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奧影科普 | 什么是體素分辨率,?

來源:奧影檢測科技(上海)有限公司   2025年01月08日 15:19  


體素分辨率是什么

奧影科普

在數字時代,,我們習慣了通過屏幕來觀察和理解世界。對于二維圖像,,我們有「像素分辨率」這個概念,,它決定了圖像的清晰度和細節(jié)。但是,,當我們談論三維世界時,,我們需要一個新的度量標準——體素分辨率。

要了解體素分辨率是什么,,我們首先得明確體素是什么,。

01

體素是什么

體素的概念

說起體素,首先聯想到的肯定是「像素」,,我們都了解「像素」是處于二維圖像的最小單位,,類比下來,「體素」就是三維體數據的最小單位了,。三維空間賦予了「像素」立體效果,,因此在三維空間中,我們以「體素」來標定物體可以識別的最小體積,。例如我們熟知的「三維藍光掃描」,、「計算機斷層掃描(CT)」以及「磁共振掃描(MRI)」等,它們的掃描數據都是三維體數據,,都是由數以百萬個「體素」組成的,。
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體素尺寸(voxel size)的概念

體素尺寸(voxel_size)指的是體素各個邊長的長度,,當體素的邊長被確定后,那么由體素構成的三維數據集就被定義了尺寸,,體素尺寸是一個度量值,,通常以長度單位(如毫米、厘米或米)表示,。

值得注意的是體素尺寸是三維數據集的固有屬性,,與物體的大小無關。在三維數據集中體素尺寸越小,,每個體素所占的體積空間就越小,,能夠捕捉到的細節(jié)就越多。舉個例子:在三維數據集中存在1cm3的體積,,當體素尺寸為1cm時,,那這個體積就由1個體素組成,當體素尺寸為0.1cm的時候,,這個體積就由10*10個體素組成,。因此在醫(yī)用CT和工業(yè)CT領域,體素尺寸對于準確表示和分析三維數據來說非常重要,。

02

那么,,體素分辨率有什么作用呢?

體素分辨率

在了解體素和體素尺寸之后,,體素分辨率就很容易理解了,,體素分辨率是指三維數據集的最小體素尺寸。通常我們所說的體素分辨率1微米,,指的就是三維數據集中的體素尺寸是1微米,,體素分辨率描述了三維圖像中體素的尺寸和分布,以及它們如何影響圖像的細節(jié)識別能力,。

體素分辨率直接體現了CT設備捕捉物體內部細微結構的能力,,體素越小,圖像的空間分辨率越高,。體素分辨率越高,,我們能夠看到的三維細節(jié)就越豐富。想象一下,,你正在觀察一個樂高模型,,樂高模型越小,樂高的磚塊就越少,,樂高顆粒感越強,,視覺效果越模糊;樂高模型越大,,樂高磚塊越多,,樂高顆粒感越小,,視覺效果越精細。體素分辨率同樣決定了工業(yè)CT檢測能夠識別的最小缺陷尺寸,。

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03

體素分辨率就是空間分辨率嗎,?

體素分辨率和空間分辨率是相關但不相同的概念

一、空間分辨率

1.定義

空間分辨率是指成像系統(tǒng)能夠分辨的兩個相鄰物體的最小距離,。它主要用于描述圖像在空間維度(如長度和寬度方向,,對于二維圖像而言;或者長度,、寬度、高度方向,,對于三維圖像而言)上分辨細節(jié)的能力,。

例如,在醫(yī)學X光成像中,,空間分辨率高意味著可以更清晰地分辨出骨骼的微小結構,、軟組織的邊界等。如果空間分辨率較低,,圖像中的細節(jié)就會模糊,,相鄰的結構可能會相互融合而難以區(qū)分。

