带有快速图像处理设备的图像处理系统以及图像处理方法

专利名称：带有快速图像处理设备的图像处理系统以及图像处理方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于处理至少 一 个图像数据组的图像处理系统、特别 是医学图像处理系统。该图像处理系统包括一个图像处理设备，该设备具 有一个用于至少一个图像数据组、特别是图像数据组的时间序列的输入端。 该图像数据组以至少二维、特别是以通过对象的投影来表示对象。该图像 处理设备具有至少两个图像处理单元，其中，这些图像处理单元分别被构 造用于接收一个图像数据组并且从该图像数据组中根据预定的映射规则产 生一个输出数据组并将其输出，该输出数据组以至少二维表示对象。
背景技术：
在现有技术公知的、用于处理至少一个图像数据组的、带有两个图像处理单元的医学图像处理系统中，这些图像处理单元这样地相互连接图 像处理单元分别被结合到一个共同的数据处理流中。因此，例如第一图像 处理单元可以在输入端接收一个图像数据组并且根据预定的映射规则产生 一个输出数据组并在输出端将其输出给另一个图像处理单元。另一个图像 处理单元可以在输入端接收该输出图像数据组并且根据预定的映射规则产 生另 一个输出数据组并在输出端将其输出。该预定的映射规则可以例如是 一种滤波函数，例如用于对依赖于位置的频率的高通滤波器、对依赖于位 置的频率的低通滤波器，或者用于处理由图像数据组所表示的图像的另一 种映射规则。在图像处理的这种类型中，将由第一图像处理单元产生的、 第一图像处理步骤的结果，传递给另一个图像处理单元，以便在那里根据 另 一个预定的映射规则进行进一步的图像处理。发明内容本发明要解决的技术问题是，提供一种具有改善的、特别是更迅速的 图像处理的图像处理系统。该技术问题是通过一种本文开始部分提到类型的图像处理系统解决的，其中，所述图像处理设备具有一个公共存储器、优选为所述图像处理 单元共同配设的公共存储器，该存储器被构造用于存储图像数据组和输出 图像数据组。所述图像处理单元可以至少间接地分别与该公共存储器连接。 所述图像处理单元被构造用于访问该公共存储器、特别是在该公共存储器 上写和/或读地访问。由此，可以优选地实现较高的图像处理速度，特别是 如果图像处理单元可以分别同时地访问该公共存储器和所有存储于其中的 输出图像数据组的话。例如，由此一个图像处理单元可以访问由另一个图 像处理单元产生的输出图像数据组，而与此同时该另 一个图像处理单元根 据与 一个图像数据组对应的预定的映射规则处理该图像数据组。图像数据组可以按照二维、三维、四维或五维来表示对象。在此，二 维或三维可以是空间的维度，在大于二维中其它的维度可以是时间维度。 这样，在四维或五维情况下的图像数据组可以以三个空间维度并且以 一个 和/或两个时间维度来表示对象，从而图像数据组根据时间以相互不同的变 形来表示对象，例如心脏和/或肺或者胸部。对象的这些变形例如可以是通 过心跳或者呼吸造成的。图像数据组可以由多个矩阵元素构成，其中， 一个矩阵元素表示所接 收的X射线的一个强度值或者在人体内部的一个吸收值，例如对于X射线、 对于超声波或者对于高频磁场的吸收值。优选地，预定的映射规则包括一个含有多个计算步骤的算法。每个计 算步骤可以对应于一个自身的预定的映射规则。按照这种方式，图像处理 设备可以有利地处理复杂的图像处理计算操作。在一种示例性的实施方式中，所述公共存储器可以是动态或者静态存储器，特别是D-RAM存储器或者S-RAM存储器(D-RAM =动态随机存 取存储器，S-RAM=静态随机存取存储器)。 可以有利地造价低廉地提供动态存储器。在一种优选的实施方式中，所述图像处理单元中的至少一个图像处理 单元具有一个计算单元，进一步优选的是所有图像处理单元分别具有一个 计算单元。例如，计算单元可以具有至少一个计算处理器、至少一个数字 信号处理器或者至少一个FPGA (FPGA =现场可编程门阵列)。该数字信 号处理器被构造用于借助于一个计算过程实施该预定的映射规则。由此， 图像处理过程可以有利地被迅速处理。优选地，由计算处理器的至少一部分构成一个计算单元，并且该计算单元被构造用于根据预定的映射规则产 生其它图像数据组作为结果。在一种有利的实施方式中，计算处理器是一个双核或者多核计算处理器。例如，可以将图像处理单元这样至少部分地通过一个计算处理器构成， 使得该图像处理单元由双核或者多核计算处理器的一个核构成。在另一种有利的实施方式中，图像处理单元具有至少两个计算单元， 这些计算单元分别由双核或者多核计算处理器的一个核构成。这些计算单元优选地包括一个控制器、特别是通过计算程序构成的控制器。在另 一种实施方式中，计算处理器是一个单元处理器(Cell-Prozessor )。 