一种热红外图像的拼接方法及部位划分方法技术

本发明专利技术属于图像处理技术领域，具体涉及一种热红外图像的拼接方法及部位划分方法。其中，热红外图像的拼接方法，包括如下步骤：S1、对人体上、下半身的热红外图像进行局部阈值分割，得到人体上、下半身的二值图像；S2、利用二值模板对人体上、下半身的二值图像进行匹配，并利用灰度模板对人体上、下半身的灰度图像进行对齐和拼接，得到人体热红外图像。本发明专利技术热红外图像的拼接方法，拼接的图像效果好，能有效支持人体温度分布的定量及定性分析，为医疗提供智能化辅助诊断的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种热红外图像的拼接方法及部位划分方法
本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种热红外图像的拼接方法及部位划分方法。
技术介绍
人体医学热红外图像由红外相机采集，相机能接收7～14μm范围内的红外辐射。根据斯特藩-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律，一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)与黑体本身的热力学温度(又称绝对温度)的四次方成正比。因此，红外相机在经过标定后，所采集的图像能够定量地反映温度分布。人体细胞呼吸产生热量，皮肤通过传导、对流和辐射向外传递热量，体内的产热和体外热量散失互相平衡；人体在健康情况下体表温度分布趋于平衡，并具有较好的左右对称性；如果某器官发生病变，新陈代谢和血液流动出现问题，会导致局部区域温度偏高或偏低。因此，红外热图像分析可为人体健康状况提供有效的辅助诊断依据。人体红外热图像一般在密闭舱体空间利用一个红外相机采集，该密闭空间内的温度通过空调调节，环境温度控制在22～25℃范围内。由于需要获取人体在各个角度下的红外图像，为此人静止站立在地面转台上，并按照系统提示做出双手抱头和下垂等动作。由于舱体空间的限制，红外相机只能通过上下移动分别采集人体的上半身和下半身图像。为节省采集时间，系统先采集各种手臂姿势下的上半身图像，然后将相机下降一定高度后，采集各种手臂姿势下的下半身图像。红外相机通过移动采集人体的上、下半身图像，两幅半身图像之间存在重叠区域。但是，由于采集时间较长，且在此过程中人体姿势有调整，人体两幅半身图像中存在水平偏移，同时手臂姿态也存在一些差异。为了对全身人体红外图像进行温度分析，需要对上、下半身图像做全身拼接以及部位划分预处理。图像拼接与图像配准问题相关，在可见光场景图像中往往含有丰富纹理信息，可以通过SIFT或SURF等特征点检测进行图像配准。然而，人体红外图像分辨率有限，对比度低，没有明显纹理，因此无法采用特征点检测方法。另外，人体的部位划分以图像分割为前提，图像分割(二值化)的目标是将红外图像像素划分成人体和背景两类。考虑红外图像人体温度高于环境温度的特点，采用阈值分割方法比较合适，其优点是计算简单、运算效率高。最大类间方差算法是一种普遍采用的图像分割方法，设阈值T将图像像素分为两类，每类的灰度平均值分别为μ0和μ1，概率分别为ω0和ω1，则在该阈值T下的类间方差为：σ2(T)＝ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-μ)2(1)其中μ＝ω0μ0+ω1μ1。类间方差σ2(T)度量了背景和目标之间的差异，最佳阈值T*需要使得类间方差最大化，即：然而，红外图像中的人体温度分布并不单一，背景温度在水平方向相似，而在垂直方向存在渐变，全局阈值并不适用。
技术实现思路
基于现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种热红外图像的拼接方法及部位划分方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种热红外图像的拼接方法，包括如下步骤：S1、对人体上、下半身的热红外图像进行局部阈值分割，得到人体上、下半身的二值图像；S2、利用二值模板对人体上、下半身的二值图像进行匹配，并利用灰度模板对人体上、下半身的灰度图像进行对齐和拼接，得到人体热红外图像。作为优选方案，所述步骤S2包括：S21、在人体上、下半身的二值图像中分别确定上、下半身的重叠区域的起始图像行；S22、消除上、下半身的灰度图像之间的水平偏移；S23、通过匹配特征点进行手臂配准。作为优选方案，所述步骤S21包括：根据手部和躯干区域的水平长度匹配规则，在二值图像中确定上、下半身的重叠区域的起始图像行。作为优选方案，所述二值模板利用人体腰部以及手臂的宽度，在上、下半身的二值图像中分别进行逐行扫描，并分别计算每一行左臂、腰部、右臂线段宽度，接着在上半身的二值图像中搜索与下半身的二值图像最相似的区域或在下半身的二值图像中搜索与上半身的二值图像最相似的区域，实现上、下半身的灰度图像的竖直方向对齐。作为优选方案，所述步骤S22包括：按照躯干配准有限规则，通过灰度模板匹配消除上、下半身图像之间的水平偏移。作为优选方案，所述步骤S23包括：在上、下半身的二值图像中确定腰部的边缘点和手臂的边缘点作为特征点进行匹配，通过几何映射将下半身的灰度图像的手臂像素映射至与上半身的灰度图像一致的位置或通过几何映射将上半身的灰度图像的手臂像素映射至与下半身的灰度图像一致的位置。