專利名稱：三維全息舌象獲取方法及舌象儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械，尤其是涉及三維全息舌象獲取方法及舌象儀。
背景技術：
舌診是中醫診斷的重要組成部分，舌診想要用于診斷內傷病，必須建立舌與臟腑的生理關系，因此需要確定舌的臟腑分布。清代沈月光在《傷寒第一書》中提到“舌之尖屬心經，中心至根屬腎精，兩旁屬肝，四邊屬脾經”。曹炳章在《辨舌指南》中提出“辨舌質可辨臟腑的虛實，視舌苔可察六淫之淺深”，可見舌診不僅有很強的理論背景，同時也有很高的臨床診斷價值，在中醫四診中占有舉足輕重的地位。所謂舌診，就是通過觀察病人的舌質和舌苔的變化，以了解病情，推測預后的診斷方法。目前舌診大多還是依靠醫生的知識背景和經驗來診斷，在一定程度上存在一定的主觀性，如何使舌診更加規范化、客觀化成為目前臨床研究的重要課題，舌象儀的研究成為必然的發展趨勢。隨著計算機技術的發展，中醫舌診的客觀化研究有了新的途徑，通過計算機圖像自動識別技術，可以很好的避免人為因素對診斷結果造成的影響，同時有很好的可重復操作性，把計算機技術應用到舌診中可以極大地促進中醫舌診的發展。目前，舌象儀主要由圖像采集部分、數字圖像處理和特征提取、特征匹配部分以及診斷部分構成，如圖1，其中，舌象采集部分目前主要依靠數碼攝像機對舌進行拍照，然后再由計算機對圖像進行色彩校正等后續工作。中醫舌象診斷已有很悠久的歷史，如何使診斷更加客觀和規范是目前舌診的重要研究課題，而直接影響診斷結果的首先是舌體圖像的獲取。《醫述》中提到“五臟之精，皆由脾胃而上貫于舌。舌尖屬心，舌本屬腎，舌中屬脾，舌左屬肝，舌右屬肺”，以往醫生進行舌診時是人眼直接觀察病人的舌體，這樣獲得的信息直觀而且信息量大，但是，隨著醫學診斷客觀化、準確化的要求，由儀器進行診斷越來越受重視，儀器診斷的第一步就是要獲取舌的圖像，這對圖像的準確性就提出了很高的要求。目前的舌象診斷儀器都是基于舌的平面圖像進行的，大部分圖像的獲取依賴于數碼攝像機，在平面圖像上，舌尖、舌本、舌中等信息較容易獲取，而舌苔分布情況、舌苔厚度、 舌體三維信息等信息在平面圖像上很難反映或者存在誤差，會直接影響診斷結果，因此，獲取舌體三維信息就有一定研究意義。

發明內容
本發明旨在解決克服現有技術的不足，通過一種新型的檢測手段和檢測設備，獲取舌體的三維信息，三維信息中包含了許多平面圖像所不能反映或者存在誤差的信息，這些信息在舌象儀的診斷中有著十分重要的作用。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，三維全息舌象儀，包括積分球均勻光源裝置，積分球均勻光源裝置，用于產生均勻光源，積分球均勻光源裝置表面設置有用于拍攝的工業用CCD攝像頭、數字投影儀；數字投影儀用于將正弦柵形條紋投射到舌體表面，還用于通過積分球均勻光源裝置產生平面的環照光；CCD攝像頭用于獲取舌體表面圖像并輸出到計算機，計算機用于進行圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。一種三維全息舌象獲取方法，在采集舌體三維信息時，使數字投影儀將正弦柵形條紋投射到舌體表面，該條紋會隨著體表面的凹凸和彎曲產生變形，然后再使條紋產生一定的相移，每次相移后通過CCD攝像頭獲取舌體表面圖像，經過幾次相移和圖像采集后，可通過相位去包裹法獲得舌體表面的三維信息；當需要采集舌體的平面圖像時，使投影儀產生的光通過積分球均勻光源裝置產生平面的環照光照射到舌體，從而通過CCD攝像頭獲取舌體的二維信息，綜合二維和三維信息得到相對比較準確的舌體表面信息。