一種基于移動gpu的便攜式圖像處理系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像處理系統(tǒng)，尤其涉及一種基于移動GPU的便攜式醫(yī)用圖像處理系統(tǒng)，同時也涉及利用該系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像高速處理的方法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)用圖像成像裝置包括X射線機、CT成像裝置、MRI裝置、超聲診斷裝置和核醫(yī)學(xué)成像裝置等，此外還包括放射治療計劃系統(tǒng)、PACS系統(tǒng)(醫(yī)學(xué)圖像歸檔和通信系統(tǒng))、骨密度測量儀器等醫(yī)療設(shè)備中的成像系統(tǒng)。隨著臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的不斷發(fā)展，要求醫(yī)用圖像成像裝置能夠提供動態(tài)圖像的觀察能力，這就對醫(yī)用圖像成像裝置的圖像處理能力提出了很高的要求。
[0003]目前常用的X射線機(包括血管造影機、數(shù)字胃腸機、移動式C形臂X射線機等)，在臨床應(yīng)用中要求實現(xiàn)對動態(tài)圖像的觀察,例如一般透視觀察要求達到25?30fps (每秒傳輸幀數(shù))，曝光診斷觀察如心臟造影等要求達到25?30fps，外周血管造影等要求達到8?15fps，胃腸道鋇餐造影要求達到4fps以上。因為現(xiàn)有醫(yī)用圖像成像裝置在傳輸和處理速度的限制。當(dāng)速率要求達到25?30fps時，相應(yīng)的圖像分辨率只能達到1024X 1024 ；當(dāng)速率要求達到4?8fps時，圖像分辨率可以達到2048X2048。而且，滿足上述條件要求圖像不做處理或做一些簡單的處理，不能做復(fù)雜的圖像降噪和增強等高級圖像處理，不能滿足臨床醫(yī)學(xué)對高分辨率、高對比度動態(tài)圖像清晰顯示的診斷要求。
[0004]GPU(圖形處理器)是近幾年發(fā)展起來的大規(guī)模并行計算處理器，在計算機顯卡上的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。目前，生產(chǎn)X射線機的各大廠家也紛紛利用GPU來滿足圖像處理的應(yīng)用要求。例如在公開號為101520900A的中國專利申請中，公開了一種利用GPU加速CR/DR/CT圖像顯示及圖像處理的方法及專用設(shè)備。其包括PC機、CR/DR工作站或者PACS服務(wù)器，其中，PC機連接CR/DR工作站或者PACS服務(wù)器，利用新型GPU的通用計算能力，實現(xiàn)CR/DR/CT圖像的快速顯示。該技術(shù)方案充分利用GPU的通用計算能力，將CPU從圖像處理的繁重計算中解放出來，專心于數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)安全的處理，提高圖像處理系統(tǒng)效率。但是，該方案是在現(xiàn)有計算機的整體架構(gòu)下實現(xiàn)的，其缺陷是:昂貴、能耗高、不具備移動性和便攜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題在于提供一種基于移動GPU的便攜式圖像處理系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種利用上述系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像高速處理的方法
[0007]為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0008]一種基于移動GPU的便攜式圖像處理系統(tǒng)，包括圖像輸入單元、圖像處理單元、圖像緩存單元和圖像輸出單元；其中，
[0009]所述圖像輸入單元將不同格式的輸入圖像轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的圖像，輸入所述圖像處理單元進行處理；
[0010]所述圖像處理單元包括ARM處理器和GPU處理器，其中所述ARM處理器對圖像處理進程進行調(diào)度，所述GPU處理器對圖像進行并行處理，所述ARM處理器和所述GPU處理器通過所述圖像緩存單元進行數(shù)據(jù)交互；
[0011]所述圖像處理單元將處理后的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過所述圖像輸出單元向外輸出。
[0012]其中較優(yōu)地，所述ARM處理器將輸入的圖像存儲到所述圖像緩存單元，并通知所述GPU處理器；
[0013]所述GPU處理器為緩存的圖像的每個像素分配一個線程，并行處理所有線程；
[0014]處理后的圖像數(shù)據(jù)存儲到所述圖像緩存單元，并反饋給所述ARM處理器。
[0015]其中較優(yōu)地，所述圖像處理單元與所述圖像輸入單元之間的物理層和鏈路層采用PCIe總線實現(xiàn)。
[0016]其中較優(yōu)地，在協(xié)議層和應(yīng)用層設(shè)置接口一致的底層驅(qū)動軟件，所述圖像處理單元直接與所述底層驅(qū)動軟件進行交互。
[0017]其中較優(yōu)地，所述圖像輸入單元中包括GigE圖像采集卡、USB3.0圖像采集卡、LVDS圖像采集卡、CamLink圖像采集卡、S_Video圖像采集卡中的一種或多種。
[0018]其中較優(yōu)地，所述便攜式圖像處理系統(tǒng)與PACS系統(tǒng)或者圖像工作站連接時，采用DIC0M3.0標準接口協(xié)議進行通信。
