CN101435695A - 一种图片几何特征参数测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图片几何特征参数测量系统，属于计算机辅助测量分析技术的应用领域。它包括位置信号采集器、数据处理器和显示屏、功能选择器和信号发射器；信号发射器用于在待测图片的表面上发射用户选择的位置点的信号；位置信号采集器从其面对的图片区域内采集由发射器发射的位置点的信号，确定用户感兴趣的区域。数据处理器接收位置信号采集器传送的采集相对坐标，将其转换为实际相对坐标，再根据功能选择器提供的功能选择信号，处理将结果传送至显示屏。本发明系统采用数字化的测量方法，可帮助图片阅读者在阅读图片时方便地测量和比较图片中感兴趣的几何特征参数，如：距离、角度、形状和面积等。

Description

一种图片几何特征参数测量系统

技术领域

本发明属于计算机辅助测量分析技术的应用领域，具体涉及一种图片几何特征参数测量系统，图片可以是非数字化的各种图像，如：打印在纸张上的地图、印刷在塑料上的照片，以及医用X光胸片等。该系统是测量和比较图片中距离、角度、形状、面积等几何特征参数的工具，是一种辅助阅读图片的工具系统。

背景技术

在很多情况下，图片阅读者需要获取图片中的某些几何特征参数，包括距离、角度、形状和面积等，如出行者希望知道地图上某两个地点之间的距离以及某条曲折线路的路程，医生需要知道医学胶片上显示的肿块的大小，或两相邻骨头之间的角度等，如果能提供一种工具使图片的阅读者以很方便的方式测量图片中的几何特征参数，将会有实际意义和使用价值。由于技术因素的限制，目前在实际生活中，对图片中几何特征参数的估计度量一般有两种方式：第一种是目测的方法，即阅读者根据经验通过目测的方法来估计测量数据。采用这种方法，即使是经验较丰富的阅读者，目测结果也难免会存在一定的误差，经验较少的阅读者则往往更不准确。第二种方法是借助于非数字化的测量工具，即用三角尺、圆规和量角器等来进行辅助测量。这样的方法虽然能测量图片上的某些简单的几何特征参数，但是不能容易地测量非规则区域面积和周长等，在实际操作时，常用矩形面积近似代替非规则区域面积，用多边形周长近似代替非规则区域周长，误差较大。而对于几何形状参数，如：与圆形的相似度、区域边界的光滑度等，更是没有简单的非数字化的测量工具可供使用。

总之，对图片中距离、角度、形状和面积等几何特征参数进行测量是有实际意义的，而现有的目测方法和非数字化测量方法所计算出的几何特征参数误差往往较大，都不能很好很方便地满足图片中几何特征参数的测量需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图片几何特征参数测量系统，该系统可以帮助图片阅读者在阅读图片时方便地获取图片中的感兴趣区域的几何特征参数，且无需先将图片进行数字化，该感兴趣区域可以是图片中的任意的局部区域或整个区域。

本发明提供的图片几何特征参数测量系统，其特征在于：它包括位置信号采集器、数据处理器和显示屏、功能选择器和信号发射器；数据处理器以有线或无线的方式分别与位置信号采集器、显示屏及功能选择器相连；

信号发射器用于在待测图片的表面上发射用户选择的位置点的信号；

位置信号采集器为信号传感器阵列，使用时位于待测图片的前方，从其面对的图片区域内采集由信号发射器发射的位置点的信号，确定用户选定的位置在采集区域中的采集相对坐标，形成用户选择的感兴趣区域，该感兴趣区域为待测图片的局部或整个区域，位置信号采集器还将该采集相对坐标传送给数据处理器；

功能选择器用于接受用户的功能选择信号，功能选择包括位置标定、几何特征参数的测量和比较几何特征参数测量结果中的一项或多项，并将该功能选择信号提供给数据处理器；

数据处理器接收位置信号采集器传送的采集相对坐标，将其转换为实际相对坐标，再根据功能选择器提供的功能选择信号，进行相应的处理，并将处理结果传送至显示屏，显示屏以数字或图形的方式显示给用户。

