CN101828905B - 中医色诊系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中医色诊系统，涉及中医面部望诊领域，属于医学诊断领域。该系统包括标准环境的人脸图像采集系统(1)、计算机(2)、图像处理软件(3)和中医色诊色部定位法(4)，标准环境的人脸图像采集系统(1)在模拟日光环境中拍摄人脸图像，转换为数字信号后输入计算机(2)，图像处理软件(3)按照中医色诊色部定位法(4)提取各色部区域，计算各色部的色诊数据，建立色诊数据库，统计色诊数据化指标的分布。本发明定位精确、简便易行，人工光源显色性好、光学性能稳定且照度均匀，通过CCD数码技术和计算机数字图像处理技术使中医色诊达到定量化、标准化和规范化，可以应用在中医辅助诊断和中医色诊客观化的研究领域。
Description
技术领域
本发明公开了一种中医色诊系统，涉及中医面部望诊领域，属于医学诊断领域。
背景技术
色诊是通过观察病人颜面五官的气色变化以了解病情的诊断方法，它是中医独特的诊断方法，可以为疾病的定性，定位以及预后提供一定的诊断依据，具有重要的诊断意义，因而被历代医家所推崇。春秋战国时代名医扁鹊，医术精湛，擅长望诊。他精于望色，通过望色判断病证及其病程演变和预后。《史记》非常生动的记载了他四望齐桓侯(公)为其开列医方，而齐桓侯(公)不听，终于死亡的病案。在中医四大诊法当中，望诊居于首位，十分重要，也十分深奥。但由于历史条件的限制，传统的中医色诊一直停滞在靠目测、用语言描述的定性水平，受医生经验和语言表达能力限制，主观性强，因此在临床中出现诊断标准不统一情况，影响临床疗效的提高和经验的继承。中医色诊客观化就是充分运用现代科学各有关学科的知识、技术和方法来研究中医色诊，在中医色诊学理论的基础上，系统地研究其独特的理论体系和丰富的临床经验，总结规律，揭示本质，使中医色诊学的系统理论经过实验科学的验证，成为更加严密而先进的学科。
经对现有技术文件的检索发现，中国发明专利申请号01229945.6，专利名称为：数字化中医舌象采集装置，该专利设计了一种相对封闭、稳定的舌图像拍摄环境；中国发明专利申请号200610025869.7，专利名称为：中医舌像分析与诊断系统，该专利设计了一种针对舌图像进行采集、处理、数据和信息管理、诊断和治疗的软件系统；中国发明专利申请号200710045884.2，专利名称为：传统中医面部气色望诊系统，该专利设计了一种面部图像整合处理器，将由不同的光、热源影像采集器采集的面部图像融合，得出人体面部气色的影像和数据；中国发明专利申请号200810033195.4，专利名称为：中医面色诊断仪，该专利设计了一种以LED光源为照明光源的面色诊采集暗箱，属于一种人造光源箱。经对国际专利数据库检索，在欧洲专利局数据库中，日本专利JP1996033398719961213，专利名称为：DIAGNOSTIC SYSTEM，该专利设计了一种算法，通过人脸面部图像的数据提取不同的图像生物特征参数，在人脸图像的远程传输中，这些参数作为物理量与图像一起在接收端显示，可以帮助医生客观、准确、有效地对病人作出诊断；日本专利JP2003010337320030304，专利名称为：METHOD OF DERMAL DIAGNOSIS AND MAKEUPWIPING DEVICE，该专利设计了一种人脸部皮肤擦除器，该仪器浸水后，能以恒定的压力对人脸特定区域皮肤进行化装品的清洗而不会改变皮肤的水分和油脂含量。无论顾客是否化装，经过该仪器对皮肤进行清洁后，可以准确地检测皮肤状态。在进一步的检索中，尚未见有报道过根据中医色诊理论的色部定位法对人脸面部图像进行定位分析的仪器和系统。
发明内容
本发明根据多年实践，提供了一种中医色诊系统，使其应用于中医色诊客观化研究和中医色诊的辅助诊断治疗。
本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：
