專利名稱：機器自動圖像識別方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器自動圖像識別方法及裝置，即利用計算機數字影像技術、模式識別技術和圖像壓縮技術對數字化的骨齡圖像進行自動識別，屬機器視覺領域。
背景技術：
骨齡即骨骼年齡。是骨骼發育進程的年齡描述，代表了特定正常人群(種族、地域、年代)中各個不同年齡未成年人骨骼發育的一般狀態，通常情況下這種一般狀態的描述來自于X線影像。骨齡評價或骨齡鑒定就是用X射線按照同樣的方法對受測人的同樣部位的骨骼拍攝X線影像并將影像中骨骼形態特征與一般狀態的比較過程。由于人的骨骼發育與人的生理成熟程度密切相關，所以骨齡可以準確地反映人體發育的生理成熟程度，是評價未成年人生理成熟程度的重要指標。
骨齡是人體成熟程度的重要指標。它不僅可以確定兒童的生物學年齡，而且還可以通過骨齡及早了解兒童的生長發育潛力、并依照骨骼發育趨勢來判斷是否適合接受某項具體運動的專業訓練或是向適合本身骨骼發育趨勢的職業方向發展，以及性成熟的趨勢，通過骨齡還可預測兒童的成年身高，骨齡的測定還對一些疾病的診斷有很大幫助。
判斷兒童骨齡有三種常用的方法1、根據手腕部骨化中心數來測定骨齡觀察受檢兒童的手腕部萌出的骨化中心數來判斷骨骼發育的成熟程度如出現頭骨、鉤骨時，骨齡相當于6個月出現三角骨時，骨齡相當于3歲，該方法較適應于7歲以前的兒童。
2、根據手腕部X光圖譜來測定骨齡將受檢兒童手腕部的X線片與標準圖譜作比較，當該兒童手腕部的骨化中心的數目、形態及大小與標準圖譜中某一年齡所示的骨化中心較為一致時，此圖譜上的年齡即為該兒童的骨齡。該圖譜男女各一套，適合于0-19歲的兒童少年。
3、根據腕骨形態、大小等發育變化進行計分測定骨齡將受檢兒童手腕部各骨化中心的發育情況進行分期評分，累計總分后查出相應的骨齡。此法較前兩種方法更全面客觀，也較精確，但因為方法繁瑣、復雜、門診不常用。
已有的發明有以下幾種同比技術{I}，中國專利公開號CN 1644164A，申請號CN200510051230.1，
公開日2005年7月27日，發明名稱為《數字化檢測骨齡的方法及其裝置》，公開了一種數字化檢測骨齡的方法及其裝置，通過采用的線掃描技術對被檢測人體部位的移動掃描方法，并提供一種采用這種方法的檢測裝置，使得檢測骨齡的靈敏度高，效率高，探測范圍大，同時，在這種模式下，醫生可在計算機上應用增強顯示功能作進一步圖像處理，很大程度上提高了診斷能力，并借助于軟件處理技術分析圖像，可以實現將圖像放大，灰度反置，同時顯示幾幅圖像相比較等功能。
已發表論文《基于CHN的骨齡自動評價方法研究》，王珂、王巍、尹寶才《計算機研究與發展》第40卷第7期2003年7月，論述了應用活動形狀模型(active shape models，ASM)，結合了特定的先驗知識，提出多模板多訓練集的方案，改善了邊緣檢測的效果；通過考察一系列形狀幾何信息并結合灰度信息，將CHN標準中有關的文字描述轉化為數字特征，采取多層次分步驟的方法用于最終的骨齡自動評價，實驗表明骨齡評價的正確率和穩定性有了提高。
已發表論文《AN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK ARCHITECTURE FOR SKELETALAGE ASSESSMENT》By Leonardo Bocchi，etc，University of Florence-Firenze，Italy ICIP 2003論述了采用TW2方法，應用神經網絡結構，對圖像中的每一個骨骼進行定位，使用Gabor轉換或是多度量分層次Gaussian過濾，將預處理的結果傳輸到神經網絡裝置中，在按照TW2方法對骨齡數據分類，從而按照影像學專家的經驗數據來對骨齡進行評估和對比。
