CN113876298B - 一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，属于中医舌相系统；具体是：首先，针对舌苔的固定部位，采用空间频率固定，相位不同的结构光以相同的入射夹角多次照射到该部位上，分别采集每次照射的图像；然后，将相位固定，采用空间频率不同的结构光，重复以相同入射夹角多次照射到该部位上，再次采集每次照射的反射图像；最后，将不同相位，不同空间频率的结构光下的反射图像，利用创新的多图像融合技术计算舌苔精细三维形貌，通过模式识别技术分析舌苔的纹理、突起、密度和平滑度。本发明使用结构光对舌苔进行测量，能够测量舌苔组织的精细三维结构，可提供更丰富的信息帮助疾病诊疗。

Description

一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法

技术领域

本发明涉及中医舌相系统，特别是舌相的信息采集；具体是一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法。

背景技术

现有舌相系统使用可见光照射舌苔，采集反射光，配合模式识别技术进行诊断。

例如申请号为CN201510684446.5的“一种舌苔图像采集装置、舌相仪和舌苔检测方法”；以及申请号为CN201821752114.1的“动物舌相数字化诊疗系统”；上述两种现有技术中虽然利用不同波长的光照舌苔，采集反射波长进行诊断，但是无法获得舌苔上的纹理、突起、密度、平滑度和三维形貌等精细信息；这些信息与人体健康状态存在关联，可以进一步推知人体生理、疾病状况。

无法测量这些信息带来的后果是无法获取更完备的人体生理信息。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，通过结构光和模式识别技术，测量舌苔的精细结构信息，给医生提供了更精确的数据，方便医生诊断。

所述的舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，具体步骤如下：

首先，将固定空间频率，不同相位的结构光以一定入射夹角多次照射到舌苔上，分别采集每次照射的图像；

入射夹角是指：光入射角与舌面固定部位表面法线的夹角，夹角的取值根据经验选择。由于存在入射夹角，当舌苔表面高度变化时，反射图像在舌面固定部位的相位会发生变化，相位变化的大小反映了高度变化大小。

然后，将固定相位，不同空间频率的结构光，重复以一定入射夹角多次照射到舌苔上，分别采集每次照射的反射图像；

最后，将不同相位，不同空间频率的结构光下的反射图像，利用创新的多图像融合技术计算舌苔精细三维形貌，通过模式识别技术分析舌苔的纹理、突起、密度和平滑度。

具体为：分析纹理是指舌苔表面精细结构在空间上的模式分布；有统计法，结构法，频谱法，主要是分析规律性结构；

分析突起是指以舌苔组织高度为基准，高于组织平面的细小结构；

分析密度是指单位面积内纹理和突起的数量；

分析平滑度是指通过突起的大小和高度变化反映的平滑度。

本发明一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，优点在于：

(1)使用结构光对舌苔进行测量，能够测量舌苔组织的精细三维结构。

(2)利用模式识别技术分析舌苔的三维结构，进而得到纹理、突起、密度、平滑度等，可提供更丰富的信息帮助疾病诊疗。

附图说明

图1为本发明一种舌苔三维形貌及精细结构的测量的结构示意图；

图2为本发明一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法的流程图。

图3为本发明实施例构造的舌苔形貌及精细结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，以使本发明的目的和优势更加清晰。以下说明仅为示例，并非限制本发明的使用范围；

本发明提出了一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，是一种测量舌苔精细结构的方法；本发明采用的设备与一般图像采集设备不同，本发明中的图像采集设备使用多频率、多相位的正弦条纹照明，如图1所示；采用了结构光和模式识别技术，得到舌苔纹理、突起、密度、平滑度、三维形貌等信息，帮助更准确的舌诊。

如图2所示，具体步骤如下：

步骤一、将固定空间频率和相位的结构光，以一定入射角度照射到舌苔上，采集反射图像；

本实施例选取的空间频率为0.1mm^-1的强度正弦变化的结构光，光入射角与舌苔某一部位表面法线有15°夹角；入射角度的设置是需要与舌面表面法线有一定夹角，一般可根据经验选择。

由于存在入射夹角，当舌苔表面高度变化时，反射图像在该位置的相位会发生变化，相位变化的大小反映了高度变化大小。

步骤二、将同一空间频率、不同相位的结构光照射到舌苔的同一位置上，再次采集反射图像。

不同相位的结构光选取与步骤一中相差120°、240°相位；

步骤三、换用不同的空间频率，不同相位的结构光重复上述过程，采集更多反射图像；

用较低的空间频率，测量的舌苔三维形貌变化精度较低而不易出现伪影、畸变；用较高的空间频率，测量的舌苔三维形貌变化精度较高但易出现伪影、畸变，所以需要将二者结合起来。

步骤四、针对若干不同相位，不同空间频率的结构光对应的反射图像，利用创新的多图像融合技术，得到高精度的舌苔三维形貌结构H；

计算公式为：

H＝arg min[(H-H₁)^2+(H-H₂)^2+……+(H-H_M-1)^2+(H-H_M)^2]

