一种基于双目摄像的厚度测量系统的制作方法

本实用新型属于测距技术领域，具体涉及通过至少两个摄像头进行厚度测量的系统。

背景技术：

X射线之所以能使人体在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的特性，即其穿透性、荧光效应和摄影效应；另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。由于存在这种差别，当X线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样，在荧屏或胶片上就形成黑白对比不同的影像。

对于准确获取待拍摄病患所需X-射线辐射质量，主要体现在X-射线球管的工作管电压kvp，以及工作电流积mA·s。前者决定X-射线球管发出的X-射线的能级，更高的管电压对应更高的X-射线能级，也就对应着更强的X-射线穿透力；后者为电流与时间的乘积，共同决定了发出X-射线的量，更高的电流，更长的时间，对应更多的射线量)的需求由来已久，其决定了：X-射线成像质量；病患所接受的X-射线的量。对于前者，合适的穿透力，配上合适的X-射线量，才能产生合适的(清晰的，准确的)图像，方便诊断医生诊断；对于后者，更高的能级以及更多的射线量自然会对患者产生更大的伤害。

现有技术中，有通过使用电离室测量X-射线吸收量来间接指导调整曝光参数的。该技术通过测量多块位于探测器(X-射线探测接收装置)不同方位的电离室对X-射线的吸收量，来“告知”高压发生器(能量发生装置)是否需要继续供能：如果电离室的吸收量低于某个阈值，说明辐射量不够，则“告知”高压发生器继续供能；如果电离室的吸收量达到或大于该阈值，说明辐射量充足或过量，则“告知”高压发生器停止供能。该技术解决了部分问题：可以实时控制X-射线辐射量，即X-射线球管的工作电流积mA·s，但无法控制其辐射质，即工作管电压kvp，且电离室造价昂贵，易损坏，维护成本高，对诊断医师的专业要求极高，这对目前从业人员只拥有相对较低的整体素质的现状是严峻的考验。

而在所述X光成像系统中采用距离测定设备进行单独测距，并通过实施传输距离数据则可以计算得到被照射物体的厚度值，从而便于调节曝光参数，提高效率，并具有较高的稳定性。但现有的测距设备通常只能针对点对点的间距测量，而所述X光成像系统中需要测量的是X光发生端到目标垂直投影点之间的间距，而该间距只能通过间接测量，而间接测量则会产生误差，需要通过算法进行优化。普通的测距设备无法兼容优化算法，则会测出的数据存在误差，并无法修正。

技术实现要素：

针对上述现有技术中采用常规测距设备无法通过算法进行优化的问题，本实用新型提供一种针对于X光成像设备使用的通过双目成像原理进行有效测距的测量系统。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于双目摄像的厚度测量系统，包括至少两个镜头共面的摄像模块和与摄像模块连接的并通过同时接受所有的摄像模块发送的图片合成计算形成深度图的处理模块。

首先，所述双目成像测距原理如下：主要流程包括相机标定、双目校正、双目匹配和计算深度信息。首先摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变，可由三个参数k1，k2，k3确定；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变，可由两个参数p1，p2确定。单个摄像头的定标主要是计算出摄像头的内参(焦距f和成像原点cX，cy、五个畸变参数(一般只需要计算出k1，k2，p1，p2，对于鱼眼镜头等径向畸变特别大的才需要计算k3))以及外参(标定物的世界坐标)。而双目摄像头定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置(即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R、平移向量t)。

而双目校正是根据摄像头定标后获得的单目内参数据(焦距、成像原点、畸变系数)和双目相对位置关系(旋转矩阵和平移向量)，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐。这样一幅图像上任意一点与其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。而双目匹配的作用是把同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来，这样做的目的是为了得到视差图。得到视差数据，最后通过对极几何，即可算出真实物体到左右相机光心所在平面的垂直距离图，称之为深度图。