该单元处理器具有多个计算单元，这些计算单元可以分别在输入端接收图 像数据组，并且可以按照预定的映射规则产生输出图像数据组。在另一种 实施方式中，该单元处理器的计算单元可以共同地处理一个图像数据组。 例如，每个单元处理器(其构成一个计算单元)可以处理一个图像数据组 的一个片段。在这种实施方式中，计算单元例如按照同一个映射规则工作。 预定的映射规则可以作为输入参数处理图像数据组的一部分，该部分表示 一个对象位置(以及由此在投影结果中的一个图像点)。在另一种优选的实 施方式中，映射规则可以额外地根据一个(通过图像数据组的一部分表示 的)强度值映射一个映射结果。优选地，计算单元可以相互在时间上独立和/或在时间上并行地工作。 在一种有利的实施方式中，计算单元由FPGA(FPGA=现场可编程门阵列) 构成。由此，可以有利地将预定的映射规则集成到该计算单元中。例如，可以通过一个计算程序控制分别构成一个计算单元的数字信号 处理器、单元处理器或者单元处理器的部分。该计算程序可以例如通过操 作系统而被控制。该操作系统优选为多任务操作系统、特别是UNIX，例如 Linux、实时搡作系统(特别是QNX或者VxWorks )。在一种优选的实施方式中，所述公共存储器具有一个相关地址空间。 由此，图像处理单元被共同地分配给该公共存储器。例如，可以借助于一 个存储器控制器或者多个存储器控制器，实现对该公共存储器和由此的该 相关地址空间的访问。例如，可以将图像处理设备这样构造，使得一个图 像处理单元被分配给该公共存储器的相关地址空间的一个预定部分。在另一种实施方式中，图像处理设备具有两个緩冲存储器，后者分别与所述存储器连接并且被设置用于从该存储器中读出和/或向该存储器读入数据。在此，读入和/或读出例如按照双重緩沖(Doublebuffering )的原理进 行。为此，可以将图像处理设备构造为相互交替地控制这两个緩沖存储器。器。由此可以有利地实现对该存储器的迅速的访问。在另一种有利的实施方式中，所述公共存储器构成一个环形緩沖器、 特别是静态的环形緩冲器。为此，可以将图像处理设备构造用于启动多个 緩沖存储器中的一个分别要随后写入或读出的缓沖存储器，其中，该多个 緩沖存储器共同构成该环形緩沖器。由此，可以有利地实现对于存储器的 高效的访问。在另一种有利的实施方式中，所述图像处理设备具有一个存储器控制 器，该存储器控制器与所述公共存储器连接并且被构造用于管理该公共存 储器的多个缓沖存储器，这些緩沖存储器共同构成一个存储器组合。在该 实施方式中，该存储器控制器被构造为将输出图像数据组写入到该存储器 组合中的一个緩沖存储器中。此外，该存储器控制器可以被构造为再次将 例如从第一图像处理单元接收的输出图像数据组从公共存储器、特别是从 所述緩沖存储器中读出，并且将其发送到另一个、例如第二图像处理单元 中以便进一步处理。在成功地读出之后有关的緩冲存储器可以被释放用于 由存储器控制器通过另一个输出图像数据组进行重新写入。例如，可以通 过对第二图像处理单元的读访问来实现前面描述的再次读出。可以由存储 器控制器将该存储器组合分配给一个构成一个预定的映射规则的处理步骤 (专用组合)或者分配给多个分别构成一个预定的映射规则的处理步骤(共 享组合)。在一种有利的实施方式中，用于管理存储器组合的信息可以通过 预定的映射规则来表示，并且由此有利地通过图像处理单元来规定。计算单元优选地按照互斥法(Mutex = Mutual Exclusion )工作。互斥法 可以通过信号量(Semaphore)和/或通过监一见程序(Monitor)来构成。由 此多个计算单元可以有利地同时访问公共存储器。例如， 一个在公共存储 器中的输出图像数据组可以通过一个图像处理单元对于其它的图像处理单 元锁定，只要该图像处理单元还要进行处理。在另一种可以考虑的实施方式中，图像处理设备具有至少一个存储器 控制器，该存储器控制器被构造用于执行对存储器内容的"映射"或"分页"。由此，多个图像处理单元可以有利地同时访问存储器。在另一种实施方式中，图像处理系统包括一个存储器，该存储器具有 一个构成所述公共存储器的公共的部分、特别是一个相关地址空间，并且 还额外地具有一个专用部分、特别是一个专用的地址空间。优选地，可以 这样组织该存储器的一个专用的地址空间或者该存储器的多个专用的地址 空间，使得一个专用的地址空间分配给一个图像处理单元。在一种优选的实施方式中，图像处理单元具有至少一个计算单元，该 计算单元被构造用于根据预定的映射规则产生输出图像数据组。在一种有 利的实施方式中， 一个图像处理单元可以具有至少两个、优选为多个计算 单元。这些计算单元可以分别根据同一个映射规则工作。优选地， 一个图 像处理单元的计算单元可以相互时间上并行地工作。由此，例如每个计算 单元可以处理图像数据组的 一部分。