[發(fā)明專利]一種腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911376711.8
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111145256B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瑋;李志強(qiáng);袁雙虎;韓毅;馬志祥;孟祥偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T17/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

1.一種腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，包括：

全方位人體圖像采集模塊，其用于采集若干張腫瘤穿刺中人體全方位圖像；

人體三維重構(gòu)模塊，其用于對腫瘤穿刺中人體全方位圖像的對應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)與預(yù)先構(gòu)建的人體圖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匹配，定位人體關(guān)節(jié)點(diǎn)和關(guān)節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)連接實現(xiàn)人體三維重構(gòu)，確定出人體當(dāng)前姿態(tài)的位置；

進(jìn)一步地，預(yù)先構(gòu)建的人體圖結(jié)構(gòu)模型包含38個人體關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)，模型可以表示為無向圖?G=(V，E)，其中V=(v₁，v₂…v_?38)?表示無向圖頂點(diǎn)，E表示無向圖中所有相連部位構(gòu)成的邊集；

在所述全方位人體圖像采集模塊中，采集瘤穿刺中人體全方位圖像之后還包括：

在瘤穿刺中人體全方位圖像中，尋找不因光照和角度而變化的特征點(diǎn)，建立瘤穿刺中人體全方位圖像的尺度空間，進(jìn)而得到腫瘤穿刺中人體全方位圖像的128描述子向量；

所述全方位人體圖像采集模塊為三個深度攝像頭，每個深度攝像頭與一個機(jī)械臂相連。

2.如權(quán)利要求1所述的腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，在人體三維重構(gòu)模塊中，人體姿態(tài)估計即確定人體各部位狀態(tài)配置L=(l₁，l₂…l₃₈),其中?l_i?=(x_i，y_i，θ_i)?表示某部位狀態(tài)定位矩形框，(x_i，y_i)?表示矩形框中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，θ_i表示矩形框的方向；人體姿態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化成為能量函數(shù)的優(yōu)化問題，能量函數(shù)為：

表示定位矩形區(qū)域的圖像特征不匹配程度，表示兩部位的幾何連接情況與節(jié)點(diǎn)幾何約束不匹配的程度；

再利用零一整數(shù)規(guī)劃求解最優(yōu)邊集，即為關(guān)節(jié)間的最優(yōu)連接。

3.如權(quán)利要求1所述的腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，所述腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，還包括床板，其用于承載腫瘤穿刺中人體；所述床板由若干個子床板構(gòu)成，任意兩個相鄰的子床板均連接一字轉(zhuǎn)軸，所述一字轉(zhuǎn)軸與電機(jī)相連。

4.如權(quán)利要求3所述的腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，所述床板底部四角均設(shè)置有支撐腳，支撐腳與萬向輪相連，萬向輪與步進(jìn)電機(jī)相連。

5.如權(quán)利要求4所述的腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，每個機(jī)械臂包括固定臂、連接臂和活動臂；固定臂和連接臂通過第一活動關(guān)節(jié)連接，連接臂和活動臂通過第二活動關(guān)節(jié)連接，每個深度攝像機(jī)通過第三活動關(guān)節(jié)與活動臂連接，通過機(jī)械臂的調(diào)節(jié)改變每個深度攝像機(jī)的位置來不斷調(diào)整相應(yīng)深度攝像機(jī)的攝像角度。

6.一種腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位方法，采用如權(quán)利要求1-5任一項所述的腫瘤穿刺中人體姿態(tài)的定位裝置，其特征在于，包括：

采集若干張腫瘤穿刺中人體全方位圖像；

對腫瘤穿刺中人體全方位圖像的對應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)與預(yù)先構(gòu)建的人體圖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匹配，定位人體關(guān)節(jié)點(diǎn)和關(guān)節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)連接實現(xiàn)人體三維重構(gòu)，確定出人體當(dāng)前姿態(tài)的位置；

預(yù)先構(gòu)建的人體圖結(jié)構(gòu)模型包含38個人體關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)，模型可以表示為無向圖?G=(V，E)，其中V=(v₁，v₂…v_?38)?表示無向圖頂點(diǎn)，E表示無向圖中所有相連部位構(gòu)成的邊集。

人體姿態(tài)估計即確定人體各部位狀態(tài)配置L=(l₁，l₂…l₃₈),其中?l_i?=(x_i，y_i，θ_i)?表示某部位狀態(tài)定位矩形框，(x_i，y_i)?表示矩形框中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，θ_i表示矩形框的方向；人體姿態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化成為能量函數(shù)的優(yōu)化問題，能量函數(shù)為：

表示定位矩形區(qū)域的圖像特征不匹配程度，表示兩部位的幾何連接情況與節(jié)點(diǎn)幾何約束不匹配的程度；

再利用零一整數(shù)規(guī)劃求解最優(yōu)邊集，即為關(guān)節(jié)間的最優(yōu)連接。