一种中医色诊系统，包括标准环境的人脸图像采集系统、计算机、图像处理软件和中医色诊色部定位法，标准环境的人脸图像采集系统在模拟日光环境中拍摄人脸图像，转换为数字信号后输入计算机，图像处理软件按照中医色诊色部定位法提取各色部区域，计算各色部的色诊数据，建立色诊数据库，绘制色诊数据图形。
所述的标准环境的人脸图像采集系统包括机箱、稳压输出设备、模拟日光光源、光缆和积分球，稳压输出设备、模拟日光光源和光缆位于机箱下部，积分球位于机箱上部，电流进入稳压输出设备后，将稳定的电压输出到模拟日光光源，发出稳定的光线，由光缆将光线导入积分球内。
所述的模拟日光光源采用氙灯光源。
所述的积分球包括一个出光口、三个CCD数码相机拍摄孔、两个入光孔和CCD数码相机，光源经两个入光孔导入积分球内，将人脸放置在出光口处用CCD数码相机拍摄正面和左右侧面的人脸图像。
所述的积分球以大于0.95的反射比将入射的辐通量反射出去，而且在各个方向上具有相同的亮度。
所述的图像处理软件包括图像裁剪程序、滤波检测程序、图像处理程序、建库程序、数据库检索程序和数据图形化程序。图像裁剪程序对原始拍摄图像进行裁剪，裁剪后的图像经滤波检测程序进行滤波检测，检测合格后进入图像处理程序运行，运行后的合格的色部数据，在建库程序中完成色诊数据库的建立，数据库检索程序对色诊数据库里的信息进行检索并由数据图形化程序实现数据库中所有图像各色部数据图的绘制。
所述的图像处理程序包括图像处理模块、用户图形界面模块、色部选择模块；图像处理模块完成对图像的区域定位和提取，并计算各个中医色诊区域的色度值；用户图形界面模块将图像的色诊区域和对应的色度值以图形图像的方式直观地表现出来；色部选择模块实现用户对各色诊区域的选择。
所述的用户图形界面模块包括原图像及各色部位置标示、色部控件和区域色度数据；通过色部控件对色部选项的不同选择，色部在原图像位置标示作相应的变化，同时区域色度值也作相应改变。
所述的中医色诊色部定位法包括：颜面自然标志分区法和脏腑色部坐标定位法。
所述颜面自然标志分区法将颜面色部依自然标志标定为五脏色部区，包括心区、脾区、肝区、肺区、肾区的区域位置划分。
所述脏腑色部坐标定位法，包括肺色部中心点、心色部中心点、肝色部中心点、脾色部中心点、膀胱、子宫色部中心点、胆色部中心点、胃色部中心点、小肠色部中心点、大肠色部中心点、肾色部中心点位置及区域。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)颜面自然标志分区法和脏腑色部坐标定位法，将中医色部定位分为由大到小、由粗到细的二个层次。这种定位模式既严格符合《内经》中关于色诊的传统理论，又符合中医长期临床实践规律，还有定位精确、简便易行的优点，适合于各种科研仪器定位选用。(2)设计的标准人工光源显色性好，光学性能稳定而且照度均匀，不受外界环境变化的干扰，方便随时进行图像采集。(3)通过CCD数码技术和应用计算机数字图像处理技术使中医色诊达到定量化、标准化和规范化。(4)将这些数字化结果与中医理论和临床实践结合起来，以使中医色诊客观化的研究能有一个突破性的进展。
附图说明
图1为中医色诊系统图。
图1中标号名称：1、标准环境的人脸图像采集系统；2、计算机；3、图像处理软件；4、中医色诊色部定位法。
图2(a)为标准环境的人脸图像采集系统的正视图，图2(b)为标准环境的人脸图像采集系统的侧视图。
图2中标号名称：5、机箱；6、积分球；7、出光口；8、CCD数码相机拍摄孔；9、CCD数码相机；10、入光口。
图3为积分球出光、入光孔位置图。
图4为图像处理软件系统中的各软件程序组成图。
图5为颜面自然标志分区法的定位图。
图6为脏腑色部坐标定位法的示意图。
图7为图像处理软件中的用户图形界面组成图。
图7中标号名称：17、原图像及各色部位置标示；18、色部控件；19、色度值。
图8为数据库检索程序的界面图。
