CN103385709B - 一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公开了一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其主要由以下八个部分组成：检测架，投影设备，成像装置，数字化图像记录与采集装置，机械支撑与调节装置，计算机处理模块，输入装置和输出装置。本发明采用光栅投影测量技术在非接触条件下对被检测体进行精确数据采集，测量精度高，测量速度快，并且可以在计算机操作平台上对需要测量的位置进行精确的位置定位分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置。本发明属于测量、机械工程和医学工程技术领域等复合交叉领域。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对美的要求也是越来越高，目前对面部进行外科整形时，对面部的测量多是医师凭经验判断进行设计，其效果不稳定而术后效果多存在一定的偏差，给美容效果带来遗憾。
目前对面部的测量方法有三维测量的方式，如中国专利101292915B公开了一种采用双单目三维测量系统获取患者面部外形的多视图点云数据；对点云数据进行预处理，包括点云无用点去除、对多视图点云进行拼合、重采样、坐标归一化，得到一个完整的患者颜面测量部位的点云数据。
中国专利201299570公开了一种人脸三维面形数字化测量系统，结构包括复合结构光产生装置、数字投影仪、CCD摄像机、计算机、参考平面。本发明能快速、便捷地获取准确的人脸数字化三维轮廓，为人脸整形美容外科手术带来新的测量手段和评估方法，促进医学整形美容的数字化进程。适于相关医疗美容领域推广使用。
上述方法存在测量结果不稳定，容易导致结果不精确，本发明要解决以上存在的问题，利用非侵入式照射测量得出精确的面部测量数据，本发明还可随时获得测量范围内任意点的相对高度及其相应位置信息。
发明内容
本发明的技术方案是提供一种专门用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其主要由以下八个部分组成：检测架，投影设备，成像装置，数字化图像 记录与采集装置，机械支撑与调节装置，计算机处理模块，输入装置和输出装置。其中：
检测架：所述检测架由底座和主体架构成，所述主体架通过齿轮和曲轴连接在底座上，所述主体架具有固定四肢的固定装置；
投影设备：所述投影设备可进行光栅投影到被检测体表面，在2米工作距离内提供至少1.2mx1.0m的投影栅面积；
成像装置：所述成像装置可在2米工作距离内对被检测体摄像并记录检测对象表面的光栅条纹；
数字图像记录与采集装置：所述数字图像记录与采集装置可以完成图像的连续采集、图像数字化且记录存储；
机械支撑与调节装置：所述机械支撑与调节装置包括支撑所述数字化图像记录与采集装置以及投影设备的升降平台。所述升降平台具有可调节高度的支承柱和升降杆，可以在垂直方向调整成像装置以适应不同高度的检测表面；计算机处理模块：所述计算机处理模块根据利四步相移方法将存储的图像进行图像处理，得出被检测体的三维伪彩色图和等高线图，可以确定图像上任意点的位置信息；
输入装置：所述输入装置为鼠标和键盘，用来框选图像上的位置；
输出装置：所述输出装置为显示器，用来显示图像以及相应的处理信息。
优选地，计算机生成的不同性质的光栅图案通过LCD投射到物体表面，然后通过CCD摄像系统分别数字化记录参考平面和物体表面的光栅条纹。通过应用四步相移技术得到高精度全场检测物体表面轮廓，检测轮廓高度分辨率的主要控制参数为栅线节距和检测点相位变化。因此通过选择适当的检测点可以在一个很宽的范围里控制检测灵敏度。通过大量的研究，本发明还对适当的检测点的 选取进行了改进。选取五个特征点A，B，C1，C2，C3，其中，双眼中心点连线为坐标轴，B点在高于A点的参考面上点取，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边来获得三维高度分布图如三维伪彩色图和等高线图。更优选地是，利用成像装置在运动状态下间隔0.025s连续拍摄被检测体3D图形，形成面部曲线连续动态的轨迹图，并给予计算机处理模块分析处理，进一步测量面部运动轨迹。本发明对特征点的选取改进使得处理得到的三维伪彩色图和等高线图更为准确和稳定。
更优选地，工作距离为2m内；被检测体检测区域的照明强度大于3000流明；特征点C1，C2，C3，其中，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边，高度差为参考板台阶高度，为20mm；倾角为支架倾角为3度，更优选地，在点取特征点和面部曲线之前可对轮廓高度图进行均值滤波；成像装置优选CCD摄像装置。
更优选地，机械支撑与调节装置的升降台升降行程±100mm。
本发明的有益效果有：本发明采用光栅投影测量技术在非接触条件下对被检测体进行精确数据采集，测量精度高，测量速度快，并且可以在计算机操作平台上对需要测量的位置进行精确的位置定位分析，数据结果比机械式的测量工具准确度高，而且相对于CT、MRI、激光等技术，本发明对人体不产生伤害且操作方面，测量迅速且准确，物体相邻轮廓检测高度误差小于0.5mm。
附图说明
图1是本发明的连接示意图。
其中，投影设备1，成像装置2，数字化图像记录与采集装置3，计算机处理模块4，输入装置5，输出装置6，机械支撑与调节装置7，升降台9，升降杆11，支撑柱10，检测架8，底座12，主体架13。
图2是本发明的选取特征点示意图。
图3是本发明所述的三维高度分布图。
图4是本发明所述的等高线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本实施方式中，一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置，投影设备1，成像装置2，数字化图像记录与采集装置3，计算机处理模块4，输入装置5，输出装置6，机械支撑与调节装置7，所述机械支撑与调节装置7包括升降台9，升降杆11和支撑柱10，检测架8包括底座12和主体架13。其中：
