目标显示方法和可读存储介质与流程

1.本发明涉及医学图像处理领域，特别涉及一种目标显示方法和一种可读存储介质。


背景技术：

2.在进行经颅磁刺激(tms)治疗时，为了能够精确对准脑部靶点位置，需要通过摄像机(例如，红外光学定位相机)识别并追踪诸如患者头部、刺激线圈、定标枪等的目标的空间位置。然而，任何摄像机都存在一个有效视野，即，一个可准确定位的空间区域，如果被追踪目标靠近或超出区域边界，将影响光学定位的稳定性和准确度，甚至无法定位被追踪目标。因此相关定位产品都需要软件视图的辅助，可以让用户在屏幕上看到当前被追踪目标在相机视野的相对位置，从而允许用户将被追踪目标保持在视野中相对最稳定的中心区域。
3.在实践中，可以通过“3d透视图 三矢面正交映射图”的方法来展示目标的空间位置。但是，在这种方法中，需要反复转动3d透视图的角度，否则用户很难直接看出目标是否超出边界；而且，三矢面正交映射图理论上包含了所有坐标信息，但并不利于用户直观、快速的理解目标是否已经处于稳定区域。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种目标显示方法和一种可读存储介质。本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以简单、直观、有效的方式展示目标在摄像机的有效视野区域内的位置。
5.本发明的一个目的是提供了一种目标显示方法。
6.本发明的另一目的是提供了一种可读存储介质。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种目标显示方法，所述目标显示方法包括以下步骤：
8.步骤s1基于摄像机的有效视野区域构建至少一个投影面；
9.步骤s2获得目标在所述至少一个投影面中的投影的位置信息，并基于所述位置信息将所述目标显示在用户界面上。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述实施例中任一实施例所述的目标显示方法。
11.根据本发明的目标显示方法和可读存储介质具有以下优点中的至少一个：
12.(1)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以简单有效的方式展示目标在摄像机的有效视野区域内的位置，从而便于用户理解目标是否已经处于稳定区域；
13.(2)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以较少的视图展示目标在摄像机的有效视野区域内的位置，从而便于用户快速地观察目标；
14.(3)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以二维视图展示目标在摄像机的
有效视野区域内的位置，从而便于用户直观地观察目标。
附图说明
15.本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1示出了根据本发明的实施例的目标显示方法的流程图；
17.图2示出了图1所示的至少一个投影面中的第一投影面；
18.图3示出了图1所示的目标分别在空间坐标系中的xoz平面和yoz平面中的投影；
19.图4a示出了根据本发明的实施
20.例的用于显示目标的第一图形；
21.图4b示出了根据本发明的另一实施例的用于显示目标的第一图形；
22.图5a示出了根据本发明的实施例的用于显示目标的第二图形；
23.图5b示出了根据本发明的另一实施例的用于显示目标的第二图形。
具体实施方式
24.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
25.在本发明的实施例中，提供了一种目标显示方法。如图1所示，所述目标显示方法包括以下步骤：
26.步骤s1基于摄像机的有效视野区域构建至少一个投影面；
27.步骤s2获得目标在所述至少一个投影面中的投影的位置信息，并基于所述位置信息将所述目标显示在用户界面上。
28.本发明的目标显示方法获得目标在基于有效视野区域构建的投影面中的位置信息，该位置信息反应了所述目标在摄像机(优选地，光学定位相机)的有效视野区域内的情况，并基于该位置信息将目标显示在用户界面中，故本发明的目标显示方法允许以简单有效的方式展示目标在摄像机的有效视野区域内的相对位置，从而便于用户理解目标在有效视野区域内的位置，进而理解目标是否已经处于稳定区域。
