[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

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体指一种基于增强现实的针灸穴位可视化平台及其图像处理方法。

技术背景

中医针灸是中华民族医学的瑰宝，其独有的疏通经络、调和阴阳的疗效近年来受到越来越多的国内外一些医学工作者的关注与青睐。随着中医的国际化发展进程，以古典经络学为核心的针灸技术在世界各国掀起热潮，学习针灸手法的需求也日益增大。现有的针灸教学方法通常采用图示、临床、人体经络腧穴模型或学生在自己身体上操作、训练相结合的方式，因此存在针灸手法不直观、教学效果不明显，学生学习危险性大等缺点。因此，建立一个针灸穴位可视化研究平台迫在眉睫。经过调研和分析，利用增强现实技术可以很好地将针灸手法与人体穴位信息进行可视化。

增强现实(Augmented Reality，AR)是在虚拟现实(Virtual Reality，VR)的基础上发展起来的新技术，又叫做混合现实。20世纪80年代初，美国VPL公司提出了在计算机上创建完整的、身临其境的可交互3D环境，来为用户提供沉浸感，这种技术就是虚拟现实技术。但是虚拟现实只是将用户沉浸在计算机创造的虚拟环境(Virtual Environment，VE)中，与真实的世界相隔离，从而使用户失去了与真实世界的交互的机会。因此，为了克服这种问题，便在虚拟现实的基础上发展了增强现实技术。增强现实是利用虚拟化技术观察世界的一种方式，是利用计算机视觉等技术，通过实时媒体向真实环境中尽可能无缝的添加由计算机生成的并不存在的虚拟物体，从而达到增强或补充用户所看到的真实的世界的目的。通过与虚拟影像进行互动，用户可以完成更复杂的工作。增强现实在医学领域的应用前景非常广泛，可应用于辅助诊断，医疗教育及训练等诸多方向。但尚未见到在中医针灸可视化方面的应用。

近年来，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术逐渐在生物医学领域得到广泛的应用。在硬件的实现方法中，相较于大规模模拟集成电路灵活性差等缺点，FPGA具有计算速度快，体积小，并行运算的特点，因此广泛应用于仿生学、智能平台、图像处理等方面。

现有的技术还处于初级阶段，因此仍存在以下缺点：尚无基于增强现实的功能完善的针灸穴位可视化平台；运用摄像机标定，坐标系变换的传统虚实注册方法兼有精度不高，鲁棒性低的缺点，且人机界面尚未完善。摄像机标定的工作也复杂烦琐，其内部参数与镜头焦距一旦变化，就需要重新对摄像机进行标定。从目前的技术水平出发，由于平台本身所具有的不精确性和延迟特性，基于摄像机标定和世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系变换的方法并不能很好地解决AR应用的虚实注册问题。

发明内容

针对上述技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种基于增强现实的针灸穴位可视化平台及其图像处理方法，利用FPGA图像预处理能力和上位机特征提取与仿射变换算法，实现虚拟穴位信息在双目摄像机获取的图像上的准确注册；有力解决了针灸穴位定位与针灸手法不直观、教学效果不明显的问题，提高了平台与用户的交互性、动态性与直观性，使得虚实注册问题的解决不再依赖于相机内外部参数的定标，简化了虚拟穴位信息的注册。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于增强现实的针灸穴位可视化平台，其中：针灸穴位可视化平台，其特征是：该平台包括有双目摄像头、FPGA开发板和上位机；双目摄像机通过GPIO接口与FPGA开发板相连接，FPGA开发板通过USB接口与上位机相连接；FPGA开发板包括有图像采集控制模块和图像预处理模块，图像采集控制模块和图像预处理模块皆采用Verilog HDL语言进行编写，并编译下载到FPGA开发板的FPGA芯片中；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。

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

所述双目摄像机中的色彩图像传感器件与MIPI解码器相连接，将色彩图像传感器件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。