專利名稱：一種圖片幾何特征參數測量系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于計算機輔助測量分析技術的應用領域，具體涉及一種圖片 幾何特征參數測量系統，圖片可以是非數字化的各種圖像，如打印在紙 張上的地圖、印刷在塑料上的照片，以及醫用X光胸片等。該系統是測量 和比較圖片中距離、角度、形狀、面積等幾何特征參數的工具，是一種輔 助閱讀圖片的工具系統。
背景技術：
在很多情況下，圖片閱讀者需要獲取圖片中的某些幾何特征參數，包 括距離、角度、形狀和面積等，如出行者希望知道地圖上某兩個地點之間 的距離以及某條曲折線路的路程，醫生需要知道醫學膠片上顯示的腫塊的 大小，或兩相鄰骨頭之間的角度等，如果能提供一種工具使圖片的閱讀者 以很方便的方式測量圖片中的幾何特征參數，將會有實際意義和使用價值。 由于技術因素的限制，目前在實際生活中，對圖片中幾何特征參數的估計 度量一般有兩種方式第一種是目測的方法，即閱讀者根據經驗通過目測 的方法來估計測量數據。采用這種方法，即使是經驗較豐富的閱讀者，目 測結果也難免會存在一定的誤差，經驗較少的閱讀者則往往更不準確。第 二種方法是借助于非數字化的測量工具，即用三角尺、圓規和量角器等來 進行輔助測量。這樣的方法雖然能測量圖片上的某些簡單的幾何特征參數， 但是不能容易地測量非規則區域面積和周長等，在實際操作時,常用矩形面 積近似代替非規則區域面積，用多邊形周長近似代替非規則區域周長，誤 差較大。而對于幾何形狀參數，如與圓形的相似度、區域邊界的光滑度 等，更是沒有簡單的非數字化的測量工具可供使用。
總之，對圖片中距離、角度、形狀和面積等幾何特征參數進行測量是 有實際意義的，而現有的目測方法和非數字化測量方法所計算出的幾何特征參數誤差往往較大，都不能很好很方便地滿足圖片中幾何特征參數的測 量需要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種圖片幾何特征參數測量系統，該系統可以 幫助圖片閱讀者在閱讀圖片時方便地獲取圖片中的感興趣區域的幾何特征 參數，且無需先將圖片進行數字化，該感興趣區域可以是圖片中的任意的 局部區域或整個區域。
本發明提供的圖片幾何特征參數測量系統，其特征在于它包括位置 信號采集器、數據處理器和顯示屏、功能選擇器和信號發射器；數據處理 器以有線或無線的方式分別與位置信號采集器、顯示屏及功能選擇器相連；
信號發射器用于在待測圖片的表面上發射用戶選擇的位置點的信號；
位置信號采集器為信號傳感器陣列，使用時位于待測圖片的前方，從 其面對的圖片區域內采集由信號發射器發射的位置點的信號，確定用戶選 定的位置在采集區域中的采集相對坐標，形成用戶選擇的感興趣區域，該 感興趣區域為待測圖片的局部或整個區域，位置信號采集器還將該采集相 對坐標傳送給數據處理器；
功能選擇器用于接受用戶的功能選擇信號，功能選擇包括位置標定、 幾何特征參數的測量和比較幾何特征參數測量結果中的一項或多項，并將 該功能選擇信號提供給數據處理器；
數據處理器接收位置信號采集器傳送的采集相對坐標，將其轉換為實 際相對坐標，再根據功能選擇器提供的功能選擇信號，進行相應的處理， 并將處理結果傳送至顯示屏，顯示屏以數字或圖形的方式顯示給用戶。
本發明系統使用時，將位置信號采集器放置在圖片中待測量區域的前 方，其信號采集范圍必須大于待測量的區域。每次位置信號采集器與待測 量區域的相對位置確定或改變后，第一次使用該系統時，先對位置信號采集器相對于圖片的位置進行標定，并將標定的結果進行保存。用戶通過功 能選擇器產生功能選擇信號，再通過信號發射器在圖片上感興趣的位置上 發射位置信號，位置信號采集器根據位置信號發射器所發射信號的位置， 確定用戶選定的位置在采集區域中的采集相對坐標，數據處理器得到功能 選擇信號和采集相對坐標后，進行相應的幾何特征參數(包括距離、角 度、形狀、面積等的測量，大小及形狀等的比較)測量或幾何特征參數的 比較，測量得到的幾何特征參數結果或幾何特征參數的比較結果由顯示屏 以數字或圖形的方式顯示給用戶。
