本文公开了一种系统，用于利用移动设备估计板上食物、例如膳食的体积。所述系统使用摄像机和光图案投影仪。在其上具有和不具有投影光图案的食物的图像使得能够计算立体形状和体积，而图像分割和辨别步骤估计所述图像中的一个或多个食物类型。通过应用可访问的知识数据库，碳水化合物含量被估计，并且关联的胰岛素丸剂剂量被提供。发展包括光图案、不同光源和关联的波长的编码、运动补偿、附加光学器件、脂肪含量的估计和关联的多波丸剂。本发明专利技术可以被实现在葡萄糖仪中或者在被提供有测试条端口或移动电话的胰岛素泵控制器中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及用于估计食物的体积和糖类（以下称为碳水化合物)含量的方 法、系统和设备。
技术介绍
移动电话关联的应用代表快速增长的市场，其为用户提供了针对各种各样的任务 的许多有帮助的工具。最近在硬件和信号处理方面的成就已经提高了这些工具的可使用性 并给予用户机会来靠他们自己执行准确测量。 同样地，存在对适合于饮食的自我评估的便携设备的增长的需求，其中对于患有I 型糖尿病的患者而言尤其强烈需要。患有糖尿病的人的总数估计达到4亿，并且这个数量在 接下来的几十年中将大大增加。针对患有糖尿病的人的关键任务之一是对食物摄取的量和 类型的控制。对他们来说，饮食影响血糖会比对于健康个人多得多。临床研究已经表明，对 接受强化胰岛素治疗的儿童和青少年，±l〇g碳水化合物计数的不准确性不会恶化餐后控 制，而± 20g变化显著影响餐后血糖。 由于各种各样的食物类型和食物份的复杂不规则形状，食物摄入估计是不小的任 务。图像处理和计算机视觉技术已经取得了一些进展，但众多不确定性依然存在且累积(食 物的类型的辨别、体积的估计、多种多样的照明条件等）。关于体积(其是关键参数)的估计， 针对工业活动的可用3D扫描技术(使用中等功率消耗激光器来扫描物体和重建3D形状)不 适配于移动和个人环境。工业激光器需要重要的能量来源，可能对于眼睛来说是危险的，且 可能需要若干个图像获取设备。 专利文献针对工业环境中的3D或体积估计而被开发，但对于销售量大的类型环境 来说是稀缺的。 EP2161537公开了一种位置测量装置，包括:把第一束照射到物体的第一照射部 分;把第二束照射到物体的第二照射部分;捕获物体的图像的捕获部分;处理部分，其通过 处理由捕获部分捕获的图像来生成第一差异图像和第二差异图像;提取部分，其从第一差 异图像提取物体的轮廓和特征点；计算部分，其基于第二差异图像来计算位于物体上的反 射点的三维坐标；以及确定部分，其通过相对于物体的预定建模数据匹配轮廓、特征点和三 维坐标来确定物体的位置。该系统呈现出缺点。 Shang等人的〃Dietary intake assessment using integrated sensors and software", Proceedings of SPIE, Vol. 8304 page 830403描述了由以下各项构成的系 统:移动设备，集成智能电话和集成激光器封装；智能电话上的软件，用于数据收集和激光 控制；算法，处理针对食物体积估计的所获取的数据；以及数据库和接口，用于数据存储和 管理。激光器封装创建结构化光图案，特别是激光网格。 该系统利用摄像机围绕食物的缓慢移动收集视频，并收集视频序列，摄像机被稳 定在若干个位置处。在视频收集期间开启和关闭激光器，导致交替地具有和不具有激光网 格的视频帧。由于两个相邻帧之间的运动被认为是小的，因此可以通过从网格图像中减去 非网格图像来提取激光网格线。 因为智能电话仅具有中等计算能力，所以它适合于数据收集而不适合于体积估 计。因此，所获取的网格视频被传输到服务器以用于进一步处理。此外，食物类型是由用户 手动识别的，同时也手动执行对其运动较小的若干对图像的选择。这些限制了系统的可使 用性。 存在对估计物体(如食物）的体积和推导食物营养价值及其胰岛素丸剂建议的方 法、系统和便携设备的需要。
技术实现思路
