专利名称：三维全息舌象获取方法及舌象仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械，尤其是涉及三维全息舌象获取方法及舌象仪。
背景技术：
舌诊是中医诊断的重要组成部分，舌诊想要用于诊断内伤病，必须建立舌与脏腑的生理关系，因此需要确定舌的脏腑分布。清代沈月光在《伤寒第一书》中提到“舌之尖属心经，中心至根属肾精，两旁属肝，四边属脾经”。曹炳章在《辨舌指南》中提出“辨舌质可辨脏腑的虚实，视舌苔可察六淫之浅深”，可见舌诊不仅有很强的理论背景，同时也有很高的临床诊断价值，在中医四诊中占有举足轻重的地位。所谓舌诊，就是通过观察病人的舌质和舌苔的变化，以了解病情，推测预后的诊断方法。目前舌诊大多还是依靠医生的知识背景和经验来诊断，在一定程度上存在一定的主观性，如何使舌诊更加规范化、客观化成为目前临床研究的重要课题，舌象仪的研究成为必然的发展趋势。随着计算机技术的发展，中医舌诊的客观化研究有了新的途径，通过计算机图像自动识别技术，可以很好的避免人为因素对诊断结果造成的影响，同时有很好的可重复操作性，把计算机技术应用到舌诊中可以极大地促进中医舌诊的发展。目前，舌象仪主要由图像采集部分、数字图像处理和特征提取、特征匹配部分以及诊断部分构成，如图1，其中，舌象采集部分目前主要依靠数码摄像机对舌进行拍照，然后再由计算机对图像进行色彩校正等后续工作。中医舌象诊断已有很悠久的历史，如何使诊断更加客观和规范是目前舌诊的重要研究课题，而直接影响诊断结果的首先是舌体图像的获取。《医述》中提到“五脏之精，皆由脾胃而上贯于舌。舌尖属心，舌本属肾，舌中属脾，舌左属肝，舌右属肺”，以往医生进行舌诊时是人眼直接观察病人的舌体，这样获得的信息直观而且信息量大，但是，随着医学诊断客观化、准确化的要求，由仪器进行诊断越来越受重视，仪器诊断的第一步就是要获取舌的图像，这对图像的准确性就提出了很高的要求。目前的舌象诊断仪器都是基于舌的平面图像进行的，大部分图像的获取依赖于数码摄像机，在平面图像上，舌尖、舌本、舌中等信息较容易获取，而舌苔分布情况、舌苔厚度、 舌体三维信息等信息在平面图像上很难反映或者存在误差，会直接影响诊断结果，因此，获取舌体三维信息就有一定研究意义。
发明内容
本发明旨在解决克服现有技术的不足，通过一种新型的检测手段和检测设备，获取舌体的三维信息，三维信息中包含了许多平面图像所不能反映或者存在误差的信息，这些信息在舌象仪的诊断中有着十分重要的作用。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，三维全息舌象仪，包括积分球均勻光源装置，积分球均勻光源装置，用于产生均勻光源，积分球均勻光源装置表面设置有用于拍摄的工业用CCD摄像头、数字投影仪；数字投影仪用于将正弦栅形条纹投射到舌体表面，还用于通过积分球均勻光源装置产生平面的环照光；CCD摄像头用于获取舌体表面图像并输出到计算机，计算机用于进行图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。一种三维全息舌象获取方法，在采集舌体三维信息时，使数字投影仪将正弦栅形条纹投射到舌体表面，该条纹会随着体表面的凹凸和弯曲产生变形，然后再使条纹产生一定的相移，每次相移后通过CCD摄像头获取舌体表面图像，经过几次相移和图像采集后，可通过相位去包裹法获得舌体表面的三维信息；当需要采集舌体的平面图像时，使投影仪产生的光通过积分球均勻光源装置产生平面的环照光照射到舌体，从而通过CCD摄像头获取舌体的二维信息，综合二维和三维信息得到相对比较准确的舌体表面信息。使投影仪产生不同颜色的投照光投射到舌体。使CCD摄像头自动跟踪拍摄舌体，在图像采集过程中，自动选取舌体最佳位置。将通过CXD摄像头获取的舌体的二维信息和三维信息输出到计算机，经过图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。采用N步相移法，将投射到物体上的正弦栅形条纹移动N次，每次相移值为2 π / (Ν+1)，从而得到Ν+1幅图像，利用下面公式可计算出各点相位主值，再通过相位去包裹等计算可得到舌表面的三维信息
/ 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)表示像点的坐标，In是像点的光强。二维信息主要依靠平面图像获取，包括舌大小，表面有无舌苔，利用灰度变化的图像分割算法，从二维图像中分隔出二维信息，再通过图像特征提取和识别与典型舌的数据库进行对比。本发明采用激光自混合干涉测量方法检测加速度计敏感质量的位移，有如下优占.
