專利名稱：一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于投影技術的醫學圖像增強現實方法，屬于智慧醫療領域，是一種能夠輔助醫生實施診療的手段。
背景技術：
醫療增強現實(AR)技術正在成為一個重要工具，在疾病咨詢和診斷過程中，醫生能更精準地與病人溝通得到更真實的診斷結果，同時也能在治療過程中，借助增強現實技術能使皮下組織和靜脈等影像直接顯現在病人皮膚表面，提高手術治療的質量。目前，醫療增強現實技術已經應用于許多領域，特別是非常顯著增長的手術應用中。特別是紅外攝像機的光學結構不斷改進以及投影機的小型化設計，使得此技術的未來發展前景無限。如今，常見的醫療增強顯示技術分為了接觸式和非接觸式兩種。接觸式增強現實技術是將液晶芯片貼在人體表面，用以將皮下靜脈等清晰顯現出來，這項技術在美國已經申請了專利(usPatent.N0.3，998，210)。然而這種技術要在嚴格無菌條件下，因此其應用領域大大受限。而非接觸式增強現實技術包括了利用夜視儀來輔助醫療的投射式紅外成像以及借助紅外反射鏡(熱鏡)將紅外成像光路和投影光路組合得到的反射式成像系統。不過，投射式系統由于夜視儀成本較高且夜視儀觀察到的像邊界模糊，不易判斷，因此沒有投入商業生產。而反射式投影系統(中國專利號CN1621889A)雖然能使影像直接顯現在皮膚表面，但是光學設計十分復雜，不易小型化。目前市場上迫切需要一種硬件構架簡單，投影精度高的基于透視投影的體表圖像增強現實方法及裝置。
發明內容
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本發明的目的就是克服現有技術的不足，提供一種硬件構架簡單，投影精度高的基于透視投影的體表圖像增強現實方法及裝置。本發明的技術方案是:一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:標定獲取投影模型參數；步驟2:采集原始目標圖像；步驟3:對所述的原始目標圖像進行增強處理，得到增強圖像；步驟4:對所述的增強圖像進行透視變換，得到透視圖像；步驟5:將所述的透視圖像投影至待檢測區域。作為優選，所述的標定獲取投影模型參數，所述的標定包括以下子步驟:步驟1.1:待檢測區域放置黑白棋盤格；步驟1.2:采集標定圖像；步驟1.3:對所述的標定圖像進行角點檢測并記錄；步驟1.4:將所述的標定圖像投影至所述的待檢測區域；步驟1.5:采集所述的投影后標定圖像；
步驟1.6:對所述的投影后標定圖像進行角點檢測并記錄；步驟1.6:標定得到投影變換模型參數。本發明的技術方案還包括一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置，其特征在于:包括紅外光源、紅外攝像機和投影儀；所述的紅外光源不止一個，設置在所述的紅外攝像機的鏡頭周圍；所述的紅外攝像機與投影儀均水平放置，所述的投影儀放置在所述的紅外攝像機上方，并使得所述的投影儀物鏡中心和所述的紅外攝像機的鏡頭中心在同一豎直線上，分別調節所述的紅外攝像機與投影儀距離目標物的橫向距離，保證拍攝的目標影像能經過所述的投影儀完整顯示在待檢測區域。所述的紅外光源排成環形固定安裝在所述的紅外攝像機的鏡頭周圍，所述的環形中軸與所述的紅外攝像機中軸重合，使得目標區域均勻采光，并通過所述的紅外攝像機拍攝得到投影目標區域圖像。所述的裝置還包括計算機，所述的計算機分別于所述的紅外攝像機和投影儀連接，用于控制處理所述的圖像。與其他增強現實技術相比，本發明利用標定過程得到投影儀與紅外攝像機之間的幾何模型參數，對增強處理后的圖像進行透視變換后，能精確地與真實患處重合，實現了體表圖像的增強現實。由于本發明僅需要確定投影儀和紅外攝像機的放置關系，對于特定的環境，標定僅須操作一次，之后的變換操作即可實時進行。因此，本發明具有硬件架構簡單、實現容易，具有很好的實時性和實用性。
圖1:為本發明基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法的技術流程圖。圖2:為本發明的標定示意圖。圖3:為本發明的標定流程圖。圖4:為本發明基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置結構示意圖。圖5:為本發明基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置體表圖像采集示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例——手臂靜脈增強投影，來描述本發明提出的一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法及裝置。