在一种优选的实施方式中，图像处理设备具有至少一个高速緩冲存储 器，后者特别是相关地配属给所述公共存储器。通过一个高速緩沖存储器 有利地进行从该公共存储器中的快速读出以及至该公共存储器的快速写 入。在 一种优选的实施方式中，图像处理设备具有多个高速缓沖存储器。 例如，每个图像处理单元可以具有两个高速緩冲存储器、特别是一个用于 写入的高速緩沖存储器和一个用于读出的高速緩沖存储器。可以将图像处 理设备构造为(特别是借助于一个存储器控制器)分别将公共存储器的存 储内容以及高速緩冲存储器的存储内容彼此相关地保持。在一种优选的实施方式中，图像处理设备具有一个存储器控制器，其 中，图像处理单元分别借助于该存储器控制器与所述存储器连接。在一种 有利的实施方式中，图像处理单元、特别是图像处理单元的计算单元分别 被构造为，至少间接地(优选地借助于该存储器控制器)通过至少一个迅速的块传输、特别是借助于DMA (DMA =直接存储器存取)访问该公共 存储器。此外，图像处理设备可以被优选地构造为(特别是受计算程序控 制地)将该公共存储器一个存储区域设置到一个专用的存储区域和/或将其 释放。公共存储器优选地被组织成相关的地址空间。在一种有利的实施方式中，图像处理单元、特别是计算处理器与公共 存储器的连接分别通过一个远距离DMA系统构成。为此，所述图像处理单元、优选是计算处理器与公共存储器的连接，有利地至少分段地具有高速 通道，特别是无限带宽通道、超传输通道、光纤通道、以太网通道或者快 速I/O通道。在一种有利的实施方式中，图像处理设备可以具有多个共同构成所述 公共存储器的存储器。在该实施方式中，图像处理设备优选地具有一个存 储器控制器，该存储器控制器被构造为，借助于块传输将存储器内容设置和/或释放，并且借助于远距离DMA (RDMA =远距离直接存储器存取) 访问所述存储器。优选地，存储器控制器借助于至少一个高速通道与构成公共存储器的 多个存储器连接。高速通道的示例性实施方式是超传输通道或无限带宽通 道。作为对此的替换，高速通道可以通过未来I/0通道、新一代I/0通道、 光纤通道、以太网通道或者快速I/0通道构成。借助于一个高速通道，计算 程序可以优选地如在DMA存储器组织中一样地访问构成公共存储器的多 个存储器。在一种优选的实施方式中，采集设备具有至少两个构成所述公共存储 器的存储器单元以及为该存储器单元配设的存储器控制器，其中，所述存 储器单元分别借助于所配设的存储器控制器与一个图像处理单元连接，并 且，所配设的存储器控制器至少间接地相互连接。在该实施变例中，公共 存储器可以有利地通过至少两个、优选为多个相互不同的存储器部件构成。 例如，该存储器控制器被构造为，根据远距离DMA方法访问存储器、特别 是至少间接地访问存储器。在一种优选的实施方式中，图像处理系统具有至少两个构成所述公共述存储器单元分别借助于所配设的存储器控制器与一个图像处理单元连 接，其中，所述图像处理单元至少间接地相互连接。在该实施变例中，公 共存储器可以通过至少两个、优选为多个相互不同的存储器部件构成。例 如，图像处理单元可以分别借助于一个高速通道相互连接。按照这种方式， 第 一 图像处理单元例如可以经由该高速通道以及经由与该高速通道连接的 第二图像处理单元通过为该第二图像处理单元配设的存储器控制器访问与 该存储器控制器连接的存储器部件。在一种优选的实施方式中，所述公共存储器按照NUMA体系结构与所述图像处理单元连接(NUMA = Non-Uniform Memory Access,不均匀的存 储器存取)。在该实施方式中，该公共存储器有利地通过多个存储器单元、 特别是存储器部件构成。在该实施方式中，存储器单元优选地共同构成一 个公共的、相关地址空间。例如，可以通过存储器控制器和/或计算程序的 对应的结构来构造该NUMA体系结构。通过NUMA体系结构可以优选地 通过相互不同的计算单元的存储器来构造(优选为带有相关地址空间的) 公共存储器。在带有NUMA体系结构的图像处理系统的一种优选的实施方 式中，图像处理设备具有一个带有多个计算单元的单元处理器 (Cell-Prozessor )。这些计算单元可以被分别配设给一个图像处理单元或者 作为一个图像处理单元的组成部分。例如，可以在位置上相互间隔地设置 计算单元。例如，计算单元是通过刀片服务器(Blade-Server)的刀片构成。在另一种优选的实施方式中，可以将计算单元一起分配给一个图像处 理单元或者一起作为一个图像处理单元的组成部分。在该实施方式中，公 共存储器具有一个相关的地址空间，由此可以有利地保证统一的逻辑寻址。 在一种优选的实施方式中，计算单元可以分别具有一个计算处理器、特别 是DSP (DSP=数字信号处理器)，这些计算处理器分别相互连接。计算处 理器之间的连接可以是NUMA体系结构的组成部分。