29.在一示例中，光学定位相机的视野区域可以根据市售光学定位相机的参数(例如，芯片尺寸、焦距等)来计算确定。具体地，所计算确定的光学定位相机的拍摄最远距离为l。所计算确定的光学定位相机的视场角为α。视场角为以光学定位相机的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角。视场角可以为水平视场角、垂直视场角和对角线视场角中的至少一个，优选地为水平视场角和/或垂直视场角。
30.在一示例中，光学定位相机的有效视野区域可以根据用户的需要在所计算确定的视野区域中选取出有效视野区域，以便于用户在该有效视野区域内始终能够清楚且准确地观察到目标。在光学定位相机与目标的距离过近或过远的情况下，用户界面上都无法准确地显示目标，从而影响光学定位的稳定性和准确度。鉴于此，用户可以根据需要(例如为了确保光学定位的稳定性和准确度)，在上述计算确定的视野区域中选出有效视野区域，该区域的基本形状是一个球面圆锥体。具体地，用户确定出第一拍摄距离l1和第二拍摄距离l2，
以及视场角β，第一拍摄距离l1为满足光学定位的稳定性和准确度的要求下的最近拍摄距离，第二拍摄距离l2为满足光学定位的稳定性和准确度的要求下的最远拍摄距离，视场角β是为满足光学定位的稳定性和准确度的要求下的被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角。由此光学定位相机所选出的有效视野区域中光学定位相机拍摄距离范围为l1到l2之间以及视场角β之内围成的区域(其中，0≤l1《l2≤l，0《β≤α)。
31.在一示例中，在步骤s1中，基于光学定位相机的有效视野区域构建所述至少一个投影面中的第一投影面。如图2所示，所述第一投影面是以扇形aob的一条边ob为旋转轴旋转扇形的弧边ab形成的承影曲面(即，承影面)。该扇形aob以光学定位相机为圆心o。该扇形aob的弧长为r，即弧边ab的弧长为r。该扇形aob具有圆心角j，并且圆心角j的角度小于等于所述光学定位相机的视场角α的角度的一半。光学定位相机的视场角α可以根据光学定位相机的参数来计算确定。在一个示例中，视场角α可以为水平视场角、垂直视场角和对角线视场角中的至少一个，优选地为水平视场角和/或垂直视场角。在光学定位相机的有效视野范围是所计算确定的视野区域的情况下，圆心角j的角度等于光学定位相机的视场角α的角度的一半。在光学定位相机的有效视野范围是上述所选取的视野区域的情况下，圆心角j的角度等于所选取的视野区域的视场角β的角度的一半。该扇形aob的半径r小于等于光学定位相机的拍摄最远距离l经过空间变换q(例如第一变换矩阵)获得的值。在光学定位相机的有效视野范围是所计算确定的视野区域的情况下，扇形aob的半径r等于光学定位相机的拍摄最远距离l经过空间变换q获得的值。在光学定位相机的有效视野范围是上述所选取的视野区域的情况下，该扇形aob的半径r小于光学定位相机的拍摄最远距离l经过空间变换q获得的值。
32.结合图2和图3所示，在步骤s2中，进一步包括：
33.将所述目标通过以光学定位相机为中心的中心投影投射至所述第一投影面上；
34.构建以光学定位相机为原点o且所述旋转轴为z轴的空间直角坐标系o-xyz；
35.根据所述目标在所述空间直角坐标系o-xyz中的坐标(x0,y0,z0)，获得所述目标与所述摄像机之间的投影线(即，所述目标与所述摄像机之间的连线)在所述空间直角坐标系o-xyz中的xoz平面中的投影与所述旋转轴(即，z轴)之间的第一夹角a
x
，和所述投影线在所述空间直角坐标系o-xyz中的yoz平面中的投影与所述旋转轴之间的第二夹角ay；
36.根据所述第一夹角a
x
与所述扇形aob的圆心角j之间的第一比例关系p
x
(即，p
x
＝a
x
/j)、第二夹角ay与所述扇形aob的圆心角j之间的第二比例关系py(即，py＝ay/j)和所述扇形aob的弧长r获得所述目标在所述第一投影面上的转换信息，根据所述转换信息将目标映射并显示到用户界面中的第一图形中。
37.在一个示例中，所述空间直角坐标系o-xyz的原点o为所述扇形的圆心。当然，本领域技术人员可以设计为扇形的圆心为空间直角坐标系中的任意一点，即光学定位相机为空间直角坐标系中的任意一点，例如为空间直角坐标系o-xyz的z轴上的任意一点。
38.在本发明的实施例中，目标的显示信息是基于所述转换信息获得的，转换信息基于第一夹角和第二夹角与圆心角的比例关系生成，即基于第一比例关系p
x
和第二比例关系py生成，由此建立了显示信息与目标偏离视野中线(例如光学定位相机的垂直视场角的角平分线)的偏移角度之间的关系。所以该显示信息能够真实且准确地反映该目标偏离视野中线的偏移角度信息，从而便于用户根据在第一图形上的位置信息判断目标在有效视野区