使投影儀產生不同顏色的投照光投射到舌體。使CCD攝像頭自動跟蹤拍攝舌體，在圖像采集過程中，自動選取舌體最佳位置。將通過CXD攝像頭獲取的舌體的二維信息和三維信息輸出到計算機，經過圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。采用N步相移法，將投射到物體上的正弦柵形條紋移動N次，每次相移值為2 π / (Ν+1)，從而得到Ν+1幅圖像，利用下面公式可計算出各點相位主值，再通過相位去包裹等計算可得到舌表面的三維信息
/ χ sin( ^n π \
々 n V + l
tan φ(χ, y) = -。
T / χ cos(-)
η-\其中^是相位主值，(X，y)表示像點的坐標，In是像點的光強。二維信息主要依靠平面圖像獲取，包括舌大小，表面有無舌苔，利用灰度變化的圖像分割算法，從二維圖像中分隔出二維信息，再通過圖像特征提取和識別與典型舌的數據庫進行對比。本發明采用激光自混合干涉測量方法檢測加速度計敏感質量的位移，有如下優占.
^ \\\ ·本發明主要從舌體信息獲取的技術上進行嘗試，通過投影儀產生不同的光來獲取舌表面的二維和三維信息，綜合舌體表面二維圖像和三維信息圖像可以比較準確的復原原本舌體所攜帶的信息，從而對提高病情診斷的準確性有了一定改善。


圖1獲取圖像的設備布局、圖2是獲取平面圖像時的環照光示意圖。圖1中A、工業用CXD攝像頭B、數字投影儀C、舌體所在位置。圖中攝像頭和投影儀的位置由開口位置C來確定，使得投影儀產生的光經過舌表面反射后方便CCD攝像頭接收。圖2中C為舌所在位置，該部分不被投影儀直接照射。舌體的照明主要依靠該 “積分球”系統內光的漫反射來照亮，這樣可以最大程度的降低舌表面的反光對拍攝圖像的干擾。
圖3:自動跟蹤
具體實施例方式本發明所述舌象儀，主要包含兩個重要部分，第一個是外觀和設備布局，第二是圖像采集和處理。第一部分的主要作用是采集舌象信息的硬件部分，在外觀上采用一種擬積分球的設計，其中在積分球表面主要有兩部分設備組成，一個是用于拍攝的工業用CCD攝像頭，另一部分是數字投影儀。首先是攝像頭，對于具體的測量對象來說，為了提高系統的測量精度，可通過兩個方面，一是提高攝像頭的分辨率，這樣可以提高拍攝圖像的效果，而攝像頭的價格隨著分辨率的提高價格呈指數增加，而它所能提高的測量精度也有限，因此為了提高攝像頭精度可選擇一個相對性價比高的；另一方面就是將特征目標定在亞像素級別，例如，將算法精度設定為0.1個像素，那么測量系統的分辨率就提高了 10倍。數字投影儀的作用是提供圖像采集所需的光源，在采集舌體三維信息時，需要數字投影儀將正弦柵形條紋投射到舌體表面，該條紋會隨著體表面的凹凸和彎曲產生變形， 然后再使條紋產生一定的相移，每次相移后通過CXD攝像頭獲取舌體表面圖像，經過幾次相移和圖像采集后，可通過相位去包裹法獲得舌體表面的三維信息。當需要采集舌體的平面圖像時，可由投影儀產生平面的環照光(為避免舌表面反光太強影響拍照質量，使投影儀產生的光源在舌體部分不直接照射，依靠“積分球”系統內光的漫反射照明)，從而獲取舌體的二維信息，綜合二維和三維信息可以得到相對比較準確的舌體表面信息。在硬件設備上，整套圖像采集系統由LP-130XGA(1024*768)DLP數字投影儀、 A320fs (782*582) CCD工業攝像頭、計算機等幾大部分構成。在軟件上，通過軟件程序實現舌體信息的動態和靜態自動提取功能，通過控制投影儀產生不同光(條紋光，環照光)來自動獲取三維和二維圖像，經過圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。二維信息主要依靠平面圖像獲取，如舌大小，表面有無舌苔等，這些二維信息通過圖像特征提取和識別與典型舌的數據庫進行對比。三維信息主要依靠上述三位信息提取技術獲得，可得到舌苔厚度、邊緣有無齒痕等信息，這樣綜合二維信息就可以得到較為全面的舌診所需信息。本發明主要采用N步相移法，將投射到物體上的正弦條紋移動N次，每次相移值為之^！/⑴+丨^從而得到貼丨幅圖像。利用下面公式可計算出各點相位主值，再通過相位去包裹等計算可得到舌表面的三維信息。