在一种优选的实施方式中，可以将计算处理器、特别是单元处理器与 相互不同的计算单元这样不同地(heterogen)相互连接或者构造第一计算 单元可以实施中央处理器(CPU)的功能，而其它计算单元分别由该中央处 理器控制并且可以根据由该中央处理器发送的控制信号之一执行根据预定 的映射规则的计算。带有不同的组织结构的计算处理器、特别是单元处理 器的计算单元，可以分别具有相互相同构造的计算单元或者相互不同地构 造的计算单元。在一种简单的实施变形中，计算处理器、特别是单元处理器可以作为 SMP处理器(SMP=对称多处理器)构成。 一个计算处理器的计算单元可 以按照相互不同的预定的映射规则工作。为此，计算单元可以具有用于存 放所述预定的映射规则的存储器。图像处理单元、特别是计算单元优选地 被构造用于根据一个预定的映射规则工作。为此，该预定的映射规则可以 被存放在为此设置的存储器中。在另一种实施方式中，用于预定的映射规 则的存储器被构造为一个读-写存储器，并且图像处理设备被构造用于为一个图像处理单元分配一个预定的映射规则以及为此将一个对应的数据组 存放在用于预定的映射规则的存储器中。图像处理设备可以被进一步优选 地构造为，根据时间以及根据图像处理单元的处理状态来分配一个预定的 映射规则。按照这种方式，图像处理设备可以优选地将动态的处理过程、 特别是图像处理过程分配到图像处理单元上。在将预定的映射规则分配到 一个图像处理单元上的情况下，可以优选地作出关于图像处理设备的时间 特'l"生的决定性的结论。在动态分配的情况下可以在 一 段时间间隔中更好地 利用可供使用的图像处理单元、特别是计算单元，因为不仅仅将一个图像 处理单元设置用于一个预定的映射规则。在一种优选的实施方式中，计算单元具有每秒至少10吉次运算、更优 选为至少100吉次运算、再优选为至少1000吉次运算的计算速度。运算可 以是浮点运算或者整数运算。在上面描述的对于图像处理系统的图像处理设备的实施变形中，在另 一个处理在前的处理步骤的图像处理单元还在工作的期间，可以有利地访 问由一个输出数据组表示的中间结果。此外，图像处理单元通过公共存储 器的耦合是有利的，因为按照这种方式图像处理单元可以进一 步描述公共 存储器，而另一个处理随后的处理步骤的图像处理单元已经可以从同一个 公共存储器、特别是同一个存储区域中读取了。按照这种方式可以优选地 缩短由图像处理设备构成的系统的响应时间。公共存储器可以是静态的(SRAM=静态随机存取存储器)或者动态的存储器(DRAM=动态随机 存取存储器)。本发明还涉及一种用于对至少 一个图像数据组、特别是对图像数据组 的时间序列进行图像处理的方法，该图像数据组分别按照至少二维表示所 釆集的对象，其中，该图像处理按照至少两个处理步骤进行，在这些处理 步骤中分别从图像数据组和/或输出图像数据组中根据预定的映射规则产生 输出数据组。在该方法中，有利地将至少一个图像数据组和该输出图像数据组存储 在一个公共存储器中，并且在每个处理步骤从该公共存储器中读出以及写 入到该公共存储器中。由此，可以有利地实现高的图像处理速度。可以借助于一种用于采集对象的成像方法产生所述图像数据组。例如， 可以由X射线设备(特别是X射线C型臂设备)、计算机断层造影仪、磁共振断层造影仪或者超声波采集设备来产生该图像数据组。按照本发明，前面描述类型的图像处理系统可以有利地为用于按照至 少二维地采集对象的采集系统的组成部分。该采集系统有利地具有一个采 集设备，后者被构造用于按照至少二维地采集对象并且产生一个按照至少二维表示该对象的图像数据组。该采集设备例如是x射线设备、x射线c 型臂设备、磁共振断层造影仪、计算机断层造影仪或者超声波采集设备。 采集系统的图像处理设备的输入端与该采集设备连接。


下面根据附图和其它实施例对本发明进行说明。附图中 图1示意地示出图像处理系统的实施例， 图2示意地示出图像处理设备的实施例。
具体实施方式
图1示意地示出图像处理系统1的实施例，该图像处理系统包括一个 图像处理设备3，后者具有用于至少一个图像数据组的输入端5。该图像处 理系统1还具有一个公共存储器6，并且与一个用于在采集平面上按照通过 对象的投影采集对象10的采集设备8连接。该采集设备8在输出端上与用 于图像数据组的输入端5连接，并且被构造用于借助于X射线产生一个按 照通过对象的投影表示该对象10的图像数据组。为此，采集设备8具有X 射线发射器34、在采集平面上设置的检测器18以及与X射线发射器34和 检测器18连接的C型臂38。 C型臂38通过轴40与调整装置36连接，后 者被构造用于，使得C型臂38以及由此的X射线发射器34和检测器18 围绕对象10来回转动。检测器18具有多个检测器矩阵元件，这些检测器 矩阵元件分别被构造用于，采集X射线并且产生表示所采集的X射线的强 度的输出信号。