成像系统的成像空间中的物件产生；其中，在图像成像空间的第一区域被未失真地显示而在成像空间的第二区域被失真地显示，该方法具有以下步骤-利用成像系统产生具有至少三个标记的图像，这些标记彼此的空间位置已知，其中，这三个标记中的第一标记及第二标记被设置在第一区域内，而这三个标记中的第三标记被设置在第二区域中，-确定成像的标记在图像中的位置，-根据第三标记相对于第一和第二标记的已知空间位置确定第三标记的理想位置，以及-确定成像的第三标记与其理想位置的位置偏差，其中，该位置偏差表示对失真的量度。
在根据本发明的方法中将充分利用成像系统的一个特性，即在足够大的成像区域中不出现或仅出现可忽视的小失真。这一事实在此被使用，以便由两个已知的在重现图像中是成像真实的点出发构成一个图像点，该图像点在图像中由于失真被实际成像在另一位置上。
该方法既可在二维也可在三维成像方法中应用。在成像空间中无需对所使用测量对象(测定件)的精确调节。为了能够在所有区域中确定失真，无需将测量对象充满在整个成像空间中。确定一个测量点处的失真可通过两个简单的距离测量来完成。失真、即图像点的移动可被描述为具有幅值及空间方向的矢量。该方法的测量精确度实际上仅与距离测量时的测量误差及成像方法的分辨率相关。
所获得的失真实际数据也可用于图像校正，例如通过在成像方法中实施图像校正。
该方法可用于所有类型的成像系统，尤其是按照以下成像方法工作的成像系统通过电磁射线成像-光所有类型的光学成像，例如摄像及因此而导出的应用、如全息摄像，-红外光例如热成像，夜视方法，-UV(紫外)射线例如摄影平版印刷，-X射线例如在医学诊断中的应用，-磁场例如磁共振层析X射线摄影；通过声波成像-声谱仪例如医学诊断；通过微粒射线成像-例如通过电子射线，如所有类型的电子显微镜、电子平版印刷、电子显象管、如电视机屏幕或计算机监视器所用的CRTs(阴极射线管)；所有其它成像装置如LCD显示器。
本方法也可用于任意应用领域，例如，在所有类型的摄像中，在质量检验中、特别是由用户进行的定期(常规)质量检验；在所有类型的测量方法中，用于诊断，尤其用于医疗诊断；以及用于确定显象管的质量。
本发明要解决的第二个技术问题是通过一个用于实施所述方法的测定件来实现的，该测定件具有一个用于三个标记的基架，这些标记包含一种可成像的物质。
用于成像系统质量检验的测量对象(测定件)其结构简单并因此而可以成本合理地制造。这三个标记例如可通过一个矩形的可成像测量对象的角隐含地给出。在磁共振成像系统的情况下，甚至可以用一个标准的幻影瓶(Phantomflasche)作为测定件，它以其纵截面为特征。
所述测量对象的一种简便的实施是具有三个其中设有标记的孔的杆。该测量对象也可任意地扩展，以使测量能覆盖每个所需的图像区域。其中，选择的比例尺寸典型地通过测量对象的制造成本或购置成本与实施用于确定较大图像区域的失真所必需的测量的成本相比较而权衡地给出。
以下将借助7个附图通过对实施方式的描述来进一步阐述本发明。附图为

图1为用于确定图像失真的一个测定件的俯视图，图2为根据第一方法变型确定失真的一个概要示图，图3为根据第二方法变型确定失真的一个概要示图，图4为根据第三方法变型确定失真的一个概要示图，图5为关于一个弯曲图像层的成像问题的概要侧视图，图6为用于识别弯曲图像层另一测定件的俯视图，以及图7为该另一测定件的一部分的放大侧视图。
下面借助图2来说明该方法确定失真的基本原理，该失真是由成像系统在图像6中引起的。为此将该测定件2放置在成像系统的成像空间中。在此利用该成像系统的成像特性，即对图像6中成像空间的第一区域8进行未失真显示，而对图像6中成像空间的第二区域10进行失真显示。在这里未失真意为没有或仅出现可忽略的小的失真或畸变。该测定件在成像空间中的放置应是这样的，即将两个标记、这里为A及B设置在第一区域8中，而将第三标记C放置在一个要进行失真测试的位置上，即在第二区域10中。
