个性化头面部穴位识别模型建立、定位的方法和系统与流程

本发明属于穴位定位的技术领域，尤其涉及一种个性化头面部穴位识别模型建立、定位的方法和系统。

背景技术：

目前，中医治疗中的穴位针灸、按摩、红外理疗以及给药等治疗方法以其简洁、见效快、无副作用深得人们喜爱。穴位定位是实施中医针灸推拿按摩及穴位用药的基础。穴位定位方法主要有体表解剖标志定位法、骨度折量定位法和指寸定位法，前两种方法以体表解剖和骨节为依据寻找穴位，后一种通过自身手指指寸寻找穴位。传统的穴位定位是通过高年资的中医师根据个人经验和手下的感觉来确定的，即通过后一种方法进行穴位定位。然而，对于非中医专业或者新学者来说，穴位的定位常常是“心中了了，指下难明”，很难精准定位，难以达到理想的疗效。

随着电子科技以及计算机技术的发展，为了解决非中医专家难以准确进行学位的定位的问题，李延泽等人提出了一种简易人体穴位识别治疗仪，利用人体非穴位点和穴位点呈现在不同阻抗中电压值之间的差异通过对人体电压值测量进行穴位定位判断。中国专利文献cn1111029c公开了一种依据人体穴位对双极性探测信号的发散特性探测人体穴位的电路，在其输出回路中串接采样电路对流经人体的双极电流信号进行整流并采样，判断为电流发散特性即穴位特征时，反馈电路自动加强探测输出，增加对人体穴位的探测信号强度，增加被测者穴位感，指示穴位点。然而上述采用电压信号进行穴位定位的方法存在一定问题，上述方法需要向人体施加电压，存在一定安全隐患，而且只能确定比较大的穴位。

中国专利文献cn103735407b提出了一种人体耳部穴位定位装置，解决了现有穴位定位方法需要对人体施加电压以及现有穴位定位装置不适用对穴位比较密集的区域实现准确定位的问题。定位方法包括：采集待定位区域的图像；选择待定位区域、以及根据该区域从穴位数据库中读取相应局部穴位图；获得轮廓图、以及对比该轮廓图和局部穴位图获得拟和图像；选择定位穴位、以及根据该定位穴位在拟和图像中的位置，控制激光指示器向待定穴位所在部位发出指示激光束。定位装置中采用支架固定待测部分的位置，采用图像采集及穴位指示装置实现图像采集和发出指示激光束投射到耳部的相应穴位。然而，上述方法也存在一定的不足：首先，部位比较局限，不能适用于人体头面部；其次，其定位原理是通过采集的二维平面图像，通过以局部穴位图中的轮廓线为基础向轮廓图进行拟和获得拟和图像来定位，但是由于人体是一个三维立体的结构，而且不同人体的结构和三维构象的个体化差异非常大，简单的用平面图像通过轮廓拟和来定位穴位，很难达到精确定位的目的。

此外，在现有技术中，穴位定位以后，几乎没有一个可以针对每个个体的人性化具象化以后直接应用于针灸、推拿及理疗仪器中的穴位标识系统或装置。

综上所述，如何解决现有的穴位定位方法无法精确定位面部精细穴位的问题，以及现有的穴位定位识别装置无法进行个性化穴位定位识别的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，克服现有技术中穴位定位方法无法精确定位面部精细穴位的问题，以及现有的穴位定位识别装置无法进行个性化穴位定位识别的问题，提供一种个性化头面部穴位识别模型建立、定位的方法和系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：

一种个性化头面部穴位自动识别模型建立方法，包括：

对人体样本的头面部穴位进行人工标记；

扫描采集每个人体样本的三维头面部信息，所述三维头面部信息包括经标记的穴位相对坐标、穴位相对于附件骨性标记的距离及人体样本的同申寸；

将所述三维头面部信按照一定比例分割为头面部信息训练数据集和头面部信息测试数据集；

通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型；

基于专业评价信息和所述头面部信息测试数据集，测试优化所述头面部穴位自动识别模型。

进一步的，通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型包括：

建立带有所述人体样本的三维头面部信息数据库，并经过去噪处理以提高数据精度；

构建三维模型向二维平面转换的网格图，将所述三维头面部信息通过网格图投影到二维平面，建立二维人脸图像；

根据所述三维头面部信息，分离得到人脸深度图，所述人脸深度图为二维深度图像；

将所述二维人脸图像和人脸深度图作为输入，训练级联卷积神经网络，建立头面部穴位自动识别模型。

本发明还通了一种个性化头面部穴位自动识别定位方法，包括：

扫描采集受试者的三维头面部信息；

对所述受试者的三维头面部信息进行数字重构得到受试者三维头面部模型，将所述受试者三维头面部模型分别转换为受试者二维人脸图像、受试者人脸深度图，所述受试者人脸深度图为二维图像；