綜上所述，傳統的方法是骨齡專家親自審視X線片，并將影像中骨骼形態特征與一般狀態的比較，根據臨床經驗得出骨齡的評估結論，不足之處是其方法耗時、效率低、一天一個骨齡專家診斷人數有限，并受到人為因素的影響，如疲勞、心情不佳、壓力太大、工作環境欠佳等等；較先進的方法是利用計算機對骨齡自動評價，國內外很多機構投入大量人力、物力、財力，仍沒有一個成熟、穩定、100％對X線片識別的方法，一些無法解決的問題如兩塊骨相連接，不能分割確定邊緣，也有無法識別，理論上的結論僅是“識別正確率和穩定性有了提高”。
發明內容
本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種采用利普視覺公司研發的骨齡識別模塊、骨齡圖譜數據庫、骨齡圖像壓縮模塊、存儲技術，以及網絡傳輸技術，骨齡專家識別與計算機自動識別有效結合，節約時間，提高識別效率，能夠準確可靠地識別評估骨齡。
本發明的顯著進步之一是骨齡識別模塊僅對青少年的左手掌的骨齡進行自動識別，并且僅對左手掌的13塊最具代表性的骨骼進行定位、分割、特征提取、識別、比對、計分、評估測定，左手掌的13塊的骨骼分別是G1橈骨、G2尺骨、G3第一掌骨、G4第三掌骨、G5第五掌骨、G6第一近指骨、G7第三近指骨、G8第五近指骨、G9第三中指骨、G10第五中指骨、G11第一遠指骨、G12第三遠指骨、G13第五遠指骨。而不是通常的對35塊骨骼部位進行圖譜識別，本發明的方法在保證識別正確率的前提下，通過大量的臨床評估測定數據，篩選得出左手掌的13塊最具代表性的骨骼，極大地提高了定位、分割、特征提取、識別、圖譜比對、計分、評估測定的運算速度。
本發明的顯著進步之二是因青少年仍在生長過程中，左手掌的骨骼圖像必然是未成熟的骨骼圖像，有一些是兩塊骨骼粘連在一起的，或是企業原因導致計算機軟件根本無法對骨骼圖像分割、確定邊緣、特征提取，也就無法識別，即到目前為止，仍沒有一個成熟、穩定、100％對X線片識別的方法的關鍵原因之一。克服這個缺點的方法目前只能是骨齡專家僅對計算機自動識別出現偏差結果的骨骼圖像人工依具體骨骼圖像和其他可供推斷的依據加上實際的大量臨床評估測定經驗來決定，故本發明的方法采用骨齡專家識別與計算機自動識別有效結合，節約時間，提高識別效率，能夠準確可靠地識別評估測定骨齡。
本發明的顯著進步之三是采用利普視覺獨立擁有、自行研發的圖像壓縮技術，每張骨骼圖像可壓縮至5～8k，這樣減小了系統對通信網絡的依賴，減小系統對網絡帶寬的需求，加快了數據處理速度，提高了系統可靠性，使得骨齡專家通過通信網絡人工當地或是異地對骨骼圖像識別與計算機自動識別有效結合，能夠即時、高效、準確、可靠地識別評估測定出受評估人的骨齡。
本發明的裝置硬件包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]。其中，高精度圖片掃描儀[1]的接插口與主控機[2]的接插口相連接，顯示器[3]的輸入端與主控機[2]的顯示輸出端相連接，打印機[4]的輸入端與主控機[2]的打印輸出端相連接，主控機[2]通過計算機通信網絡與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接。高精度圖片掃描儀[1]是將X線片掃描后，把骨齡的X線片圖像轉化為數字圖像的標準器具；主控機[3]是具有標準工業計算機功能的設備，內裝操作系統、管理應用程序、骨齡識別程序、骨齡圖像壓縮程序、自動比對程序、骨齡圖譜數據庫、通信程序、高精度圖片掃描儀[1]控制程序、用于控制本發明中的所有裝置，運行本發明方法中的所有程序，以及負責與其它相關應用系統的通信和數據交換；顯示器[3]是標準計算機顯示器，主要用于顯示骨齡圖像、骨齡人性別、年齡以及實際身高等信息骨齡中心數據庫服務器[5]是標準計算機服務器，用于存儲和管理所有骨齡識別評估測定結果信息。
本發明采用計算機通信網絡的數字化的骨齡圖像自動識別方法，研發出一種技術可靠、使用方便的骨齡圖像自動識別裝置，應用于醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估測定的場所。將采集到的X線片掃描后，把骨齡的圖像轉化為數字圖像，利用利普視覺公司研發的骨齡圖像識別模塊、骨齡圖譜數據庫、骨齡圖像壓縮模塊、存儲技術，以及網絡傳輸技術，骨齡專家人工識別與計算機自動識別有效結合，能夠即時、高效、準確、可靠地識別評估測定出受評估人的骨齡。
