[发明专利]基于光度立体技术的中医望诊信息表面三维重建方法

摘要

本发明属于中医望诊的图像处理领域，特别涉及基于光度立体技术的中医望诊信息三维表面重建领域。本发明基于不同光源方向下的两组图像，即以黑球为拍摄对象的高光黑球图像和以表面待重建对象为拍摄对象的表面待重建对象图像。首先对这两组图像进行预处理，包括图片校正、图片裁剪、以及制作Mask图片，并计算光源方向向量L；然后计算待重建对象三维重建图中任意像素点q的单位法向量；最后计算待重建对象三维重建图的深度信息矩阵，并建立深度信息Z与待重建对象三维重建图中各像素点的对应关系，绘制待重建对象的三维重建图。本方法可实现望诊信息表面的三维重建，进行望诊信息的采集和表达，并利用重建的三维视图多角度观察其表面形态。

主权项

1.基于光度立体技术的中医望诊信息表面三维重建方法，基于两组图像，这两组图像分别是以黑球为拍摄对象的高光黑球图像，以及以表面待重建对象为拍摄对象的表面待重建对象图像，两组图像的拍摄条件相同，选取p个不同方向的光源依次照射在拍摄对象上，p大于等于3；所述的高光黑球图像即为上述拍摄条件下获取的p个不同光源方向下的高光黑球图像，其中每个图像均包括黑球部分和背景部分；所述的表面待重建对象图像即为上述拍摄条件下获取的p个不同光源方向下的表面待重建对象图像，其中每个图像均包括待重建部分和背景部分，两组图像获取后传至计算机，其特征在于还包括以下步骤：⑴对上述两组图像进行预处理，包括：①图片校正：根据拍摄仪器的光电响应曲线对上述高光黑球图像和表面待重建对象图像进行校正，得到校正后的两组图像；②图片裁剪：对于校正后的两组图像，分别把第一组高光黑球图像中包含完整黑球部分的同一区域裁剪出来，把第二组图像中包含完整待重建部分的同一区域裁剪出来，以减小图像中的背景区域，裁剪后每一组内各个图像大小相同、包含的区域相同；③制作Mask图片：从裁剪后的两组图像中选出一张高光黑球图像和一张拍摄对象图像，从高光黑球图像中提取黑球部分的轮廓，从拍摄对象图像中提取待重建部分的轮廓，然后将轮廓内的部分均用白色标记，其余部分均用黑色标记，从而得到两张新的图片，分别称为高光黑球的Mask图片和待重建部分的Mask图片；⑵计算光源的方向向量L：①读取高光黑球的Mask图片并得到高光黑球的质心位置坐标和半径，然后依次读取裁剪后的高光黑球图像并得到每个高光黑球图像的高光点位置坐标；②根据黑球高光点的镜面反射原理，计算归一化的光源方向向量L，计算公式如下：L＝2(NR)N-R其中，N＝(N₁,N₂,...,N_p)^T，N_i＝(x_i,y_i,r)，i、p为正整数，p为上述的不同方向光源的个数，且i∈[1,p]，分量x_i表示裁剪后的第i张高光黑球图像中高光点横坐标与高光黑球的质心横坐标之差；分量y_i表示裁剪后的第i张高光黑球图像中高光点纵坐标与高光黑球的质心纵坐标之差；分量r表示高光黑球的半径；R表示相机所在轴视角方向的单位向量；⑶分别计算待重建对象的三维重建图中任意像素点q的单位法向量n，计算公式如下：n=13(nR+nG+nB)]]>其中：n_R,n_G,n_B分别表示待重建对象的三维重建图中像素点q的R、G、B三个通道对应的单位法向量，s分别代表R、G、B，g_s＝A_s^-1b_s，A_s＝I_sL，L为归一化的光源方向向量，I_s＝(I_1qs,I_2qs，...，I_pqs)，I_iqs表示裁剪后第二组图像中第i个图像的q像素点所对应的s值，其中i为整数且1≤i≤p；⑷计算待重建对象的三维重建图的深度信息矩阵Z，所述的三维重建图与裁剪后的第二组图像大小相等，均为U×V，深度信息矩阵Z的计算公式为：Z＝C^-1d，其中，C表示一个(2(U×V-1),U×V)的二维稀疏矩阵，具体为其中，c(i,j)表示矩阵C中第i行第j列的元素，i、j为整数，满足1≤i≤2(U×V-1),1≤j≤U×V；d表示(2(U×V-1),1)的矩阵，表示如下：其中，d(k,1)表示矩阵d中第k行第1列的元素，n_X表示(U×V-1,1)的矩阵，具体计算方法如下：首先将步骤（3）得到的待重建对象的三维重建图中最后一行像素点法向量在X轴上的分量n_x均设为0，然后以列递增的顺序提取待重建对象三维重建图中所有像素点单位法向量的n_x分量，并组成列向量，提取前U×V-1个元素组成一个(U×V-1,1)的矩阵，即为n_X，n_Y表示(U×V-1,1)的矩阵，具体计算方法如下：首先将步骤（3）得到的待重建对象的三维重建图中最后一列像素点法向量在Y轴上的分量n_y均设为0，然后以列递增的顺序提取待重建对象三维重建图中所有像素点单位法向量的n_y分量，并组成列向量，提取前U×V-1个元素组成一个(U×V-1,1)的矩阵，即为n_Y；⑸建立深度信息矩阵Z与待重建对象的三维重建图中各像素点的对应关系，绘制待重建对象的三维重建图；所述的深度信息矩阵Z与待重建对象的三维重建图中像素点的对应关系为：从包含U×V个元素的深度信息矩阵Z中依次提取U个元素作为一列，顺序组成U行V列的矩阵，该矩阵中的深度信息分别与大小为U×V的待重建对象的三维重建图中的像素点一一对应。