本發明系統彌補了現有電子輔助閱片系統的不足，現有電子閱片系統 需要先對圖片進行數字化采集，然后才能進行圖片的幾何參數測量，而且 使用這樣的方式進行幾何參數測量受到圖片瀏覽幅面的限制，對于測量尺 寸大于瀏覽幅面的圖像區域的幾何特征參數并不方便，容易失去測量幾何 特征參數的參考信息。本系統在使用時無需數字化采集圖片，就可以直接 針對圖片中的局部或整個區域進行幾何參數測量，且測量區域不受圖片觀 閱限制，極大地方便了閱片者的使用。
圖1為本發明的一種具體實施方式
的結構示意圖； 圖2為本發明具體實施方式
中位置信號傳感器結構示意圖； 圖3.1、 3.2、 3.3、 3.4、 3.5、 3.6為本發明具體實施方式
中信號采集模 塊布局示意圖4為本發明實施例的結構示意圖5為實施例所使用的檢測光筆結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過借助以下實施例將更加詳細說明本發明，且以下實施例僅是 說明性的，本發明并不受這些實施例的限制。
如圖l所示，本發明提出的圖片幾何特征參數測量系統包括位置信號 采集器l、數據處理器2和顯示屏3、功能選擇器4和信號發射器5。信號發射器5是安裝有發射一定頻率信號器件，所發射的信號可以是 紅外信號，也可以是其它頻率的信號。信號發射器5用于在待測圖片的表 面上發射用戶選擇的位置點的信號。
位置信號采集器1放置在待測圖片的前方，從其面對的圖片區域內采
集由信號發射器5發射的位置點的信號，確定用戶選定的位置在采集區域
中的采集相對坐標，形成用戶選擇的感興趣區域，并將該采集相對坐標傳
送給數據處理器2。
數據處理器2以有線或無線的方式分別與位置信號采集器1、顯示屏3 及功能選擇器4相連。
在圖2的所示的網格內，均設置有信號傳感器，組成在水平和垂直方 向上排列的信號傳感器陣列11，作為位置信號采集器1。信號傳感器可以
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的傳感器個數可以由實際的應用決定，如果，需要得到較高精度的信號采 集相對坐標，可以在水平或垂直方向布置數量較多的傳感器，以達到信號 采集的高分辨率。此時采集信號的相對坐標可以通過如下方法計算獲得 信號水平相對坐標X等于響應該信號的傳感器在水平陣列上的位置求和， 除以響應該信號的傳感器的個數；信號水平相對坐標Y等于響應該信號的 傳感器在垂直陣列上的位置求和，除以響應該信號的傳感器的個數。
如圖3.1、 3.2、 3.3、 3.4、 3.5、 3.6所示，位置信號采集器1必須放置 在待測圖片的前方，可以是待測圖片的上方/下方，也可以是特側圖片的左 方/右方，且信號采集范圍必須大于待測量的區域。
功能選擇器4用于接受用戶輸入，將該輸入轉換為相應的功能選擇信 號，并將該功能選擇信號傳送至數據處理器2。功能選擇信號包括初始化位 置標定，對單個區域進行距離、角度、形狀、面積的測量，以及多個區域 測量結果的比較等。
數據處理器2同時與顯示屏3和功能選擇器4相連。接收功能選擇器4 傳送來的功能選擇信號，并將測量的幾何信息結果傳送給顯示屏3顯示， 以數字或圖形的方式顯示給用戶
數據處理器2接收功能選擇器4傳送來的功能選擇信號，并接收位置信號采集器1傳送的采集相對坐標，根據所接收的采集相對坐標和功能信 號進行位置標定、或將采集相對坐標變換為實際相對坐標，并進行幾何特 征參數的測量和比較，同時將幾何特征參數測量的結果或幾何特征比較的 結果傳送至顯示屏3。
位置標定是通過指定已知形狀的頂點讓系統確定測量區域的形變參 數，以及確定圖片上測量的距離和實際物理距離之間的比例關系。該形變 參數和比例關系可以通過如下方式獲得使用信號發射器5在待測量區域 內一個邊長為指定距離的凸多變形的頂點位置上，以規定頂點的順序，先 后使信號發射器5按規定的頂點順序發射頂點位置信號。通過位置信號采 集器1，數據處理器2獲得該凸多變形的頂點位置的相對坐標，該相對坐標， 在此處被稱為世界坐標系下的點，并根據實際的應用情況，將該相對坐標 映射成為特定觀察坐標系內的點，并通過世界坐標系映射為觀察坐標系的 變換過程，求解出形變參數和比例關系。
實際相對坐標就是通過將采集相對坐標通過位置標定的形變參數和比 例關系，變換為實際的相對于采集區域的實際相對坐標；
幾何特征參數測量為通過兩點實際相對坐標計算長度、通過三點實 際相對坐標計算計算角度、通過待測量區域邊界多點實際相對坐標計算面 積；幾何特征比較是對一個測量區域的輪廓形狀進行類圓度判別，或是通 過將兩個測量區域的輪廓形狀進行對齊配準，比較這兩個區域之間的差異， 差異包括相似程度比較、重疊區域面積比較，以及輪廓光滑程度比較等。