為實現上述的發明目的，本發明采用下述的技術方案一種采用計算機通信網絡的數字化的方法，在醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估測定的場所安裝硬件包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]組成的裝置。
該圖像自動識別方法的系統軟件由以下模塊組成圖像采集、識別、圖譜比對、偏差參數設置、數值計算、分值評估、測定顯示、偏差結果報警、通信、數據庫管理，數據庫管理具有存儲、查詢等功能。
該圖像自動識別裝置各部件之間的數據傳遞關系是高精度圖片掃描儀[1]將X線片掃描后輸入到主控機[2]，主控機[2]對圖像數據進行處理、比對、評估、分值記錄、存儲到骨齡中心數據庫，根據軟件程序的需要，由軟件調用到主控機[2]內的顯卡，由顯卡控制顯示器[3]顯示骨齡圖像的評估測定結果，若比對評估測定結果超出設定偏差值，則自動聲光提示比對出的偏差結果，專門分類，轉由具有資質的骨齡專家人工評估測定，再將人工評估測定的結果存儲到骨齡中心數據庫。骨齡專家人工評估測定可在當地人工評估測定，也可通過網絡通信傳輸技術在異地人工評估測定，并將人工評估測定結果傳輸到中心數據庫服務器[5]，打印機[4]打印出受評人的骨齡圖像的骨齡評估測定結果。
所述方法包括如下步驟(1)在醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估的場所安裝包括高精度圖片掃描儀[1]；(2)高精度圖片掃描儀[1]將采集到的受評估人X線片掃描后，把骨齡的X線片圖像轉化為數字化的骨齡圖像，并輸入受評估人的性別、年齡；(3)機器自動圖像自動識別裝置將采集到的受評估人的數字化的骨齡圖像通過骨齡圖像自動識別模塊進行自動識別處理；(4)將自動識別處理后的骨齡圖像結果同機器自動圖像識別裝置的數據庫中專家標準骨齡分期分類圖譜模塊進行比對；(5)機器自動圖像識別裝置將通過比對出的骨齡分期分類數據轉化為對應的骨齡；(6)機器自動圖像識別裝置將自動識別出的骨齡結果以及比對出的偏差結果進行存儲；(7)機器自動圖像識別裝置自動聲光提示比對出的偏差結果，并專門歸類；(8)機器自動圖像識別裝置的通信接口將自動識別的骨齡結果以及比對出的偏差結果通過計算機通信網絡傳送到骨齡中心數據庫服務器[5]；(9)具有資質的骨齡專家專門對僅是具有比對出偏差結果的骨齡圖像進行特別識別并做出骨齡評估結果；(10)具有資質的骨齡專家對具有比對出偏差結果的骨齡圖像做出骨齡評估的結果進行存儲；(11)具有資質的骨齡專家對重要的受評估人的已通過骨齡圖像自動識別的結果再次人工確認做出人工骨齡評估；(12)骨齡圖像自動識別裝置的打印機[4]打印出受評人的骨齡圖像的骨齡評估測定結果。一種機器自動圖像識別裝置如圖2所示，在醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估的場所安裝包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]組成的裝置。其特征在于，高精度圖片掃描儀[1]的接插口與主控機[2]的接插口相連接，顯示器[3]的輸入端與主控機[2]的顯示輸出端相連接，打印機[4]的輸入端與主控機[2]的打印輸出端相連接，主控機[2]通過計算機通信網絡與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接，異地的機器自動圖像識別裝置的主控機通過計算機通信網絡與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接。主控機[2]內配置軟件模塊有圖像采集模塊、存儲器、通信模塊、運算模塊、骨齡識別模塊、骨齡圖譜庫模塊，骨齡圖像壓縮模塊、自動比對程序；主控機[2]配有電源輸入接插口、視頻輸入接插口、通信輸出接插口、鼠標和鍵盤接口，打印機輸出接插口；主控機[2]的通信輸出接插口與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接。