根据深度图可计算出对应点的坐标的距离值，从而将距离值输出。因为所述摄像模块的镜头共面，故得到的深度图中坐标的距离值即为该目标点到镜头所在平面之间的垂直间距值。

进一步的，包括束光器和设置在束光器上的测距组件，所述测距组件包括至少两个镜头共面的摄像模块和与摄像模块连接的并通过同时接受所有的摄像模块发送的图片合成计算形成深度图的处理模块，所述测距组件的测距光路路径与束光器的光路路径平行。束光器是用于X光成像设备的附属部件，主要用途是摆位时进行定位使用，模拟X射线的辐射区域，可以减少患者辐射剂量，增强图像质量。而将所述测距组件设置在所述束光器一侧，且测距组件内的所述处理模块的供电线穿过测距组件与束光器接触面并穿入束光器内，在束光器供电线路上单独设有与电源模块连接的测距组件供电线，从而增加一体性，减少外部走线。同时，所述处理模块的信号线同样穿过测距组件与束光器接触面并穿入束光器内，再经过内部空间与X光成像设备的控制电路连接，从而提供实时的检测数据。

值得说明的是，只需要保证所述测距组件的测距光路与说书束光器的光路路径平行，可无需设置在同一平面。因为所述测距组件需要测量所述束光器的光线射出端到被测物体之间的间距，但在测量之前即可获取到所述测距组件的测距起始点与束光器的光线射出端之间的距离，则可以根据实际需求调整测距组件的位置，只需要保证其测距光路与说书束光器的光路路径平行即可。在实际测量时可将获取到的间距值作为基准值来计算实际的厚度值，而两个模块的光线发出端共面只是其中一个特殊的实施方式。

进一步的，所述束光器包括A外壳和设置在A外壳一侧开口上的透明板，所述摄像模块的镜头与所述透明板共面。

进一步的，所述A外壳为长方体结构，所述测距组件设置在A外壳与所述透明板相邻侧面上。所述测距组件外部设有安装孔和走线孔，并在A外壳上开设有与安装孔对应的固定孔和线孔，通过插入螺栓将测距组件固定连接在A外壳上。

进一步的，所述A外壳在设有透明板的平面上还设有凹槽，所述测距组件设置在凹槽内。这里直接将测距组件集成在束光器内，不仅提高一体性，并减小测距组件的中心与束光器的十字中心的间距，从而减小误差。

进一步的，所述摄像模块均设置在同一B外壳内，所述B外壳一侧开设有多个开孔，所述摄像模块的镜头端朝外设置在开孔上。

进一步的，所述测距组件包括两个摄像模块，所述摄像模块对称设置在B外壳内，并在摄像模块之间的中线向外突出形成锥形凸块。

进一步的，所述锥形凸块上设有多个补光灯。

值得说明的是，本实用新型的装置是应用在X光成像设备上的测距设备，其直接检测数据为束光器十字中心到目标之间的垂直间距值，而通过处理模块处理计算后得到目标的厚度值，其计算步骤为：因为照射对象为固定目标时，会将照射对象固定在可移动的平板上，并移动到合适位置，将束光器上的十字靶心对准照射位置。此时照射对象底部贴合在平板上，而束光器到平板之间的间距为固定值：D1。而束光器到照射对象的十字靶心投影点之间的间距为D2，测量点的厚度值为H，既得到计算公式：H＝D1-D2。其中所述的D2即根据该测距设备得到的深度图而计算得到的间距值。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型通过带有合成深度图算法的处理模块，能够同时接受两个摄像头拍摄的图片进行合成，从而高效稳定的计算得到实际目标点的间距值，从而辅助计算出目标的厚度值，便于X光成像设备作为参考调节曝光参数。

(2)本实用新型通过可测量深度信息功能的部件相对廉价且便于维护，而且本发明对深度信息获取速度非常快，而且精度高，通过嵌入处理器的算法，可进一步剔除异常测量值并提升精度。

(3)本实用新型可直接在现有的X光成像设备上进行改装，从而具有较高的适应性，并且成本较低。

附图说明

图1是本实用新型的框架示意图；

图2是本实用新型的测距组件的示意图；

图3是本实用新型的测距组件设置在束光器侧面的示意图；

图4是本实用新型的测距组件设置在束光器凹槽内的结构示意图。

图中：1-束光器，101-A外壳，102-透明板，2-测距组件，3-摄像模块，4-B外壳，5-补光灯。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种基于双目摄像的厚度测量系统，包括两个镜头共面的摄像模块3和与摄像模块3连接的并通过同时接受所有的摄像模块3发送的图片合成计算形成深度图的处理模块。

