[發明專利]基于雙目視覺的頭部定位方法及系統

有效

• 申請號: 201610906123.0
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106580470B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 謝理哲;嚴斌;陳雅麗;王松;胡軼寧;高鵬程;王林
• 申請（專利權）人: 南京醫科大學附屬口腔醫院
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B90/00;A61B90/10
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 顧伯興

本發明提供一種基于雙目視覺的頭部定位方法及系統，通過對攝像機進行標定；將拍攝對象的頭部完全置于拍攝區域內部，并將面部標記點組件固定于拍攝對象面部特征位置，采集拍攝記錄拍攝對象佩戴標記點組件后的圖像；利用圖像處理算法，實現標記點組件的檢測，根據標記點組件的檢測結果，結合雙目視覺原理，確定標記點組件在三維世界坐標中的空間坐標；利用各特征位置標記點的空間坐標，實現頭部的定位。該方法及系統不僅解決了面部形貌采集的定位問題，對比于其他頭部輔助定位系統，還具有適用性強，無遮擋，無干擾的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于雙目視覺的頭部定位方法及系統，屬于醫學光電應用領域。

背景技術

近年來，隨著圖像技術的發展，以及臨床輔助診斷設備的不斷更新，基于光學的面部形貌采集技術設備的出現、革新和推廣，為臨床醫學特別是口腔額面醫學的發展提供了有利的條件，該項技術已經成為了臨床診斷不可缺失的光學影像檢測分析手段之一。然而，同一拍攝對象，當其頭部處于不同的位置特別是不同的姿態時，其面部軟組織的形貌會有所不同進而影響面部形貌的采集結果。

現今，無論是傳統的二維光學影像采集技術，還是新興的三維光學影像采集技術，對于面部形貌采集時頭部的空間位置和姿態的定位，并沒有現成的系統和相關設備，更多的是依賴于操作者的經驗和簡單的視覺判斷。而已有的一些用于放射影像以及手術規劃等技術的頭面部定位的設備由于其具有較多的遮擋或較強的干擾，或者更多的是僅僅考慮頭部的空間位置，而對拍攝對象的姿態考慮并不充分，并不適用于光學面部形貌采集技術。

因此，針對現今技術的不足，本發明提出了一種適用性強的面部的三維頭部定位系統，除了確定頭部的三維空間位置以外，還可以輔助判斷頭部的姿態。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于雙目視覺的頭部定位方法及系統，不僅能實現頭部的空間三維坐標的確定，還能實現頭部姿態，比如頭部屈伸、側屈、旋轉等情況的確定，解決現有技術中存在的上述問題。

本發明的技術解決方案是：

一種基于雙目視覺的頭部定位方法，包括以下步驟，

S1、利用雙目視覺技術中的張正友攝像機標定方法進行標定，并獲得攝像頭組的內參和外參；取攝像頭鏡頭A中心點O_l與攝像頭鏡頭B中心點O_r連線中點O為坐標系原點，攝像機鏡頭中心連線為X軸，且X軸與地面平行，Y軸垂直于地面，Z軸垂直于X軸與Y軸，建立以兩臺攝像機的中點為世界坐標原點的三維坐標系；

S2、讓拍攝對象正對坐標原點站立，使拍攝對象面部處于攝像頭A與攝像頭B共同的拍攝區域，并將面部標記點組件固定于拍攝對象面部特征位置；將表面黏貼式面部標記M_c、M_b1、M_b2、M_c1、M_c2分別固定于被拍攝者下巴頦最前點，兩個眉頭以及鎖骨胸骨端位置，將插入固定式面部標記M_e1、M_e2插入被拍攝者左耳、右耳中，利用光學采集系統采集拍攝對象佩戴標記點組件后的圖像；

S3、利用圖像處理算法提取標記點M在攝像頭A與攝像頭B所采集的圖像中的坐標m_l(u_l，v_l)與m_r(u_r，v_r)，并據此結合攝像頭的內參和外參計算各標記點在世界坐標系中的空間坐標M(x，y，z)；

S4、利用各標記點的空間坐標，實現頭部的實時定位。

進一步地，步驟S3具體為：

S31、操作人員手動點取標記點M分別在攝像頭A與攝像頭B采集的結果圖像中組件圖像區域中的任意點S_l、S_r；