CN117408992A - 舌象三维信息获取方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种舌象三维信息获取方法和系统，包括：分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；对参考漫反射图像和目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到待测舌体的三维坐标信息，并基于三维坐标信息重建待测舌体的轮廓；提取目标漫反射图像中携带待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理得到待测舌体特征信息；基于参考漫反射图像对目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调得到待测舌体的表面各像素点数据信息；采用查表法拟合出待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。本发明实现了对舌体的探测和三维图像信息的采集。

Description

舌象三维信息获取方法和系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体为一种舌象三维信息获取方法和系统。
背景技术
舌体具有复杂的形貌特征。中医临床通过对舌质、舌苔颜色，以及舌苔质地(厚薄、润燥、腐腻)以及舌形(点刺、裂纹、齿痕)、舌态对舌象特征进行综合辨识。然而，目前基于数码相机拍照形式获得的舌体彩色图片为二维图像信息，很难对舌苔厚薄、舌形中裂纹、齿痕等三维舌苔及纹理特征进行定量表征。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种舌象三维信息获取方法和系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种舌象三维信息获取方法，包括：分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，并基于所述三维坐标信息重建所述待测舌体的轮廓；提取所述目标漫反射图像中携带所述待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对所述感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到所述待测舌体特征信息；基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；采用查表法拟合出所述待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。
进一步的，分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像，包括：将所述漫反射板设置于预设参考平面上；采集所述参考光图案投影到所述漫反射板上的参考漫反射图像；所述参考光图案包括处于不同相位的正弦结构光图案；采集所述参考光图案投影到所述待测舌体上的目标漫反射图像。
进一步的，对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，包括：对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行平滑滤波处理，得到处理之后的漫反射图像；基于所述处理之后的漫反射图像，利用相移法计算截断相位值；基于所述截断相位值，确定所述待测舌体的绝对相位信息；基于所述绝对相位信息，确定所述待测舌体的三维坐标信息。
进一步的，基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息，包括：采集所述漫反射板的暗场图像；基于所述暗场图像和所述参考漫反射图像，对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正，得到校正之后的图像；对所述校正之后的图像进行图像解调处理，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；所述数据信息包括所述校正之后的图像的直流分量、交流分量和各像素点对应的漫反射率值。
进一步的，所述光学特征值包括吸收系数和约化散射系数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种舌象三维信息获取系统，包括：获取模块，重建模块，提取模块，校正模块和拟合模块；其中，所述获取模块，用于分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；所述重建模块，用于对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，并基于所述三维坐标信息重建所述待测舌体的轮廓；所述提取模块，用于提取所述目标漫反射图像中携带所述待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对所述感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到所述待测舌体特征信息；所述校正模块，用于基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；所述拟合模块，用于采用查表法拟合出所述待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。
进一步的，所述获取模块，还包括：光源，数字微镜和面阵相机；其中，所述光源，用于产生入射准直平行光，并将所述入射准直平行光聚焦到所述数字微镜表面；所述数字微镜，用于调制处于不同相位的正弦结构光图案，并配合所述入射准直平行光将所述正弦结构光图案投影到所述漫反射板和所述待测舌体上；所述面阵相机，用于采集所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
本发明提供了一种舌象三维信息获取方法和系统，相较于传统医师肉眼观察，本发明具有快速、高效、检测标准不易受个体因素、主观判断的影响等特点；相较于传统的机器视觉装置，本发明可以拓展信息的维度，实现对舌体探测及三维图像信息采集，区别于一般方法直接获得更多维度的信息，从多个维度对舌象信息进行检测，有助于获得更加全面舌象信息。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种通过查表法拟合得到待测舌体的光学特征值的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取系统的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取装置的示意图。