域内的偏离程度，有利于以简单、直观的方式显示目标在有效视野区域内的相对位置。
39.进一步地，目标在第一投影面上的转换信息的获得方法包括以下步骤：
40.根据第一比例关系p
x
和所述弧长r，获得所述目标位于在xoz平面中的所述扇形aob的投影的第一弧线上的第一弧长x1(即，x1＝r
×
p
x
＝r
×ax
/j)；
41.根据第二比例关系py和所述弧长r，获得所述目标位于在所述yoz平面中的所述扇形aob的投影的第二弧线上的第二弧长y1(即，y1＝r
×
py＝r
×ay
/j)；
42.所述转换信息包括第一弧长x1和第二弧长y1。
43.在本发明的实施例中，考虑到圆心角j与弧长r成正比，在投影过程中将角度信息(即，偏移角度)转换为弧长信息，并据此弧长信息生成位置信息，因而目标在第一图形上的位置信息反映出了目标偏离视野中线的偏离度。
44.进一步地，将目标映射并显示到用户界面中的第一图形中的方法包括以下步骤：
45.在空间直角坐标系o-xyz中的xoy平面以原点o为圆心以无任何变形的方式展平第一投影面，以获得展平后的第一投影面；
46.将所述第一弧长x1设置为目标位于展平后的第一投影面中在xoy平面的x轴上对应的坐标值x’，将所述第二弧长y1设置为目标位于展平后的第一投影面中在y轴上对应的坐标值y’；在第一图形中以其中心为原点构建直角坐标系mon，且所述直角坐标系mon为所述xoy平面通过空间变换s获得，；
47.将所述坐标值x’通过空间变换s(例如通过第二变换矩阵转换)至所述目标在直角坐标系mon中的m轴上对应的第一坐标值，将坐标值y’通过空间变换s至所述目标在直角坐标系mon中的n轴上的第二坐标值；
48.基于所述第一坐标值和第二坐标值获得目标在第一图形中的位置信息，并基于所述第一图形中的位置信息将所述目标显示在第一图形中。
49.在一个示例中，第一变换矩阵和第二变换矩阵可以是相同的变换矩阵，也可以是不同的变换矩阵，只要能够实现本领域技术人员将o-xyz坐标系所在空间变换到计算机图形界面的空间、该界面中的显示区域所在的空间或显示区域中显示的图形其所在的空间中即可。
50.在一个示例中，所述无任何变形的方式为将第一投影面的中心与xoy平面的原点o重合，之后将形成第一投影面的所有曲线以原点o为圆心拉直为线段，该线段的长度与对应的曲线的长度比例为1:1，且线段的方向与对应的曲线的切线方向相同。
51.在一示例中，目标在第一图形中的位置信息为直角坐标系mon中的坐标点(m,n)，将该坐标点显示在第一图形中。|m|＝x1,|n|＝y1。坐标m的正负号与目标在空间直角坐标系o-xyz中的x0的正负号相同。坐标n的正负号与目标在空间直角坐标系o-xyz中的y0的正负号相同。通过坐标点(m,n)的正负号可以直观地反映出目标偏离视野中线的方向。例如，坐标点(m,n)都为正号时，表示目标向视野中线的右上方偏离。
52.所述位置信息中的m轴和n轴上的位置坐标能够真实反映出目标偏离视野中线的偏离度，进而能够反映出目标与光学定位相机的有效视野范围边界(例如上下边界、左右边界等)之间的关系。
53.在一示例中，用户界面中设计有用于显示目标的第一图形。根据显示在所述第一图形上的目标以判断所述目标与所述光学定位相机的有效视野区域的边界的关系。当目标
的位置显示在所述第一图形的边界附近(即目标的投影的位置靠近第一图形的边界)时，则确定所述目标位于所述有效视野区域的边界，即目标偏离视野中线的偏离角度较大。当目标的位置显示在第一图形的中心区域时，则确定所述目标位于有效视野区域的中心区域(例如中心视野)，即目标靠近视野中线。本领域技术人员可以明白，第一图形的中心区域的范围可以根据实际需要来确定。例如，图4a和4b示出了显示有目标a和目标b的第一图形。如图4b所示，与目标b相比，目标a更靠近有效视野区域的边界，从而目标a更偏离光学定位相机。
54.在一示例中，第一图形可以包括圆形或椭圆形，以在二维形式的第一图形中展示目标的位置信息。相比于三维形式的图形(例如三维模型)，二维形式的图形会更加便于用户观察所展示的目标在有效视野区域中的相对位置。图4a示出了为圆形的第一图形10，图4b示出了为椭圆形的第一图形10。
55.进一步地，所述圆形为展平后的第一投影面，如图4a所示。例如，所述圆形的半径为扇形aob的弧长r。也就是说，所述圆形为将形成第一投影面的所有曲线以第一投影面的中心为圆心通过无任何变形地拉直展平后所形成的二维图形。
