[发明专利]基于结构重建的皮下静脉三维可视化装置及方法

摘要

本发明提供一种基于结构重建的皮下静脉三维可视化装置及方法，能够获得静脉血管和皮肤表面的三维空间信息。首先需要对三台相机进行参数标定；第二步，利用已标定的相机对投影仪进行参数标定；第三步，利用结构光法实现皮肤表面的三维重建；第四步，采用模板匹配的方法提取出近红外图像中的血管中心线；第五步，采用极线匹配的方法实现血管中心线的三维重建；第六步，采用GPU加速的光线投射法实现手背及血管在计算机屏幕上的三维可视化；最后，基于三维体数据，模拟得到以投影仪为视点的投影图像，并将该图像投影到待测皮肤表面，实现二维投影显示。

主权项

基于结构重建的皮下静脉三维可视化装置，其特征在于，主要包括：一台个人计算机P、两个环状的近红外光源L1和L2、两片红外滤光片F1和F2、一台可见光成像的工业相机C1、两台近红外成像的工业相机C2和C3、一台近距离投影仪D及一个可摆放以上装置的支架；其中，固定于同一横杆，间隔一定距离，相互夹角使成像投影于同一区域的可见光成像的工业相机C1及近距离投影仪D组成用于皮肤表面三维重建的图像采集设备；环绕镜头的近红外光源L1和L2、附着于成像平面处的红外滤光片F1和F2、固定于同一横杆且夹角使成像区域对准待测区域的近红外成像工业相机C2和C3组成用于静脉血管三维重建的图像采集设备；个人计算机P用于：控制投影仪D投影：根据结构光的重建原理投影出具有不同编码信息的光栅图像；系统标定：包括近红外相机C2、C3间的标定、可见光相机C1与投影仪D间的标定及近红外相机C2、C3与可见光相机间C1的标定三部分，得到各成像投影设备的内、外参数矩阵来表征相机或投影仪的系统内参数及系统间的空间位置关系；皮肤表面三维重建：在相机C1采集到被皮肤表面调制的光栅图像后，根据相位计算方法得到光栅图像的绝对相位值，再据预先标定的系统参数和相位‑高度映射关系计算出被皮肤表面的三维信息；静脉血管三维重建：首先对获得的近红外静脉血管图像进行血管中心线提取，然后根据双目视觉原理，利用极线匹配的方法获得两幅图像中血管对应关系，最后根据系统参数对静脉血管中心线进行三维坐标的计算；人体数据三维可视化：选定视点及光源位置后，利用GPU加速的光线投射法实现实时渲染和三维显示；静脉血管二维投影：根据近红外相机与投影仪间的标定参数，计算三维体数据在投影仪处的投影图像，并将该图像投影在人体皮肤表面。