本發明的方法及裝置的優點是采用的技術是人工智能最前沿的機器視覺技術和網絡通信技術的有效結合，應用于青少年的骨齡評估，可準確地提供定量、定性的科學骨齡評估數據，為青少年的健康和今后的職業生涯選擇提供最佳的、科學的、符合個人發展的具體建議，骨齡的評估數據還對一些疾病的診斷有很大幫助。由于骨齡的專家評估測定僅在少數城市的少數醫院開設門診，對占有人口總數的1/5的青少年來說不可能都到少數城市的少數醫院進行大規模的骨齡評估，本發明的方法及裝置提供一種方便有效的本地或異地的骨齡評估測定，骨齡專家人工識別與計算機自動識別有效結合，能夠即時、高效、準確、可靠地識別評估測定出受評人的骨齡。
圖1左手掌的13塊最具代表性的骨骼圖。
圖面說明G1橈骨，G2尺骨，G3第一掌骨，G4第三掌骨，G5第五掌骨，G6第一近指骨，G7第三近指骨，G8第五近指骨，G9第三中指骨，G10第五中指骨，G11第一遠指骨，G12第三遠指骨，G13第五遠指骨。
圖2為機器自動圖像識別裝置硬件連接示意圖。
圖面說明[1]高精度圖片掃描儀，[2]主控機，[3]顯示器，[4]打印機，[5]骨齡中心數據庫服務器。
圖3為本發明的機器自動圖像識別方法及裝置的原理圖。
圖4為本發明的機器自動圖像識別方法及裝置的主要軟件工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施來對發明所述的機器自動圖像識別方法作進一步的說明。
(一)在青少年體育培訓中心實施應用機器自動圖像識別裝置，對青少年體育人才進行骨齡評估測定，為青少年今后的職業生涯選擇提供最佳的、科學的、符合個人發展的具體建議。
在青少年體育培訓中心安裝機器自動圖像識別裝置，將采集到的受評估人X線片掃描后，把骨齡的X線片圖像轉化為數字化的骨齡圖像，并輸入受評估人的性別、年齡；機器自動圖像識別裝置將通過比對出的骨齡分期分類數據轉化為對應的骨齡，當出現骨齡評估偏差結果時，自動聲光提示比對出的偏差結果，并專門歸類；具有資質的骨齡專家專門對僅是具有比對出偏差結果的骨齡圖像進行特別識別并做出骨齡評估結果；機器自動圖像識別裝置的通信接口將自動識別的骨齡結果以及比對出的偏差結果通過計算機通信網絡傳送到骨齡中心數據庫服務器，骨齡專家可在當地現場對具有偏差結果的骨齡圖像進行骨齡評估，也可在異地對具有偏差結果的骨齡圖像進行骨齡評估，也可將非常重要受評估人或是疑難受評估人骨齡圖像傳輸至省級或國家級的骨齡評估專家處進行異地會診，即時、高效、準確、可靠地識別評估測定出受評人的骨齡。
(二)在青少年藝術培訓中心實施應用機器自動圖像識別裝置，對青少年藝術人才進行骨齡評估測定，為青少年今后的職業生涯選擇提供最佳的、科學的、符合個人發展的具體建議。其原理同上，在此不贅述。
(三)在醫院實施應用機器自動圖像識別裝置，對青少年進行骨齡評估測定，對一些疾病的診斷提出科學的骨齡評估測定，盡早預防治療。其原理同上，在此不贅述。
上述的機器自動圖像識別裝置包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]等硬件設備。這些硬件設備都是現有成熟的設備，在市場上很容易獲得。而關鍵的骨齡圖像自動識別模塊、骨齡圖譜數據庫和骨齡圖像壓縮模塊則是由利普視覺公司技術研發中心經過多年努力自行研發出。