56.所述椭圆形为基于所述圆形变换获得的图形，如图4b所示。从视觉效果的角度考虑，椭圆形的投影面比圆形的投影面更便于在显示界面中展示目标相对于视野中线的偏离程度。例如，所述椭圆形的半短轴为扇形aob的弧长r，半长轴的长度大于扇形aob的弧长r；再例如，所述椭圆形的半短轴小于扇形aob的弧长r，半长轴的长度等于扇形aob的弧长r。
57.在一个示例中，半短轴与直角坐标系mon中的n轴重合。当|n|小于半短轴的长度时，目标在m轴上的坐标m的取值为第一坐标值以半长轴与所述圆形的半径的比例关系缩放获得，目标在n轴上的坐标n的取值为第二坐标值以半短轴与所述圆形的半径的比例关系缩放获得。
58.在一示例中，在步骤s1中，构建所述至少一个投影面中的第二投影面，所述第二投影面的构建方法包括：
59.将所述扇形aob围绕所述旋转轴旋转获得立体几何图形(如图2所示)；
60.沿所述旋转轴ob的方向(即z轴方向)切割所述立体几何图形，获得所述至少一个投影面中的第二投影面。
61.在一示例中，在用户界面中显示的第二图形包括二维几何图形。具体地，所述二维几何图形包括第二投影面、直线和点中的至少一种。将所述目标在第二投影面中的投影显示在所述二维几何图形中，根据显示在所述二维几何图形上的所述目标以判断是否调整所述目标与所述光学定位相机之间的距离。当所述目标的位置显示在所述二维几何图形中靠近光学定位相机的位置处时，则确定调整所述目标与所述光学定位相机之间的距离。
62.这样，本发明的目标显示方法可以依据第二图形中显示的信息调整目标与光学定位相机的相对位置，以便于实现准确且稳定的光学定位。
63.在一示例中，将所述目标在第二投影面中的投影显示在所述二维几何图形中的方法包括以下步骤：
64.将所述目标通过正交投影投射到所述第二投影面中；
65.根据所述目标在所述立体几何图形中的位置信息(例如目标在所述空间直角坐标系o-xyz中的坐标(x0,y0,z0))，获得所述目标在所述第二投影面中的投影的位置信息(x2,
y2,z0)；
66.将所述二维几何图形设置为所述第二投影面并基于所述投影的位置信息(x2,y2,z0)将目标显示在所述二维几何图形中。
67.例如，当第二投影面与xoz平面共面时，目标在正交投影到第二投影面中的位置信息为(x0,0,z0)。
68.在一示例中，将目标映射到第二投影面实现投影时，将所述第二投影面设置为与所述xoz平面或所述yoz平面共面，并且所述第二投影面的圆心位于所述原点o。将所述目标在第二投影面中的投影显示在所述二维几何图形中的方法包括以下步骤：
69.获得所述目标在所述空间直角坐标系o-xyz中与光学定位相机之间的第一距离l0，
70.将所述目标投射到所述第二投影面上，所述目标在第二投影面上的投影与所述原点o之间的第二距离l1等于第一距离l0；
71.将所述二维几何图形设置为所述第二投影面或直线，并基于所述第二距离l1将目标显示在所述二维几何图形中。
72.在一示例中，将所述目标投射到所述第二投影面上的方法包括：
73.过所述投影线构建垂直于所述第二投影面的平面；
74.将所述投影线上的目标映射到所述平面与所述第二投影面的交线t上，映射到交线t上的目标的投影与所述光学定位相机之间的距离为所述第二距离l1。
75.在二维几何图形为直线的情况下，将目标显示在二维几何图形中的方法还包括以下步骤：
76.判断所述交线t与所述第二投影面的z轴是否重合；
77.当所述交线t与所述第二投影面的z轴成一夹角时，确定所述交线t与第二投影面的z轴不重合，则旋转所述交线t至与所述z轴重合，所述第二距离l1为所述目标在所述z轴上的坐标值。基于所述目标在所述z轴上的坐标值将目标显示在所述直线中，其中旋转后的所述交线为所述直线。
78.进一步地，结合图2、图5a和图5b，第二投影面的形状为扇形或者环扇形。所述扇形aoc可以对应于所计算确定的视野区域，此时扇形aoc的半径等于将光学定位相机的拍摄最远距离l经过空间变换q获得的值。所述扇形aoc还可以对应于在所计算确定的视野区域中选出有效视野区域的情况，在该有效视野区域内光学定位相机拍摄距离范围为0-l2，此时扇形的半径等于将第二拍摄距离l2经过空间变换q获得的值，0《l2《l。
79.结合图2和图5b，所述环扇形是在沿所述旋转轴的方向切割所述立体几何图形获得的第一扇形aoc上以光学定位相机为圆心o截取第二扇形doe来获得。所述环扇形deca对应于在所计算确定的视野区域中选出有效视野区域的情况，在该有效视野区域内光学定位相机拍摄距离范围为l
1-l2，此时所述第一扇形的半径为距离l2经过空间变换q获得的值，第二扇形的半径为距离l1经过空间变换q获得的值，并且0《l1《l2≤l。
80.在二维几何图形为第二投影面的情况下，将目标显示在二维几何图形中的方法还包括以下步骤：
