[发明专利]一种基于温度场分布的体内平衡检测装置

权利要求书

1.一种基于温度场分布的体内平衡检测装置，其特征在于该测量装置包括三维扫描相机（1）、面阵式红外成像传感器（2）、主动红外光发生器（3）、采集处理计算机（4）四部分。

2.一种根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于三维扫描相机（1）可采用任何可采集人体体表三维形态的扫描装置，如基于散斑的深度相机、基于结构光的三维扫描相机等；该三维扫描相机用于获取人体体表的三维点云数据。

3.一种根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于面阵式红外成像传感器（2）包括两台可采用制冷或非制冷式二维红外成像传感器，用于采集被测者两个角度的二维温度数据。

4.一种根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于三维扫描相机（1）与面阵式红外成像传感器（2）、主动红外光发生器（3）同向布置，镜头全部朝向被测者，全部安装在相机支撑架6顶端的横杆上；两台三维扫描相机（1）布置于最外侧，两台面阵式红外成像传感器（2）在三维扫描相机（1）内侧紧挨布置，一台主动红外光发生器（3）布置在横杆中间；三维扫描相机（1）与面阵式红外成像传感器（2）视场重叠，保证拍摄同一目标区域；主动红外光发生器（3）投射范围覆盖三维扫描相机（1）与面阵式红外成像传感器（2）共同视场；三维扫描相机（1）通过信号线（7）与采集处理计算机（4）相连；面阵式红外成像传感器（2）通过信号线（8）与采集处理计算机（4）相连；主动红外光发生器（3）通过信号线（9）与采集处理计算机（4）相连。

5.一种根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于该装置的使用步骤为：

[1] 被测者（5）站立在三维扫描相机（1）前的扫描视场内，脱掉被检测部位衣物；

[2] 启动三维扫描相机（1），对被测者（5）进行三维扫描成像，图像数据通过数据线（7）进入采集处理计算机（4）；根据相机参数矩阵、视觉计算模型计算被测者（5）的三维体表数据；

[3] 启动面阵式红外成像传感器（2），对被测者（5）进行被动式红外成像；获取被测者（5）体表的热辐射图像通过数据线（8）进入采集处理计算机（4）；

[4] 启动主动红外光发生器（3），对被测者（5）体表进行照射，经设定时间t，被测者体表已经充分吸收红外辐射光；

[5] 再次启动面阵式红外成像传感器（2），对被测者（5）进行红外成像；获得在主动红外辐射条件下经皮下组织、血管调制后的红外图像，经数据线（8）进入采集处理计算机（4）；

[6] 在采集处理计算机（4）内，对步骤[2]中获取的三维体表数据进行人体关键点三维坐标序列A识别；这些关键点包括颈部与肩部交界点（10）、左右两侧肩峰点（11）、左右两侧腋窝点（12）、头顶最高点（13）、腰部两侧凹陷点（14）、臀沟消失点（15）；

[7] 在采集处理计算机（4）内，对步骤[3]中获取的体表红外温度数据进行人体关键点二维图像坐标序列B识别；这些关键点包括颈部与肩部交界点（10）、左右两侧肩峰点（11）、左右两侧腋窝点（12）、头顶最高点（13）、腰部两侧凹陷点（14）、臀沟消失点（15）；左右两幅体表红外温度图像用于防止单侧红外相机不能拍摄上述全部关键点；

[8] 在采集处理计算机（4）内，对步骤[5]中获取的体表红外温度数据进行人体关键点二维图像坐标序列C识别；这些关键点包括颈部与肩部交界点（10）、左右两侧肩峰点（11）、左右两侧腋窝点（12）、头顶最高点（13）、腰部两侧凹陷点（14）、臀沟消失点（15）；

[9] 在采集处理计算机（4）内，对步骤[6]中获取的三维坐标序列A和步骤[7]中获取的二维图像坐标序列B进行坐标映射匹配；如序列A中的（13）号和（10）号标记点与二维图像坐标序列B中的（13）号和（10）号标记点进行匹配；分别在步骤[2]中获取的三维体表数据和步骤3中获取的体表红外温度数据中（13）号与（10）号标记点之间进行等间隔取样，再对两种图像中的等间隔取样点进行匹配；这样在三维体表数据上（13）号与（10）号标记点之间的取样点位置就具有了对应的温度数据；在取样点之间采用均匀B样条进行温度数据插值拟合；同理，再在（13）号样点与（11）号样点之间进行温度数据插值拟合，（10）号样点与（11）号样点之间进行温度数据插值拟合；三维体表数据和二维体表红外温度数据（13）号样点、（10）号样点、（11）号样点各构成一个三角面片，再次对两种数据的对应三角面片进行数据匹配及插值拟合，使得三角面片内的所有三维点都匹配上对应的温度数据；

[10] 仿照步骤[9]，对所有三维体表数据进行温度数据映射，使得整个身体的三维体表数据均具有温度数据；

[11] 仿照步骤[10]，将对步骤[2]中获取的三维体表数据与步骤[3]中获取的体表红外温度数据进行再次映射；经过上述步骤[10]，得到了人体三维被动红外温度分布数据D1；经过步骤[11]，得到了人体三维主动红外吸收分布数据D2；D1表现了人体红外辐射分布情况，表现了人体内脏向体表传递的温度分布情况；D2表现了皮下组织和血管对主动红外光的吸收情况，进一步表现了体表下血管对氧和血红蛋白的吸收及分布情况；D1和D2从不同角度表现了人体体表和内部的健康状况。

6.一种基于温度场分布的体内平衡检测装置，其特征在于获取人体三维温度分布图后，温度分布熵计算步骤如下：

[1]将经过二维温度数据向三维数据点云映射后的三维人体背部红外图像沿竖直方向分为头颈区（16）、胸区（17）、胸腰区（18）、腰区（19）；每个分区在水平方向再分为四个等分区，如头颈区（16）从左到右的子区分别为（20）、（21）、（22）、（23）区，总共将红外图像数据分为4×4，即16个小区域;

[2]根据前文熵定义式[1]计算步骤[1]中的16个小区域的熵值，分别为头颈区熵值（24）、胸区熵值（25）、胸腰区熵值（26）、腰区熵值（27）；每个区熵值从上到下的柱状图分别为本区水平方向上分割的从左到右的四个子区的熵值；如（28）、（29）、（30）、（31）柱状图分别为头颈区熵值（24）的子区域（20）、（21）、（22）、（23）的熵值；

[3]计算每组三维人体背部红外图像对称子区熵值差作为对称性评价指标；如头颈区（16）的四个子区（20）、（21）、（22）、（23），取左右两边对称区的熵值差，即子区（20）与子区（23）的熵值差为（36），子区（21）与子区（22）的熵值差为（37）；（36）和（37）熵值差组成一个熵值差组（32），作为头颈区（16）的对称性评价矢量；其他区的对称性评价矢量计算方式类似，计算结果分别为胸区（17）对称性评价矢量（33）、胸腰区（18）对称性评价矢量（34）、腰区（19）对称性评价矢量（35）。