示例性地标出了检测器矩阵元件20。采集设备1还具有中 央处理单元4。图像处理系统1还具有图像处理单元7、图像处理单元9、 图像处理单元11和图像处理单元13。图像处理系统1还具有存储器控制器 12,后者通过双向数据总线52与中央处理单元4连接，并且通过双向数据 总线54与公共存储器6连接。图像处理单元13具有一个计算单元15，图 像处理单元ll具有多个(在该实施例中为四个)计算单元，示例性地标出了其中的计算单元7。图像处理单元9具有一个计算单元19。图像处理单 元7具有计算单元22和计算单元24。公共存储器6构造用于存储分别按照 二维或三维表示对象的图像数据组。示例性地标出了图像数据组26、 28、 31、 32和33。示例性地示出了从多个图像数据组中产生的3D图像数据组 30，例如从图像数据组31、 32和33产生的3D图像数据组，图像数据组31、 32和33分别按照二维、特别是在相互不同的采集设备中利用通过对象10 的投影表示对象10。图像处理系统1还具有作为图像再现单元构成的输入单元42,该输入 单元带有触摸敏感的表面44。该触摸敏感的表面被构造用于，根据(例如 通过使用者手50的)触摸来产生用户交互作用信号，该信号表示了对触摸 敏感的表面44触摸的触摸位置。图像处理单元13通过存储器控制器56与 公共存储器6连接。图像处理单元11通过存储器控制器56与公共存储器6 连接。图像处理单元9通过存储器控制器60与公共存储器6连接，而图像 处理单元7通过存储器控制器62与公共存储器6连接。中央处理单元4在输入端与用于至少一个图像数据组的输入端5连接。 中央处理单元4还在输出端通过连接线66与输入单元42的图像再现单元 连接，并且在输入端通过连接线68与触摸敏感的表面44连接。中央处理 单元4在输出端通过连接线65与X射线发射器34连接。采集设备8的检 测器18在输出端通过连接线64与输入端5连接。中央处理单元4在输出 端通过连接线69与图像处理系统1的图像再现单元16连接。对象10 (在 该实施例中的患者)的心脏70由图像再现单元16示例性地再现出。下面解释图像处理系统1的工作方式。中央处理单元4可以根据通过连接线68接收的(例如通过使用者手50 产生的)用户交互作用信号产生一个用于借助于采集设备8对对象10进行 采集的采集信号，并且在输出端将该信号通过连接线65发送至采集设备8 并在该处发送至X射线发射器34。采集设备8被构造用于，根据通过连接 线65所接收的采集信号、借助于检测器18以及借助于由X射线发射器34 所产生的X射线按照通过对象的投影来对对象IO进行采集，并且产生一个 按照通过对象的投影的二维表示对象10的图像数据组，以及将该图像数据 组通过连接线64输出至输入端5。中央处理单元4可以通过该输入端5在 输入端接收该图像数据组，并且通过双向数据总线52发送至存储器控制器12。存储器控制器12可以通过双向数据总线54将该图像数据组存放在公 共存储器6中。其中示例性地作为图像数据组32示出了该图像数据组。图 像数据组32表示按照二维并且按照由多个检测器矩阵元件构成的图像矩阵 通过对象10的投影，其中，每个检测器矩阵元件对应于所接收的X射线的 一个强度值或者对象10的对应对象区域的一个吸收值。在此，图像矩阵对 应于检测器18的检测器矩阵。图像处理单元7可以通过双向数据总线62从公共存储器6中读出图像 数据组32，并且按照预定的映射规则产生另一个图像数据组以及将后者通 过存储器控制器62例如作为图像数据组28存放在公共存储器6中。该预 定的映射规则例如是巻积运算(Faltungsoperation )、特别是对应于高通位置 频率滤波的巻积运算。图像处理单元9可以例如通过存储器控制器60从公 共存储器6中读出该输出图像数据组28,并且借助于计算单元19 (特别是 数字信号处理器)按照预定的映射规则进行图像处理步骤。该预定的映射 规则例如是巻积运算、特别是带有Sobel算子的巻积运算，使得输出图像数 据组具有一个带有加强的对象边沿的通过对象10的投影。图像处理单元9 可以将该这样产生的输出图像数据组通过存储器控制器60存放在公共存储 器6,并且在其中作为输出图像数据组26存放。作为对由图像处理单元7 所产生的输出图像数据组28的替换，图像处理单元9例如可以将图像数据 组32作为输入数据按照预定的映射规则进行处理。图像处理单元11具有 四个计算单元，这些计算单元可以分别例如作为数字信号处理器构成，并 且示例性地标出了其中的计算单元17。与前面的描述不同，图像处理单元 11的计算单元可以例如通过一个单元处理器或者一个多核处理器共同地构 成。在该实施例中，图像处理单元11可以根据以沿相互不同的采集方向通 过对象10的投影表示对象10的图像数据组的一个时间序列来产生以三维 表示对象10的3D图像数据组。