CN105534694B - 一种人体特征可视化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种人体特征可视化装置，能够对人体各部位乃至全身的非显性人体特征进行可视化，以便观测者直观定位及了解该人体非显性特征的位置及形态信息，具体的该人体特征可视化装置，包括：三维扫描装置与可视化装置定义出可视化空间，数据处理装置存有人体特征信息，所述数据处理装置对所述三维扫描装置采集的人体被测处三维信息进行处理，以控制所述可视化装置在所述可视化空间内，对所述人体被测处体表区域，释出匹配的可视化人体特征信息。

Description

一种人体特征可视化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种人体特征可视化技术，尤其涉及一种采用三维扫描及投影技术在被测人体体表区域释出可视化人体特征信息的装置及方法。

背景技术

经络学说是传统中医的重要组成部分。但由于经络复杂、穴位繁多、个体差异大的客观现实，使得准确定位经穴对取穴者的技术熟练程度要求较高。腧穴学中常用的定位方法有体表解剖标志定位法、骨度折量定位法和指寸定位法三种。三者在应用时常互相结合，一般以体表解剖标志为主，折量各部位的距离分寸，并用手指来比量，最终确定经穴位置。在这个过程中，体表解剖标志和距离的选定，都会在一定程度上受个体差异的影响。例如，体表解剖标志可分为固定标志和活动标志，固定标志指各部由骨节和肌肉所形成的凸起或凹陷、五官轮廓、发际等，活动标志指各部的关节、肌肉、肌腱、皮肤随着活动而出现的空隙、凹陷、皱纹、尖端等，这些标志可能由于人的体型、体脂率等差异而变得不易选取。骨度折量以体表骨节为主要标志折量全身各部的长度和宽度，考虑了个体差异，但实际运用中的计量存在一定随意性。因此，取穴的准确度很大程度上取决于取穴者的技术熟练程度。

同时，传统的中医教学中，学生一般处于被动接受的位置，主要依靠书籍和图本，单纯的机械讲述、示范和观看模型，由于没有直观形象作为参考，教学效果并不明显，更多的技能和经验仍需来源于实践。古代中医根据人体经络腧穴模型发明了针灸铜人。铜人身体表面刻着人体十四条经络循行路线，并在各条经络上按照人体的实际比例对穴位进行详细标注，使得经穴教学更为形象化、直观化。但由于技术限制，实际取穴中仍需根据取穴对象的个体特征与铜人模型进行比对，其个体适用性仍存在很大程度的欠缺。

因此，在中医经络穴位的教学和实践过程中，需要一种结构简单、易于操作、适用性强的人体穴位学习系统。

对此，已有运用现代技术进行穴位教学的发明有：

1、公开号为CN104758161的专利申请记载了一种穴位摄投系统。该发明利用摄投仪拍摄人体图形，并将其发送给主控制器，主控制器内部的穴位检测显示软件对图形进行处理，为人体图形标注穴位，然后将处理后的图形传送给显示器，显示器将图像显示出来，使用者根据显示屏对人体穴位进行进一步了解和学习。

2、公开号为CN102622916的专利申请记载了一种人体穴位投影演示方法及装置。该发明通过建立身体部位信息库、身体器官信息库、穴位信息库，在对摄像装置和投影装置进行定标处理后，采集演示者的视频流，根据视频流中的图像帧逐步检索身体部位图像、身体器官图像，获取对应身体器官的各个穴位的信息和在图像中的位置，最后对当前图像帧与身体器官图像进行位置标定，确定各个穴位的位置，并输出至演示者的身体部位上。

综上所述，目前的人体穴位识别系统仍存在以下缺陷：穴位标注不够直观具体，呈现结果缺乏生动性，无法达到良好的人机交互效果；基于平面特征的图像检索，无法充分考虑人体表面的三维特征以及个体差异性；基于二维成像技术的穴位显示非常依赖于成像角度，无法从各个角度进行观察。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种人体特征可视化装置，其利用三维扫描技术能够获得精确的人体三维模型，通过与人体穴位信息精确比对拟合，在可视化技术的支持下能够在人体体表投影出人体穴位影像，从而直观展现人体穴位精确体位信息，便于各个角度进行观察。