2.單位

常用單位是線對/毫米(lp/mm),。線對是指一對黑白相間的線條,,每毫米能分辨的線對數越多,空間分辨率越高,。

二,、體素分辨率

1. 定義
體素是三維空間中的體積元素,體素分辨率則是指在三維成像(如CT,、MRI等三維重建圖像)中,,體素的大小以及體素所包含的信息量。它不僅考慮了空間維度(長,、寬,、高),還涉及到體素所代表的組織或物體的物理屬性(如密度)等因素,。比如在CT掃描中,,體素分辨率決定了重建后的三維模型中每個小立方體(體素)的大小和特性。如果體素分辨率較高,,體素就較小,,能夠更精細地呈現三維物體的內部結構;但同時也會導致數據量增大,,對存儲和處理要求更高,。
2.單位
通常用mm3來表示體素的大小,,同時還會結合其他參數(如灰度值范圍等)來完整描述體素分辨率。
所以,,體素分辨率不是簡單的空間分辨率,,空間分辨率側重于描述成像系統(tǒng)分辨空間細節(jié)的能力,主要是二維或三維空間中的距離分辨,;而體素分辨率是針對三維成像中的體積元素,,涉及到體積大小以及更多的物理屬性等綜合因素。

04

體素分辨率和空間分辨率

的換算關系是怎樣的?

在簡單情況下的關聯

在各向同性的三維成像系統(tǒng)中(即體素在x,、y、z三個方向上的尺寸相同),,如果已知空間分辨率(以線對/毫米為單位),,可以通過一些方式來大致估算體素分辨率。
假設空間分辨率為R(線對/毫米),,理論上能夠分辨的最小距離
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考慮體素為立方體時,,體素邊長可以取最小距離d,此時體素分辨率(體積)

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實際情況中的復雜因素

然而,,在實際的成像設備(如CT、MRI等)中,,這種換算關系會受到很多因素的干擾。
設備參數差異:
不同的成像設備有不同的采集模式和物理原理,。例如,,CT掃描的體素分辨率不僅取決于探測器的空間分辨率,,還與掃描層厚,、重建算法等有關。如果掃描層厚較大,,即使探測器在平面內的空間分辨率較高,,體素在Z軸方向上的尺寸仍然較大,,體素就不是一個理想的小立方體,,上述簡單換算就不適用了。
圖像重建影響:
在重建三維圖像時,,重建算法會對體素分辨率產生影響。有些重建算法可能會對體素進行插值或平滑處理改變體素的實際有效分辨率,。例如,,在MRI成像中,,采用不同的序列和重建參數,體素的實際分辨率會有所不同,,而且這種分辨率和原始的空間分辨率之間的關系變得復雜,,很難用簡單的公式進行換算。
人體組織特性:
在醫(yī)學成像中,,人體組織的不均勻性也會影響換算,。不同組織對成像信號的吸收、散射等特性不同,。例如骨骼和軟組織在CT成像中的表現不同,,這會導致體素分辨率在不同組織區(qū)域的實際效果與單純基于空間分辨率的計算不一致。
所以,,雖然在理想的各向同性簡單模型下可以建立體素分辨率和空間分辨率的初步換算關系,,但在實際的成像場景中,由于設備,、算法和組織特性等多種因素的綜合作用,這種換算關系變得復雜,,往往需要結合具體的成像設備參數和圖像重建方法來確定,。


奧影檢測科技(上海)有限公司是一家專注于研發(fā)、生產和銷售X射線工業(yè)CT產品的,。公司總部位于上海,,工廠位于寧波。奧影始終堅持精益求精的品質和專業(yè)技術創(chuàng)新,,致力于為客戶提供工業(yè)CT系統(tǒng)解決方案。

奧影可提供全系列的工業(yè)CT類型產品,。包括微焦點工業(yè)CT ,、計量型高精度工業(yè)CT 、大型雙源雙探CT,、高能加速器CT ,、納米CT、在線式CT,、原位加載CT,、快速平板CT等,可廣泛應用于制造業(yè),、航空航天,、汽車、電子,、醫(yī)療,、新能源,、科研等行業(yè)領域。無論是無損檢測,、材料分析,、質量控制還是產品設計,奧影工業(yè)CT產品都能滿足客戶的需求,。


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