[发明专利]标尺图像中像素位移与实际位移的自动转换方法

说明书

技术领域

本发明实现了标尺图像中标尺边界像素点坐标的自动提取和像素位移与实际位移的自动转换，可应用于不同图像中同一物体的运动位移或变形程度分析，属于图像处理领域。

背景技术

在图像处理领域中，散斑计量技术是一种有效的工程检测技术。数字散斑相关方法(DSCM)是一种新型非接触变形场测量技术。DSCM的思想方法是基于对变形前后图像的分析，进行相关处理。这两幅图像可以是物体表面本身的散斑场，也可以是表面纹理；使用的光源可以是激光或白光光源。常由CCD摄像机记录被测物体位移或变形前后的两张散斑图，经模数转换得到两个数字灰度场，对两个数字灰度场做相关运算，找到相关系数极值点得到相应的位移或变形，即检测出物体的荷载变位情况。这一方法是80年代由日本Yamaguchi和美国南卡罗来纳大学的W·H·Peter和W·F·Pan son等人独立提出的，是一种计算机辅助的光学测量方法。

在此基础上，本发明实现了标尺图像中标尺边界像素点坐标的自动提取和像素位移与实际位移的自动转换，并对一些实际图像(如足部标本图像)进行了实验分析和数据验证。

发明内容

本发明的目的在于针对含有标尺的图像，提出如何实现标尺边界像素点坐标的准确提取以及基于最小二乘直线拟合的标尺图像中像素位移与实际位移自动转换方法。该方法可应用于不同图像中同一物体的运动位移或变形程度分析。

本发明的主要思路是：在不同时刻，对同一运动或受力物体拍摄附加标尺的照片，然后精确提取图像中标尺边界像素点坐标，利用标尺的宽度和下边沿两端点的距离，计算出每个像素所代表的实际长度，实现像素位移与实际位移的自动转换，并通过图像对物体进行运动位移或变形程度分析。

结合实际处理的足部标记图像，进一步说明整个发明思路：当足部受到不同压力时，由于关节的运动，探测电极就会产生运动位移；医生需要根据足部标记图像中标记点的像素位移计算出探测电极的实际位移；利用同济大学附属同济医院骨科提供的一幅700N压力下的足部正面受力标记图像(图2)，图像中的黑色标记点和矩形区域分别为探测电极和标尺，经过相关的图像处理，精确提取标尺边界像素点坐标；然后，根据最小二乘直线拟合思想，获得标尺的边界直线，并求其下边缘两端点的像素距离，利用标尺宽度求出每个像素所代表的实际长度，进而实现了像素位移与实际位移(mm)的自动转换。最后，利用同济大学附属同济医院骨科提供的足部正面和侧面标记图像各4幅，对本发明进行了实验验证，本发明阐述方法已在同济大学附属同济医院骨科的足部关节受力情况下运动位移分析中得到应用，取得了良好的效果。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

标尺图像中像素位移与实际位移的自动转换方法，其特征在于实施步骤为：1)提取标尺边界像素点坐标；2)像素位移与实际位移的自动转换。

提取标尺边界像素点坐标的具体操作步骤为：

(1)图像求反和标尺提取：图像求反就是将原图像的灰度级范围由[0，L-1]变换到[L-1，0]；标尺截取则是通过选取略大于标尺边界的局部图像，并且删除图像的其他信息，进而获得标尺的边界模板，然后将边界模板与求反后的图像取“与”操作；

(2)灰度变换：增强图像对比度是增强图像中感兴趣的灰度区域，相对抑制那些不感兴趣的灰度区域。实现方法是利用分段函数法将需要的图像细节灰度级拉伸，将不需要的图像细节灰度级压缩，采用增强对比度的变换函数为三段线性变换；

(3)二值化处理：图像分割的经典方法是基于灰度阈值的分割，它通过设置阈值，把像素点按灰度级分若干类，从而实现图像分割，所以选择迭代阈值法，基本思想是：选择一个阈值作为初始估计值，然后按某种策略不断的改进这一估计值，直到满足给定的准则为止；

(4)提取标尺边界像素点坐标，利用数组保存。

像素位移与实际位移的自动转换采用基于最小二乘法直线拟合的方法，具体的操作步骤为：

(1)剔除异常数据点：因为采用最小二乘法直线拟合求取标尺的边界直线，必须确保所获得的数据没有异常数据点；所以采用编程实现了自动剔除异常像素点。

(2)运用最小二乘法直线拟合，求解标尺两个垂直边界与水平下边界的直线方程；

(3)分别计算标尺下端两端点的像素坐标，根据两点间的距离公式可求出两端点的像素距离；

(4)利用图像中标尺的宽度和两端点的像素距离，计算出每个像素所代表的实际长度，实现像素位移与实际位移的自动转换。

本发明方法的主要特点和优点：