[发明专利]基于改进的计算机层析成像的手部建模方法

摘要

本发明提供了基于改进的计算机层析成像的手部建模方法，属于图像处理领域中的三维成像技术领域。采用改进的计算机层析成像方法来实现对手的三维建模。首先在传统的计算机层析成像系统的基础上，采用了可见光来代替原来的X射线，避免了射线对人体辐射的同时降低了系统的成本。其次，由于可见光下投影值发生了改变，所以对原有的平行束重建算法进行了改进，从而实现了可见光下重建物体断层轮廓。本发明的效果和益处是通过对手部断层轮廓的重建就可以直接得到手部的完整三维信息，避免了已有三维测量方法在获取手部完整三维信息时的点云配准困难的问题。相对于传统的计算机层析成像方法，本发明克服了原有系统一般比较昂贵并且对人体有辐射的问题。

主权项

1.一种基于改进的计算机层析成像的手部建模方法，其特征在于，步骤如下：S1采用可见光代替X射线重建物体断层的可行性分析首先采集物体一个断层的投影数据，当可见光被遮挡时，将采集到的投影数据设置为255，否则，投影数据设置为0；反投影的过程是将投影数据设置为0的投影直接进行反投影，对于投影值为255的投影不做处理；再将该断层中没有值的像素的值设为255；然后重建出物体的所有断层，将所有的断层图像进行组合，得到物体完整的三维信息；S2搭建投影采集系统投影采集系统包括转台、光板和相机；相机用来拍摄手模型的投影图片，转台用来放置手模型并且控制手模型进行等间隔旋转，光板用来发射平行光束；转台在相机和光板的中间，转台的旋转角度间隔为k为旋转的次数；再对投影采集系统进行标定；S3投影的采集和预处理S3.1投影的采集：首先通过相机采集一张空扫图片，然后开始采集手模型的投影；转台每旋转一个角度间隔采集一次手模型的投影图片，共采集k张手模型的投影图片；S3.2投影的预处理：将采集k张手模型的投影图片分别和采集的空扫图片进行做差，再对每个做差的结果进行二值化；S4根据预处理后的投影进行断层轮廓重建S4.1对于任意一个待重建层m，其对应的投影数据为预处理后的所有的投影的第m行数据，依次将每一个预处理后的投影的第m行数据取出组成一个矩阵，即投影矩阵；投影矩阵的第一行对应旋转角度为0°时的投影的第m行，第二行为旋转角度为时的投影的第m行，第三行为旋转角度为时的投影的第m行，以此类推，最后一行是旋转角度为时的投影的第m行；S4.2计算像素坐标和投影坐标之间的对应关系；首先建立投影坐标系，x‑o‑y表示的是空间坐标系，x_r‑o‑y_r表示的是投影坐标系，其中y_r表示的是射线照射的方向，o点为坐标原点；为射线源和探测器旋转的角度，旋转中心为o；空间坐标系下的坐标(x，y)和投影坐标系下的坐标(x_r，y_r)之间的坐标对应关系为：接下来确定图像坐标系和空间坐标系之间的坐标对应关系；首先将物体区域以坐标原点为中心，离散化为M×M的一个正方形，每一个小方格代表待重建图像的一个像素，将方格的边长和坐标系的单位长度都设为1；再将图像的最左上角的小方格设为图像的起始像素点(1，1)，以每一个小方格的中心点作为该像素点的坐标；设图像像素点在i‑o‑j坐标系下的坐标为(i，j)，则该像素点在坐标系x‑o‑y坐标系下的坐标为((i‑(M+1)/2)，((M+1)/2‑j))；综上，该图像像素点坐标和投影坐标之间的对应关系为：遍历第m层断层图像的所有像素，这里设待重建图像大小为M×M；计算像素(i，j)在角度下所对应的投影的位置(x_r，y_r)，然后根据该投影位置对应的投影值来判断是否进行反投影，计算公式如下：其中，a(r，θ)表示的是待重建图像，(r，θ)表示待重建像素点(i，j)的极坐标，表示的是像素(i，j)在角度下所对应的(x_r，y_r)位置的投影值；S4.3重复进行上一步，直到所有角度下的投影都遍历一遍，得到该断层初步的重建结果；S4.4对没有进行过反投影的像素区域，设置其像素值为255，即物体所在区域，得到完整的该断层轮廓图像；S5重复的进行S4，直到所有断层全部重建完毕，然后根据重建的断层结果，将所有的断层合成一个完整的三维手模型。