本发明系统使用时，将位置信号采集器放置在图片中待测量区域的前方，其信号采集范围必须大于待测量的区域。每次位置信号采集器与待测量区域的相对位置确定或改变后，第一次使用该系统时，先对位置信号采集器相对于图片的位置进行标定，并将标定的结果进行保存。用户通过功能选择器产生功能选择信号，再通过信号发射器在图片上感兴趣的位置上发射位置信号，位置信号采集器根据位置信号发射器所发射信号的位置，确定用户选定的位置在采集区域中的采集相对坐标，数据处理器得到功能选择信号和采集相对坐标后，进行相应的几何特征参数(包括：距离、角度、形状、面积等的测量，大小及形状等的比较)测量或几何特征参数的比较，测量得到的几何特征参数结果或几何特征参数的比较结果由显示屏以数字或图形的方式显示给用户。

本发明系统弥补了现有电子辅助阅片系统的不足，现有电子阅片系统需要先对图片进行数字化采集，然后才能进行图片的几何参数测量，而且使用这样的方式进行几何参数测量受到图片浏览幅面的限制，对于测量尺寸大于浏览幅面的图像区域的几何特征参数并不方便，容易失去测量几何特征参数的参考信息。本系统在使用时无需数字化采集图片，就可以直接针对图片中的局部或整个区域进行几何参数测量，且测量区域不受图片观阅限制，极大地方便了阅片者的使用。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中位置信号传感器结构示意图；

图3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6为本发明具体实施方式中信号采集模块布局示意图；

图4为本发明实施例的结构示意图；

图5为实施例所使用的检测光笔结构示意图。

具体实施方式

下面通过借助以下实施例将更加详细说明本发明，且以下实施例仅是说明性的，本发明并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本发明提出的图片几何特征参数测量系统包括位置信号采集器1、数据处理器2和显示屏3、功能选择器4和信号发射器5。

信号发射器5是安装有发射一定频率信号器件，所发射的信号可以是红外信号，也可以是其它频率的信号。信号发射器5用于在待测图片的表面上发射用户选择的位置点的信号。

位置信号采集器1放置在待测图片的前方，从其面对的图片区域内采集由信号发射器5发射的位置点的信号，确定用户选定的位置在采集区域中的采集相对坐标，形成用户选择的感兴趣区域，并将该采集相对坐标传送给数据处理器2。

数据处理器2以有线或无线的方式分别与位置信号采集器1、显示屏3及功能选择器4相连。

在图2的所示的网格内，均设置有信号传感器，组成在水平和垂直方向上排列的信号传感器阵列11，作为位置信号采集器1。信号传感器可以采用红外传感器，也可以采用其他类型的信号传感器。水平和垂直所排列的传感器个数可以由实际的应用决定，如果，需要得到较高精度的信号采集相对坐标，可以在水平或垂直方向布置数量较多的传感器，以达到信号采集的高分辨率。此时采集信号的相对坐标可以通过如下方法计算获得：信号水平相对坐标X等于响应该信号的传感器在水平阵列上的位置求和，除以响应该信号的传感器的个数；信号水平相对坐标Y等于响应该信号的传感器在垂直阵列上的位置求和，除以响应该信号的传感器的个数。

如图3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6所示，位置信号采集器1必须放置在待测图片的前方，可以是待测图片的上方/下方，也可以是特侧图片的左方/右方，且信号采集范围必须大于待测量的区域。

功能选择器4用于接受用户输入，将该输入转换为相应的功能选择信号，并将该功能选择信号传送至数据处理器2。功能选择信号包括初始化位置标定，对单个区域进行距离、角度、形状、面积的测量，以及多个区域测量结果的比较等。

数据处理器2同时与显示屏3和功能选择器4相连。接收功能选择器4传送来的功能选择信号，并将测量的几何信息结果传送给显示屏3显示，以数字或图形的方式显示给用户

数据处理器2接收功能选择器4传送来的功能选择信号，并接收位置信号采集器1传送的采集相对坐标，根据所接收的采集相对坐标和功能信号进行位置标定、或将采集相对坐标变换为实际相对坐标，并进行几何特征参数的测量和比较，同时将几何特征参数测量的结果或几何特征比较的结果传送至显示屏3。

位置标定是通过指定已知形状的顶点让系统确定测量区域的形变参数，以及确定图片上测量的距离和实际物理距离之间的比例关系。该形变参数和比例关系可以通过如下方式获得：使用信号发射器5在待测量区域内一个边长为指定距离的凸多变形的顶点位置上，以规定顶点的顺序，先后使信号发射器5按规定的顶点顺序发射顶点位置信号。通过位置信号采集器1，数据处理器2获得该凸多变形的顶点位置的相对坐标，该相对坐标，在此处被称为世界坐标系下的点，并根据实际的应用情况，将该相对坐标映射成为特定观察坐标系内的点，并通过世界坐标系映射为观察坐标系的变换过程，求解出形变参数和比例关系。

