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人体部位的形貌测量在外科尤其是整形外科、呼吸科等临床领域的医学诊断和治疗评判等方面有重要意义。利用信息技术和光学技术的结合获得该部位表面信息,可以辅助医生进行有关的定量化辅助诊断和治疗方案的确定、实现治疗进度的控制和调整等。
目前,人体三维面形测量的研究有多种途径,本文对其进行了综述与比较分析。在此基础上,本文从可行性、有效性和实用性的角度选择了编码结构光投影与三角测量法结合的方法,进行了三维面形测量研究,主要包括以下几个方面的内容:
1.叙述了光学三维测量的基本思想,给出了双目视觉测量原理的坐标系变换关系。对双目视觉测量的光学系统附加上一定的几何约束,简化了原坐标变换的参数数目,即构造了三角法测量模型。分析了该模型下互相对应的物点和像点之间的坐标关系,并推导出核心的三维坐标计算公式。
2.基于该原理提出了测量系统的需求分析与较为完整的设计框架,包括光学硬件系统、实验及处理流程与程序模块分工。描述了由图像到数据,再由数据到图像的信息处理、转化与输出的全部过程。
3.系统标定过程保证了光学系统的几何约束,并给出了公式中未知量以外的各个参数的数值。通过实验详细描述了系统标定的操作方法与参数计算过程。分析了标定过程中的误差因素。
4.介绍了结构光的概念与编码分类。给出了单视角实验图像处理过程中各个程序模块的功能、输入与输出、算法和流程逻辑。列举了有代表意义的编码结构光三维测量实验,借以直观地说明实验的过程与结果,并讨论了各个实验的结论与意义。针对不同的结构光编码方式,叙述了其特殊的处理方法与过程。分析了实验误差和测量精度,针对人体测量的特点,进行了测试的条件分析。
5.为得到完整的表面三维信息,需要进行两个或以上视角下的测量,然后将测量结果进行匹配拼接,从整合后的点云坐标重构出各视角覆盖的总范围下的表面信息。文中给出了三维匹配拼接的基本思想,通过实验详细说明了基于标记点的匹配拼接方法的计算方法与实现过程,并对拼接结果给以了分析讨论。