将所述受试者二维人脸图像、受试者人脸深度图作为训练好的头面部穴位自动识别模型的输入，得到受试者人脸穴位坐标(x，y，z)；

根据受试者人脸穴位坐标，在受试者头面部上进行穴位定位。

进一步的，根据受试者人脸穴位坐标，在在受试者头面部上进行穴位定位包括：

在所述受试者三维头面部模型上进行穴位定位；

或在所述受试者二维人脸图像上进行穴位定位。

进一步的，受试者的三维头面部信息以数字化点数据表示，并以xyz坐标表示其形状，24位rgb值表示颜色。

进一步的，接收所述受试者三维头面部模型和受试者二维人脸图像；

采用立体打印设备打印受试者三维头面部实体模型，在该实体模型上进行穴位定位；

或采用平面打印设备打印受试者二维人脸图片，在该图片上进行穴位定位；

本发明还提供了一种个性化头面部穴位自动识别定位系统，包括：

采集模块，用于扫描采集每个人体样本的三维头面部信息和受试者的三维头面部信息，所述人体样本的三维头面部信息包括经标记的穴位相对坐标、穴位相对于附件骨性标记的距离及人体样本的同申寸；

和

模型建立模块，所述训练模块被配置为从人体样本的三维头面部信息中选取头面部信息训练数据集和头面部信息测试数据集，通过深度学习算法训练并优化头面部穴位自动识别模型；

和

识别定位模块，用于在所述受试者的三维头面部信息基础上，进行穴位识别定位。

进一步的，所述模型建立模块包括：

训练模块，用于通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型；

测试模块，用于基于专业评价信息和所述头面部信息测试数据集，测试优化所述头面部穴位自动识别模型。

进一步的，所述识别定位模块包括形状定位单元、颜色定位单元或声音定位单元。

进一步的，还包括立体打印设备或平面打印设备，采用立体打印设备打印受试者三维头面部实体模型，在该实体模型上进行穴位定位；

或采用平面打印设备打印受试者二维人脸图片，在该图片上进行穴位定位。

本发明的有益效果：

(1)本发明实现了无接触、无施加的个体化头面部穴位精确定位，而且能够将定位结果具象化，直接应用到针灸、推拿、按摩、给药及红外理疗等操作当中，发挥了中医个性化治疗的价值。

(2)本发明采用头面部的三维扫描系统，既不需要对人体施加任何有潜在危险的影响，而且可以比平面扫描获取人体头面部跟多的三维信息，为后面穴位的精确定位提供了更多的信息基础；

(3)本发明通过采集人体头面部的三维立体信息，尤其是骨性标志等参数，应用深度学习方法来构建头面部穴位自动识别和标记模型，而且通过专家评价来不断完善模型的算法，这种穴位定位方法更加接近中医专家穴位定位的思路和方法，精确性大大提高。

(4)本发明还将定位标识的结构进行三维图像的重构，通过3d打印实现具象化，更加的直观，而且可以打印面具模式，在面具模式上相应的穴位标识处可以施加针灸、按摩、红外理疗以及给药等操作，大大增加了其个性化应用的价值。

附图说明

图1头面部穴位自动识别训练系统原理图；

图2个性化头面部穴位定位方法；

图3人体头面部穴位标识简图；

图4个性化头面部穴位定位方法及装置示意图；

图5个性化头面部穴位定位方法及装置电气连接及工作流程图；

其中，1.3d扫描仪固定支架，2.3d扫描仪，3.计算机系统，4.3d打印支架，5.3d打印头，6.下巴托

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种典型实施例是一种个性化头面部穴位自动识别模型建立方法，如图1所示，包括：