請見圖1，圖2和圖3，本發明提出的一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法，包括以下步 驟:步驟1:標定獲取投影模型參數；本實施例使用的是不同黑白方塊構成的標定棋盤格，其標定的具體步驟包括以下子步驟:步驟1.1:待檢測區域放置黑白棋盤格；將黑白棋盤格豎直放置在投影目標區域，與紅外攝像機主光軸垂直；步驟1.2:采集標定圖像；利用紅外攝像機拍攝黑白棋盤格原始圖像；步驟1.3:對標定圖像進行角點檢測并記錄；對這個原始圖像進行閾值變換、二值化分割后再進行角點檢測，并記錄得到的角點像素坐標序列；步驟1.4:將標定圖像投影至待檢測區域；將原始標定棋盤圖像輸入投影儀，再投影到投影目標區域，再通過紅外攝像機采集投影目標區域圖像；步驟1.5:采集投影后標定圖像；步驟1.6:對投影后標定圖像進行角點檢測并記錄；對采集到的投影后棋盤圖像，同樣進行二值化后進行標定板角點和投影圖像的角點檢測，記錄檢測的各角點像素坐標；步驟1.6:標定得到投影變換模型參數。利用最小二乘法來計算透視投影變換模型參數。請見圖4，原始拍攝的四邊形AB⑶，經過投影后為四邊形A’ B’ C’ D’。由于不同視角之間的二維平面圖像像素點之間具有一一對應關系，在齊次坐標系下，二維平面上的透視投影變換可以用3X3的矩陣來進行描述。設A點坐標為(X，y)，投影后的點A’的坐標為U丨,1' )，3X3透視變換矩陣為H，H的9個元素為ml m9，投影關系可以表示為:
權利要求
1.一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:標定獲取投影模型參數； 步驟2:米集原始目標圖像； 步驟3:對所述的原始目標圖像進行增強處理，得到增強圖像； 步驟4:對所述的增強圖像進行透視變換，得到透視圖像； 步驟5:將所述的透視圖像投影至待檢測區域。
2.根據權利要求1所述的基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實方法，其特征在于:所述的標定獲取投影模型參數，所述的標定包括以下子步驟: 步驟1.1:待檢測區域放置黑白棋盤格； 步驟1.2:采集標定圖像； 步驟1.3:對所述的標定圖像進行角點檢測并記錄； 步驟1.4:將所述的標定圖像投影 至所述的待檢測區域； 步驟1.5:采集所述的投影后標定圖像； 步驟1.6:對所述的投影后標定圖像進行角點檢測并記錄； 步驟1.6:標定得到投影變換模型參數。
3.一種基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置，其特征在于:包括紅外光源(I)、紅外攝像機(2)和投影儀(3); 所述的紅外光源(I)不止一個，設置在所述的紅外攝像機(2)的鏡頭周圍； 所述的紅外攝像機(2 )與投影儀(3 )均水平放置，所述的投影儀(3 )放置在所述的紅外攝像機(2)上方，并使得所述的投影儀(3)物鏡中心和所述的紅外攝像機(2)的鏡頭中心在同一豎直線上，分別調節所述的紅外攝像機(2)與投影儀(3)距離目標物的橫向距離，保證拍攝的目標影像能經過所述的投影儀(3)完整顯示在待檢測區域。
4.根據權利要求3所述的基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置，其特征在于:所述的紅外光源(I)排成環形固定安裝在所述的紅外攝像機(2)的鏡頭周圍，所述的環形中軸與所述的紅外攝像機(2)中軸重合，使得目標區域均勻采光，并通過所述的紅外攝像機(2)拍攝得到投影目標區域圖像。
5.根據權利要求3所述的基于透視投影的體表靜脈圖像增強現實裝置，其特征在于:所述的裝置還包括計算機(4)，所述的計算機(4)分別與所述的紅外攝像機(2)和投影儀(3 )連接，用于控制處理所述的圖像。
全文摘要
本發明涉及一種基于投影技術的醫學圖像增強現實方法及裝置，屬于智慧醫療領域，是一種能夠輔助醫生實施診療的手段。本發明主要由紅外光源、紅外攝像機和投影儀組成光路，并利用標定技術確定投影前后目標點的透視變換模型參數，然后將待增強的體表區域畫面經過增強變換后直接投影在患者皮膚表面。本發明利用標定過程得到投影儀與紅外攝像機之間的幾何模型參數，對增強處理后的圖像進行透視變換后，能精確地與真實患處重合，實現了體表圖像的增強現實。由于本發明僅需要確定投影儀和紅外攝像機的放置關系，對于特定的環境，標定僅須操作一次，之后的變換操作即可實時進行。因此，本發明具有硬件架構簡單、實現容易，具有很好的實時性和實用性。
文檔編號G06T5/00GK103226817SQ20131012716
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者鄭宏, 張清, 黎曦 申請人:武漢大學