[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

技術領域

本發明屬于中醫望診的圖像處理領域，特別涉及基于光度立體技術的中醫望診信息三維表面重建領域。

背景技術

舌診和面診是我國傳統醫學四診“望、聞、問、切”中望診的重要內容，是中醫診法最重要的特色之一。特別是舌象的表面形態以及舌體上的裂紋和舌乳頭的分布大小等細節信息與中醫舌診的某些病變有重要聯系，對其診斷和治療有重要的現實意義。鑒于傳統的望診方法主要依靠醫生目測進行判斷分析，缺乏客觀評價依據，因此近年來望診的客觀化、現代化研究得到廣大關注并取得了一定進展。但是，目前望診客觀化研究均是利用二維圖像進行表面信息的采集，其中對舌象的表面形態以及舌表面的舌乳頭大小分布等細節信息不能給出定量而形象的表示。因此在中醫望診的客觀化研究領域，真實形象的表達其表面形態和細節信息有客觀必要性。

發明內容

本方法針對望診客觀化研究中采用二維圖像信息采集方式的局限性，提出基于光度立體技術進行望診信息表面的三維重建。本發明將光度立體技術、圖像攝取技術和數字圖像處理技術等應用于中醫望診的客觀化研究，實現中醫望診信息表面的三維重建。

光度立體技術是指通過光照變化對物體三維模型進行建模的方法，其基本原理是在至少三個不同光源方向的情形下，保持物體和拍攝儀器的位置不變，并且拍攝角度和焦距不變，在不同光源方向下拍攝多幅圖像，利用圖像的光強來計算物體表面的方向向量，并計算表面深度值進而得到物體表面的三維重建圖。利用光度立體技術基于朗伯體反射模型計算物體表面的單位法向量，用以表達物體的細節幾何，由單位法向量計算表面所有點的深度信息，并通過三維重建圖形象的表達物體的表面形態和屬性信息，從而達到物體三維表面的重建效果。

本發明具體技術方案如下：

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，其中每個光源下的高光黑球圖像都與該光源下的表面待重建對象圖像匹配，通過每一個高光黑球圖像查找其高光點位置，獲得光源方向，并作為配對的表面待重建對象圖像的光源方向向量；然后利用光度立體技術計算得到待重建表面的單位法向量，再由代數法計算待重建表面所有點的深度信息，得到待重建對象的三維重建圖。

上述兩組圖像的拍攝條件相同，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，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，獲取兩組圖像后傳至計算機。在計算機中完成圖像的預處理；再利用光度立體技術實現待重建對象的表面三維重建，計算機處理具體過程包括以下步驟：

⑴對上述兩組圖像進行預處理，包括：

①圖片校正：利用上述拍攝儀器在任意相同靜態場景下重新采集一組不同曝光時間的圖像，根據這組不同曝光時間的圖像通過合成得到拍攝儀器的光電響應曲線，利用該光電響應曲線對在黑室內所拍攝的兩組圖像進行校正，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，利用智能圖像處理軟件光影魔術手得到包含完整目標的矩形區域，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分別選出一張高光黑球圖像和一張拍攝對象圖像，利用智能圖像處理軟件Photoshop的磁性套索工具分別從高光黑球圖像和拍攝對象圖像中提取出黑球部分的輪廓和待重建部分的輪廓，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圖片并計算高光黑球的質心位置坐標和半徑，然后依次讀取裁剪后的第一組高光黑球圖像并計算每個高光黑球圖像的高光點位置坐標，所述的高光黑球的Mask圖片與裁剪后的高光黑球圖像大小相同，且Mask圖片的質心位置坐標與裁剪后第一組高光黑球圖像中各個圖像的質心位置坐標相同；

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