CN110751635B - 一种基于帧间差分和hsv颜色空间的口腔检测方法 - Google Patents

一种基于帧间差分和hsv颜色空间的口腔检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,包括从视频流中截取单帧图像;基于帧间差分法的前景目标检测;基于HSV的口腔检测方法;对检测到的口腔区域首先计算其面积,再通过和特定面积值作比较来进一步排除干扰;对符合判定条件边界距离以得到其坐标值,并把该坐标值加入空的数组;最后根据坐标数组是否为空,来判断是否检测到口腔,再把最终得到的口腔图片实时输出并显示。本发明避免身体直接接触、对运行的硬件环境要求较低、且适用于动态背景和静态背景检测,实践证明,整个检测过程精准高效。

Description

一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法
技术领域
本发明属于图像处理和机器视觉领域,具体涉及一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法。
背景技术
随着人工智能技术的发展,一些公共卫生防控和个人疾病筛查及健康管理可以依靠人工智能技术来实现,其中,一些疾病的临床病例特征在口腔中有所表现,比如口腔癌及喉癌、鹅口疮、口腔溃烂、牙龈炎等,所以,在临床医学检测中如果可以自动检测出口腔,对于人工智能的疾病筛查和检测有着重要的意义。
当前已有基于机器视觉的口腔检测全是基于深度学习来完成的,基于传统数字图像处理的口腔检测少有研究。而显然深度学习不是解决所有问题的灵丹妙药,且深度学习检测存在着训练周期长、算法迭代慢、对服务器硬件设备性能要求高等特点。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法。
一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,具体包括以下步骤:
过程一:从视频流中截取单帧图像,并设置视频输出格式为RGB,分辨率为480P;
过程二:首先,获取连续三帧图像中的中间帧,并将RGB图像转换为灰度图像;其次,将连续两帧对应的灰度图像进行差分得到两幅差分图像;然后,将两幅差分图像进行与运算;接着,由设定的阈值T1来对与运算后的差分图像进行二值化运算,得到前景目标的二值化图像;最后,将前景目标的二值化图像和中间帧图像进行按位与运算,最终得到融合后的前景目标图像;
过程三:首先,将得到的前景目标图像由RGB颜色空间转换为HSV颜色空间,得到HSV图像;其次,由设定的两个阈值T2和T3对得到的HSV图像进行二值化处理,从而得到口腔目标的二值化图像,具体二值化处理的规则为:如果HSV图像中的数值位于阈值T2和阈值T3之间,则图像数值变成255;否则图像数值变成0;
具体地,阈值T2和阈值T3都是一维数组,其值分别为[150,34,36]和[178,255,200];
然后,对得到的口腔目标二值化图像进行腐蚀化操作;
具体地,腐蚀化操作的方法是以7*7的卷积核对图像进行卷积运算;
接着,对腐蚀化操作后的图像进行膨胀化处理;最后,对经历过二值化、腐蚀、膨胀操作步骤后的图像进行轮廓检测,并分割出每一块轮廓区域;
过程四:首先,对检测的每一块轮廓区域,计算出轮廓区域的面积;然后,通过判断轮廓区域的面积值是否大于设置的面积值,来进一步排除干扰;
具体地,设置的面积值为1500;
过程五:首先,对大于设置面积值的轮廓区域进行垂直边界距离计算以得到轮廓区域的坐标值;
然后,把得到的坐标值加入空的数组;
过程六:首先,根据数组是否为空来判断是否检测到口腔;然后,将口腔目标的二值化图像与前景目标的融合图像进行混合运算;
最后,将最终得到的口腔图像进行实时输出并显示,得到最终图像im″n的方法为:
im″n=(1-a)G′n+a*im′n
其中,G′n为口腔目标的二值化图像,im′n为前景目标的融合图像。
本发明提出了一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,与现有的技术相比,具有以下有益效果:
首先,在利用摄像头进行口腔检测时,先转化到HSV颜色空间,然后设定阈值[150,34,36]和[178,255,200],基于这两个阈值来对HSV颜色空间进行二值化,得到要检测的HSV颜色空间范围,进一步地,对目标二值图进行膨胀和腐蚀操作;其次,对最终得到的图像进行轮廓检测,并计算出轮廓区域的面积,根据面积的大小来判断是否是真正的口腔目标区域,并排除一部分相似颜色的干扰;然后,首创性的提出动态检测来进一步排除背景区域中相似颜色的干扰,具体的,利用帧间差分法来得到运动目标区域的图像;最后,基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法对复杂背景的鲁棒性较好,适用于静态或者动态背景,且不依赖于高性能的服务器,整个检测算法可以在嵌入式设备上运行,在得到口腔区域的图像后,能直接判断是否检测到口腔,并实时输出口腔的坐标信息,整个检测过程实时高效,检测方法精确可信。