为此，图像处理单元11例如可以按照预定 的映射规则(例如按照滤波的反向投影)对多个从输入端接收的图像数据 组进行处理，并且作为预定的映射规则的处理结果产生该3D图像数据组。 该3D图像数据组可以表示多个体素对象点，这些体素对象点分别表示了一 个对象位置、特别是对于一个对象位置的X射线的吸收值。在该实施例中， 图像处理单元11的计算单元可以同时地按照同样的映射规则来处理图像数 据组的相互不同的图像区域。图像处理单元7的计算单元22和24例如可以作为数字信号处理器构成，它们可以同时地处理图像数据组的相互不同的图像区域。例如，计算单元22和24可以通过一个双核处理器构成。图像处理单元11可以将借助于滤波的反向投影所产生的3D图像数据 组通过存储器控制器58发送至公共存储器6，并且在那里作为3D图像数 据组30存放。也可以考虑分步地产生3D图像数据组30，其中，图像处理 单元11逐步地产生3D图像数据组30,并且在一个处理步骤之后利用新的 对应结果将3D图像数据组30的一个区域改写。还示出了图像数据组31和 33，它们可以与图像数据组32—同构成图像数据组的时间序列，它们表示 了分别在相同的采集方向上或者在分别相互不同的采集方向上的对象10。 还示出了作为公共存储器6的一部分的高速緩冲存储器21。图像处理单元 11、图像处理单元7或者图像处理单元9可以将一个图像数据组或者一个 图像数据组的其上应用了时间上依次跟随的计算操作的部分临时存放在该 高速缓沖存储器21中，并且与此为快速的访问而保存。图像处理单元13具有一个例如可以作为数字信号处理器构成的计算单 元15。图像处理单元13可以通过存储器控制器56在输入端接收图像数据 组32、输出图像数据组28或输出图像数据组26,并且按照预定的映射规 则(其例如对应于用于噪声抑制的低通滤波)进行处理，以及作为预定的 映射规则的处理结果产生输出图像数据组29和将其通过存储器控制器56 存放在公共存储器6中。例如，该用于低通滤波的预定的映射规则对应于 一个巻积运算、特别是利用三角形脉沖或利用矩形脉沖对在输入端所接收 的图像数据组的巻积。在中央处理单元4中可以借助于存储器控制器12通过双向数据总线54 和双向数据总线52从公共存储器6中读出输出图像数据组29，并且通过连 接线69发送至图像再现单元16，以便借助于图像再现单元16进行再现。 在该实施例中，图像再现单元16再现了通过图像处理设备3的图像处理结 果所表示的心脏70。图像处理单元7、 9、 11和13可以分别同时地访问公 共存储器6,从而该图像处理设备3可以非常有效地将在输入端5上从由采 集设备8构成的数据源中接收的通过图像数据组构成的数据流发送到由图 像再现单元16构成的数据接收装置(Datensenke)上。独立于输入端5或者除了输入端5之外，公共存储器6可以具有一个 用于至少一个图像数据组的输入端14和一个用于输出至少一个图像数据组的输出端23。该输入端14与^r测器18有效连接(如虛线所示出的)。该输 出端23与图像再现单元16有效连接(如虚线所示出的)。图像处理单元7、 9、 11和13可以分别相互独立地访问公共存储器。也可以考虑，图像处理 单元7、 9、 11和13的通过中央处理单元4控制的对公共存储器6的访问。 图2示意性地示出了用于图像处理设备的实施例。示出的是图像处理 设备71。图像处理设备71包括计算处理器72、计算处理器74、存储器控 制器76和公共存储器78。计算处理器72通过连接106与存储器控制器76 连接。计算处理器74通过连接108与存储器控制器76连接。示出了由公 共存储器78存放的图像数据组81和2D输出图像数据组83。在图像处理设 备71的该实施方式中，计算处理器72可以通过连接106、存储器控制器 76和连接104访问公共存储器78和其中的图像数据组81，并且将其通过 存储器控制器76 (按照相反的信号路径)从公共存储器78中读出，并且按 照预定的映射规则从该图像数据组81中产生输出图像数据组83和通过存 储器控制器76将其存放在公共存储器78中。计算处理器74可以通过连接 108、存储器控制器76和连接104访问公共存储器78和读出例如其中的图 像数据组83,并且按照预定的映射规则产生另一个输出图像数据组。在存 储器控制器76的控制之下，计算处理器72和74可以分别访问公共存储器 78。预定的映射规则可以包括一个带有多个计算步骤的算法。每个计算步 骤可以对应于一条自身的预定的映射规则。还示出了图像处理单元73。图像处理单元73包括计算处理器80、计 算处理器82、存储器控制器84、存储器控制器86、存储器单元88和存储 器单元90。存储器单元88和90分别构成一个公共存储器77。