图8中标号名称：20、样本编号；21、原始图像；22、诊断结果；23、姓名检索；24、翻页控件；25、翻页控件；26、姓名；27、性别；28、年龄；29、籍贯；30色部名；31、色度值。
图9为样本图像数据图。
图10为样本图像数据概率分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明：本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示一种中医色诊系统，包括标准环境的人脸图像采集系统1、计算机2、图像处理软件3和中医色诊色部定位法4，其特征在于标准环境的人脸图像采集系统1在模拟日光环境中拍摄人脸图像，转换为数字信号后输入计算机2，图像处理软件3按照中医色诊色部定位法4提取各色部区域，计算各色部的色诊数据，建立色诊数据库，绘制色诊数据图形。
如图2所示，标准环境的人脸图像采集系统1是一个箱体式结构，包括机箱5、稳压输出设备、模拟日光光源、光缆和积分球6。机箱5为上下两部分，箱体外表面为银灰色或天蓝色。整个光源系统位于机箱5的下部，包括稳压输出设备、模拟日光光源和光缆；积分球6位于机箱5上部。打开电源开关，电流先进入稳压输出设备，然后将稳定的220V交流电输出到模拟日光光源，模拟日光光源采用D55氙灯光源，相当于中午的间接日光；经氙灯电源电路、镇流电路、超高压触发电路启动短弧氙灯放电，发出显色性好，发光稳定、照度均匀的光线，由光缆将光线导入积分球6内。
如图3所示，积分球6包括一个出光口7、三个CCD数码相机拍摄孔8、两个入光孔10和CCD数码相机9，光源经两个入光孔10导入积分球6内，将人脸放置在出光口7处用CCD数码相机9通过三个CCD数码相机拍摄孔8拍摄正面和左右侧面的人脸图像。积分球6直径为一米，内涂层为F4涂料，以大于0.95的反射比将入射的辐通量反射出去，而且在各个方向上具有相同的亮度。
积分球6的内壁有极高的反射漫射特性，内部形成光线分布均匀、照度一致、没有阴影的仿日光标准拍摄环境，使用XYC-I全数字色度计对出光口7进行测量，色温均匀性为98.93％，照度均匀性是98.41％。
人脸图像拍摄之前，先打开电源，调整好光线亮度，再打开CCD数码相机9，设置好数码相机的拍摄参数，受检者将头部放在出光口7的位置，受检者的脸部图像被标准环境的人脸图像采集系统1采集，采集到的脸部图像输入计算机2，使用图像处理软件3，对人脸图像进行处理。
如图4所示，图像处理软件3包括图像裁剪程序11、滤波检测程序12、图像处理程序13、建库程序14、数据库检索程序15和数据图形化程序16，图像裁剪程序11对原始拍摄图像进行裁剪，裁剪后的图像经滤波检测程序12进行滤波检测，检测合格后进入图像处理程序13运行，运行后的合格的色部数据，在建库程序14中完成色诊数据库的建立，数据库检索程序15对色诊数据库里的信息进行检索并由数据图形化程序16实现数据库中所有图像各色度数据图的绘制。
图像裁剪程序11的功能是裁剪拍摄的原始人脸图像，将图像中无关的多余部分剪切掉，使图像的尺寸变小，加快图像在后续程序中执行速度，减少图像存储占用空间。这个程序可以显示原始拍摄图像和经裁剪后的图像，因此可以实时显示图像的裁剪效果，如裁剪不合适，可对输入的裁剪起始点坐标和长宽位移量进行调整，重新进行裁剪。
滤波检测程序12检验裁剪的图像滤波后人脸五官是否清晰可见，如滤波检测不合格，调整相应的滤波参数或对原图像进行一些局部修正，直到检测合格后才可进入图像处理主程序13。
图像处理程序13按照中医色诊色部定位法如图5和图6所示，找出色诊感兴趣的色部区域，对原图像进行区域提取和区域色度值的计算，生成用户图形界面如图7所示。通过这个用户界面可以检查程序处理的结果是否符合色诊色部定位法的要求，也可以查看不同脏腑色部的颜色与数据的对应关系。