在用成像系统产生出测定件2的图像6之后，例如以一个适当的成像序列所进行的磁共振测量之后，对成像的标记A，B，C进行求值。图像6例如以由图像元素(像素)组成的二维矩阵的形式进行显示。首先将确定成像标记A，B，C的坐标。这可通过对图像所有像素进行系统的检查来进行，其中，当一个像素的亮度值超过一个表示特征的阈值时，该像素属于A，B，C的一个图像点。接着通过比较已确定的坐标来进行图像点的识别并将图像点与标记A，B，C相对应。A和B的图像点相对于C的图像点距离图像中心具有较小的距离。但由于成像系统引起的失真使图像从C移动到C′。现在构造一条通过A和B的图像的直线12。由两个给定点构成直线在相应的应用程序中、如CAD(计算机辅助设计)程序中是一项标准的功能。由于标记A和C的距离a是已知的，因此可以确定出理想的或无失真的图像点C的坐标。最后根据幅值z及与直线12的夹角α可确定该理想图像点到真实图像点C′的距离。值z和α以及该理想图像点的坐标将被记录。这些记录的值然后作为结果对用户输出在显示屏上。这就是说，在C处的失真通过具有幅值为z及角度为α的一个方向矢量来给出。
该具有幅值z及角度α的失真的方向矢量也可通过三角测量来确定，如以下将借助图3及图4所描述的。
相应地如图3所示，通过标记A的图像点作一个辅助直线14，特别有利地是，它垂直于连接直线12。在辅助直线14上选择两个任意点D和E。这两个点最好尽可能处于图像6的边缘，以使可能的测量误差最小。在图3中点D和E之间的距离用CDE表示。点A和E之间的距离可被确定，它在图3中用CAF表示。然后由点D及E出发分别确定到图像点C′的距离bi及ai。应用平面三角学，尤其是余弦定理可实现对具有幅值z及方向角α的图像点C′的位移的计算。
在图4所示的方案中，在测定件上标记A，B，C构成一个三角形，并且尤其具有优点的是，在A处构成直角。通过图像点A及B作一个辅助直线16，它一直延伸到图像6的边缘。此外通过标记A的图像根据由该三角形的给定的角作直线12，理想成像的标记C以距离a位于该直线上。在辅助直线16上选择两个任意点D和E，这两个点最好尽可能位于图像的边缘上，以便在这里也能使可能的测量误差最小。将确定出点D和E之间的距离CDE及点A和E之间的距离CAE。由点D及E出发分别确定到图像点C′的距离bi及ai。这里也应用平面三角学，尤其是余弦定理可实现对具有幅值z及方向角α的图像点C′的位移的计算。
该方法能容易地扩展到三维图像上，其中，产生一个在空间中定位的任意层的二维图像(层析X射线摄影)。然后必需考虑，在测定件中标记A，B，C在垂直于成像层的方向上具有足够的延伸厚度d并位于真正被成像的层中。一个弯曲的图像层在图5中以侧视图用两条虚线18表示，该弯曲的图像层不允许在测定件2及标记A，B，C的外部延伸。在图5所示的弯曲图像层中未显示出图像中的标记C。该测定件2的厚度d在此情况下必需相应地扩大，以便能使所有的标记A，B，C被成像。
为了在有误差的弯曲图像层的情况下获得图像误差的度量，使用了一个与标记C相比有些不同的标记C*。图6表示一个具有修改的标记C*的测定件2*。
图7用放大的视图示出了根据图6的标记的一个侧视图。该修改的标记C*包含两个对称于待成像的层倾斜延伸的、十字交叉的圆柱形小杆20，它们中包含可成像的物质。这些小杆20之间的角度用Φ表示。在该测定件2*成像时C*的图像仅在一个平面无弯曲的层中通过单个图像点C′表示。相反，对于垂直于该层的失真的情况(层弯曲，参见图5)由C*成像出两个图像点C″及C，它们在弯曲图像面的截面中由两个小杆20确定。
在标记C*垂直于图像层处的失真X可直接地通过两个点C″及C之间的距离及角度Φ给出。
失真的方向即极性可通过在两个小杆20的交叉点结束的附加的第三小杆22来确定。依据第三小杆22是否可在图像中被看到，可将失真确定为在一个方向或另一个方向上。
所有这些实施方式都允许用幅值和方向直接确定图像点的失真z，但它们在其典型的测量误差及测定件的结构及简便性方面有区别。
在一个纯径向失真的情况下，该方法的第一种将三个标记直线排列的变型在失真幅值的确定上优于其它两种变型，在其它两种变型中，三个标记不是直线排列的并且图像是用三角测量求值的。但如果失真矢量还包括一个切向分量，则从失真矢量的一定角度开始，在三角测量时的测量误差减小。在确定失真的角度时通常使用三角测量更为有利。
权利要求
