[发明专利]基于增强现实的针灸穴位可视化平台及其图像处理方法

权利要求书

1.一种针灸穴位可视化平台，其特征是：该平台包括有双目摄像头(1)、FPGA开发板(2)和上位机(10)；双目摄像机通过GPIO接口与FPGA开发板(2)相连接，FPGA开发板(2)通过USB接口与上位机(10)相连接；FPGA开发板(2)包括有图像采集控制模块(3)和图像预处理模块(4)，图像采集控制模块(3)和图像预处理模块(4)皆采用Verilog HDL语言进行编写，并编译下载到FPGA开发板(2)的FPGA芯片中；针灸穴位信息根据性别存储于上位机(10)中，用于穴位可视化平台开发的数据库；

所述图像采集控制模块(3)由Verilog HDL语言编程实现，经USB接口与FPGA开发板(2)上的FPGA芯片建立数据通信，并编译下载到FPGA开发板(2)中；图像采集控制模块(3)通过I2C总线对功能寄存器进行设置，以实现双目摄像头(1)的图像分辨率、帧频和像质参数的设置；

所述双目摄像机(1)中的色彩图像传感器件(11)与MIPI解码器(12)相连接，将色彩图像传感器件(11)采集的图像数据输出给MIPI解码器；MIPI解码器可以将色彩图像传感器件输入的数据并行输出，为后续的图像预处理做准备。

2.根据权利要求1所述的针灸穴位可视化平台，其特征是：所述穴位可视化研究平台开发的数据库包括：人体主要穴位的名称、在某一选定的世界坐标系下各个穴位的空间坐标和在同一空间的同一世界坐标系下的左肩峰、右肩峰、髂前上棘、左眼、右眼这六个人体特征点的空间坐标，穴位可视化研究平台开发数据库为医疗机构针对不同年龄段的不同人群进行穴位采集而形成；在实现形式上为：在同一空间的同一世界坐标系下对多人群的12个主要穴位：膻中穴、关元穴、中脘穴、乳根穴、乳根穴、人中穴、睛明穴、神庭穴、足三里穴、三阴交穴和六个特征点：左肩峰、右肩峰、髂前上棘、左眼、右眼，相对于人工设定的世界坐标系原点进行空间位置的采集，从而构成人体腧穴模型数据，并将该针灸穴位信息根据性别存储于计算机中，用于基于增强现实的穴位可视化研究平台开发数据库。

3.根据权利要求1所述的针灸穴位可视化平台的图像处理方法，其特征是：该处理方法是双目摄像头采集的图像经过图像处理方法处理后，将处理结果与穴位可视化研究平台开发数据库中的穴位信息进行匹配，最终实现穴位在拍摄影像上的准确注册，该方法包括以下步骤：

步骤1

采集人体穴位的空间位置数据，在实现形式上为：在同一空间的同一世界坐标系下对多人群的十二个主要穴位：膻中穴、关元穴、中脘穴、乳根穴、乳根穴、人中穴、睛明穴、神庭穴、足三里穴、三阴交穴和六个特征点：左肩峰、右肩峰、髂前上棘、左眼、右眼，相对于人工设定的世界坐标系原点进行空间位置的采集，从而构成人体腧穴模型数据，并将该针灸穴位信息根据性别存储于上位机中，用于穴位可视化平台开发的数据库；

步骤2

通过图像采集控制模块，对双目摄像头的图像分辨率、帧频和像质参数进行预设置；

步骤3

利用预设置完毕的双目摄像头，从同一物体的不同角度拍摄两幅图像，其两幅图像应包括整个人体的全身信息；

步骤4

利用FPGA开发板上的图像预处理模块对输入的图像进行预处理，首先采用插值算法将Bayer格式的图像转换为PNG格式的图像，再利用灰度化处理算法对PNG格式图像进行处理，实现图像的降维，最终得到PNG格式的灰度化图像一和灰度化图像二；

步骤5

通过鼠标在上位机的输出显示屏幕上对图像一和图像二提取六个特征点；六个特征点的位置分别对应人体骨骼的两侧肩峰、两侧髂前上棘和人的左眼和右眼，最终获得这六个特征点在当前图像坐标系下的坐标；这些点记录了真实人体的肩宽、腰围和面宽信息，是仿射变换实现虚拟穴位信息注册的重要参数；

步骤6

上位机中的算法包括特征提取与匹配模块和穴位信息注册模块；特征提取与匹配模块由SURF算子构成，穴位信息注册模块由仿射坐标变换运算构成；对图像一和图像二进行SURF特征提取算法的处理，并根据外极线约束条件进行筛选；外极线约束条件是指两幅图像对应的点应位于一条直线上，即外极线上；故根据该几何原理最终获得匹配成功的特征点若干；选取任意四组成功匹配的特征点作为仿射坐标系的原点和三个坐标轴上的一点在双目摄像头图像坐标系下的投影，再结合穴位可视化研究平台开发数据库与步骤5中获得的六个特征点的图像坐标进行运算，得到仿射变换矩阵；仿射变换是二维坐标到二维坐标之间的线性变换，利用该仿射变换矩阵实现穴位在真实的人体图像上的注册，最终得到与真实人体相匹配的穴位信息。