为实现上述目的，本发明提供的一种人体特征可视化装置，其包括：三维扫描装置与可视化装置定义出可视化空间，数据处理装置存有人体特征信息，所述数据处理装置对所述三维扫描装置采集的人体被测处三维信息进行处理，以控制所述可视化装置在所述可视化空间内，对所述人体被测处体表区域释出匹配的可视化人体特征信息。

进一步的，所述三维扫描装置采集的所述三维信息包括：三维结构信息，三维轮廓信息，空间位置信息，表面颜色信息中的至少一种信息。

进一步的，所述数据处理装置，依据所述三维信息，建立三维曲面优化可视化效果，以控制所述可视化装置，在所述人体被测处体表预设位置，释出视觉适配所述人体被测处体表轮廓的可视化人体特征信息。

进一步的，所述三维曲面优化可视化效果，包括：通过所述三维信息进行三维重构，以获取三维扫描点云信息并进行滤波降噪。

进一步的，所述三维重构过程中，包括：对所获复数所述点云进行融合。

进一步的，所述三维重构过程中，所述复数点云的融合包括：点对齐拼接处理，表面光滑处理中的至少一种。

进一步的，所述数据处理装置根据所述三维扫描装置持续采集的空间位置信息，以控制所述可视化装置追踪人体被测处活动轨迹，以动态释出适配的可视化人体特征信息。

进一步的，所述三维扫描装置包括：X光扫描器，超声波三维扫描器，热成像三维扫描器，摄像三维扫描器中的至少一种。

进一步的，所述摄像三维扫描器包括：近红外成像相机，及可见光成像相机，呈在所述可视化空间边缘分布状。

进一步的，所述可视化装置，产生肉眼可视的可视化信息，采用包括：投影装置，光束发射装置，激光指示装置中的至少一种释出所述可视化人体特征信息。

进一步的，所述可视化装置，产生借助工具可视化信息，采用包括：虚拟实景显示器，智能眼镜，滤光镜片中的至少一种方式在所述人体被测处体表，观测到释出的视觉适配所述人体被测处体表轮廓的可视化人体特征信息。

进一步的，所述数据处理装置包括：数据储存模块，数据处理模块，控制模块，其中所述数据存储模块存储预设人体特征信息，所述数据处理模块根据所述三维扫描装置采集的所述三维信息，与所述预设人体特征信息进行适配处理，并输出控制命令，以驱动所述控制模块控制所述可视化装置，释出适配所述人体被测处体表的可视化人体特征信息。

进一步的，所述数据处理装置包括：识别模块，以对人体被测处所述三维信息进行识别，为所述数据处理装置输出适配的预设人体特征信息的所述控制命令提供判断依据。

进一步的，所述人体特征信息包括：人体穴位，器官，血管，骨骼，经络，肌肉影像信息中的至少一种。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种人体特征可视化方法，该方法包括：系统标定，对三维扫描装置，可视化装置进行坐标标定；数据采集，三维扫描装置采集人体被测处三维信息；数据处理，数据处理装置处理所述三维信息，并给出适配的预设人体特征信息控制指令；可视化，可视化装置接收所述控制指令，在所述人体被测处体表区域释出匹配的可视化人体特征信息。

进一步的，所述数据处理步骤还包括：数据处理装置重构人体被测处三维模型，获取所述三维模型尺寸信息。

进一步的，所述的一种人体特征可视化方法还包括：识别判断步骤，包括：对人体被测处三维模型进行识别，为数据处理步骤判断适配预设人体特征信息提供依据。

进一步的，所述数据处理步骤还包括：通过所述三维信息进行三维重构，以获取三维扫描点云信息并进行滤波降噪。

进一步的，所述数据处理步骤还包括：对所获复数所述点云进行融合。

进一步的，所述数据处理步骤之所述复数点云的融合，还包括：点对齐拼接处理，表面光滑处理中的至少一种。

本发明提供的一种人体特征可视化装置及方法，有益效果在于，三维重建取穴则充分考虑了个体特征差异，提供了完整的三维信息，可以实现从各个角度辅助观察；三维立体投影使穴位标注更加直观化，适用于经络学说的教学和实践，具有精确度高、市场大、设备造价低、简单易行等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1所示，本发明提供的一种人体特征可视化装置，能够对人体各部位乃至全身的非显性人体特征进行可视化，以便观测者直观定位及了解该人体非显性特征的位置及形态信息，具体的该人体特征可视化装置，包括：三维扫描装置与可视化装置定义出可视化空间，数据处理装置3存有人体特征信息，所述数据处理装置3对所述三维扫描装置采集的人体被测处三维信息进行处理，以控制所述可视化装置在所述可视化空间内，对所述人体被测处体表区域释出匹配的可视化人体特征信息。