附图说明
图1为本发明总的流程示意图;
图2为过程一至过程二的流程图;
图3为过程三至过程六的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征及优点能够更加的明显和易懂,下面通过实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。
如图1所示,一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,具体包括以下步骤:
过程一:从视频流中截取单帧图像,并设置视频输出格式为RGB,分辨率为480P。
过程二为基于帧间差分法的前景目标检测过程,具体步骤如图2所示:
S21:从视频流中截取n+1帧、n帧、n-1帧连续三帧得到图像imn-1、imn和imn+1
S22:将图像imn-1、imn、imn+1由RGB色彩空间用加权平均的方式转为灰度图像,其转化方法为:
f(x,y)=0.3IR(x,y)+0.59IG(x,y)+0.11IB(x,y)
其中,IR、IG和IB分别为图像中的R通道分量、G通道分量和B通道分量,x和y分别为图像中横坐标和纵坐标上的像素值。
设定三帧图像对应的灰度图像为fn+1(x,y)、fn(x,y)、fn-1(x,y),将连续两帧对应的灰度图像进行差分并得到差分图像In+1、In
S23:将得到的差分图像In+1、In进行与运算得到图像I′n,其计算方法为:
In+1=|fn+1(x,y)-fn(x,y)|
In=|fn(x,y)-fn-1(x,y)|
I′n=(|fn+1(x,y)-fn(x,y)|∩|fn(x,y)-fn-1(x,y)|)
S24:设定阈值T1,将图像I′n进行二值化运算,得到前景目标的二值化图像Dn,其计算方法为:
S25:得到前景目标后,再对前景目标的二值化图像Dn与中间帧图像imn进行融合得到RGB图像im′n,具体地,融合的方法是将前景目标的二值化图像Dn和中间帧图像imn进行按位与运算,计算公式为:
im′n=(|Dn∩imn|)
过程三、过程四、过程五和过程六为基于HSV的口腔检测过程,如图3所示,各个过程包括步骤:
过程三包括以下步骤:
S31:将得到的前景目标图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,具体是将过程二得到的im′n,由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间并得到图像Gn,转换方法如下:
R′=R/255
G′=G/255
B′=B/255
Cmax=max(R′,G′,B′)
Cmin=min(R′,G′,B′)
V=Cmax
其中,R、G和B分别为前景目标图像在RGB颜色空间中的R分量、G分量和B分量,H、S和V分别为前景目标图像在HSV颜色空间中的H分量、S分量和V分量。
S32:设定两个一维数组[150,34,36]和[178,255,200]分别为阈值T2、T3,并用这两个阈值来对Gn进行二值化处理,从而得到口腔目标的二值化图像G′n,具体二值化处理的规则为:如果HSV图像中的数值位于阈值T2和阈值T3之间,则图像数值变成255;否则图像数值变成0。
S33:对口腔目标的二值化图像G′n进行腐蚀化操作,具体方法是以7*7的卷积核对图像进行卷积运算,得到腐蚀化图像G″n
S34:再对腐蚀化图像G″n进行膨胀处理,得到膨胀处理后图像G″′n
S35:对膨胀处理后图像G″′n进行轮廓检测并分割出每一块轮廓区域,具体方法是用边界跟踪的方法,从左到右、从上到下扫描一遍图像,直到抽取出所有区域的边界为止。
过程四包括以下步骤:
S41:对过程三分割出每一块轮廓区域,根据每一块轮廓区域统计到的像素点的数量,来计算轮廓区域的面积。
S42:设定有效面积值为1500,对每个轮廓区域进行遍历,如果检测到的轮廓区域面积大于1500,则认为有效检测到口腔轮廓,否则认为检测到的目标是无效的。
过程五括以下步骤:
首先,对大于设置面积值的轮廓区域进行垂直边界距离计算以得到轮廓区域的坐标值;然后,把得到的坐标值加入空的数组。
过程六包括以下步骤:
S61:根据数组是否为空来判断是否检测到口腔。
S62:如果判断检测到口腔,则将口腔的二值图像G′n与前景目标的融合图像im′n进行混合运算得到im″n,并将最终图像im″n进行实时输出并显示,具体混合运算方法为:
im″n=(1-a)G′n+a*im′n
其中,G′n为口腔目标的二值化图像,imn为前景目标的融合图像,a的取值为0.5。