權利要求
1.一種三維全息舌象儀，其特征是，包括積分球均勻光源裝置，用于產生均勻光源， 積分球均勻光源裝置表面設置有用于拍攝的工業用CCD攝像頭、數字投影儀；數字投影儀用于將正弦柵形條紋投射到舌體表面，還用于通過積分球均勻光源裝置產生平面的環照光；CCD攝像頭用于獲取舌體表面圖像并輸出到計算機，計算機用于進行圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。
2.—種三維全息舌象獲取方法，其特征是，在采集舌體三維信息時，使數字投影儀將正弦柵形條紋投射到舌體表面，該條紋會隨著體表面的凹凸和彎曲產生變形，然后再使條紋產生一定的相移，每次相移后通過CCD攝像頭獲取舌體表面圖像，經過幾次相移和圖像采集后，可通過相位去包裹法獲得舌體表面的三維信息；當需要采集舌體的平面圖像時，使投影儀產生的光通過積分球均勻光源裝置產生平面的環照光照射到舌體，從而通過CCD攝像頭獲取舌體的二維信息，綜合二維和三維信息得到相對比較準確的舌體表面信息。
3.如權利要求2所述的方法，其特征是，使投影儀產生不同顏色的投照光投射到舌體。
4.如權利要求2所述的方法，其特征是，使CCD攝像頭自動跟蹤拍攝舌體，在圖像采集過程中，自動選取舌體最佳位置。
5.如權利要求2所述的方法，其特征是，將通過CCD攝像頭獲取的舌體的二維信息和三維信息輸出到計算機，經過圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。
6.如權利要求2所述的方法，其特征是，采用N步相移法，將投射到物體上的正弦柵形條紋移動N次，每次相移值為2 π /(N+1)，從而得到N+1幅圖像，利用下面公式可計算出各點相位主值，再通過相位去包裹等計算可得到舌表面的三維信息
7.如權利要求5所述的方法，其特征是，二維信息主要依靠平面圖像獲取，包括舌大小，表面有無舌苔，利用灰度變化的圖像分割算法，從二維圖像中分隔出二維信息，再通過圖像特征提取和識別與典型舌的數據庫進行對比。
全文摘要
本發明涉及醫療器械領域。為提供一種新型的檢測手段和檢測設備，獲取舌體的三維信息，三維信息中包含了許多平面圖像所不能反映或者存在誤差的信息，這些信息在舌象儀的診斷中有著十分重要的作用。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，三維全息舌象儀，包括積分球均勻光源裝置，用于產生均勻光源，積分球均勻光源裝置表面設置有用于拍攝的工業用CCD攝像頭、數字投影儀；數字投影儀用于將正弦柵形條紋投射到舌體表面，還用于通過積分球均勻光源裝置產生平面的環照光；CCD攝像頭用于獲取舌體表面圖像并輸出到計算機，計算機用于進行圖像分割和信息比對，更準確的將舌體信息提取出來。本發明主要應用于舌體信息提取。
文檔編號A61B5/00GK102551673SQ20121000655
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者周鵬, 楊成, 王學民, 陸小佐, 韓廣 申請人:天津大學