其中所述三维扫描装置包括：近红外成像相机11及可见光成像相机12，其相互呈在该可视化空间边缘排布状，，以对该可视化空间内该人体被测处进行三维扫描，以采集包括该人体被测处的空间位置信息及三维轮廓信息的三维信息，且该三维信息根据需要还可包括：三维结构信息，以用于在进行三维透视扫描时获取人体内部三维结构参数，表面颜色信息，以用于数据控制装置调整可视化输出投影时的影像色彩，以适配不同肤色被测者。

其中值得一提的是，该人体被测处的空间位置信息为人体被测处在该可视化空间内的空间坐标信息，以供该数据处理装置3控制可视化装置在人体被测处的正确位置上进行可视化操作提供依据。

进一步的，所述数据处理装置3包括：数据储存模块，数据处理模块，控制模块，其中所述数据存储模块存储预设人体特征信息，在本实施例中优选人体穴位信息，其中该人体穴位信息包括：人体穴位影像信息及人体穴位位置信息，其中该人体穴位影像信息为投影至人体被测处体表表面的图案影像，而该人体穴位位置信息则用于定位该图案影像在投影时的精确位置制导，所述数据处理模块根据所述三维扫描装置采集的所述三维信息，与所述人体穴位信息进行适配处理，并输出控制命令，以驱动所述控制模块控制所述可视化装置，释出适配所述人体被测处体表的可视化人体穴位影像信息。

值得一提的是，由于每个人具有个体尺寸差异，标准值的人体穴位信息无法直接适配所有个体，为避免产生位置偏移等误差，该数据处理模块，通过采集该三维轮廓信息中的人体被测处尺寸信息，与人体穴位信息进行，比例调整校正，以获取匹配当前人体被测处穴位的精确位置，并对人体穴位影像信息进行匹配校正，从而适配所有个体。

进一步的所述数据控制模块还包括识别模块，以对人体被测处所述三维信息进行识别，为所述数据处理装置3输出适配的预设人体特征信息的所述控制命令提供判断依据，以关冲穴为例，标准记载位于“环指末节尺侧，距指甲角0.1 寸”，当所述三维扫描装置对该人体手部进行三维扫描后，采集所述手部三维模型的尺寸数据，所述识别模块将判断为人体手部，并告知所述数据处理模块调取人体手部穴位信息，并与该冲关穴标准位置进行匹配矫正，以此确定比例换算，以快速确定当前个体的冲关穴位置信息，并对人体穴位影像信息进行校正。

其中该可视化装置，在本实施例中优选投影装置2，并优选设置在三维扫描装置可视化空间范围内，以根据数据处理装置3传输的控制命令，在人体被测处体表区域释出匹配的人体穴位信息影像，从而便于施针人员能够显性直观的看到穴位在体表上的精确位置。

此外该可视化装置与三维扫描装置可被固定在支架上或天花板上等固定位置，并可实现在一定范围的距离和角度调整，此外根据需要，也可提供移动装置如伺服电机，轨道等装置为可视化装置和或三维扫描装置提供移动调整功能。

在另一个优选实施方式中，该所述数据处理装置3能够根据所述三维扫描装置持续采集的空间位置信息，以控制所述可视化装置追踪人体被测处活动轨迹，以动态释出适配的可视化人体特征信息，从视觉上产生跟随投影影像效果。

此外为优化平面影像在三维物体上的投影扭曲显性，本发明还建立了三维曲面优化可视化效果，具体来说，根据三维扫描装置对人体被测处扫描后建立的三维信息，进行体表结构三维重构，通过模拟该图案将在人体表面产生扭曲现象，以重建适配体表轮廓的三维信息。为更进一步优化可视化效果，该三维重构的过程中，需要对三维扫描装置采集的人体被测处的三维点云进行滤波降噪。鉴于可视化装置所产生的投影效果除了一部分打在被扫描的物体上外，还有一部分会打在物体背后的背景上，因此需要在扫描得到的点云里滤去背景的点云数据。此外，随机噪声也需要被从中滤去。