根据深度图可计算出对应点的坐标的距离值，从而将距离值输出。因为所述摄像模块3的镜头共面，故得到的深度图中坐标的距离值即为该目标点到镜头所在平面之间的垂直间距值。

实施例2：

如图3所示，本实施例的一种基于双目摄像的厚度测量系统，包括束光器1和设置在束光器1上的测距组件2，所述测距组件2包括至少两个镜头共面的摄像模块3和与摄像模块3连接的并通过同时接受所有的摄像模块3发送的图片合成计算形成深度图的处理模块。

束光器1包括A外壳101和设置在A外壳101一侧开口上的透明板102，所述摄像模块3的镜头与所述透明板102共面。所述A外壳101为长方体结构，所述测距组件2设置在A外壳101与所述透明板102相邻侧面上。所述测距组件2外部设有安装孔和走线孔，并在A外壳101上开设有与安装孔对应的固定孔和线孔，通过插入螺栓将测距组件2固定连接在A外壳101上。

实施例3：

如图2和4所示，本实施例的一种基于双目摄像的厚度测量系统，包括束光器1和设置在束光器1上的测距组件2，所述测距组件2包括至少两个镜头共面的摄像模块3和与摄像模块3连接的并通过同时接受所有的摄像模块3发送的图片合成计算形成深度图的处理模块。

束光器1包括A外壳101和设置在A外壳101一侧开口上的透明板102，所述摄像模块3的镜头与所述透明板102共面。所述A外壳101在设有透明板102的平面上还设有凹槽，所述测距组件2设置在凹槽内。这里直接将测距组件2集成在束光器1内，不仅提高一体性，并减小测距组件2的中心与束光器1的十字中心的间距，从而减小误差。

摄像模块3均设置在同一B外壳4内，所述B外壳4一侧开设有多个开孔，所述摄像模块3的镜头端朝外设置在开孔上。进一步的，所述测距组件2的中线向外突出形成锥形凸块。所述锥形凸块上对称设有两个补光灯5。

其中，所述的处理模块中包含合成深度图的算法和通过多次迭代进行数据拟合的算法，均是基于设有两个摄像头的该厚度测量装置。所述的多次迭代进行数据优化的算法原理如下：

一、首先采用双目测距设备通过视差测距法测量束光器十字中心点A与患者标记点B之间的间距，并得到深度图，其中所述双目测距设备的中心点C与束光器十字中心点A共面，且所述中心点C与束光器十字中心点A之间的间距值固定。

二、通过该双目测距设备对多种厚度的标准件进行拍摄得到测试深度图，所述标准件为多个底面半径相等但厚度等值变化的正圆柱体作为标准件；将每个正圆柱体以任一圆形面为底固定在相同位置，采用双目测距设备对每个正圆柱体拍摄深度图，且所述正圆柱体的上侧圆形面圆心与所述束光器十字中心点A的连线垂直于所述双目测距设备的两个摄像头所在平面。在每个正圆柱体的深度图中找到其上侧圆形面圆心点坐标，并获取每个圆心点坐标在深度图中对应的厚度值，从而建立不同厚度下对应的圆心点坐标的梯度对照表。

三、再使用该双目测距设备拍摄目标并得到目标深度图，在目标厚度值为0时确定束光器十字中心点A在目标所在的深度图上的对应的坐标(i0，j0)，所述坐标(i0，j0)即为束光器十字中心点A在背景板面上的投影点。获取该坐标(i0，j0)在目标深度图找到对应的厚度值D1；再根据厚度值D1在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i1，j1)，此时记为一次迭代。再在深度图中找到坐标(i1，j1)对应的厚度值D2；然后根据厚度值D2在梯度对照表中找到对应的目标点坐标(i2，j2)，此时记为二次迭代；重复上述迭代方法，直到当所述Dn与Dn-1对应的坐标间距小于预设误差值时将Dn作为精确厚度值，此时记为n次迭代。其中n为自然数。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。