实际相对坐标就是通过将采集相对坐标通过位置标定的形变参数和比例关系，变换为实际的相对于采集区域的实际相对坐标；

几何特征参数测量为：通过两点实际相对坐标计算长度、通过三点实际相对坐标计算计算角度、通过待测量区域边界多点实际相对坐标计算面积；几何特征比较是对一个测量区域的轮廓形状进行类圆度判别，或是通过将两个测量区域的轮廓形状进行对齐配准，比较这两个区域之间的差异，差异包括：相似程度比较、重叠区域面积比较，以及轮廓光滑程度比较等。

测量两点距离时，使用信号发射器5，分别在图片上待测两点的位置上，先后发射两次信号，通过距离公式即可计算出两个信号发射点之间的距离。

测量两条线的夹角时，信号发射器5在图片上先后三次发射信号，让第一个信号发射点与第二个发射点组成待测角度的线段L1，让第二个发射点与第三个发射点组成待测角度的线段L2，通过余弦定理即可计算出线段L1和线段L2所成的角度。

测量区域的面积时，移动信号发射器5到待测区域边界上时，发射信号，并保持信号发射状态，同时使信号发射器5沿区域边缘移动一周，实时发射信号，通过积分公式即可计算所有信号发射点围成的区域面积。

比较两个不同的区域时，按与测量区域的面积相同的方式，使信号发射器5分别沿待比较的两个区域边缘各移动一周，实时发射信号，通过发射点所围成的区域，根据重心计算公式，计算两区域的重心，则可使该两个区域的轮廓以重心对齐的方式重叠，此时，即可分别计算出重叠区域的面积、非重叠区域的面积、以及相近似程度等比较信息。

本发明系统与现有的非数字化测量方法相比较，用户仅需选择需要测量的几何特征参数，和使用信号发射器5标记感兴趣的位置即可完成图片上几何特征参数的测量和比较。所有几何特征参数的测量都由该系统自动计算完成，这种数字化测量方法方便图片阅读者在阅读图片过程中测量和比较图片中的感兴趣几何特征参数，如：距离、角度、形状和面积等。

实施例：

下面以测量医用X光胸片为例对本发明的实施作进一步具体的说明，本发明同样适用于其它各种非数字化的图像，该实施例用户要求包括对医用X光胸片中肿块的直径、面积、两相邻骨头之间的角度的测量，以及肿块的大小、形状的比较，用户也可以只选择部分测量功能。

如图4所示，在本实施例所实现的图片几何特征参数测量系统中，位置信号采集器1和数据处理器2组合在一起，功能选择器4和显示屏3组合为一体，信号发射器5采用测量光笔8，为方便系统的位置和尺度比例标定，该系统还可以包括标定支架9。

位置信号采集器1和数据处理器2可以安装在由金属或塑料制作成一个盒体内，其中，位置信号采集器1采用通用的红外摄像头实现，数据处理器2采用通用的嵌入式处理器。

功能选择器4由一组功能按键及配套的触发电路组成，这组功能按键包括：位置标定、测量长度、测量角度、测量面积、轮廓比较、类圆度比较等功能按键。

如图5所示，测量光笔8采用金属或塑料制作成一个笔形的圆筒，圆筒的一端安装一个红外发射二极管81，圆筒的外表面的中部安装一个开关82，用于控制红外发射二极管81发射红外信号，开关82的两个接线端，一端与电源相连，另一端与红外发射二极管81相连。

标定支架9采用金属或塑料制作成一个直角边形状的支架，支架上的三个顶点处各安装一个红外发光二极管。在系统进行初始化标定时将标定支架9贴在待测量区域内。

本系统中的所有装置都可以由外接电源或电池供电。

使用时，位置信号采集器1和数据处理器2安装在医学观片灯10的前方，并使几何测量装置6到观片灯10之间保持2米距离。选择及显示装置7放置在离用户较近的桌面上。

本实施例对医用X光胸片几何特征测量系统的工作过程为：

(1)按图4安装好各部件，并接通电源。

(2)信号采集器1与待测量区域的相对位置确定或改变后第一次使用时，则需要进行位置标定，其步骤如下：

(2.1)按下功能选择器4中的标定按键，进行系统初始化标定，系统标定过程中所需要的信号发射点位置，可以通过如下两种方式产生。方式一：若不采用标定支架9，则使用测量光笔在待测量区域内一个腰为10厘米的等腰直角三角形的三个顶点位置上以直角顶点在前的顺序先后按下开关81各一次，每次发射一次红外信号。方式二：若采用标定支架9，则将标定支架9贴在(也可以事先固定在)待测量区域内，按下功能选择器4中的标定按键触发标定支架上的三个红外发光二极管以直角顶点在前的顺序先后各发射一次红外信号。