所述投影设备1，其可以进行光栅投影到被检测体表面，在2米工作距离内提供至少1.2mx1.0m的投影栅面积，所述投影设备1还具有照明装置，所述照明装置使得被检测体检测区域的照明强度大于3000流明，所述投影设备1设置在所述机械支撑与调节装置7中的升降台9中，优选地，投影设备1投影横向或者纵向的条纹，条纹数量可以在0-200之间自由选择，默认情况下为100条。
所述成像装置2可在工作距离内对被检测体摄像并记录检测对象表面的光栅条纹，所述成像装置2安装在所述机械制成与调节装置7中的升降杆11上，可以在不同高度和角度对被检测体进行摄像，优选CCD摄像装置，其中优选地，使用环境为温度5℃-35℃，相对湿度30％-70％，摄像装置的显示象素为786，432(1024H×768V)，采用变焦镜头，投影距离为1.07-11.09m。
所述数字图像记录与采集装置3，可以完成图像的连续采集、数字化信息处理且记录存储，其中，优选地最大帧速率25f/s，优选地，数字图像记录与采集装置3的连续采集可以是如4张图像的多组采图方式。
所述计算机处理模块4根据存储的图像利用四步相移进行图像处理，得出被检测体的三维伪彩色图、等高线图；四步相移法广泛应用于光学测量中，通过对编码条纹图案的投射和被测物体图像的采集，生成隐含有相位标识的光栅编码条纹图像；计算机模块在标识区域内外分别使用不同的相位求解方法解相位，最后计算机处理模块得出被测体的三维图像。根据面部的结构构造，本发明在利用相移法处理图像的时候，根据面部的特点，特别地，选取四幅存储在数字图像记录与采集装置3中的图像，如图2所示，提取面部图像中的特征点A、B、C1、C2、C3五个点；双眼中心点连线为坐标轴，B点在高于A点的参考面上点取，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边；L12和L23默认50mm，L12是C1和C2之间的距离，L23是C2和C3之间的距离，可根据实际情况测量后输入调整；通过以上的方法来获得的三维高度分布图，等高线图。根据绘图结果分析，本发明比传统的四步相移法得到的三维高度分布图，等高线图更加准确。优选地，在点取特征点之前可对轮廓高度图进行均值滤波。更优选地，选择均值滤波，设定滤波参数为5-8为宜。
如图1所示，机械支撑与调节装置7包括支撑所述投影设备1和数字化图像记录与采集装置3的升降平台9以及支承所述成像装置2的升降杆11，所述升降平台9具有可调节高度的支撑柱10使得所述机械支撑与调节装置7可以在垂直方向调整投影设备1和数字图像记录与采集装置3以适应不同高度的检测表面；所述升降杆11可以调节成像装置2的高度和角度。
如图1所示，所述检测架8由底座12和主体架13构成，所述主体架13通过齿轮和曲轴14连接在底座12上，优选的检测架上具有显示长度的刻度。
所述输入装置5，为鼠标和键盘，用来框选图像上的位置。
所述输出装置6为显示器，用来显示图像以及相应的处理信息，优选地，输出装置为液晶显示器。
用来测量面部的投影栅测量与图像处理装置的各部分连接起来，当投影设备1发出的光栅投影到被检测体表面，使得成像装置摄像并记录下被检测体上的光栅条纹，通过线路连接到数字化图像记录与采集装置3中，将图像采集转化为数字信号并存储，通过线路连接到计算机处理模块，把所述数字化信息通过四步相移进行数据处理，如图3，4所示，得出被检测体的三维伪彩色图、等高线图，选取需要测试的被检测体的位置点，通过相应在三维伪彩色图和等高线图的位置，获取精确的位置信息。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明保护范围当中。
Claims (3)
1.一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其主要由以下八个部分组成：
检测架，投影设备，成像装置，数字图像记录与采集装置，机械支撑与调节装置，计算机处理模块，输入装置和输出装置，其中：
所述检测架：所述检测架由底座和主体架构成，所述主体架通过齿轮和曲轴连接在底座上，所述主体架具有固定四肢的固定装置；
所述投影设备：所述投影设备可进行光栅投影到被检测体表面，在2米工作距离内提供至少1.2mx1.0m的投影栅面积，投影设备投影横向的条纹为100条；
所述成像装置：所述成像装置可在2米工作距离内对被检测体摄像并记录检测对象表面的光栅条纹；
所述数字图像记录与采集装置：所述数字图像记录与采集装置完成图像的连续采集、图像数字化且记录存储；
所述机械支撑与调节装置：所述机械支撑与调节装置包括支撑所述数字图像记录与采集装置以及投影设备的升降平台，所述升降平台具有可调节高度的支承柱和升降杆，可以在垂直方向调整成像装置以适应不同高度的检测表面；
所述计算机处理模块：所述计算机处理模块根据利用四步相移方法将存储的图像进行图像处理，得出被检测体的三维伪彩色图和等高线图，其中，提取面部图像中的五个特征点A、B、C1、C2、C3，以被检测体双眼中心点连线为坐标轴，B点在高于A点的参考面上点取，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边，L12是C1和C2之间的距离，L23是C2和C3之间的距离，L12和L23为50mm；其中，在点取特征点之前对高度图设定滤波参数5-8的均值滤波；
被检测体检测区域的照明强度大于3000流明；
所述输入装置：所述输入装置为鼠标和键盘，用来框选图像上的位置；
所述输出装置：所述输出装置为显示器，用来显示图像以及相应的处理信息。
2.如权利要求1所述的用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其特征在于：成像装置为CCD摄像装置。
3.如权利要求1所述的用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其特征在于：输出装置为液晶显示器。
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