建库程序14实现中医色诊数据库的建立。图像处理程序13计算出合格的色部数据后，接着运行建库程序14，通过键盘交互方式和自动方式输入图像的各项信息。其中图像文件名、姓名、性别、年龄、籍贯、医术诊断结果等项通过键盘交互录入，图像处理程序13计算的所有色部数据自动输入数据库中。使用建库程序14可以将计算结果连同图像及个人信息及医生的诊断结果存入色诊数据库中。
数据库检索程序15可以检查建库程序14的运行结果是否正确，同时可以查找数据库中每一张色诊图像的相应信息。
数据图形化程序16绘制数据库中各色部所有数据图。通过概率分布图可以直观地看出色部数据的整体分布情况以及不同色部数据的差异。
中医色诊系统中的中医色诊色部定位法4包括：颜面自然标志分区法和脏腑色部坐标定位法。如图5所示，颜面自然标志分区法将颜面色部依自然标志标定为五脏色部区，包括心区、脾区、肝区、肺区、肾区的区域位置划分。五脏色部区具体位置是：
心区(XQ)：上界及左右界为发际，以两眉及眉间连线、眉外延线为下界。
脾区(PQ)：上界为两眉内侧端连线，下界为唇裂，左右侧界为该侧眉内端与口角连线。
肝区(GQ)：上界为左眼及其外延线，下界为左唇裂延线，右界为右眼角口角连线。
肺区(FQ)：上界为右眼及其外延线、下界为右侧唇裂延线，左界为左眼角口角连线。
肾区(SQ)上界为唇裂及其左右延长线。
脏腑色部坐标定位法的依据是：人的面部正面宽度大约相当于五个眼宽，因而可以竖分为十个近似等分。以前正中线，内眦垂线、瞳孔垂线、外眦垂线、太阳穴垂线为竖坐标。以眉内侧端连线、目内侧端连线，颧骨最高点连线、鼻翼中央偏上1/3连线，鼻翼基底水平线为横坐标。用横竖坐标线组成坐标图，则全部脏腑色部中心点，基本均位于横竖坐标线的交点上。如图6所示，脏腑色部坐标定位法，包括肺色部中心点、心色部中心点、肝色部中心点、脾色部中心点、膀胱、子宫色部中心点、胆色部中心点、胃色部中心点、小肠色部中心点、大肠色部中心点、肾色部中心点位置及区域。其具体位置如下：
肺色部中心点(F)：前正中线与两眉内侧端连线交点；
心色部中心点(X)：前正中线与两眼内眦连线交点，正当鼻梁骨最低处。
肝色部中心点(G)：前正中线与两颧骨最高点连线交点，正当鼻梁骨最高处。
脾色部中心点(P)：前正中线与鼻翼中央偏上方连线交点，正当鼻尖上方，鼻端准头上缘正中凹陷处。
膀胱、子宫色部中心点(PZ)：前正中线上，人中沟上1/3与下2/3的交界处。
胆色部中心点(D)：目内眦垂线与两颧骨连线交点，肝部两侧，相当于鼻梁骨外缘偏下方，下缘尽处。
胃色部中心点(W)：目内眦垂线与脾水平线交点。脾部两侧。
小肠色部中心点(XC)：瞳孔垂线与两颧骨最高点连线交点.颧骨内侧缘处。
大肠色部中心点(DC)：目外眦垂线上，颧骨下缘处。大约相当于肾部中心与小肠部中心连线，和外眦垂线的交点。
肾色部中心点(S)：太阳穴垂线与鼻翼基底水平线交点。
图像处理程序13包括图像处理模块、用户图形界面模块、色部选择模块；图像处理模块完成对图像的区域定位和提取，并计算各个中医色诊区域的色度值；用户图形界面模块将图像的色诊区域和对应的色度值以图形图像的方式直观地表现出来；色部选择模块实现用户对各色诊区域的选择。
如图7所示，用户图形界面包括原图像及各色部位置标示17、色部控件18和区域色度数据19；色部控件18是一个下拉式菜单，包括了中医色诊的肺、心、肝、脾、肾等脏腑的色部选项，用户通过点击相应选项选择感兴趣的色部；图形界面的左侧位置17显示程序处理的原始图像，并在图像中标示所选色部在图像中的位置和区域大小；色度值19位置显示所选色部的色度值。通过弹出控件18对色部的不同选择，色部在原图像中的位置标示17作相应的变化，同时区域色度值19也要相应改变。
