[發明專利]基于光度立體技術的中醫望診信息表面三維重建方法

有效

• 申請號: 201210212596.2
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102779354A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 蔡軼珩;呂慧娟;唐超;卓力
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.基于光度立體技術的中醫望診信息表面三維重建方法，基于兩組圖像，這兩組圖像分別是以黑球為拍攝對象的高光黑球圖像，以及以表面待重建對象為拍攝對象的表面待重建對象圖像，兩組圖像的拍攝條件相同，選取p個不同方向的光源依次照射在拍攝對象上，p大于等于3；所述的高光黑球圖像即為上述拍攝條件下獲取的p個不同光源方向下的高光黑球圖像，其中每個圖像均包括黑球部分和背景部分；所述的表面待重建對象圖像即為上述拍攝條件下獲取的p個不同光源方向下的表面待重建對象圖像，其中每個圖像均包括待重建部分和背景部分，兩組圖像獲取后傳至計算機，其特征在于還包括以下步驟：

⑴對上述兩組圖像進行預處理，包括：

①圖片校正：根據拍攝儀器的光電響應曲線對上述高光黑球圖像和表面待重建對象圖像進行校正，得到校正后的兩組圖像；

②圖片裁剪：對于校正后的兩組圖像，分別把第一組高光黑球圖像中包含完整黑球部分的同一區域裁剪出來，把第二組圖像中包含完整待重建部分的同一區域裁剪出來，以減小圖像中的背景區域，裁剪后每一組內各個圖像大小相同、包含的區域相同；

③制作Mask圖片：從裁剪后的兩組圖像中選出一張高光黑球圖像和一張拍攝對象圖像，從高光黑球圖像中提取黑球部分的輪廓，從拍攝對象圖像中提取待重建部分的輪廓，然后將輪廓內的部分均用白色標記，其余部分均用黑色標記，從而得到兩張新的圖片，分別稱為高光黑球的Mask圖片和待重建部分的Mask圖片；

⑵計算光源的方向向量L：

①讀取高光黑球的Mask圖片并得到高光黑球的質心位置坐標和半徑，然后依次讀取裁剪后的高光黑球圖像并得到每個高光黑球圖像的高光點位置坐標；

②根據黑球高光點的鏡面反射原理，計算歸一化的光源方向向量L，計算公式如下：

L＝2(NR)N-R

其中，N＝(N₁,N₂,...,N_p)^T，N_i＝(x_i,y_i,r)，i、p為正整數，p為上述的不同方向光源的個數，且i∈[1,p]，分量x_i表示裁剪后的第i張高光黑球圖像中高光點橫坐標與高光黑球的質心橫坐標之差；分量y_i表示裁剪后的第i張高光黑球圖像中高光點縱坐標與高光黑球的質心縱坐標之差；分量r表示高光黑球的半徑；R表示相機所在軸視角方向的單位向量；

⑶分別計算待重建對象的三維重建圖中任意像素點q的單位法向量n，計算公式如下：

n=13(nR+nG+nB)]]>

其中：n_R,n_G,n_B分別表示待重建對象的三維重建圖中像素點q的R、G、B三個通道對應的單位法向量，s分別代表R、G、B，g_s＝A_s^-1b_s，A_s＝I_sL，L為歸一化的光源方向向量，I_s＝(I_1qs,I_2qs，...，I_pqs)，I_iqs表示裁剪后第二組圖像中第i個圖像的q像素點所對應的s值，其中i為整數且1≤i≤p；

⑷計算待重建對象的三維重建圖的深度信息矩陣Z，所述的三維重建圖與裁剪后的第二組圖像大小相等，均為U×V，深度信息矩陣Z的計算公式為：

Z＝C^-1d，

其中，C表示一個(2(U×V-1),U×V)的二維稀疏矩陣，具體為

其中，c(i,j)表示矩陣C中第i行第j列的元素，i、j為整數，滿足1≤i≤2(U×V-1),1≤j≤U×V；

d表示(2(U×V-1),1)的矩陣，表示如下：

其中，d(k,1)表示矩陣d中第k行第1列的元素，

n_X表示(U×V-1,1)的矩陣，具體計算方法如下：首先將步驟（3）得到的待重建對象的三維重建圖中最后一行像素點法向量在X軸上的分量n_x均設為0，然后以列遞增的順序提取待重建對象三維重建圖中所有像素點單位法向量的n_x分量，并組成列向量，提取前U×V-1個元素組成一個(U×V-1,1)的矩陣，即為n_X，

n_Y表示(U×V-1,1)的矩陣，具體計算方法如下：首先將步驟（3）得到的待重建對象的三維重建圖中最后一列像素點法向量在Y軸上的分量n_y均設為0，然后以列遞增的順序提取待重建對象三維重建圖中所有像素點單位法向量的n_y分量，并組成列向量，提取前U×V-1個元素組成一個(U×V-1,1)的矩陣，即為n_Y；

⑸建立深度信息矩陣Z與待重建對象的三維重建圖中各像素點的對應關系，繪制待重建對象的三維重建圖；所述的深度信息矩陣Z與待重建對象的三維重建圖中像素點的對應關系為：從包含U×V個元素的深度信息矩陣Z中依次提取U個元素作為一列，順序組成U行V列的矩陣，該矩陣中的深度信息分別與大小為U×V的待重建對象的三維重建圖中的像素點一一對應。

2.根據權利要求1所述的基于光度立體技術的中醫望診信息表面三維重建方法，其特征在于：所述的拍攝條件為，在一間黑室內拍攝對象和拍攝儀器位置固定不變，并且拍攝角度和焦距不變。