例如，该公 共存储器77可以通过由存储器单元88和90构成的相关的地址空间而构成。 存储器单元88和90可以分别通过一个存储器部件构成。存储器部件可以 被分别在空间上相互分开地设置。计算处理器80通过连接IIO与存储器控 制器84连接。计算处理器82通过连接112与存储器控制器86连接。存储 器控制器84通过连接114与存储器单元88连接并且可以访问后者。存储 器控制器86通过连接116与存储器单元90连接并且可以访问后者。例如， 连接116和连接114可以通过无限带宽通道或通过超传输或光纤通道构成。 在图像处理单元73中，存储器控制器84和86通过连接85相互连接。由此，计算处理器80可以通过存储器控制器84、连接85、存储器控制器86 和连接116而访问公共存储器77的存储器单元卯。计算处理器82也可以 在直接的信号路径上(通过连接112、存储器控制器86和连接116 )访问存 储器单元88。计算处理器82也可以通过连接112、存储器控制器86、连接 85、存储器控制器84和连接114而访问存储器单元88。示出了由存储器单 元88存放的图像数据组81。还示出了由存储器单元90存放的输出图像数 据组83。因此在该实施例中，计算处理器80和82可以分别通过连接存储 器控制器84和存储器控制器86的连接85访问通过公共存储器77构成的 存储器单元88和90。还示出了图像处理单元75。图像处理单元75包括计算处理器92、计 算处理器94、存储器控制器96、存储器控制器98、存储器单元100和存储 器单元102。计算处理器92通过连接122与存储器控制器96连接。存储器 控制器96通过连接118与存储器单元100连接。计算处理器94通过连接 124与存储器控制器98连接。存储器控制器98通过连接120与存储器单元 102连接。在图像处理单元75的该实施例中，计算处理器92和94借助于 连接87相互连接。示出了由存储器单元IOO存放的图像数据组81。还示出 了由存储器单元102存放的2D输出图像数据组83。存储器单元100和102 共同构成公共存储器79。存储器单元100和102可以分别作为存储器部件 构成，公共存储器79可以由存储器单元100和102的公共的相关地址空间 构成。存储器单元100和102可以分别作为存储器部件构成。存储器单元 100和102可以被分别在空间上相互分开地设置。连接118和连接120可以 分别作为无限带宽通道或者作为超传输通道构成。由此，计算处理器92可 以通过存储器控制器96访问公共存储器79以及其中的图像数据组81。计 算处理器94可以通过连接87、计算处理器92和存储器控制器96访问公共 存储器79以及其中的存储器单元100，并且由此访问图像数据组。计算处 理器92可以通过连接87、计算处理器94和存储器控制器98访问公共存储 器79的存储器单元102，并且在那里将2D输出图像数据组存放到存储器 单元102中。因此，计算处理器92可以通过存储器控制器96访问存储器 单元100，或者通过连接87、计算处理器94和存储器控制器98访问公共 存储器79的存储器单元102。计算处理器94可以通过存储器控制器98访 问存储器单元102，或者通过连接87、计算处理器92和存储器控制器96访问公共存储器79的存储器单元100。图像处理单元71、 73和75的计算处理器可以分别(特别是与一个计 算程序一起)构成一个图像处理单元。连才妻85、 87、 104、 106、 108、 110、 112、 114、 116、 118、 120、 122、 124可以分别作为无限带宽通道连接或作为超传输通道连接或作为光纤通 道连接、作为PCI总线或作为PCI快速总线(PCI-Express-Bus)构成。
权利要求
1.一种用于处理至少一个图像数据组的图像处理系统(1)，该系统包括图像处理设备(3)，该设备具有用于图像数据组的时间序列的输入端(5)，其中，该图像数据组分别按照至少二维表示对象(10)，并且所述图像处理设备(3)具有至少两个图像处理单元(7，9，11，13)，其中，这些图像处理单元分别被构造用于接收所述图像数据组并且根据该图像数据组按照预定的映射规则产生输出数据组并将其输出，该输出数据组按照至少二维至少部分地表示该对象(10)，其特征在于，所述图像数据组的时间序列构成一个数据流，并且所述至少两个图像处理单元这样相互地连接，这些图像处理单元分别被结合到一个共同的由图像数据组的时间序列构成的数据流中，并且所述图像处理设备(3)具有一个为所述图像处理单元(7，9，11，13)共同配设的公共存储器(6)，该存储器被构造用于存储图像数据组和输出图像数据组，所述图像处理单元(7，9，11，13)可以分别与该公共存储器(6)至少间接地连接以便用于访问该公共存储器(6)，其中，所述至少两个图像处理单元(7，9，11，13)分别具有一个计算单元(72，74)。