81.根据目标在所述空间直角坐标系o-xyz中的坐标(x0,y0,z0)和所述第二投影面的
信息确定目标在正交投影到所述第二投影面中的位置信息(x2,y2,z0)；
82.根据位置信息(x2,y2,z0)获得目标与光学定位相机之间的第三距离l2,其中
83.根据第二距离l1和所述第三距离l2之间的第三比例关系k、以及位置信息(x2,y2,z0)确定目标映射到第二投影面中的位置信息(x3,y3,z0)，其中:
84.k＝l1/l2,
85.x3＝x2×
k＝x2×
l1/l2,
86.y3＝y2×
k＝y2×
l1/l2。
87.在一示例中，当第二投影面与xoz平面共面时，y3＝0。当第二投影面与yoz平面共面时，x3＝0。
88.例如，在所述二维几何图形为第二投影面时，基于上述过程获得目标在第二投影面中的位置信息，并基于该位置信息将目标显示在第二投影面上，判断目标与原点(光学定位相机的位置)的距离，当显示的目标靠近原点时，则调整目标的位置至合适的位置处，如图5a或图5b所示。
89.图5a和图5b示出了形成为第二投影面的第二图形20的情况，其中示出了显示在第二图形20中的目标a和目标b。如图5a所示，第二图形20为扇形，与目标b相比，目标a更靠近光学定位相机的位置(原点o)。如图5b所示，第二图形20为环扇形，与目标b相比，目标a更靠近光学定位相机的位置(原点o)。因此，用户可以根据第二图形中显示的目标相对位置判断目标是否处于稳定区域内。
90.在一示例中，本发明的目标显示方法可以同时将目标显示在第一图形和第二图形中，在第一图形中判断目标距离光学定位相机的偏移程度，在第二图形中判断目标距离光学定位相机的距离，从而仅利用两个图形就能判断目标在有效视野区域中的相对位置是否合适，故本发明的目标显示方法能够以更加直观、简单的方式显示目标。
91.而且，在本发明的实施例中，第一图形和第二图形都可以形成为二维形式或一维形式的图形，这相比于三维形式的图形，更利用用户直观、快速的理解目标是否处于稳定区域。
92.本发明的实施例的目标显示方法可以应用于经颅磁刺激仪器，所述目标可以包括患者头部、刺激线圈和定标枪等。所以，用户可以依据第一图形和/或第二图形中显示的目标来确定患者头部、或刺激线圈、或定标枪等在有效视野区域中的相对位置，并可以借助于第一图形和/或第二图形中的目标信息来准确、方便、高效地调节所述目标。
93.在本发明的实施例中，提供了一种可读存储介质。所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述实施例中任一实施例所述的目标显示方法。
94.本发明的实施例的“可读存储介质”是指参与向处理器提供程序或指令以供执行的任何介质。所述介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如存储设备。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线的导线。传输介质还可以采用声波或光波的形式，诸如在射频(rf)和红外(ir)数据通信期间生成的声波或光波。可读存储介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、cd-rom、dvd、
任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、任何具有孔图案的其他物理介质、ram、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒、如下所述的载波、或计算机可从其中进行读取的任何其他介质。
95.根据本发明的目标显示方法和可读存储介质具有以下优点中的至少一个：
96.(1)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以简单有效的方式展示目标在光学定位相机的有效视野区域内的位置，从而便于用户理解目标是否已经处于稳定区域；
97.(2)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以较少的视图展示目标在光学定位相机的有效视野区域内的位置，从而便于用户快速地观察目标；
98.(3)本发明的目标显示方法和可读存储介质允许以二维视图展示目标在光学定位相机的有效视野区域内的位置，从而便于用户直观地观察目标。
99.虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。