基于光學(xué)被動式三維測量技術(shù)在立體舌象中的探究

郭世珍等

摘要：現(xiàn)在由于照相機的技術(shù)的成熟，現(xiàn)有舌象儀在圖像的清晰度、色彩等方面都比較成熟。在二維技術(shù)中對舌體的面積、舌質(zhì)的顏色、舌苔的顏色、舌苔的面積、齒痕的面積、舌裂紋的長度、點刺的面積、瘀斑的面積這些特征的采集的數(shù)據(jù)還是相當(dāng)客觀的，但是對于舌苔的厚度，裂紋的深度、齒痕的深度、點刺的高度等一些三維的數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的舌象儀是無法采集到的，而且平面的中的圖像和肉眼看到的立體圖像還是有一定的差異的。三維測量技術(shù)可以實現(xiàn)舌象的全方位立體顯示，獲得更多二維平面中沒有的三維信息。

關(guān)鍵詞：三維測量；三維舌象

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）24-5750-02

Abstract： due to camera technology matures， now existing tongue like instrument in image clarity， color， etc are more mature.In 2 d technology in the area of the tongue body and tongue nature color， the color of tongue coating and tongue coating area， the area of the teeth marks， crack， the length of the tongue prick bruises， the area of the characteristics of the area of the collected data is objective， but for the thickness of the coating on the tongue， the depth of the crack， the depth of the teeth marks， prick some 3 d data， such as the height of the existing tongue instrument cannot be collected， and the plane of the image and the three-dimensional images of the naked eye or have certain differences.3 d measurement technology can realize omni-directional stereo display， tongue like get more three-dimensional information not found in two-dimensional plane.

Key words： three-dimensional tongue； for three dimensional measurements

1 三維測量

三維測量技術(shù)主要分為兩大類：接觸式的三維測量和非接觸式的三維測量。接觸式的三維測量主要是使用三坐標(biāo)測量機。非接觸式的三維測量分為聲學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)三個方面。聲學(xué)方面的三維測量主要是超聲波測距。電磁學(xué)方面的三維測量又分為：工業(yè)CT和核磁共振。光學(xué)方面的三維測量分為主動式的和被動式的。主動式的主要是激光測量和結(jié)構(gòu)光投影測量。被動式分為雙目立體視覺法測量、單目視覺法測量和多目測量。舌頭是人體較為敏感的部位，檢測時應(yīng)盡量避免觸碰，所以接觸式的三維測量顯然不適合舌象的三維建模。然而，從經(jīng)濟方面考慮，非接觸式三維測量中的電磁學(xué)方面的CT和核磁共振價格又偏高，考慮到經(jīng)濟方面的問題本課題也沒有采取它來構(gòu)建舌象的三維模型。超聲波測量出三維數(shù)據(jù)精度較低也太適合舌象的三維建模。最后我們選用光學(xué)的三維測量來建立舌象的三維模型。由此，該文選用光學(xué)的三維測量來建立舌象的三維模型。

2 被動式三維測量

被動式的三維重建主要是利用攝像機或照相機從不同角度獲取場景中的序列圖像，再通過光學(xué)成像原理生成視差圖，獲得物體的空間三維信息。被動式的三維重建主要分為圖像獲取、相機標(biāo)定、特征匹配、三維坐標(biāo)計算等幾個步驟。

2.1 圖像獲取

圖像的獲取是第一步，也是比較關(guān)鍵的一步，現(xiàn)在研究的比較多的還是采取雙目圖像，圖1是一張用雙目三維照相機拍攝的舌象圖片。

我們主要從舌體顏色和舌體紋理來分析這張圖片。首先是顏色，這張圖片可以看出舌體的基本色，和原始二維圖像對比舌體顏色失真。從二維圖像可以看出該舌體有一些點刺但是從三維圖像上根本看不出點刺信息。而且從三維圖像上無法區(qū)分舌裂紋、齒痕等舌體特征的顏色。再從紋理上看，三維圖像兩側(cè)失真很嚴(yán)重，舌體兩側(cè)的信息基本變形，無法辨識舌體兩側(cè)齒痕信息。舌面的紋理還原的基本符合舌體特征。根據(jù)上圖可以推測基于雙目技術(shù)的三維照相機拍攝出的三維照片的顏色還原的不太好，正面紋理還原效果要好于兩側(cè)紋理的還原效果。