图中：1、计算机，2、数据线，3、数字微镜，4、光源，5、面阵相机，6、升降台，7、光学平台，10、获取模块，20、重建模块，30、提取模块，40、校正模块，50、拟合模块，100、图像处理系统，200、图像采集系统。
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、完整的描述，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。
实施例一
图1是根据本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取方法的流程图。
如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S102，分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像。
可选地，在本发明实施例中，通过数字微镜产生参考光图案，然后通过面阵相机采集漫反射图像。
步骤S104，对参考漫反射图像和目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到待测舌体的三维坐标信息，并基于三维坐标信息重建待测舌体的轮廓。
步骤S106，提取目标漫反射图像中携带待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到待测舌体特征信息。
本发明实施例提供的舌象三维信息获取方法，可以通过漫反射图像提取到待测舌体的轮廓三维信息和二维特征信息，基于轮廓和特征信息可以对待测舌体的舌形进行初步定性分析。
步骤S108，基于参考漫反射图像对目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到待测舌体的表面各像素点数据信息。
步骤S110，采用查表法拟合出待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。其中，光学特征值包括吸收系数和约化散射系数。
本发明实施例提供的舌象三维信息获取方法，还可以通过查表法拟合得到待测舌体的光学特征值，然后基于光学特征值对待测舌体进行定性分析。
图2是根据本发明实施例提供的一种通过查表法拟合得到待测舌体的光学特征值的流程图。如图2所示，首先设定初始光学特征值吸收系数和约化散射系数，然后通过查找表确定与初始光学特征值对应的预测反射率Rd’，再将预测反射率Rd’与待测舌体的表面各像素点数据信息中的舌体实测反射率Rd进行对比拟合，查找到与舌体实测反射率Rd欧氏距离最短的预测反射率Rd’，得到待测舌体的光学特征值吸收系数和散射系数。
本发明实施例提供的方法，将通过查表法得到的吸收系数与约化散射系数归类于通过对舌体的舌质、舌色、苔质、苔色的表征，对待测舌体进行了进一步的定性分析。
具体的，步骤S102还包括如下步骤：
步骤S1021，将漫反射板设置于预设参考平面上；
步骤S1022，采集参考光图案投影到漫反射板上的参考漫反射图像；参考光图案包括处于不同相位的正弦结构光图案；
步骤S1023，采集参考光图案投影到待测舌体上的目标漫反射图像。
具体的，首先利用参考平面对系统进行标定，确定面阵相机孔径光阑的高度，数字微镜孔径光阑的高度以及二者之间的距离，使面阵相机与数字微镜的孔径光阑位于同一高度处，以及，面阵相机与数字微镜垂直于光学平面。
然后取漫反射板置于参考平面上，计算机生成特定频率不同相位的呈正弦变化的灰度图片，控制数字微镜生成相位为0，Π/2，Π，3Π/2的正弦结构光图案，依次投影到漫反射板上。由面阵相机采集漫反射光线，将光信号转化成电信号，再通过数据线传输至计算机，将电信号转化成数字信号，保存即可获得参考漫反射图像R0,R1,R2,R3。
最后将上述正弦灰度图片，依次投影到待测舌体上，由面阵相机采集携带待测舌体信息的漫反射光线，通过数据线将信息传输至计算机，保存即可获得目标漫反射图像T0,T1,T2,T3。
具体的，步骤S104还包括如下步骤：
步骤S1041，对参考漫反射图像和目标漫反射图像进行平滑滤波处理，得到处理之后的漫反射图像；
步骤S1042，基于处理之后的漫反射图像，利用相移法计算截断相位值；
步骤S1043，基于截断相位值，确定待测舌体的绝对相位信息；
步骤S1044，基于绝对相位信息，确定待测舌体的三维坐标信息。
最后，通过绝对相位信息与已经标定的面阵相机-数字微镜系统模型，可以计算出待测舌体表面对应像素点的三维坐标值，实现从图像坐标系到真实坐标系的转换，恢复出待测舌体的真实轮廓。
具体的，步骤S108还包括如下步骤：
步骤S1081，采集漫反射板的暗场图像；
具体的，在采集完漫反射板的参考漫反射图像之后，关闭数字微镜，然后通过面阵相机采集此时漫反射板上的暗场图像；
步骤S1082，基于暗场图像和参考漫反射图像，对目标漫反射图像进行图像均匀性校正，得到校正之后的图像。具体的，图像均匀性矫正公式如下：
式中，Icorrected为校正后图像，I为目标漫反射图像，Iwhite为参考漫反射图像，Idark为暗场图像。
步骤S1083，对校正之后的图像进行图像解调处理，得到待测舌体的表面各像素点数据信息；数据信息包括校正之后的图像的直流分量、交流分量和各像素点对应的漫反射率值。
本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取方法，与现有技术相比，具有如下技术效果：
1、相较于传统医师肉眼观察，本发明提供的方法具有快速、高效、检测标准不易受个体因素、主观判断的影响等特点；
2、相较于传统的机器视觉装置，本发明可以拓展信息的维度，实现对舌体探测及三维图像信息采集，区别于一般方法直接获得更多维度的信息。从多个维度对舌象信息进行检测，有助于获得更加全面舌象信息。
实施例二
图3是根据本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取系统的示意图。如图3所示，该系统包括：获取模块10，重建模块20，提取模块30，校正模块40和拟合模块50。
具体的，获取模块10，用于分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；
重建模块20，用于对参考漫反射图像和目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到待测舌体的三维坐标信息，并基于三维坐标信息重建待测舌体的轮廓；
提取模块30，用于提取目标漫反射图像中携带待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到待测舌体特征信息；
校正模块40，用于基于参考漫反射图像对目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到待测舌体的表面各像素点数据信息；
