CN108294731A - 一种热成像生理检测系统 - Google Patents

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马雁祥
罗红亮
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Abstract

本发明属于智能医疗影像领域，具体涉及一种热成像生理检测系统，包括热成像单元、3D光栅深度图捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器、存储单元、通讯单元、操作交互单元、供电单元，云端服务单元；本发明利用3D结合热成像信息，精确测度人体表面热源的分布，为3D热源模型的应用和发展提供硬件基础。本发明的热成像生理监测系统使得用户可以通过网页H5加密https浏览的方式，查看ROI区域各个角度渲染生成的3D热成像模型以及3D全彩模型，能够框在一个视域，在不同的成像层切换，从而能够清晰的发现热图中异常点对应的肌肤纹理特征，使得医疗机构实现基于此类信息的远程辅助诊断。

Description

一种热成像生理检测系统
技术领域
本发明属于智能医疗影像领域，具体涉及一种热成像生理检测系统。
背景技术
近年来医用红外热成像技术逐步受到人们的关注；虽然热成像检测技术的发展在乳腺癌筛查、内脏疾病筛查等领域尚存在极大不确定性，但光电技术、计算机多媒体技术的发展，使热像仪的分辨能力、清晰度完全可以满足皮肤、黏膜等部分表层生理指标检测的需要；近年来国内相关器件生产能力不断增强，终端设备价格大大下降；加上其非侵入、无辐射等优势，热像仪在临床已经得到较多应用，例如皮瓣移植手术的术后监控、关节炎区域的检测以及浅层血管的病变检测等，但由于目前的检测大多由医生观察2D成像图片，凭藉个人经验判断，未有精确定量的3D辅助诊断系统。另外在内部脏器、组织的检测方面，深层热源3D坐标的精确定位，是深层诊断的基础；3D人体深层热源模型只停留在2D人体表面热辐信息，所支持的深层热源信息推导，其准确性无法保障；缺乏3D数字化热辐信息，验证、应用3D热源模型难度大，制约了热成像技术在医疗领域的发展空间。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种微型、3D、云端化、智能化的热成像生理检测系统，以解决上述背景技术中提到的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热成像生理检测系统，包括热成像单元、3D光栅深度图捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器、存储单元、通讯单元、供电单元，云端服务单元；
所述热成像单元用于采集二维热辐射图得到热成像数据；
所述3D光栅深度图捕捉单元为3D信息捕捉感应器，用于捕捉人体3D信息；
所述显示器单元用于显示图像信息；
所述Soc集成处理器用于处理数字化信息得到深度图像；
所述存储单元用于存储各类数据；
所述通讯单元用于给各单元提供及时通讯；
所述供电单元用于给系统供电；
所述云端服务单元用于对数据的建模处理、存储以及生成H5渲染网页。
进一步优化，还包括RGB信息捕捉单元，用于捕捉RGB信息。
进一步优化，所述3D光栅深度图捕捉单元、RGB信息捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器构成微型终端。
进一步优化，所述热成像生理检测系统的工作流程为：微型终端通过数据的初步处理，通过通讯单元TLS加密传输数据至云端服务单元，云端服务单元进一步处理信息，进一步提交给H5网页，以供查看直观的3D图像。
进一步优化，所述3D信息捕捉感应器包括红外窄带摄像头、RGB摄像头、红外激光光栅发射器。
进一步优化，所述Soc集成处理器在Soc处理流程中，滤波过程使用双边滤波，保留对象的边缘，并弱化噪点和弥补部分信号断层和残缺。
进一步优化，所述热成像单元使用非制冷红外焦平面阵列，为400*300像素的氧化钒阵列，像素颗粒尺寸为17*17微米，镜头焦距约为20毫米，视频刷新频率为50HZ，视场角大约为20度*15度。
进一步优化，所述热成像单元与3D光栅深度图捕捉单元在结合使用之前需要校准，将3D光栅各个像素与热成像单元各个像素进行对齐，校准过程中使用热电阻加热铝合金格栅板，铝合金格栅板背面附有发热电阻贴片。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的热成像生理监测系统利用3D合成热成像系统采集、加工多类信息，精确测度人体表面热源的分布，为3D热源模型的应用和发展提供软硬件基础；
(2)本发明的热成像生理监测系统使得用户可以通过网页H5加密https浏览的方式，查看ROI区域各个角度渲染生成的3D热成像模型以及3D全彩模型，能够框在一个视域，在不同的成像层切换，从而能够清晰的发现热图中异常点对应的肌肤纹理特征，使得医疗机构实现基于此类信息的远程辅助诊断。
附图说明
图1是本发明的微型终端示意图；
图2是本发明感应器校准格栅示意图；
图3是本发明整体流程示意图。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种热成像生理监测系统，包括热成像单元、3D光栅(或者TOF)深度图捕捉单元、RGB信息捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器以及存储单元、通讯单元、供电单元，云端服务单元以及其他辅助单元。
热成像单元用于采集二维热辐射图得到热成像数据；
3D光栅深度图捕捉单元为3D信息捕捉感应器，用于捕捉人体3D信息；
RGB信息捕捉单元用于捕捉RGB信息。
显示器单元用于显示图像信息；
Soc集成处理器用于处理数字化信息得到深度图像；
存储单元用于存储各类数据；
通讯单元用于给各单元提供及时通讯；
供电单元用于给系统供电；
云端服务单元用于对数据的建模处理、存储以及生成H5渲染网页。
如图3所示，微型终端为终端数据采集工具，本发明为微型化、易于移动的方案设计，微型终端集成了热成像单元、3D光栅(或者TOF)深度图捕捉单元、RGB信息捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器，微型终端通过数据的初步处理，通过通讯单元TLS加密传输数据到云端服务单元，云端服务单元进一步处理信息，进一步提交给H5网页，以供查看直观的3D图像。
如图1所示，上方三个小的实心圆代表3D信息捕捉感应器，是由激光发射端、红外窄带接收端以及RGB图像摄像头组成，本实施例使用的是红外窄带摄像头(如图1左侧实心圆)、RGB摄像头(如图1中间实心圆)、红外激光光栅发射器(如图1右实心圆)的结构布局；右侧红外光栅元件投射波长850纳米窄带红外激光光栅，左侧相同波带850纳米波段红外摄像头摄取光栅投影信息，三个感应器都通过内置处理单元初步处理，包括RGB信息与光栅信息的校准、初步滤波等等，数字化信息传递至Soc集成处理器处理；由光栅反射的原始信息经过滤波生成深度图像，本发明实施例使用C++标准库以及开源OpenNI函数库，调用光栅元件的驱动，得到原始信息，如前述该信息是经过校准和初步滤波的；在Soc处理流程中，滤波过程使用双边滤波，保留对象的边缘，并弱化噪点和弥补部分信号断层和残缺。
本发明利用热成像单元采集二维热辐射图，对表面温度探测值区分度为0.2摄氏度；即人体表面不同部分温差大于0.2摄氏度，即可区分出来。本发明实施例中，热成像单元使用的非制冷红外焦平面阵列，为400*300像素的氧化钒阵列，像素颗粒尺寸为17*17微米，镜头焦距约为20毫米，视频刷新频率为50HZ，视场角大约为20度*15度。
本发明的热成像单元与3D光栅深度图捕捉单元在结合使用之前需要校准，将3D光栅(或者TOF)各个像素与热成像单元各个像素进行对齐；校准过程中使用热电阻加热铝合金栅板；栅板由CNC机床加工，涂布黑色金属氧化物，其网格状结构如图2所示，其背面附有发热电阻，均匀分布在格栅各个矩形顶点附近，由导线串联，每个电阻电流相同、发热功率相同；实施例校准是利用发热电阻对铝合金格栅加热到50-60摄氏度，使用白色或浅色背景，保持格栅温度与背景温度有明显差异，从而在热成像画面上形成明显的边缘对比；对RGBD图数据和热成像数据，在保证每个画幅内都有格栅板的完整画面，利用OpenCVHaarCascade提取格栅各个矩形顶点与边缘，从而拟合深度图坐标与热成像图的坐标；实施例主要校准了30-60公分距离内的畸变参数，可以根据应用需求做到150公分以上，依据深度摄像头的感应距离与精度而定。
如图3所示，本发明云端计算由微型终端将校准后的RGBD数据和热成像数据TLS加密传输至云端服务单元的云平台，云平台对数据进行3D建模，将2D的热成像数据投射到3D点云上，另基于多个角度、多个区域的数据，合成整体的3D全角度模型。对人体区域合成整体的3D全角度模型，使用快速ICP算法：点集或曲面的筛选使用空间向量分布法，两个点集之间的点匹配使用最临近点(兼容)方法，配准不同角度的点云数据，最后得到3D重建后的全角度点云文件。用户可以通过网页H5加密https浏览的方式，查看ROI区域各个角度渲染生成的3D热成像模型以及3D全彩模型，能够框在一个视域，在不同的成像层切换，从而能够清晰的发现热图中异常点对应的肌肤纹理特征，这使得医疗机构实现基于此类信息的远程辅助诊断。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (8)