2. 根据权利要求1所述的图像处理系统(1 ),其特征在于，所述计算 单元(72， 74)具有至少一个计算处理器、至少一个多核计算处理器的核、 至少一个单元处理器、至少一个数字信号处理器或者至少一个现场可编程门阵列。
3. 根据权利要求1或2所述的图像处理系统(1 ),其特征在于，所述 公共存储器(6)具有一个相关地址空间(78, 79)。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 )，其特征在于， 所述图像处理单元(7， 9, 11， 13)的至少一个图像处理单元具有至少一 个计算单元(15, 17， 19, 22， 24)，该计算单元由计算处理器的至少一部 分构成并且被构造用于根据预定的映射规则产生输出图像数据組。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 ),其特征在于， 所述图像处理设备(3)具有至少一个配属于所述公共存储器(6)的高速緩沖存储器(21)。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(l)，其特征在于，所述图像处理设备(3， 71)具有至少一个存储器控制器(12， 76)，其中， 所述图像处理单元(7, 9， 11, 13, 72， 74)分别借助于该存储器控制器(12)与所述公共存储器(6, 77)连接，并且由此可以访问该公共存储器(6, 77)。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 )，其特征在于， 至少两个构成所述公共存储器(77)的存储器单元(88， 90)以及为该存 储器单元配设的存储器控制器(84, 86 )，其中，所述存储器单元(88， 90) 分别借助于所配设的存储器控制器(84， 86)与一个图像处理单元(80， 82)连接，并且，所配设的存储器控制器(84, 86 )至少间接地相互连接。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 ),其特征在于， 至少两个构成所述公共存储器(79)的存储器单元(100， 102)以及为该 存储器单元配设的存储器控制器(96, 98 ),其中，所述存储器单元(100， 102)分别借助于所配设的存储器控制器(96， 98)与一个图像处理单元(92， 94)连接，其中所述图像处理单元(92， 94)至少间接地相互连接。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 )，其特征在于， 所述公共存储器(6)按照NUMA体系结构与所述图像处理单元(7， 9， 11, 13 )连接。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的图像处理系统(1 )，其特征在于， 所述图像处理单元(7, 9， 11， 13 )与所述公共存储器分别至少分段地通 过远距离DMA系统连接。
11. 一种用于对图像数据组的时间序列进行图像处理的方法，该图像数 据组分别按照至少二维表示对象，其中，该图像处理按照至少两个处理步 骤进行，在这些处理步骤中分别从图像数据组和/或输出图像数据组中根据 预定的映射规则产生输出图像数据组，其特征在于，所述图像数据组的时间序列构成 一 个数据流，将至少 一 个图像数据組 和该输出数据组存储在一个公共存储器(6)中，并且在每个处理步骤从该 公共存储器(6)中读出以及写入到该公共存储器(6)中。
全文摘要
本发明涉及一种处理至少一个图像数据组的图像处理系统，其包括图像处理设备，该设备具有用于分别以至少二维表示对象的图像数据组时间序列的输入端并具有至少两个图像处理单元，这些图像处理单元分别用于接收所述图像数据组并根据其按照预定映射规则产生以至少二维至少部分地表示该对象的输出数据组并将其输出。所述至少两个图像处理单元相互连接成使它们分别结合到一个共同的由图像数据组时间序列构成的数据流中。所述图像处理设备具有一个为所述图像处理单元共同配设的用于存储图像数据组和输出图像数据组的公共存储器，所述图像处理单元可以至少间接地分别与公共存储器连接并对其进行访问，其中，所述至少两个图像处理单元分别有一个计算单元。
文档编号G06F19/00GK101241589SQ20071030628
公开日2008年8月13日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者克利斯琴·科德斯, 威兰·埃克特, 马里奥·科纳 申请人:西门子公司