专利名称：眼球的三维建模方法
技术领域：
本发明涉及三维建模方法，尤其是一种用于产生眼球三维图像的三维建模方法。
背景技术：
随着医疗科学技术的不断发展和经验的积累，X光平片、超声、CT、MRI等影像学 检查方法被先后引入到对眼部疾病的诊断中。医学图像可视化技术算法的发展从傅立叶 变换、卷积反投影等基本图像处理算法开始，到MPROmilti-planarreformation，多层面重 组)、MTP (maximumintensityprojection，最大密度投影法)，一直到面绘制和体绘。Mra是将采集到的三维数据(又称为体素，Voxel)进行重新排列以显示任意方向 上的断面。而MIP是将三维数据向任意方向投影，取投影线上的最大体素值加以显示。MPR 和MIP方法的功能实现和操作都很简单，对硬件要求不是很高，通常CT、MRI设备自身的工 作站完全可以满足要求。面绘制(surfacerendering)首先从三维数据中重建出三维物体 表面，即根据分割结果和轮廓线进行物体表面的重建，再利用合理的光照模型以及纹理映 射方法产生具有真实感的三维实体。在医学领域又称为SSDkhadedsurfacedisplay，表面 阴影显示法)。由于面绘制处理的数据通常是整个体数据的一小部分，并且利用了计算机 图形学多边形绘制技术，还借助三维图形加速硬件，所以面绘制的速度还是比较快的。而体 绘制(volumerendering)是对体数据场中每个体素进行处理，直接把三维灰度数据投影显 示到二维屏幕上，同时人机交互地调节不透明度(opacity)、光照效果等参数，进而合成具 有三维效果的图像，所以计算量大，图像生成速度慢，更多地受到硬件技术发展的限制。还 有基于体素模型的直接体绘制算法，该算法结合了面绘制及直接体绘制的优点，可以利用 OpenGL图形标准及硬件加速对图像序列进行三维重建，重建效果逼真，速度快，具有算法简 单、实现容易等特点。近年来，国内、外学者分别采用(X片、超声、CT及MRI)的二维及断面图像，应用 CATR(计算机辅助三维重建)技术来完成人体结构的三维重建和立体显示。自1984年 Flaster首次将CATR技术用于研究腮甲壳类动物水蚤的视觉系统的细胞间作用和模型以 来，就用CATR技术使眼科基础研究和临床疾病诊断方面取得了很大进展，但成形的应用方 案却一直没有。目前检查均系一维或二维的平面成像，图像欠缺立体感，而人体的各部位组 织结构均为三维立体构造。现代眼科三维成像中，许多使用了三维超声技术，该技术有如下不足之处B超探 头的扫描时间约5-15s，在此期间，探查目标对探头有相对运动，使扫描图像变形或缺损，称 为运动伪像。其它伪像还包括系统校正不准所致的伪像、阈值伪像、回声失落伪像、观察方 向伪像、帧失落伪像等。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于产生眼球三维图像的方法。本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的
一种眼球的三维建模方法，所述方法包括图像获取、摄像机标定、特征提取(识 别)、特征匹配、深度信息确定及三维图像后期处理等步骤。第1步通过单摄像机获取多组眼球眼底图像，多组眼球眼底图像包括分别描述 眼球旋转的各个角度状态；第2步摄像机标定，确定摄像机的位置和属性参数，确定空间坐标系中物体点同 它的像点之间的对应关系。通过最小二乘法拟合，确定三维空间点映射为二维图像点的变 换矩阵；第3步特征提取及特征识别，由多视点的视差确定3D信息，确定场景中同一特点 在不同图像中的对应关系，选择图像的点状特征、线状特征和区域特征并进行匹配；第4步根据对所选特征的计算，建立特征间的对应关系，将同一个空间点在不同 图像中的映像点对应起来，并由此得到相应的视差图像；第5步根据第4步得到的视差图像，确定深度图像并恢复场景3D信息；第6步对恢复的场景进行包括深度插值、误差校正和精度改善。