^ \\\ ·本发明主要从舌体信息获取的技术上进行尝试，通过投影仪产生不同的光来获取舌表面的二维和三维信息，综合舌体表面二维图像和三维信息图像可以比较准确的复原原本舌体所携带的信息，从而对提高病情诊断的准确性有了一定改善。
图1获取图像的设备布局、图2是获取平面图像时的环照光示意图。图1中A、工业用CXD摄像头B、数字投影仪C、舌体所在位置。图中摄像头和投影仪的位置由开口位置C来确定，使得投影仪产生的光经过舌表面反射后方便CCD摄像头接收。图2中C为舌所在位置，该部分不被投影仪直接照射。舌体的照明主要依靠该 “积分球”系统内光的漫反射来照亮，这样可以最大程度的降低舌表面的反光对拍摄图像的干扰。
图3:自动跟踪
具体实施例方式本发明所述舌象仪，主要包含两个重要部分，第一个是外观和设备布局，第二是图像采集和处理。第一部分的主要作用是采集舌象信息的硬件部分，在外观上采用一种拟积分球的设计，其中在积分球表面主要有两部分设备组成，一个是用于拍摄的工业用CCD摄像头，另一部分是数字投影仪。首先是摄像头，对于具体的测量对象来说，为了提高系统的测量精度，可通过两个方面，一是提高摄像头的分辨率，这样可以提高拍摄图像的效果，而摄像头的价格随着分辨率的提高价格呈指数增加，而它所能提高的测量精度也有限，因此为了提高摄像头精度可选择一个相对性价比高的；另一方面就是将特征目标定在亚像素级别，例如，将算法精度设定为0.1个像素，那么测量系统的分辨率就提高了 10倍。数字投影仪的作用是提供图像采集所需的光源，在采集舌体三维信息时，需要数字投影仪将正弦栅形条纹投射到舌体表面，该条纹会随着体表面的凹凸和弯曲产生变形， 然后再使条纹产生一定的相移，每次相移后通过CXD摄像头获取舌体表面图像，经过几次相移和图像采集后，可通过相位去包裹法获得舌体表面的三维信息。当需要采集舌体的平面图像时，可由投影仪产生平面的环照光(为避免舌表面反光太强影响拍照质量，使投影仪产生的光源在舌体部分不直接照射，依靠“积分球”系统内光的漫反射照明)，从而获取舌体的二维信息，综合二维和三维信息可以得到相对比较准确的舌体表面信息。在硬件设备上，整套图像采集系统由LP-130XGA(1024*768)DLP数字投影仪、 A320fs (782*582) CCD工业摄像头、计算机等几大部分构成。在软件上，通过软件程序实现舌体信息的动态和静态自动提取功能，通过控制投影仪产生不同光(条纹光，环照光)来自动获取三维和二维图像，经过图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。二维信息主要依靠平面图像获取，如舌大小，表面有无舌苔等，这些二维信息通过图像特征提取和识别与典型舌的数据库进行对比。三维信息主要依靠上述三位信息提取技术获得，可得到舌苔厚度、边缘有无齿痕等信息，这样综合二维信息就可以得到较为全面的舌诊所需信息。本发明主要采用N步相移法，将投射到物体上的正弦条纹移动N次，每次相移值为之^！/⑴+丨^从而得到贴丨幅图像。利用下面公式可计算出各点相位主值，再通过相位去包裹等计算可得到舌表面的三维信息。
权利要求
1.一种三维全息舌象仪，其特征是，包括积分球均勻光源装置，用于产生均勻光源， 积分球均勻光源装置表面设置有用于拍摄的工业用CCD摄像头、数字投影仪；数字投影仪用于将正弦栅形条纹投射到舌体表面，还用于通过积分球均勻光源装置产生平面的环照光；CCD摄像头用于获取舌体表面图像并输出到计算机，计算机用于进行图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。
2.—种三维全息舌象获取方法，其特征是，在采集舌体三维信息时，使数字投影仪将正弦栅形条纹投射到舌体表面，该条纹会随着体表面的凹凸和弯曲产生变形，然后再使条纹产生一定的相移，每次相移后通过CCD摄像头获取舌体表面图像，经过几次相移和图像采集后，可通过相位去包裹法获得舌体表面的三维信息；当需要采集舌体的平面图像时，使投影仪产生的光通过积分球均勻光源装置产生平面的环照光照射到舌体，从而通过CCD摄像头获取舌体的二维信息，综合二维和三维信息得到相对比较准确的舌体表面信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是，使投影仪产生不同颜色的投照光投射到舌体。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是，使CCD摄像头自动跟踪拍摄舌体，在图像采集过程中，自动选取舌体最佳位置。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是，将通过CCD摄像头获取的舌体的二维信息和三维信息输出到计算机，经过图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。
6.如权利要求2所述的方法，其特征是，采用N步相移法，将投射到物体上的正弦栅形条纹移动N次，每次相移值为2 π /(N+1)，从而得到N+1幅图像，利用下面公式可计算出各点相位主值，再通过相位去包裹等计算可得到舌表面的三维信息
7.如权利要求5所述的方法，其特征是，二维信息主要依靠平面图像获取，包括舌大小，表面有无舌苔，利用灰度变化的图像分割算法，从二维图像中分隔出二维信息，再通过图像特征提取和识别与典型舌的数据库进行对比。
全文摘要
本发明涉及医疗器械领域。为提供一种新型的检测手段和检测设备，获取舌体的三维信息，三维信息中包含了许多平面图像所不能反映或者存在误差的信息，这些信息在舌象仪的诊断中有着十分重要的作用。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，三维全息舌象仪，包括积分球均匀光源装置，用于产生均匀光源，积分球均匀光源装置表面设置有用于拍摄的工业用CCD摄像头、数字投影仪；数字投影仪用于将正弦栅形条纹投射到舌体表面，还用于通过积分球均匀光源装置产生平面的环照光；CCD摄像头用于获取舌体表面图像并输出到计算机，计算机用于进行图像分割和信息比对，更准确的将舌体信息提取出来。本发明主要应用于舌体信息提取。
文档编号A61B5/00GK102551673SQ20121000655
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者周鹏, 杨成, 王学民, 陆小佐, 韩广 申请人:天津大学