作为优选方案，所述对人体上、下半身的热红外图像进行局部阈值分割，包括：对人体上、下半身的热红外图像的每行像素k确定相应的阈值，k为正整数，表示第k行。本专利技术还提供一种如上任一方案所述拼接方法得到的人体热红外图像的部位划分方法，包括如下步骤：S10、对人体热红外图像的二值图像进行水平扫描或者竖直扫描以得到区域轮廓线；S20、对区域轮廓线梯度进行极值点检测以得到区域划分的关键点；S30、利用关键点将人体划分为若干区域。作为优选方案，所述步骤S10包括：以人体的中轴线作为起始位置，分别向左右两侧扫描白色像素，计算白色像素结束的边界距离曲线以获取人体侧面的轮廓信息；还以人体的下半身的二值图像的起始行作为起始位置，竖直向下扫描白色像素，计算白色像素结束的边界距离曲线以获取人体腿部的轮廓信息。作为优选方案，所述关键点包括脖子端点、腋窝点和裆部点，脖子端点为头部轮廓线与肩部轮廓线交界处的极小值点，腋窝点为轮廓曲线迅速下降点，裆部点为腿部内侧轮廓线交界处的极小值点。函数极小值点可以通过导数过零点计算，曲线迅速下降点可以通过切线斜率计算，利用梯度域求解较为简单。作为优选方案，所述步骤30包括：采用形态学腐蚀操作对人体的手部和脚部进行划分。由于手腕和脚腕宽度较小，采用形态学腐蚀操作，可以将手部或者脚部与人体分离。不断地进行腐蚀操作，当白色区域第一次出现断裂，获得手腕或脚腕关键点位置。最后确定分割线斜率，分割手腕或脚腕。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：针对现有的人体红外图像数据，提出的上、下半身热红外图像的拼接以及人体部位划分两种预处理方法，充分利用了人体热红外图像的灰度特性和轮廓特性，图像的拼接及部位划分效果好，能有效支持人体温度分布的定量及定性分析，为医疗提供智能化辅助诊断的依据。附图说明图1是红外图像采集系统和人体红外图像，其中，(a)舱体和工作台，(b)上半身灰度和伪彩色图像，(c)下半身灰度和伪彩色图像；图2是本专利技术实施例的人体热红外图像的预处理方法流程图；图3是图像分割结果对比图，其中，(a)原图，(b)本专利技术实施例的局部阈值算法，(c)全局阈值算法，(d)参考文献提出的自适应阈值算法；图4是模板匹配过程图，(a)上下半身图像，(b)二值模板匹配，(c)灰度模板匹配，(d)图像拼接结果；(e)图像融合结果；图5是本专利技术实施例的部位划分方法的过程示意图，(a)原图，(b)二值图及关键点，(c)部位划分初步结果，(d)区域划分最终结果；图6是本专利技术实施例的寻找关键点的曲线分析示例，(a)二值图像的中轴线至边界扫描示意图，(b)中轴线至边界的距离图，(c)中轴线至边界的距离梯度图；图7是本专利技术实施例的手部划分过程示意图及最终划分结果；图8是三组样本的图像拼接及区域划分结果。图9是某男性人体的区域温度统计示例图。图10是某女性人体的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对人体上、下半身的热红外图像进行局部阈值分割，得到人体上、下半身的二值图像；S2、利用二值模板对人体上、下半身的二值图像进行匹配，并利用灰度模板对人体上、下半身的灰度图像进行对齐和拼接，得到人体热红外图像。

【技术特征摘要】
1.一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对人体上、下半身的热红外图像进行局部阈值分割，得到人体上、下半身的二值图像；S2、利用二值模板对人体上、下半身的二值图像进行匹配，并利用灰度模板对人体上、下半身的灰度图像进行对齐和拼接，得到人体热红外图像。2.根据权利要求1所述的一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21、在人体上、下半身的二值图像中分别确定上、下半身的重叠区域的起始图像行；S22、消除上、下半身的灰度图像之间的水平偏移；S23、通过匹配特征点进行手臂配准。3.根据权利要求2所述的一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，所述步骤S21包括：根据手部和躯干区域的水平长度匹配规则，在二值图像中确定上、下半身的重叠区域的起始图像行。4.根据权利要求3所述的一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，所述二值模板利用人体腰部以及手臂的宽度，在上、下半身的二值图像中分别进行逐行扫描，并分别计算每一行左臂、腰部、右臂线段宽度，接着在上半身的二值图像中搜索与下半身的二值图像最相似的区域或在下半身的二值图像中搜索与上半身的二值图像最相似的区域，实现上、下半身的灰度图像的竖直方向对齐。5.根据权利要求2所述的一种热红外图像的拼接方法，其特征在于，所述步骤S22包括：按照躯干配准有限规则，通过灰度模板匹配消除上、下半身的灰度图像之间的水平偏移。6.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈会良，陈晨涛，潘之玮，
申请(专利权)人：杭州体光医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33