进一步优选的技术方案是，在所述三维重构过程中，需要对获得的多幅点云进行融合，包括点对齐和表面光滑。所述点对齐主要寻找两幅点云之间的对应关系，从而将每个方向单独的点云对齐拼接成完整的一块点云。所述表面光滑主要将不够光滑的点云表面再做光滑处理，然后重构成平面。

进一步优选的技术方案是，所述点对齐包括粗对齐和精对齐，两者结合运用可兼顾精确性和计算量。

在另一个优选实施例中，该人体穴位信息也可不含人体穴位影像信息，而通过人体穴位位置信息来控制可视化装置进行点指示，而该点指示数量可根据可视化装置的数量进行改变，如在本实施例中，可采用激光指示装置或光束发射装置以在人体被测处体表表面，根据需要，投射出单点或多点或点阵的指示点效果，以起到指示效果。进一步的该数据处理装置3中的识别模块还能够识别出人体被测处的指示点是否被扎针，以控制本实施例的可视化装置关闭相应的指示点，以提示施针者进行引导扎针。

在另一个优选实施例中，所述三维扫描装置可采用，X光扫描器，在三个方向上设置，以获取人体内部骨骼信息，并通过数据处理装置3存储该骨骼信息图像，经处理后通过可视化装置，优选投影装置2，在人体体表上匹配区域，投射人体内部骨骼信息图像。

在另一个优选实施例中，所述三维扫描装置也可采用，热成像三维扫描器，超声波三维扫描器等进行三维扫描。

在另一个优选实施例中，可视化装置，并不直接在人体被测处进行可视化投影，而需借助工具进行可视化，具体为采用虚拟实景显示器，其中该三维扫描装置获取人体被测处三维信息并传递至该数据处理装置3，经处理后在该虚拟实景显示器中，结合人体被测处图像及可视化信息进行重叠显示，为使用者提供可视化指示。

在另一个优选实施例中，可视化装置，并不直接在人体被测处进行可视化投影，而需借助工具进行可视化，具体为采用智能眼镜，其中该三维扫描装置获取人体被测处三维信息并传递至该数据处理装置3，经处理后在该智能眼镜上，显示可视化信息，并通过镜片与人体被测处视觉结合，为使用者提供可视化指示。

在另一个优选实施例中，可视化装置，并不直接在人体被测处进行可视化投影，而需借助工具进行可视化，具体为滤光镜片，其中该三维扫描装置获取人体被测处三维信息并传递至该数据处理装置3，经处理后控制可视化装置投射需要滤光镜片滤光后才能肉眼可见的效果，通过选择佩戴该滤光镜片，为使用者提供选择可视化指示。

本发明提供的一种人体特征可视化方法步骤，包括：

系统标定步骤。

对包括三维扫描装置，本实施例优选摄像装置和可视化装置，本实施例优选投影装置2，在内的整个可视化空间内进行空间坐标标定，得到各摄像装置，投影装置2的内、外参数矩阵，来表征摄像装置或投影装置2的系统内参数，以及两者之间的相对空间位置关系。

数据采集步骤。

本实施例以手部为例，该手部呈取穴手势，数据处理装置3控制摄像装置采集手部三维信息。

数据处理步骤

数据处理装置3处理所述手部三维信息，包括确定单位长度，采用拇指同身寸法，在重建的手部三维模型中，测量拇指指间关节部位的横径作为单位长度“一寸”，手部穴位计算，根据腧穴定位方法，使用特征提取和距离换算，寻找体表标志，折量各部位的距离分寸，数据处理装置3根据标定参数和在人体穴位信息中提取中获得的人体穴位位置，计算三维手部穴位数据在投影装置2处的投影图像，并给出适配的预设人体特征信息控制指令

可视化步骤

投影装2置接收该控制指令，在手部体表区域投影匹配的手部穴位图像。

在另一个优选实施例中，所述数据处理步骤还可为：数据处理装置3重构手部三维模型，获取三维模型尺寸信息。

在另一个优选实施例中，还包括识别判断步骤，其包括：对手部三维模型进行识别，为数据处理步骤判断适配预设人体特征信息提供依据。

在另一个优选实施例中，所述数据处理步骤还包括：通过所述三维信息进行三维重构，以获取三维扫描点云信息并进行滤波降噪。

在另一个优选实施例中，所述数据处理步骤还包括：对所获复数所述点云进行融合。

在另一个优选实施例中，所述数据处理步骤之所述复数点云的融合，还包括：点对齐拼接处理，表面光滑处理中的至少一种。

上述实施例随主要介绍了人体穴位的可视化方案，但本领域技术人员应当了解该方案中的人体特征信息可以是：人体器官，人体血管，人体骨骼，人体经络，人体肌肉等的影像和或位置信息，从而本发明的技术方案实际可以使用上述各类人体内非显性特征在人体体表上进行可视化的效果，以直观了解人体非显性特征，并在体表进行定位。