本专利技术涉及供摄像机使能便携设备(如移动电话、智能电话)用于使用结构化光进 行的食物体积估计、用于通过图像分析进行的食物分割/辨别和用于高级丸剂提议特征的 应用。使用数据分析/处理和表面突出显示的变化的组合，3D扫描原理被适配于移动设备， 如移动电话，其呈现特定图像获取条件。示例教导如何过滤噪声和信号伪像。本专利技术的实施 例解决了包括下述各项的技术问题:对光源的小型化，以使其可能用作可附接设备;优化处 理算法以适应对移动设备的计算功率约束；以及实现有效的噪声降低。 这是通过如权利要求1中所描述的本专利技术系统实现的。 本文公开了一种系统，用于估计物体的体积，所述系统包括当由处理器执行时导 致包括以下各项的操作的指令:从图像获取部件接收物体的第一图像;利用光图案投影部 件在物体的表面上投影光图案;从图像获取部件接收物体的第二图像，第二图像被突出显 示有所述光图案;使第一和第二图像相减;识别物体上的投影光图案;和在给定投影光图案 的变形的情况下，计算物体的立体形状和体积。 在可选发展中，光图案投影部件的照射功率可以在5mW之下。对于环境照明条件， 合适的照射功率可以在〇.5mW之上。在发展中，光图案投影部件包括从列表中选择的一个或 多个光源，该列表包括低强度半导体激光器二极管、LED、有机LED(OLED)、预先存在的移动 电话闪光灯，诸如白光LED或小型化卤素灯或其组合。更优选地，光源被操作在连续模式中 或在脉动模式中，具有大约〇. 1到100Hz之间的脉冲频率，甚至更优选地，0.5和10Hz之间的 脉冲频率。 在特定实施例中，光源的功率消耗小于0.7W，特别地，功率消耗处于大约0.05W和 大约0.7W之间的范围内。 在发展中，系统，特别是光图案投影部件，包括光学物镜，光学物镜被适配为形成 和投影和/或聚焦光图案到物体上。优选地，光学物镜具有从光源的照射功率的总输出的在 60%以下的照射损耗。 在发展中，光图案投影部件和图像获取部件的相对姿态和取向在图像获取操作 和/或光图案投影操作期间是静态的或不变的。在发展中，投影光图案由几何主题构成，几 何主题诸如是条纹、或点、或重复图形元素或其组合的序列。特别地，几何主题具有明亮区 域，该明亮区域处的功率密度在55mWt/cm 2之下。 在发展中，光图案是通过颜色和/或相位和/或幅度调制来编码的。在发展中，光图 案的编码是预定义的并与图像获取部件同步。所有颜色分量的总照射功率等于光图案投影 部件的光源的输出照射或在其之下。 在发展中，编码可以是通过把一个或多个源的光谱匹配到图像获取部件的滤波器 的最大传输速率来实现的。在发展中，系统还包括如下操作:通过补偿在图像获取操作期间 图像获取部件的移动来校正第一和/或第二图像。在进一步的发展中，补偿是通过处理从与 移动设备关联的加速度计和/或陀螺仪和/或运动传感器和/或机械光学部件和/或电气光 学部件和/或摄像机追踪部件和/或磁力计和/或计算机视觉跟踪设备接收的数据来执行 的。 在发展中，补偿是通过如下方式执行的：通过多视图几何方法(例如，使用图像特 征的姿态解算机)或投影扭曲；或通过分段线性、投影或更高阶扭曲；或通过反卷积;或通过 取向图像锐化;或通过在具有图像减法的迭代改善过程之前或之后或之中的光流检测。在 发展中，物体是食物，且进一步包括如下操作:执行第一和/或第二图像的食物辨别以估计 所述图像中的一个或多个食物类型和与所述食物类型相关联的一个或多个体积。在发展 中，食物识别操作包括如下操作中的一个或多个:分割图像、识别图像的经分割的部分的颜 色和/或纹理特征、和针对图像的一个或多个经分割的部分执行基于机器学习的分类、或其 组合。 在发展中，系统还包括如下操作:通过把确定的食物类型的估计体积与从数据库 中检索的单位体积值相乘来估计在第一或第二图像中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种系统，用于估计盘上的食物（单个或多个）的碳水化合物含量，所述系统包括当由处理器执行时导致包括以下各项的操作的指令：‑ 从图像获取部件接收食物的第一图像；‑ 利用光图案投影部件在食物的表面上投影光图案；‑ 从图像获取部件接收食物的第二图像，第二图像被突出显示有所述光图案；‑ 识别在第一和第二图像之间图像获取部件的移动；‑ 通过基于伪像补偿在图像获取操作期间图像获取部件的移动来校正第一和/或第二图像以得到经校正的图像对；‑ 使经校正的图像对的第一和第二图像相减；‑ 基于第一和第二校正图像的相减来识别食物上的投影光图案；和‑ 在给定投影光图案的变形的情况下，计算食物的立体形状和体积；‑ 从第一图像进行食物的分割和辨别；‑ 通过使用营养数据库、基于食物的体积、分割和辨别来计算食物的碳水化合物含量。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J德海斯，S舍夫希克，A索尼，A格伦伯格，M安蒂莫波洛斯，S穆贾卡考，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，伯尔尼大学，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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