測量兩點距離時，使用信號發射器5，分別在圖片上待測兩點的位置上， 先后發射兩次信號，通過距離公式即可計算出兩個信號發射點之間的距離。
測量兩條線的夾角時，信號發射器5在圖片上先后三次發射信號，讓 第一個信號發射點與第二個發射點組成待測角度的線段Ll，讓第二個發射 點與第三個發射點組成待測角度的線段L2，通過余弦定理即可計算出線段 L1和線段L2所成的角度。
測量區域的面積時，移動信號發射器5到待測區域邊界上時，發射信 號，并保持信號發射狀態，同時使信號發射器5沿區域邊緣移動一周，實 時發射信號，通過積分公式即可計算所有信號發射點圍成的區域面積。比較兩個不同的區域時，按與測量區域的面積相同的方式，使信號發 射器5分別沿待比較的兩個區域邊緣各移動一周，實時發射信號，通過發 射點所圍成的區域，根據重心計算公式，計算兩區域的重心，則可使該兩 個區域的輪廓以重心對齊的方式重疊，此時，即可分別計算出重疊區域的 面積、非重疊區域的面積、以及相近似程度等比較信息。
本發明系統與現有的非數字化測量方法相比較，用戶僅需選擇需要測 量的幾何特征參數，和使用信號發射器5標記感興趣的位置即可完成圖片 上幾何特征參數的測量和比較。所有幾何特征參數的測量都由該系統自動 計算完成，這種數字化測量方法方便圖片閱讀者在閱讀圖片過程中測量和 比較圖片中的感興趣幾何特征參數，如距離、角度、形狀和面積等。
實施例
下面以測量醫用X光胸片為例對本發明的實施作進一步具體的說明， 本發明同樣適用于其它各種非數字化的圖像，該實施例用戶要求包括對醫 用X光胸片中腫塊的直徑、面積、兩相鄰骨頭之間的角度的測量，以及腫 塊的大小、形狀的比較，用戶也可以只選擇部分測量功能。
如圖4所示，在本實施例所實現的圖片幾何特征參數測量系統中，位
置信號采集器1和數據處理器2組合在一起，功能選擇器4和顯示屏3組 合為一體，信號發射器5采用測量光筆8，為方便系統的位置和尺度比例標 定，該系統還可以包括標定支架9。
位置信號采集器1和數據處理器2可以安裝在由金屬或塑料制作成一 個盒體內，其中，位置信號采集器1采用通用的紅外攝像頭實現，數據處 理器2采用通用的嵌入式處理器。
功能選擇器4由一組功能按鍵及配套的觸發電路組成，這組功能按鍵 包括位置標定、測量長度、測量角度、測量面積、輪廓比較、類圓度比
較等功能按鍵。
如圖5所示，測量光筆8采用金屬或塑料制作成一個筆形的圓筒，圓 筒的^端安裝一個紅外發射二極管81，圓筒的外表面的中部安裝一個開關 82，用于控制紅外發射二極管81發射紅外信號，開關82的兩個接線端，一端與電源相連，另一端與紅外發射二極管81相連。
標定支架9采用金屬或塑料制作成一個直角邊形狀的支架，支架上的 三個頂點處各安裝一個紅外發光二極管。在系統進行初始化標定時將標定
支架9貼在待測量區域內。
本系統中的所有裝置都可以由外接電源或電池供電。
使用時，位置信號采集器1和數據處理器2安裝在醫學觀片燈10的前 方，并使幾何測量裝置6到觀片燈10之間保持2米距離。選擇及顯示裝置 7放置在離用戶較近的桌面上。
本實施例對醫用X光胸片幾何特征測量系統的工作過程為
(1) 按圖4安裝好各部件，并接通電源。
(2) 信號采集器1與待測量區域的相對位置確定或改變后第一次使 用時，則需要進行位置標定，其步驟如下
(2.1) 按下功能選擇器4中的標定按鍵，進行系統初始化標定，系統 標定過程中所需要的信號發射點位置，可以通過如下兩種方式產生。方式
一若不采用標定支架9，則使用測量光筆在待測量區域內一個腰為10厘
米的等腰直角三角形的三個頂點位置上以直角頂點在前的順序先后按下開
關81各一次，每次發射一次紅外信號。方式二若采用標定支架9，則將
標定支架9貼在(也可以事先固定在)待測量區域內，按下功能選擇器4 中的標定按鍵觸發標定支架上的三個紅外發光二極管以直角頂點在前的順 序先后各發射一次紅外信號。
(2.2) 位置信號采集器1從其面對的測量區域采集步驟(2.1)發射的 三次紅外信號，根據該信號源的位置確定用戶標定的位置在采集區域中的 采集相對坐標，并將該采集相對坐標傳送給數據處理器2。