1.一种确定图像(6)中失真的方法，该图像可用成像系统由设置在该成像系统的成像空间中的物件(2，2*)产生，其中，在图像(6)中成像空间的第一区域(8)被未失真地显示，而在图像(6)中成像空间的第二区域(10)被失真地显示，该方法具有以下步骤-利用成像系统产生具有至少三个标记(A，B，C，C*)的图像(6)，这些标记彼此间的空间位置已知，其中，这三个标记(A，B，C，C*)中的第一标记(A)和第二标记(B)被设置在第一区域(8)中，以及这三个标记(A，B，C，C*)中的第三标记(C，C*)被设置在第二区域(10)中，-确定成像的标记(A，B，C’，C″，C)在图像(6)中的位置，-依据第三标记(C，C*)相对于第一及第二标记(A，B)的已知空间位置确定第三标记(C，C*)的理想位置，以及-确定成像的第三标记(C，C*)与其理想位置的位置差(z，α)，其中，所述位置差(z，α)表示失真的量度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于依据成像的第一及第二标记(A，B)相互间的距离确定成像比例。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述三个标记(A，B，C，C*)被设置在一个直线行中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于借助一条通过第一及第二成像标记(A，B)的直线(12)和第三标记(C，C*)与第一或第二标记(A，B)的已知距离(a)来确定第三标记(C，C*)的理想位置。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述三个标记(A，B，C，C*)设置在一个平面中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述三个标记(A，B，C，C*)被设置在一个直角三角形的各角点上。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于通过三角测量来确定位置差(z，α)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于所述第一区域(8)被成像在图像(6)的中间区域。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于根据成像标记(A，B，C，C*，C′，C″，C)在图像(6)中到图像中心的距离来对其进行识别。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于图像(6)借助核磁共振效应产生。
11.一种用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法的测定件，其具有一个用于三个标记(A，B，C，C*)的基架(4)，这些标记含有可成像物质。
12.根据权利要求11所述的测定件，其特征在于所述基架(4)具有三个包含可成像物质的圆柱形容积。
13.根据权利要求12所述的测定件，其特征在于所述圆柱形容积是相同的。
14.根据权利要求12或13所述的测定件，其特征在于所述圆柱形容积被设置在一个平面内并且垂直于该平面定向。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的测定件，其特征在于所述第三标记(C*)具有两个在一个平面内十字交叉设置的圆柱形附加容积(20)。
16.根据权利要求15所述的测定件，其特征在于设有一个第三圆柱形容积(22)，它从十字交叉设置的附加容积(20)的交叉点延伸出来。
全文摘要
使用本方法可确定图像(6)中的失真,该图像可用成像系统由设置在该成像系统的成像空间中的物件(2,文档编号G01R33/54GK1384386SQ0212184
公开日2002年12月11日 申请日期2002年2月10日 优先权日2001年2月14日
发明者格哈德·布林克尔, 乔治·弗里斯, 弗朗兹·赫布兰克 申请人:西门子公司