数据库检索程序15生成一个数据库检索的用户界面如图8所示。姓名检索23是一个编辑控件，用户输入姓名后，按回车键，整个界面显示输入姓名的各项信息，即姓名26、性别27、年龄28和籍贯29，同时该患者的色部名30及相对应的色度值31也会显示在用户界面上，刚开始由标准环境的人脸图像采集系统1采集到的原始图像21和最终的诊断结果22也同时显示；翻页控件24检索当前显示样本编号20前一页的信息；翻页控件25检索当前样本编号20后一页的信息。数据库检索程序可以按照姓名检索的方式、向前翻页和向后翻页的方式对色诊数据库进行检索，以图形图像的方式显示数据库的各项信息。
使用中医色诊系统的标准环境的人脸图像采集系统拍摄了100例人脸图像样本，运行图像处理软件，所有样本图像数据如图9所示；各样本图像肺、心、肝、脾四色部数据概率分布图如图10所示。
本发明根据《皇帝内经》的相关记载提出了中医色诊色部定位法，根据中医色诊对间接日光的要求，设计了显色性好，发光稳定、照度均匀的色诊标准光源环境，使用现代化高科技CCD数码相机拍摄人脸部图像，通过编制图像处理系统软件提取图像色诊区域，计算区域色度数据，建立色诊数据库，绘制数据图形，为传统中医色诊提供现代化仪器和量化数据，解决了因个体差异导致的观察失误，为中医色诊客观化研究奠定了基础，同时也可作为中医色诊的辅助设备。
Claims (7)
1.一种中医色诊系统，包括标准环境的人脸图像采集系统(1)、计算机(2)、图像处理软件(3)和中医色诊色部定位法(4)，标准环境的人脸图像采集系统(1)在模拟日光环境中拍摄人脸图像，转换为数字信号后输入计算机(2)，图像处理软件(3)按照中医色诊色部定位法(4)提取人脸图像中各色部区域，计算各色部的色诊数据，建立色诊数据库，统计色诊数据化指标的分布，其特征在于所述的标准环境的人脸图像采集系统(1)包括机箱(5)、稳压输出设备、模拟日光光源、光缆和积分球(6)，稳压输出设备、模拟日光光源和光缆位于机箱(5)下部，积分球(6)位于机箱(5)上部，电流进入稳压输出设备后，将稳定的电压输出到模拟日光光源，发出稳定的光线，由光缆将光线导入积分球(6)内。
2.根据权利要求1所述的中医色诊系统，其特征在于所述的模拟日光光源采用氙灯光源。
3.根据权利要求书1所述的中医色诊系统，其特征在于所述的积分球(6)包括一个出光口(7)、三个CCD数码相机拍摄孔(8)、两个入光孔(10)和CCD数码相机(9)，光源经两个入光孔(10)导入积分球(6)内，将人脸放置在出光口(7)处用CCD数码相机(9)拍摄人脸的正面图像和左右侧面图像。
4.根据权利要求1或3所述的中医色诊系统，其特征在于所述的积分球(6)以大于0.95的反射比将入射的辐通量反射出去，而且在各个方向上具有相同的亮度。
5.根据权利要求书1所述的中医色诊系统，其特征在于所述的图像处理软件(3)包括图像裁剪程序(11)、滤波检测程序(12)、图像处理程序(13)、建库程序(14)、数据库检索程序(15)和数据图形化程序(16)，图像裁剪程序(11)对原始拍摄图像进行裁剪，裁剪后的图像经滤波检测程序(12)进行滤波检测，检测合格后进入图像处理程序(13)运行，运行后的合格的色部数据，在建库程序(14)中完成色诊数据库的建立，数据库检索程序(15)对色诊数据库里的信息进行检索并由数据图形化程序(16)实现数据库中所有图像各色度数据图形的绘制。
6.根据权利要求书5所述的中医色诊系统，其特征在于所述的图像处理程序(13)包括图像处理模块、用户图形界面模块、色部选择模块；图像处理模块完成对图像的区域定位和提取，并计算各个中医色诊区域的色度值；用户图形界面模块将图像的色诊区域和对应的色度值以图形图像的方式直观地表现出来；色部选择模块实现用户对各色诊区域的选择。
7.根据权利要求书6所述的中医色诊系统，其特征在于所述的用户图形界面模块包括原图像及各色部位置标示(17)、色部控件(18)和区域色度数据(19)；通过色部控件(18)对色部选项的不同选择，色部在原图像位置标示(17)作相应的变化，同时区域色度数据(19)也作相应改变。
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