成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法和系统与流程

技术特征：

1.一种成像光线空间追踪舌面彩色三维成像系统，其特征是，由彩色CCD摄像机、两个一字线激光器、高速精密电动升降台、白色LED环形光源、计算机及图像采集卡组成。其中，一字线激光器Ⅰ与彩色CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，CCD摄像机拍摄光条图像，并由采集卡传输到计算机中，利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道；同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。

2.一种成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法，其特征是，步骤是，利用一字线激光器Ⅰ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅰ完成舌头上表面的扫描测量；利用一字线激光器Ⅱ与CCD摄像机组成的线结构光传感器Ⅱ完成舌头下表面的扫描测量；在扫描测量的初始位置，由CCD摄像机摄取舌头上表面的彩色图像；一字线激光器Ⅰ投射到舌头上表面产生光条，由CCD摄像机拍摄光条图像，并利用灰度重心法对光条图像进行光条中心提取获得光条的像素坐标，结合高速精密电动升降台匀速运动提供的位移信息，即可计算光条的三维信息，并从彩色图像中提取各点的颜色信息，即可完成舌头上表面的彩色三维数据(x,y,z)-(R,G,B)的获取，(x,y,z)代表三维坐标，(R,G,B)代表红、绿、蓝三颜色通道，同理可以获取舌头下表面的彩色三维信息。

3.如权利要求2所述的成像光线空间追踪舌面彩色三维成像方法，其特征是，光条的三维信息由如下三维测量模型表达式计算得到的：

$L\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& \±{\mathrm{\Δy}}_k\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\±{\mathrm{\Δy}}_k\\ z_w\\ 1\end{array}\right]$

其中，L为根据当前升降台的位置对测量值进行相应的升降变换值，x_w,y_w,z_w为空间测量点坐标，Δy_k为当前升降台位置与初始升降台位置的位移偏差；空间中任意一点与其对应成像点之间一一映射的关系：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{x_w-x_l}{x_m-x_l}=\frac{y_w-y_l}{y_m-y_l}=\frac{z_w-l}{m-l}\\ x_l=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=0}{\overset{n-i}{\Σ}}{C}_{ij}^l{u}^i{v}^j\\ x_m=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=0}{\overset{n-i}{\Σ}}{C}_{ij}^m{u}^i{v}^j\\ y_l=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=0}{\overset{n-i}{\Σ}}{D}_{ij}^l{u}^i{v}^j\\ y_m=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=0}{\overset{n-i}{\Σ}}{D}_{ij}^m{u}^i{v}^j\end{array}\right.---\left(7\right)$

式中，(u，v)代表空间点对应的像素坐标，l和m分别代表与摄像机像平面相互映射的两个空间平面的z坐标，和为成像光线追踪模型参数，由系统参数标定获得；则系统的颜色渲染模型为：

KPe₂+(1-K)Pe₁＝0 (8)

式中：

$K=\frac{z_w-l}{m-l},$

$P={\left[\begin{array}{cccccccccc}1& u& v& uv& u^2& v^2& ...& u^n& v^n& -x_w\\ 1& u& v& uv& u^2& v^2& ...& u^n& v^n& -y_w\end{array}\right]}_{2\×M},$

$e_1={\left[\begin{array}{cccccccccc}{C}_0^l& C_1^l& C_2^l& C_3^l& C_4^l& C_5^l& ...& C_{M-2}^l& C_{M-1}^l& 1\\ D_0^l& D_1^l& D_2^l& D_3^l& D_4^l& D_5^l& ...& D_{M-2}^l& C_{M-1}^l& 1\end{array}\right]}^T,$

$e_2={\left[\begin{array}{cccccccccc}{C}_0^m& C_1^m& C_2^m& C_3^m& C_4^m& C_5^m& ...& C_{M-2}^m& C_{M-1}^m& 1\\ D_0^m& D_1^m& D_2^m& D_3^m& D_4^m& D_5^m& ...& D_{M-2}^m& D_{M-1}^m& 1\end{array}\right]}^T,$

$M=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}(1+i)(n+1-i)$

则对于空间中任意一点P_w(x_w,y_w,z_w)，利用广义逆法对颜色渲染模型进行优化求解，即求得对应的像素坐标(u,v)，并根据该像素坐标在已保存的舌头上表面或下表面的彩色图像中提取该点对应的(R,G,B)值，那么将其与空间坐标贴合在一起，即获得对应的三维彩色信息(x_w,y_w,z_w)-(R,G,B)。