(2.2)位置信号采集器1从其面对的测量区域采集步骤(2.1)发射的三次红外信号，根据该信号源的位置确定用户标定的位置在采集区域中的采集相对坐标，并将该采集相对坐标传送给数据处理器2。

(2.3)数据处理器2，根据步骤(2.2)依次所获得的直角三角形三个顶点相对于测量区域的采集相对坐标，求解使该三个顶点成为腰长为10厘米的等腰直角三角形、且第一个坐标为直角三角形顶点坐标的变换矩阵，并将该矩阵作为标定参数存储起来。该变换矩阵就是坐标变换矩阵，以后采集到的测量区域中采集相对坐标，都要通过该矩阵变换为实际的相对于采集区域的实际相对坐标。

(3)用户按下功能选择器4的一个功能按键(如测量长度、测量角度、测量面积、轮廓比较、类圆度比较等按键)，产生功能选择信号，此功能选择信号被传送至数据处理器2。

(4)数据处理器2接收功能选择器4传送来的功能选择信号，设定要处理的功能，即：是测量肿块的直径/面积/两相邻骨头之间的角度，还是比较肿块的大小/形状。

(5)用户手持测量光笔8移动到医用X光胸片上肿块的感兴趣位置，按下开关81，使测量光笔中的红外发射二极管81发射信号。

(6)位置信号采集器1从其面对的区域采集测量光笔发射的若干个(测量两点间距离为两个，测量角度为三个，测量面积为连续的若干个)位置信号，根据这些信号源依次确定采集相对坐标，并将这些采集相对坐标依次传送给数据处理器2。

(7)数据处理器2根据步骤(4)选定的处理功能，以及步骤(6)采集的相对坐标，首先将这些采集相对坐标变换为实际相对坐标，再根据这些实际相对坐标计算出几何特征参数或进行几何特征的比较，并将几何特征参数结果或几何特征的比较结果传送至显示屏3。

(8)显示屏3将步骤(6)计算出的几何特征参数结果或几何特征的比较结果以数字或图形(如两个区域轮廓的叠加图形)的方式显示给用户。

(9)重复步骤(2)-(8)可多次测量和比较不同区域感兴趣的几何特征参数，若系统不需要进行待测量区域的位置标定时，可跳过步骤(2)。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1、一种图片几何特征参数测量系统，其特征在于：它包括位置信号采集器(1)、数据处理器(2)和显示屏(3)、功能选择器(4)和信号发射器(5)；数据处理器(2)以有线或无线的方式分别与位置信号采集器(1)、显示屏(3)及功能选择器(4)相连；

信号发射器(5)用于在待测图片的表面上发射用户选择的位置点的信号；

位置信号采集器(1)为信号传感器阵列，使用时位于待测图片的前方，从其面对的图片区域内采集由信号发射器(5)发射的位置点的信号，确定用户选定的位置在采集区域中的采集相对坐标，形成用户选择的感兴趣区域，该感兴趣区域为待测图片的局部或整个区域，位置信号采集器(1)还将该采集相对坐标传送给数据处理器(2)；

功能选择器(4)用于接受用户的功能选择信号，功能选择包括位置标定、几何特征参数的测量和比较几何特征参数测量结果中的一项或多项，并将该功能选择信号提供给数据处理器(2)；

数据处理器(2)接收位置信号采集器(1)传送的采集相对坐标，将其转换为实际相对坐标，再根据功能选择器(4)提供的功能选择信号，进行相应的处理，并将处理结果传送至显示屏(3)，显示屏(3)以数字或图形的方式显示给用户。

2、根据权利要求1所述的图片几何特征参数测量系统，其特征在于：信号发射器(5)为测量光笔。

3、根据权利要求1或2所述的图片几何特征参数测量系统，其特征在于：该系统还包括标定支架(9)。

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