[发明专利]一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于面部的投影栅测量与图像处理装置。本发明属于测量、机械工程和医学工程技术领域等复合交叉领域。 

背景技术

随着生活水平的提高，人们对美的要求也是越来越高，目前对面部进行外科整形时，对面部的测量多是医师凭经验判断进行设计，其效果不稳定而术后效果多存在一定的偏差，给美容效果带来遗憾。 

目前对面部的测量方法有三维测量的方式，如中国专利101292915B公开了一种采用双单目三维测量系统获取患者面部外形的多视图点云数据；对点云数据进行预处理，包括点云无用点去除、对多视图点云进行拼合、重采样、坐标归一化，得到一个完整的患者颜面测量部位的点云数据。 

中国专利201299570公开了一种人脸三维面形数字化测量系统，结构包括复合结构光产生装置、数字投影仪、CCD摄像机、计算机、参考平面。本发明能快速、便捷地获取准确的人脸数字化三维轮廓，为人脸整形美容外科手术带来新的测量手段和评估方法，促进医学整形美容的数字化进程。适于相关医疗美容领域推广使用。 

上述方法存在测量结果不稳定，容易导致结果不精确，本发明要解决以上存在的问题，利用非侵入式照射测量得出精确的面部测量数据，本发明还可随时获得测量范围内任意点的相对高度及其相应位置信息。 

发明内容

本发明的技术方案是提供一种专门用于面部的投影栅测量与图像处理装置，其主要由以下八个部分组成：检测架，投影设备，成像装置，数字化图像 记录与采集装置，机械支撑与调节装置，计算机处理模块，输入装置和输出装置。其中： 

检测架：所述检测架由底座和主体架构成，所述主体架通过齿轮和曲轴连接在底座上，所述主体架具有固定四肢的固定装置；

投影设备：所述投影设备可进行光栅投影到被检测体表面，在2米工作距离内提供至少1.2mx1.0m的投影栅面积； 

成像装置：所述成像装置可在2米工作距离内对被检测体摄像并记录检测对象表面的光栅条纹； 

数字图像记录与采集装置：所述数字图像记录与采集装置可以完成图像的连续采集、图像数字化且记录存储； 

机械支撑与调节装置：所述机械支撑与调节装置包括支撑所述数字化图像记录与采集装置以及投影设备的升降平台。所述升降平台具有可调节高度的支承柱和升降杆，可以在垂直方向调整成像装置以适应不同高度的检测表面；计算机处理模块：所述计算机处理模块根据利四步相移方法将存储的图像进行图像处理，得出被检测体的三维伪彩色图和等高线图，可以确定图像上任意点的位置信息； 

输入装置：所述输入装置为鼠标和键盘，用来框选图像上的位置； 

输出装置：所述输出装置为显示器，用来显示图像以及相应的处理信息。 

优选地，计算机生成的不同性质的光栅图案通过LCD投射到物体表面，然后通过CCD摄像系统分别数字化记录参考平面和物体表面的光栅条纹。通过应用四步相移技术得到高精度全场检测物体表面轮廓，检测轮廓高度分辨率的主要控制参数为栅线节距和检测点相位变化。因此通过选择适当的检测点可以在一个很宽的范围里控制检测灵敏度。通过大量的研究，本发明还对适当的检测点的 选取进行了改进。选取五个特征点A，B，C1，C2，C3，其中，双眼中心点连线为坐标轴，B点在高于A点的参考面上点取，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边来获得三维高度分布图如三维伪彩色图和等高线图。更优选地是，利用成像装置在运动状态下间隔0.025s连续拍摄被检测体3D图形，形成面部曲线连续动态的轨迹图，并给予计算机处理模块分析处理，进一步测量面部运动轨迹。本发明对特征点的选取改进使得处理得到的三维伪彩色图和等高线图更为准确和稳定。 

更优选地，工作距离为2m内；被检测体检测区域的照明强度大于3000流明；特征点C1，C2，C3，其中，C1、C2和C3为构成直角三角形的三个点，其中C1和C2构成水平边，C2和C3构成垂直边，高度差为参考板台阶高度，为20mm；倾角为支架倾角为3度，更优选地，在点取特征点和面部曲线之前可对轮廓高度图进行均值滤波；成像装置优选CCD摄像装置。 

更优选地，机械支撑与调节装置的升降台升降行程±100mm。