需要說明的是，本發明的特定例已經對本發明所述的機器自動圖像識別方法及裝置進行了詳細的描述，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明所述方法的精神和范圍的情況下對它進行的各種顯而易見的改變都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種機器自動圖像識別方法，將采集到受評估人的骨骼X線片掃描后，把骨齡的X線片圖像轉化為骨齡的數字圖像，通過計算機自動識別骨齡圖像，評估出骨齡，機器自動圖像識別裝置包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]，其特征在于，所述的機器自動圖像識別方法包括如下步驟(1)在醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估的場所安裝包括高精度圖片掃描儀[1]；(2)高精度圖片掃描儀[1]將采集到的受評估人X線片掃描后，把骨齡的圖像轉化為數字化的骨齡圖像，并輸入受評人的性別、年齡；(3)機器自動圖像自動識別裝置將采集到的受評估人的數字化的骨齡圖像通過骨齡圖像自動識別模塊進行自動識別處理；(4)將自動識別處理后的骨齡圖像結果同圖像自動識別裝置的數據庫中專家標準骨齡分期分類圖譜模塊進行比對；(5)機器自動圖像識別裝置將通過比對出的骨齡分期分類數據轉化為對應的骨齡；(6)機器自動圖像識別裝置將自動識別出的骨齡結果以及比對出的偏差結果進行存儲；(7)機器自動圖像自動識別裝置自動聲光提示比對出的偏差結果，并專門歸類；(8)機器自動圖像識別裝置的通信接口將自動識別的骨齡結果以及比對出的偏差結果通過計算機通信網絡傳送到骨齡中心數據庫服務器[5]；(9)骨齡圖像自動識別裝置的打印機[5]打印出受評人的骨齡圖像的骨齡評估結果。
2.根據權利要求1所述的機器自動圖像識別方法，其特征在于，所述的骨骼的X線片是受測人的左手的骨骼的X線片。
3.根據權利要求1所述的機器自動圖像識別方法，其特征在于，骨骼圖譜的比對是針對受測人的左手骨骼的13塊骨骼。
4.根據權利要求1所述的，其特征在于，所述的受測人的13塊骨骼是G1橈骨，G2尺骨，G3第一掌骨，G4第三掌骨，G5第五掌骨，G6第一近指骨，G7第三近指骨，G8第五近指骨，G9第三中指骨，G10第五中指骨，G11第一遠指骨，G12第三遠指骨，G13第五遠指骨。
5.一種機器自動圖像識別裝置，軟件包括有圖像采集、識別、圖譜比對、偏差參數設置、數值計算、分值評估、測定顯示、偏差結果報警、通信、數據庫管理模塊，硬件包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]；其特征在于，高精度圖片掃描儀[1]的接插口與主控機[2]的接插口相連接。
6.根據權利要求5所述的機器自動圖像識別裝置，其特征在于，顯示器[3]的輸入端與主控機[2]的顯示輸出端相連接。
7.根據權利要求5所述的機器自動圖像識別裝置，其特征在于，打印機[4]的輸入端與主控機[2]的打印輸出端相連接。
8.根據權利要求5所述的機器自動圖像識別裝置，其特征在于，主控機[2]通過計算機通信網絡與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接。
9.根據權利要求5所述的機器自動圖像識別裝置，其特征在于，異地的機器自動圖像識別裝置的主控機通過計算機通信網絡與骨齡中心數據庫服務器[5]相連接。
全文摘要
一種機器自動圖像識別方法及裝置，采用利普視覺公司研發的骨齡識別模塊、骨齡圖譜數據庫、骨齡圖像壓縮模塊、存儲技術，以及網絡傳輸技術，骨齡專家識別與計算機自動識別有效結合，節約時間，提高識別效率，能夠準確可靠地識別評估骨齡。硬件包括高精度圖片掃描儀[1]，主控機[2]，顯示器[3]，打印機[4]，骨齡中心數據庫服務器[5]。應用于醫院、青少年體育培訓中心，學校等應用骨齡評估測定的場所。本發明的方法及裝置具有優異的性價比；既可當地也可遠程操作和控制。
文檔編號A61B6/00GK1804868SQ200610010638
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月19日 優先權日2006年1月19日
發明者柯曉兵, 李一民, 潘曉露 申請人:昆明利普機器視覺工程有限公司