H_M为第M次的结构光对应的反射图像中的舌苔三维形貌结构；

步骤五、通过模式识别技术分析舌苔三维形貌结构H的纹理、突起、密度和平滑度等信息。

具体过程为：

首先，进行纹理分析：将舌苔的三维形貌图像H进行边缘检测，得到纹理图像W；

常见的纹理分析方法中有统计法，结构法，频谱法，主要是分析规律性结构。

然后，求解优化问题：

k＝[k1,k2,……,k180]＝arg min(W-k1*W1-k2*W2-……-k180*W180)

k为描述舌苔纹理结构的向量参数，由180个元素([k1,k2,……,k180])组成，W1至W180为空间频率相同、角度间隔1°的正弦条纹图案。

最后，取舌苔高精度三维结构图H中高度高于组织平面基准的部分，记为突起部分；密度则为单位面积内突起的数量；平滑度则用各个突起部分大小的均值和标准差表示。

本发明中对舌苔的精细三维形貌测量应属首次，过去的方法无法对人体舌苔组织进行三维测量；而且，过去的舌诊方法无法将纹理、突起、密度、平滑度等信息考虑到诊断过程当中。

实施例：

步骤1：将一个表面平整的参考样品放置在测量位置，用空间频率为0.1mm^-1的强度正弦变化的结构光，以入射角与舌苔某一部位表面法线有15°的夹角照射到样品上，采集反射图像。

步骤2：将同一空间频率、不同相位的结构光照射到样品上，采集反射图像。

步骤3：重复前两个步骤用M个空间频率，每个空间频率采集N个不同相位的图像，每个图像记为I_mn；每个空间频率下利用正弦结构光三维重建，计算出三维图像记为H_m(m＝1～M)。

步骤4：以初始位置为0mm，取-10mm至10mm，1mm为步长，逐渐改变参考样品的高度，重复使用M个空间频率，每个空间频率采集N个相位的图像，一共H个高度，则每个图像记为I_ref_mnh。

步骤5：计算每个图像I_ref_mnh中每个像素位置的相位，得到相位图，记为P_ref_mnh。

步骤6：取走参考样品，将舌苔置于参考样品的0mm位置，重复步骤1-3，即在同一高度采集不同空间频率、不同相位的图像，记为I_tis_mn。

步骤7：计算I_tis_mn每个像素位置的相位，得到相位图，记为P_tis_mn。

步骤8：由于存在入射夹角，当舌苔表面高度变化时，反射图像在该位置的相位会发生变化，相位变化的大小反映了高度变化大小。

比较相位图P_ref_mn和P_tis_mn，得到舌苔的精细三维结构。

步骤9：利用模式识别技术，分析舌苔的纹理、突起、密度、平滑度等信息。

最终，本实施例得到的舌苔样貌中纹理、突起、密度、平滑度等信息如图3所示。

Claims (3)

1.一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先，针对舌苔的固定部位，采用空间频率固定，相位不同的结构光以相同的入射夹角多次照射到舌苔上，分别采集每次照射的图像；

然后，采用相位固定，不同空间频率的结构光，重复以相同入射夹角多次照射到舌苔的该部位上，分别采集每次照射的反射图像；

接着，重复用M个空间频率，每个空间频率采集N个不同相位的图像，利用创新的多图像融合技术计算舌苔该部位的三维形貌图像，计算公式为：

H＝argmin[(H-H₁)^2+(H-H₂)^2+……+(H-H_M-1)^2+(H-H_M)^2]

H_M为第M个空间频率下利用正弦结构光重建的三维图像；

通过固定步长，逐渐改变参舌苔该部位的高度，重复使用M个空间频率，每个空间频率采集N个相位的图像，一共H个高度，计算每个图像中每个像素位置的相位，得到相位图，

最后，通过模式识别技术分析舌苔三维形貌图像H的纹理、突起、密度和平滑度；

具体为：

首先，进行纹理分析，将舌苔的三维形貌图像H进行边缘检测，得到纹理图像W；

然后，求解优化问题：

k＝[k1,k2,……,k180]＝argmin(W-k1*W1-k2*W2-……-k180*W180)

k为描述舌苔纹理结构的向量参数，由180个元素([k1,k2,……,k180])组成，W1至W180为空间频率相同、角度间隔1°的正弦条纹图案。

2.如权利要求1所述的一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，其特征在于，所述的入射夹角是指：光入射角与舌面固定部位表面法线的夹角，夹角的取值根据经验选择；由于存在入射夹角，当舌苔表面高度变化时，反射图像在舌面固定部位的相位会发生变化，相位变化的大小反映了高度变化大小。

3.如权利要求1所述的一种舌苔三维形貌及精细结构的测量方法，其特征在于，所述的纹理分析是指舌苔表面精细结构在空间上的模式分布；有统计法，结构法，频谱法，主要是分析规律性结构；

分析突起是指以舌苔组织高度为基准，高于组织平面的细小结构；

分析密度是指单位面积内纹理和突起的数量；

分析平滑度是指通过突起的大小和高度变化反映的平滑度。

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