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

Claims (11)

1.一种人体特征可视化装置，其特征在于，包括：三维扫描装置与可视化装置定义出可视化空间，数据处理装置存有人体特征信息，所述数据处理装置对所述三维扫描装置采集的人体被测处三维信息进行处理，以控制所述可视化装置在所述可视化空间内，对所述人体被测处体表区域释出匹配的可视化人体特征信息，所述数据处理装置，依据所述三维信息，建立三维曲面优化可视化效果，以控制所述可视化装置，在所述人体被测处体表预设位置，释出视觉适配所述人体被测处体表轮廓的可视化人体特征信息，所述三维曲面优化可视化效果，包括：通过所述三维信息进行三维重构，以获取三维扫描点云信息并进行滤波降噪，所述三维重构过程中，包括：对所获复数所述点云进行融合，所述三维重构过程中，所述复数点云的融合包括：点对齐拼接处理，表面光滑处理中的至少一种，所述三维扫描装置采集的所述三维信息包括：三维结构信息，三维轮廓信息，空间位置信息，表面颜色信息中的至少一种信息，所述数据处理装置根据所述三维扫描装置持续采集的空间位置信息，以控制所述可视化装置追踪人体被测处活动轨迹，以动态释出适配的可视化人体特征信息。

2.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述三维扫描装置包括：X光扫描器，超声波三维扫描器，热成像三维扫描器，摄像三维扫描器中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述摄像三维扫描器包括：近红外成像相机，及可见光成像相机，呈在所述可视化空间边缘分布状。

4.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述可视化装置，产生肉眼可视的可视化信息，采用包括：投影装置，光束发射装置，激光指示装置中的至少一种释出所述可视化人体特征信息。

5.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述可视化装置，产生借助工具可视化信息，采用包括：虚拟实景显示器，智能眼镜，滤光镜片中的至少一种方式在所述人体被测处体表，观测到释出的视觉适配所述人体被测处体表轮廓的可视化人体特征信息。

6.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述数据处理装置包括：数据储存模块，数据处理模块，控制模块，其中所述数据存储模块存储预设人体特征信息，所述数据处理模块根据所述三维扫描装置采集的所述三维信息，与所述预设人体特征信息进行适配处理，并输出控制命令，以驱动所述控制模块控制所述可视化装置，释出适配所述人体被测处体表的可视化人体特征信息。

7.根据权利要求6所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述数据处理装置包括：识别模块，以对人体被测处所述三维信息进行识别，为所述数据处理装置输出适配的预设人体特征信息的所述控制命令提供判断依据。

8.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述人体特征信息包括：人体穴位，器官，血管，骨骼，经络，肌肉影像信息中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种人体特征可视化装置，其特征在于，所述人体特征信息包括：人体穴位，器官，血管，骨骼，经络，肌肉位置信息中的至少一种。

10.一种如权利要求1所述人体特征可视化装置的可视化方法，其特征在于，包括：系统标定，对三维扫描装置，可视化装置进行坐标标定；数据采集，三维扫描装置采集人体被测处三维信息；数据处理，数据处理装置处理所述三维信息，并给出适配的预设人体特征信息控制指令，数据处理装置重构人体被测处三维模型，获取所述三维模型尺寸信息，通过所述三维信息进行三维重构，以获取三维扫描点云信息并进行滤波降噪，并对所获复数所述点云进行融合及进行包括：点对齐拼接处理，表面光滑处理中的至少一种；可视化，可视化装置接收所述控制指令，在所述人体被测处体表区域释出匹配的可视化人体特征信息。

11.根据权利要求10所述的可视化方法，其特征在于，还包括：识别判断步骤，包括：对人体被测处三维模型进行识别，为数据处理步骤判断适配预设人体特征信息提供依据。