圖2是catch123d軟件重建的舌象模型，catch123d的技術(shù)是基于多目視覺三維技術(shù)測量，獲得多幅圖片主要是有兩種：最常用的一種是在被拍攝物體周圍設(shè)置多架相機同時拍攝從而獲得多幅照片，另一種是設(shè)置一個攝像機圍繞著物體錄攝從而獲得多幅照片。因為舌體在拍攝的過程中是微動的，為了保證在最短的時間內(nèi)獲取舌象的序列圖像我們采取第一種方式。

對于圖2我們主要從舌體的顏色和舌體的紋理來分析該方法是否適合獲取舌體的三維模型。首先是顏色相比原圖顏色有一點暗，但是基本還原的舌體的顏色，在我們做的其他圖像中這種方法基本可以還原舌體顏色同時還有舌體特征的顏色包括齒痕、舌裂紋、瘀斑、舌苔。再從舌體紋理上看，紋理還是比較模糊的，只有比較明顯的齒痕和較深的舌裂紋可以重構(gòu)出來，當(dāng)然這和相機的分辨率有一定的關(guān)系，如果采取更高分辨率的相機或許可以重構(gòu)出更細微的舌體紋理。

基于以上研究我們認(rèn)為基于多目視覺三維測量技術(shù)能更好的重構(gòu)舌象的三維模型（包括舌體顏色和舌體紋理）。

2.2 相機標(biāo)定

相機標(biāo)定是為了確定相機的屬性及位置參數(shù)，以確定空間坐標(biāo)系中物體三維坐標(biāo)點與它的象直接的映射關(guān)系。相機標(biāo)定一般分為傳統(tǒng)標(biāo)定方法、主動視覺標(biāo)定方法和自標(biāo)定方法。我們研究的舌象的三維重構(gòu)基本用的是自標(biāo)定方法。

2.3 圖像匹配

圖像匹配就是在圖像之間找對應(yīng)點的過程?，F(xiàn)在主要的圖像匹配方法有：基于灰度信息圖像匹配方法、基于變換域的圖像匹配方法、基于特征信息的圖像匹配方法。灰度匹配是利用某種相似性度量來判斷圖像的對應(yīng)關(guān)系?；叶葓D像匹配方法的處理過程簡單但是計算量大，對于有速度要求的應(yīng)用不太適合。3d舌象儀要求采集完舌象后在要求的時間內(nèi)顯示檢測者的立體舌象，如果圖像匹配時間過長會影響整體儀器的使用效果。基于變換域的圖像匹配方法可以有效的消除噪聲等因素，但是圖像本身對算法的影響也很大，容易出現(xiàn)匹配不準(zhǔn)?；谔卣魈崛∑ヅ涞姆椒ㄊ乾F(xiàn)在比較流行的匹配方法。該方法主要是找特征點，依據(jù)特征點建立相似度函數(shù)實現(xiàn)圖像匹配。在用此方法找舌象的特征點時我們用的幾種方法，例如：在嘴的兩邊貼一些十字貼、在舌象上打光柵。同時選擇合適的特征點匹配算法也是關(guān)鍵一步，進過實驗對比圖3是用sift和surf算法提取效果對比左圖是sift提取算法，提取效果理想，能明顯圖區(qū)到舌根處白點。在算法上我們選擇sift來提取特征點。

雖然基于多目技術(shù)還有很多問題例如，特征點難匹配，運算速度慢，細微紋理顯示模糊等但是相對單目和雙目對舌體顏色的還原和舌體紋理的獲取我們認(rèn)為多目視覺三維測量技術(shù)更適合舌象三維模型的構(gòu)建。

參考文獻：

[1] 達飛鵬，蓋紹彥.光柵投影三維精密測量[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[2] 馬淑貞.光學(xué)三維相位輪廓測量技術(shù)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2003.

[3] 陳力.大景深便攜式三維激光掃描儀及其在機器人視覺中的應(yīng)用[D].成都：四川大學(xué)，2006.

[4] Marr D.Image processing and machine vision [M].USA： Freeman and compay，1973.

[5] J.E.W.Mayhew and.J.P.Frisby，Editors， 3D model recognition from stereoscopic cues，MITPress，1991.