[发明专利]一种后背三维对称度评价装置及方法

摘要

一种后背三维对称度评价装置及方法属于脊柱检测领域。装置包括大于等于两台摄像机形成的立体相机测量系统、结构光投射系统、红外补光系统、粘贴在后背皮肤上的标志点、暗室、计算机六部分组成。立体相机测量系统用于扫描人体后背，以获得后背三维点云数据；结构光投射系统用于生成结构光，简化三维重建难度之用；红外补光系统用于生成红外光，照射至后背所粘贴的反光标记点，用于增强标记点图像的对比度，同时又不影响可见光成像；标志点用于标记并定位脊柱曲线；暗室用于遮挡外部杂散光，用于提供较为黑暗的背景，保护被测者隐私；计算机用于拍摄图像、三维重建、特征计算等任务。本发明提供一种适合常年检测和大面积推广的廉价、安全检测方法。

主权项

1.一种后背三维对称度评价装置，其特征在于，该装置包括大于等于两台摄像机形成的立体相机测量系统、结构光投射系统、红外补光系统、粘贴在后背皮肤上的标志点、暗室和计算机；立体相机测量系统用于扫描人体后背，以获得后背三维点云数据；结构光投射系统用于生成结构光；红外补光系统用于生成红外光，照射至后背所粘贴的反光标记点，用于增强标记点图像的对比度，同时又不影响可见光成像；标志点用于标记并定位脊柱曲线；暗室用于遮挡外部杂散光，用于提供较为黑暗的背景，保护被测者隐私；计算机用于三维重建和特征计算；/n检测时，操作者依次完成A-C工作：/nA:在待测者后背每个棘突粘贴标记点，打开红外补光系统；/nB:利用立体相机测量系统扫描后背三维点云数据和脊柱标记点三维坐标数据/nC:计算后背对称度指标；/n其中C工作具体计算步骤如下：/n步骤1，将获得的粘贴于棘突的标记点三维坐标数据进行三次样条插值，拟合脊柱形态，以获得连续的脊柱曲线和对应的曲线方程；/n步骤2，计算脊柱曲线上任意点的垂面方程/n步骤3，遍历所有后背点云数据，计算每个点云数据与垂面方程之间的间距，该间距小于设定的数值，即认为该点属于该垂面，所有此类点的集合，构成了该脊柱点的截面点云点集；/n步骤4，以脊柱曲线上点为中心将该点在步骤3中获得的截面点云点集数据分为左右两部分；/n步骤5，将所有后背点云数据原点平移至臀沟点，即臀沟点世界坐标为(0，0，0)，每个点云点的三维坐标均以臀沟点为基准原点；/n步骤6，从脊柱曲线方程臀沟位置开始，每隔设定的距离，向上取一个脊柱曲线点作为对称中心，取出步骤3中的截面数据点集，以对称中心为起点，分别向左右两侧取固定的偏离距离，计算左右这两个偏离距离处的点云点的高度差；该偏移距离不断变化，得到一系列高差值，组成高差向量；取遍整个脊柱曲线点并进行计算后，会得到整个脊柱曲线的左右高度差值曲线，也就得到了上述所取的偏离距离尺度下的后背对称度曲线；/n步骤7，得到对称度曲线后，计算两个指标，一是计算平均偏差，计算方法为将高差曲线上每个点的数值求和，再除以截面个数，得到平均高差偏差，用于总体评价脊柱侧弯程度；另一个指标是直接在对称度偏差曲线上识别曲率突变点，用该位置描述发生错位的脊椎位置；/n步骤8，在步骤7选取的对称中心基础上，取与该对称中心所在垂面前后一定距离的两个平行平面，再次截取后背三维点云的一个立体点集，对该立体点集以该点所在的直线为对称轴，直线斜率为该点处的空间切矢斜率，向脊柱两侧方向每隔固定距离截取一片子立体点集，进行空间二次曲面拟合，对称中心两侧距离相同的空间二次曲面曲率半径相减，得到该位置处的三维对称性特征向量值，与对称中心的距离不断变化，获得一系列左侧空间二次曲面曲率半径和右侧空间二次曲面曲率半径之间的差值，组成曲率半径差向量；得到该脊柱曲线位置的二维对称度向量和三维对称度向量，该向量数值即定量描述该位置处的脊柱变形情况。/n