成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及视觉三维测量技术，为实现准确快速地获取舌面的彩色三维点云数据，提高中医诊断的准确性，实现舌头上表面及下表面的彩色三维信息的准确获取。本发明专利技术采用的技术方案是，成像光线空间追踪舌面彩色三维成像系统，由彩色CCD摄像机、两个一字线激光器、高速精密电动升降台、白色LED环形光源、计算机及图像采集卡组成。其中，一字线激光器Ⅰ与彩色CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量。本发明专利技术主要应用于彩色三维成像场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视觉三维测量技术，具体讲,涉及成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法和系统。
技术介绍
舌诊是通过观察舌象了解人体生理功能和病理变化的方法，是中医望诊的一项重要内容，在中医理论体系与临床诊断中占有举足轻重的地位。传统舌诊的分析判断往往受医生的个人经验及患者所处的环境等因素影响，具有一定的主观性。自八十年代初期以来，国内外许多研究机构合作致力于舌诊的客观化研究，目前，这些研究绝大部分都是基于二维舌图像进行分析诊断，然而，二维舌图像并不能提供舌体的三维信息，如舌体的形态轮廓、舌苔分布情况、舌裂纹长度等，这会直接影响诊断结果。相对于二维舌图像，舌体的形态轮廓及舌苔分布情况等三维信息一方面可以为中医提供更全面的诊断信息，另一方面也为中医诊断提供客观量化的依据。此外，舌色在舌诊学中是一种区分疾病的重要依据。因此，获取舌面的彩色三维信息对中医舌诊的客观化分析判断具有十分重要的意义。目前，舌面的三维成像方法主要有磁共振成像或CT成像、多目立体视觉三维成像法及光度立体法。其中，磁共振成像或CT成像由于其高成本及低分辨率的特点而不具有实用性；多目立体视觉三维成像法不能提供舌面的颜色信息；光度立体法利用不同光照和同一视角下的多幅图像(至少三幅)依次求解舌面的法向量、纹理反射率和深度信息实现三维重建，该方法在舌体边界区域的重建精度有待改进。为了实现高精度获取舌面的彩色三维信息，本设计方案采用线结构光视觉测量技术。线结构光传感器的数学模型是线结构光视觉测量技术的关键，直接影响系统的测量精度。目前，常用的数学模型有三种：小孔成像透视变换模型、解析几何模型、空间映射模型。其中，小孔成像透视变换模型是根据摄像机成像原理建立的理想情况，其系统测量精度受限于光学系统调整误差、镜头畸变及图像采集误差等；解析几何模型需要已知摄像机光轴与光平面之间的夹角等参数，才能通过空间解析法求解测量点的三维信息，然而实测时系统往往无法提供这些参数；空间映射模型建立了图像坐标(u,v)到光平面上空间测量点坐标(Xw,Yw)的映射关系，但不能确定空间测量点(Xw,Yw,Zw)到图像点(u,v)的坐标映射关系，故很难准确快速地完成颜色渲染。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在实现准确快速地获取舌面的彩色三维点云数据，提高中医诊断的准确性，实现舌头上表面及下表面的彩色三维信息的准确获取。本专利技术采用的技术方案是，成像光线空间追踪舌面彩色三维成像系统，由彩色CCD摄像机、两个一字线激光器、高速精密电动升降台、白色LED环形光源、计算机及图像采集卡组成。其中，一字线激光器Ⅰ与彩色CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，CCD摄像机拍摄光条图像，并由采集卡传输到计算机中，利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道；同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法，步骤是，利用一字线激光器Ⅰ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；利用一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，由CCD摄像机拍摄光条图像，并利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道，同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。光条的三维信息由如下三维测量模型表达式计算得到的： L x w y w z w 1 = 1 0 0 0 0 1 0 ± Δy k 0 0 1 0 x w y w z w 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像光线空间追踪舌面彩色三维成像系统，其特征是，由彩色CCD摄像机、两个一字线激光器、高速精密电动升降台、白色LED环形光源、计算机及图像采集卡组成。其中，一字线激光器Ⅰ与彩色CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，CCD摄像机拍摄光条图像，并由采集卡传输到计算机中，利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)‑(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道；同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。

【技术特征摘要】
1.一种成像光线空间追踪舌面彩色三维成像系统，其特征是，由彩色CCD摄像机、两个一字线激光器、高速精密电动升降台、白色LED环形光源、计算机及图像采集卡组成。其中，一字线激光器Ⅰ与彩色CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，CCD摄像机拍摄光条图像，并由采集卡传输到计算机中，利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道；同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。2.一种成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法，其特征是，步骤是，利用一字线激光器Ⅰ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；利用一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，由CCD摄像机拍摄光条图像，并利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道，同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。3.如权利要求2所述的成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法，其特征是，光条的三维信息由如下三维测量模型表达式计算得到的： L x w y w z w 1 = 1 0 0 0 0 1 0 ± Δy k 0 0 1 0 x w y w z w 1 = x w y w ± Δy k z w 1 ]]>其中，L为根据当前升降台的位置对测量值进行相应的升降变换值，xw,yw,zw为空间测量点坐标，Δyk为当前升降台位置与初始升降台位置的位移偏差；空间中任意一点与其对应成像点之间一一映射的关系： x w - x l x m - x l = y w - y l y m - y l = z w - l m - l x l = Σ i = 0 n Σ j = 0 n - i C i j l u i v j x m = Σ i = 0 n Σ j = 0 n - i C i j m u i v j y l = Σ i = 0 n Σ j = 0 n - i D i j l u i v j y m = Σ i = 0 n Σ j = 0 n - i D i j ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长库，陈素芳，王鹏，杨文超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12