对人体样本的头面部穴位进行人工标记：在扫描前对直接在人体头面部上进行标记，通过三维扫描获取穴位的相对坐标，同时采集穴位相对于附件骨性标记的距离及个体同申寸(针灸学中的同申寸法)，获取足够多的个体化信息，为后面穴位的定位提供更多的有用信息。

将所述三维头面部信按照一定比例分割为头面部信息训练数据集和头面部信息测试数据集；

通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型；

基于专业评价信息和所述头面部信息测试数据集，测试优化所述头面部穴位自动识别模型。

其中通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型包括：

建立带有所述人体样本的三维头面部信息数据库，并经过去噪处理以提高数据精度；

其中人体样本的三维头面部信息数据库包括200人，100名男性和100名女性：

构建三维模型向二维平面转换的网格图，将所述三维头面部信息通过网格图投影到二维平面，建立二维人脸图像；

根据所述三维头面部信息，分离得到人脸深度图；人脸深度图的得到可以是：选择三维头面部信息数据库中的100人，10种姿势，共1000个样本，分离得到人脸深度图；

将所述二维人脸图像和人脸深度图作为输入，训练级联卷积神经网络，建立头面部穴位自动识别模型。完成人脸关键点即：双眼、鼻尖、双侧嘴角及骨性标志、穴位的定位。

在建立了头面部穴位自动识别模型的基础上，本发明还提出了一种个性化头面部穴位自动识别定位方法，包括：

扫描采集受试者的三维头面部信息：受试者将头固定在图4-6的下巴托上，三维扫描仪的摄像头(图4-2)对人体头面部进行扫描，通过传感器完成对头面部的性状捕捉，产生一组数字化点数据，并以xyz坐标表示其形状，以24位rgb值表示颜色。将这些信息传输到计算机系统中(图5)；

对所述受试者的三维头面部信息进行数字重构得到受试者三维头面部模型，将所述受试者三维头面部模型分别转换为受试者二维人脸图像、受试者人脸深度图，所述受试者人脸深度图为二维图像；

将所述受试者二维人脸图像、受试者人脸深度图作为训练好的头面部穴位自动识别模型的输入，得到受试者人脸穴位坐标(x，y，z)；

根据受试者人脸穴位坐标，在受试者头面部上进行穴位定位。

我们可以选择在所述受试者三维头面部模型上进行穴位定位；也可以选在在所述受试者二维人脸图像上进行穴位定位。

进一步的，我们可以采用立体打印设备打印受试者三维头面部实体模型，在该实体模型上进行穴位定位；

三维头面部实体模型包括实心的实体模型以及镂空的面具模型。

或采用平面打印设备印受试者二维人脸图片，在该图片上进行穴位定位；

作为实现上述方法的硬件系统，本发明还提出了一种系统，包括：

采集模块，用于扫描采集每个人体样本的三维头面部信息和受试者的三维头面部信息，所述人体样本的三维头面部信息包括经标记的穴位相对坐标、穴位相对于附件骨性标记的距离及人体样本的同申寸；

和

模型建立模块，所述训练模块被配置为从人体样本的三维头面部信息中选取头面部信息训练数据集和头面部信息测试数据集，通过深度学习算法训练并优化头面部穴位自动识别模型；

和

识别定位模块，用于在所述受试者的三维头面部信息基础上，进行穴位识别定位。

其中模型建立模块包括：

训练模块，用于通过深度学习算法采用所述头面部信息训练数据集训练头面部穴位自动识别模型；

测试模块，用于基于专业评价信息和所述头面部信息测试数据集，测试优化所述头面部穴位自动识别模型。

识别定位模块包括形状定位单元、颜色定位单元或声音定位单元。

进一步的，为了打印出三维实体模型或二维图篇，还包括立体打印设备或平面打印设备，采用立体打印设备打印受试者三维头面部实体模型，在该实体模型上进行穴位定位；

或采用平面打印设备打印受试者二维人脸图片，在该图片上进行穴位定位。

最后，实体模型可以用来作为个体穴位定位的参照物。

面具模型可以直接在穴位处添加红外装置用于理疗，穴位空隙处可以施加针灸、按摩或加药等治疗方式。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。