本发明所述摄像机通过在至少3个不同的位置获取眼球眼底的图像，并计算出摄 像机所有的内外参数。本发明的有益效果是相对于现有技术，本发明对眼球图像序列进行三维重建，重 建效果逼真，速度较快，图像立体感强，具有算法简单、实现容易等特点；本发明通过实验证 明，达到了预期效果。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明图1是本发明的流程图；图2是本发明摄像机采集的一组眼球图像示意图；图3是本发明眼球旋转产生的一组矢状切面图像序列图；图4是本发明立体匹配示意图；图5是本发明改进Douglas-Peucker示意图之一；图6是本发明改进Douglas-Peucker示意图之二。
具体实施例方式如图1所示，一种眼球的三维建模方法，该方法包括步骤1，通过单摄像机获取多组眼球眼底图像，图像分别描述眼球旋转的各个角度 状态。如图2所示，利用眼球旋转产生连续的眼底二维图像数据，生成图像序列，如图3所示步骤2，摄像机标定是为了建立成像模型、确定摄像机的位置和属性参数，以确定 空间坐标系中物体点同它的像点之间的对应关系。摄像机的标定方法是通过最小二乘法拟 合，确定三维空间点映射为二维图像点的变换矩阵。一个有效的摄像机模型，除了能够精确 地恢复出空间景物的三维信息外，还有利于解决立体匹配问题。标定方法是介于传统定标 方法和自定标方法之间的一种方法，这种方法不需要知道摄像机运动的具体信息，这点比 传统定标技术更为灵活，同时仍需要一个特定的标定物以及一组已知的特征基元的坐标。它通过在至少3个不同的位置获取标定物的图像，计算出摄像机所有的内外参数。在这个 模型的定标过程中将用到的三个坐标系图像坐标系，摄像机坐标系和世界坐标系。通过坐
标系之间的变换可以通过下面的公式把图像坐标系的点和世界坐标系
权利要求
一种眼球的三维建模方法，其特征是所述方法包括图像获取、摄像机标定、特征提取(识别)、特征匹配、深度信息确定及三维图像后期处理等步骤。第1步通过单摄像机获取多组眼球眼底图像，多组眼球眼底图像包括分别描述眼球旋转的各个角度状态；第2步摄像机标定，确定摄像机的位置和属性参数，确定空间坐标系中物体点同它的像点之间的对应关系。通过最小二乘法拟合，确定三维空间点映射为二维图像点的变换矩阵；第3步特征提取及特征识别，由多视点的视差确定3D信息，确定场景中同一特点在不同图像中的对应关系，选择图像的点状特征、线状特征和区域特征并进行匹配；第4步根据对所选特征的计算，建立特征间的对应关系，将同一个空间点在不同图像中的映像点对应起来，并由此得到相应的视差图像；第5步根据第4步得到的视差图像，确定深度图像并恢复场景3D信息；第6步对恢复的场景进行包括深度插值、误差校正和精度改善。
2.根据权利要求1所述的眼球的三维建模方法，其特征是所述摄像机通过在至少3 个不同的位置获取眼球眼底的图像，并计算出摄像机所有的内外参数。
全文摘要
本发明涉及一种眼球的三维建模方法，包括图像获取、摄像机标定、特征提取(识别)、特征匹配、深度信息确定及三维图像后期处理等步骤。1、通过单摄像机获取多组眼球眼底图像，包括分别描述眼球旋转的各个角度状态；2、摄像机标定，确定摄像机的位置和属性参数，确定空间坐标系中物体点同它的像点之间的对应关系；3、特征提取及特征识别，4、根据对所选特征的计算，5、得到的视差图像，确定深度图像并恢复场景3D信息；6、对恢复的场景进行包括深度插值、误差校正和精度改善。本发明对眼球图像序列进行三维重建，重建效果逼真，速度较快，图像立体感强，具有算法简单、实现容易等特点。
文档编号G06T17/00GK101996415SQ200910042228
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者刘伟, 肖斌, 赵永兵 申请人:珠海金联安警用技术研究发展中心有限公司