Claims (5)

1.一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,其特征在于,具体为以下过程:
过程一:从视频流中截取单帧图像,并设置视频输出格式为RGB,分辨率为480P;
过程二:首先,获取连续三帧图像中的中间帧,并将RGB图像转换为灰度图像;其次,将连续两帧对应的灰度图像进行差分得到两幅差分图像;然后,将两幅差分图像进行与运算;接着,由设定的阈值T1来对与运算后的差分图像进行二值化运算,得到前景目标的二值化图像;最后,将前景目标的二值化图像和中间帧图像进行按位与运算,最终得到融合后的前景目标图像;
过程三:首先,将得到的前景目标图像由RGB颜色空间转换为HSV颜色空间,得到HSV图像;其次,由设定的两个阈值T2和T3对得到的HSV图像进行二值化处理,从而得到口腔目标的二值化图像,具体二值化处理的规则为:
如果HSV图像中的数值位于阈值T2和阈值T3之间,则图像数值变成255;否则图像数值变成0;
然后,对得到的口腔目标二值化图像进行腐蚀化操作;接着,对腐蚀化操作后的图像进行膨胀化处理;最后,对经历过二值化、腐蚀、膨胀操作步骤后的图像进行轮廓检测,并分割出每一块轮廓区域;
过程四:首先,对检测的每一块轮廓区域,计算出轮廓区域的面积;然后,通过判断轮廓区域的面积值是否大于设置的面积值,来进一步排除干扰;
过程五:首先,对大于设置面积值的轮廓区域进行垂直边界距离计算以得到轮廓区域的坐标值;
然后,把得到的坐标值加入空的数组;
过程六:首先,根据数组是否为空来判断是否检测到口腔;然后,将口腔目标的二值化图像与前景目标的融合图像进行混合运算;最后,将最终得到的口腔图像进行实时输出并显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,其特征在于,过程三设置的阈值为两个一维数组,其值为[150,34,36]和[178,255,200]。
3.根据权利要求1所述的一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,其特征在于,过程三的腐蚀化操作的方法为:以7*7的卷积核对图像进行卷积运算。
4.根据权利要求1所述的一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,其特征在于,过程四设置的面积值为1500。
5.根据权利要求1所述的一种基于帧间差分和HSV颜色空间的口腔检测方法,其特征在于,过程六得到最终图像im″n的方法为:
im″n=(1-a)G′n+a*im′n
其中,G′n为口腔目标的二值化图像,im′n为前景目标的融合图像,a的取值为0.5。
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