拟合模块50，用于采用查表法拟合出待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。其中，光学特征值包括吸收系数和约化散射系数。
具体的，校正模块40，还用于：采集漫反射板的暗场图像；基于暗场图像和参考漫反射图像，对目标漫反射图像进行图像均匀性校正，得到校正之后的图像；对校正之后的图像进行图像解调处理，得到待测舌体的表面各像素点数据信息；数据信息包括校正之后的图像的直流分量、交流分量和各像素点对应的漫反射率值。
具体的，获取模块10，还包括：光源，数字微镜和面阵相机；其中，
光源，用于产生入射准直平行光，并将入射准直平行光聚焦到数字微镜表面；
数字微镜，用于调制处于不同相位的正弦结构光图案，并配合入射准直平行光将正弦结构光图案投影到漫反射板和待测舌体上；
面阵相机，用于采集参考漫反射图像和目标漫反射图像。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如实施例一中的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现如实施例一中的方法。
实施例三
图4是根据本发明实施例提供的一种舌象三维信息获取装置的示意图。如图4所示，该装置包括图像处理系统100和图像采集系统200。
具体的，如图4所示，该装置包括依次连接的计算机1、数字微镜3、面阵相机5和机械系统，光源4由数字微镜3本身所携带。计算机1通过数据线2与面阵相机5连接。其中，计算机1属于图像处理系统100，数字微镜3和面阵相机5属于图像采集系统200。
具体的，光源4产生的入射光束经准直透镜和扩束透镜扩束为准直平行光，然后聚焦到数字微镜3(digital micromirror device，DMD)(DLP-4500，Texas Instruments，美国)表面，由DMD进行空间调制，生成特定空间频率的宽场正弦光并投影到待测舌体8表面。空间调制的光投影到待测样品上后，漫反射光线由一台与投影系统同步的面阵相机5(MER-500-7um，大恒图像视觉有限公司，中国)捕获。面阵相机5采集的漫反射图像通过数据线2传输给计算机1进行数据存储和分析。
机械系统用于支撑和调整成像装置，以确保入射光线的投射方向和漫反射光线的采集。具体的，如图4所示，机械系统包括升降台6和光学平台7.为避免相机在采集图像过程中受到外界光线的影响，该系统被放置于设计好的暗箱中。
本发明提供的装置较于一般的机器视觉技术差异在于：采用三维空间成像装置，区别于一般的成像方法，可以拓展信息的维度，实现对舌体的探测及三维图像信息采集的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种舌象三维信息获取方法，其特征在于，包括：
分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；
对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，并基于所述三维坐标信息重建所述待测舌体的轮廓；
提取所述目标漫反射图像中携带所述待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对所述感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到所述待测舌体特征信息；
基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；
采用查表法拟合出所述待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像，包括：
将所述漫反射板设置于预设参考平面上；
采集所述参考光图案投影到所述漫反射板上的参考漫反射图像；所述参考光图案包括处于不同相位的正弦结构光图案；
采集所述参考光图案投影到所述待测舌体上的目标漫反射图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，包括：
对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行平滑滤波处理，得到处理之后的漫反射图像；
基于所述处理之后的漫反射图像，利用相移法计算截断相位值；
基于所述截断相位值，确定所述待测舌体的绝对相位信息；
基于所述绝对相位信息，确定所述待测舌体的三维坐标信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息，包括：
采集所述漫反射板的暗场图像；
基于所述暗场图像和所述参考漫反射图像，对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正，得到校正之后的图像；
对所述校正之后的图像进行图像解调处理，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；所述数据信息包括所述校正之后的图像的直流分量、交流分量和各像素点对应的漫反射率值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光学特征值包括吸收系数和约化散射系数。
6.一种舌象三维信息获取系统，其特征在于，包括：获取模块，重建模块，提取模块，校正模块和拟合模块；其中，
所述获取模块，用于分别采集参考光图案投影到漫反射板和待测舌体上的参考漫反射图像和目标漫反射图像；
所述重建模块，用于对所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像进行滤波处理和解相位处理，得到所述待测舌体的三维坐标信息，并基于所述三维坐标信息重建所述待测舌体的轮廓；
所述提取模块，用于提取所述目标漫反射图像中携带所述待测舌体的参数信息的感兴趣区域，并对所述感兴趣区域进行图像滤波、图像增强及边缘检测处理，得到所述待测舌体特征信息；
所述校正模块，用于基于所述参考漫反射图像对所述目标漫反射图像进行图像均匀性校正和图像解调，得到所述待测舌体的表面各像素点数据信息；
所述拟合模块，用于采用查表法拟合出所述待测舌体的表面各像素点数据信息相对应的光学特性值。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述获取模块，还包括：光源，数字微镜和面阵相机；其中，
所述光源，用于产生入射准直平行光，并将所述入射准直平行光聚焦到所述数字微镜表面；
所述数字微镜，用于调制处于不同相位的正弦结构光图案，并配合所述入射准直平行光将所述正弦结构光图案投影到所述漫反射板和所述待测舌体上；
所述面阵相机，用于采集所述参考漫反射图像和所述目标漫反射图像。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
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