[0019]其中較優(yōu)地，所述便攜式圖像處理系統(tǒng)以DICOM worklist S⑶方式查詢患者信息；WorliSt服務(wù)器系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)查詢請求后，根據(jù)查詢條件從放射信息系統(tǒng)中查詢到相應(yīng)的患者信息，發(fā)送回所述便攜式圖像處理系統(tǒng)；所述便攜式圖像處理系統(tǒng)把患者信息和采集到的圖像數(shù)據(jù)打包成DIC0M圖像文件，通過DICOM Storage S⑶方式把所述DICOM圖像文件傳輸?shù)剿鯬ACS系統(tǒng)或所述圖像工作站存檔。
[0020]一種實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像高速處理的方法，利用上述的便攜式圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)，包括如下步驟:
[0021]首先，圖像輸入單元接收不同格式的圖像數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的圖像，通過PCIe總線傳遞到圖像處理單元；
[0022]其次，圖像處理單元在圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C之前對輸入的圖像進行圖像校正，對校正后的圖像進行降噪和增強，最后進行圖像窗寬窗位調(diào)整，得到處理后的圖像；
[0023]最后，從所述圖像處理單元接收處理后的圖像數(shù)據(jù)，進行保存或者向外輸出。
[0024]其中較優(yōu)地，在所述圖像處理單元中，首先由ARM處理器將輸入的圖像存儲到圖像緩存單元，并通知GPU處理器；所述GPU處理器為緩存的圖像的每個像素分配一個線程，并行處理所有線程；處理后的圖像數(shù)據(jù)存儲到所述圖像緩存單元，并反饋給所述ARM處理器。
[0025]其中較優(yōu)地，所述圖像校正包括但不限于壞點校正、偏移校正和增益校正中的一種或多種。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]采用ARM CPU和移動GPU相配合的技術(shù)方案，獲得了高性能大規(guī)模并行計算的能力，可以實現(xiàn)對便攜性X射線機的動態(tài)圖像實時高分辨率處理。利用本發(fā)明，現(xiàn)有的計算機可以放棄繁重的圖像處理工作，將工作重心轉(zhuǎn)移到圖像的存儲、管理和診斷閱片上，從而有利于提高診斷工作的質(zhì)量與效率。
【附圖說明】
[0028]圖1 (a)和圖1 (b)是本發(fā)明所提供的便攜式圖像處理系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖；
[0029]圖2是圖1所示的便攜式圖像處理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明中，GigE圖像采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是本發(fā)明中，USB3.0圖像采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明中，LVDS圖像采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6是本發(fā)明中，CamLink圖像采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7是本發(fā)明中，S-Video圖像采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖8是本發(fā)明中，圖像處理過程的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0037]圖1 (a)和圖1 (b)分別顯示了本發(fā)明所提供的便攜式圖像處理系統(tǒng)的使用狀態(tài)。該便攜式圖像處理系統(tǒng)設(shè)置在X射線探測器與計算機之間，一方面連接便攜式X射線探測器，另一方面連接計算機。在便攜式圖像處理系統(tǒng)的內(nèi)部，利用適合移動應(yīng)用的ARM處理器和移動GPU的相互配合，實現(xiàn)對X射線探測器的高分辨率動態(tài)圖像的實時處理，然后將處理好的圖像數(shù)據(jù)傳輸給顯示器，由顯示器對外顯示。另外，便攜式圖像處理系統(tǒng)所處理獲得的數(shù)據(jù)也輸入到計算機中，以便由計算機進行進一步的數(shù)據(jù)分析和處理。
[0038]圖2是本發(fā)明所提供的便攜式圖像處理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。以中間的PCIe總線(Bus)為界限，該便攜式圖像處理系統(tǒng)可以分為兩部分:一部分是與圖像處理相關(guān)的單元模塊，包括圖像處理單元和圖像緩存單元，以實現(xiàn)圖像處理和圖像輸出為主；另一側(cè)是與多種格式圖像數(shù)據(jù)流輸入相關(guān)的單元模塊，包括圖像輸入單元等，主要用于將不同格式的輸入圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的圖像數(shù)據(jù)。這種設(shè)計方案在圖像處理和圖像輸入之間設(shè)計了總線結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)對不同的圖像數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的圖像格式(mGPUer Format)進行處理，顯著增強了便攜式圖像處理系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
[0039]在本發(fā)明中