1.一种热成像生理检测系统，其特征在于，包括热成像单元、3D光栅深度图捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器、存储单元、通讯单元、供电单元，云端服务单元；
所述热成像单元用于采集二维热辐射图得到热成像数据；
所述3D光栅深度图捕捉单元为3D信息捕捉感应器，用于捕捉人体3D信息；
所述显示器单元用于显示图像信息；
所述Soc集成处理器用于处理数字化信息得到深度图像；
所述存储单元用于存储各类数据；
所述通讯单元用于给各单元提供及时通讯；
所述供电单元用于给系统供电；
所述云端服务单元用于对数据的建模处理、存储以及生成H5渲染网页。
2.根据权利要求1所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，还包括RGB信息捕捉单元，用于捕捉RGB信息。
3.根据权利要求2所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述3D光栅深度图捕捉单元、RGB信息捕捉单元、显示器单元、Soc集成处理器构成微型终端。
4.根据权利要求3所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述热成像生理检测系统的工作流程为：微型终端通过数据的初步处理，通过通讯单元TLS加密传输数据至云端服务单元，云端服务单元进一步处理信息，进一步提交给H5网页，以供查看直观的3D图像。
5.根据权利要求1所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述3D信息捕捉感应器包括红外窄带摄像头、RGB摄像头、红外激光光栅发射器。
6.根据权利要求1所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述Soc集成处理器在Soc处理流程中，滤波过程使用双边滤波，保留对象的边缘，并弱化噪点和弥补部分信号断层和残缺。
7.根据权利要求1所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述热成像单元使用非制冷红外焦平面阵列，为400*300像素的氧化钒阵列，像素颗粒尺寸为17*17微米，镜头焦距约为20毫米，视频刷新频率为50HZ，视场角大约为20度*15度。
8.根据权利要求1所述的一种热成像生理检测系统，其特征在于，所述热成像单元与3D光栅深度图捕捉单元在结合使用之前需要校准，将3D光栅各个像素与热成像单元各个像素进行对齐，校准过程中使用热电阻加热铝合金格栅板，铝合金格栅板背面附有发热电阻贴片。
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