(2.3) 數據處理器2，根據步驟(2.2)依次所獲得的直角三角形三個 頂點相對于測量區域的采集相對坐標，求解使該三個頂點成為腰長為10厘 米的等腰直角三角形、且第一個坐標為直角三角形頂點坐標的變換矩陣， 并將該矩陣作為標定參數存儲起來。該變換矩陣就是坐標變換矩陣，以后 采集到的測量區域中采集相對坐標，都要通過該矩陣變換為實際的相對于采集區域的實際相對坐標。
(3) 用戶按下功能選擇器4的一個功能按鍵(如測量長度、測量角度、 測量面積、輪廓比較、類圓度比較等按鍵)，產生功能選擇信號，此功能選 擇信號被傳送至數據處理器2。
(4) 數據處理器2接收功能選擇器4傳送來的功能選擇信號，設定要
處理的功能，即是測量腫塊的直徑/面積/兩相鄰骨頭之間的角度，還是比 較腫塊的大小/形狀。
(5) 用戶手持測量光筆8移動到醫用X光胸片上腫塊的感興趣位置， 按下開關81，使測量光筆中的紅外發射二極管81發射信號。
(6) 位置信號采集器1從其面對的區域采集測量光筆發射的若干個 (測量兩點間距離為兩個，測量角度為三個，測量面積為連續的若干個)
位置信號，根據這些信號源依次確定采集相對坐標，并將這些采集相對坐 標依次傳送給數據處理器2。
(7) 數據處理器2根據步驟(4)選定的處理功能，以及步驟(6)采 集的相對坐標，首先將這些采集相對坐標變換為實際相對坐標，再根據這 些實際相對坐標計算出幾何特征參數或進行幾何特征的比較，并將幾何特 征參數結果或幾何特征的比較結果傳送至顯示屏3。
(8) 顯示屏3將步驟(6)計算出的幾何特征參數結果或幾何特征的 比較結果以數字或圖形(如兩個區域輪廓的疊加圖形)的方式顯示給用戶。
(9) 重復步驟(2) - (8)可多次測量和比較不同區域感興趣的幾何 特征參數，若系統不需要進行待測量區域的位置標定時，可跳過步驟(2)。
以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限于該實施 例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1、一種圖片幾何特征參數測量系統，其特征在于它包括位置信號采集器(1)、數據處理器(2)和顯示屏(3)、功能選擇器(4)和信號發射器(5)；數據處理器(2)以有線或無線的方式分別與位置信號采集器(1)、顯示屏(3)及功能選擇器(4)相連；信號發射器(5)用于在待測圖片的表面上發射用戶選擇的位置點的信號；位置信號采集器(1)為信號傳感器陣列，使用時位于待測圖片的前方，從其面對的圖片區域內采集由信號發射器(5)發射的位置點的信號，確定用戶選定的位置在采集區域中的采集相對坐標，形成用戶選擇的感興趣區域，該感興趣區域為待測圖片的局部或整個區域，位置信號采集器(1)還將該采集相對坐標傳送給數據處理器(2)；功能選擇器(4)用于接受用戶的功能選擇信號，功能選擇包括位置標定、幾何特征參數的測量和比較幾何特征參數測量結果中的一項或多項，并將該功能選擇信號提供給數據處理器(2)；數據處理器(2)接收位置信號采集器(1)傳送的采集相對坐標，將其轉換為實際相對坐標，再根據功能選擇器(4)提供的功能選擇信號，進行相應的處理，并將處理結果傳送至顯示屏(3)，顯示屏(3)以數字或圖形的方式顯示給用戶。
2、 根據權利要求l所述的圖片幾何特征參數測量系統，其特征在于信號發射器(5)為測量光筆。
3、 根據權利要求1或2所述的圖片幾何特征參數測量系統，其特征在于該系統還包括標定支架(9)。
全文摘要
本發明公開了一種圖片幾何特征參數測量系統，屬于計算機輔助測量分析技術的應用領域。它包括位置信號采集器、數據處理器和顯示屏、功能選擇器和信號發射器；信號發射器用于在待測圖片的表面上發射用戶選擇的位置點的信號；位置信號采集器從其面對的圖片區域內采集由發射器發射的位置點的信號，確定用戶感興趣的區域。數據處理器接收位置信號采集器傳送的采集相對坐標，將其轉換為實際相對坐標，再根據功能選擇器提供的功能選擇信號，處理將結果傳送至顯示屏。本發明系統采用數字化的測量方法，可幫助圖片閱讀者在閱讀圖片時方便地測量和比較圖片中感興趣的幾何特征參數，如距離、角度、形狀和面積等。
文檔編號G01B11/00GK101435695SQ20081023672
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者代四廣, 宏 劉, 宋恩民, 寧 潘 申請人:華中科技大學