基于单目视觉的脉信号检测研究.docVIP

目 录 摘 要 I Abstract Ⅱ 插图索引 Ⅳ 第1章 绪 论 1 1.1 脉诊客观化研究的背景与意义 1 1.2 脉搏信号检测方法研究的现状 2 1.3 图像化脉搏检测的意义 3 1.4 本文的研究内容及主要工作 4 第2章 脉搏图像传感器 6 2.1 脉搏图像传感器的设计原理 6 2.2 脉搏图像传感器的设计 7 2.2.1 脉搏图像传感器的结构 7 2.2.2 光源的设计 9 2.2.3 传感器另一种设计方案 10 2.3 脉搏动态图像的采集 11 第3章 动态图像的三维运动分析 12 3.1 引言 12 3.2 三维运动分析基本原理 12 3.2.1 摄像机投影模型 14 3.2.2 刚体性质 15 3.2.3 运动参数 16 3.3 基于特征匹配的分析方法 17 3.3.1 一般三维运动方程 17 3.3.2 三维运动线性算法 18 3.3.3 其他求解算法 19 3.4 基于光流的分析方法 21 3.5 特征点的检测与匹配方法 23 3.5.1 特征点的检测 24 3.5.2 特征点的匹配方法 24 3.6 脉搏运动分析实验结果 25 第4章 基于图像灰度匹配的运动分析方法 27 4.1 图像相关法 27 4.1.1 相关分析原理 27 4.1.2 相关法的应用 29 4.1.3 多点及多维脉搏信号的获取 33 4.1.4 相关分析获取脉搏信号及要注意的问题 36 4.2 图像差分法 37 4.2.1 动态图像差分原理 37 4.2.2 差分法获取脉搏信号 39 4.2.3 差分法获取信号的小波分析 42 4.3 小结 44 第5章 深度信息获取及三维形状恢复 45 5.1 引言 45 5.2 散焦法获取深度信息及实现脉搏图像三维重建 46 5.2.1 变焦测距原理 46 5.2.2 散焦法分析脉搏动态图像的原理 48 5.2.3 焦距评价函数 49 5.2.4 散焦法分析获取脉搏信号 50 5.2.5 基于单幅图像的三维形状恢复 51 5.2.6 脉搏图像的三维形状恢复 52 5.3 小结 54 第6章 不同方法的比较分析与实验验证 55 6.1不同方法的比较分析 55 6.2 深度定量分析实验 57 结论与展望 59 参 考 文 献 61 致 谢 65 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 66 附录B 相关法、差分法、散焦法的程序代码 67 附录C 相关法多维脉搏信号分析的程序代码 70 附录D 脉搏三维形状恢复的程序代码 72 摘 要 脉搏是常见的生理现象，蕴涵着丰富的人体生理病理信息。脉搏信号在中医中常被称为脉象信息。中医理论对脉象描述的主观性影响了其诊断的准确性与可行性，也成为脉诊应用、发展中的制约因素。长期以来，国内外许多研究者研究脉搏的检测方法，设计检测仪器，为脉诊客观化研究奠定了良好的基础。现阶段，用于脉搏信号检测的传感器主要有：液态传感器、光电式传感器、应变式传感器、PVDF压电式传感器等。这些传感器受传感器原理、结构体积、敏感元件性能、制造工艺等因素影响，检测点数目受到很大限制。脉诊客观化研究表明，动脉脉搏除发出压力搏动的信息之外，还有管腔容积、血流速度以及脉管的三维运动等各种信息，仅用压力等传感器难以全部定量的反映脉象信息。 随着数字图像处理及计算机视觉技术的飞速发展，图像传感器在无损检测及其他各个领域得到广泛应用。因此，采用单目视觉的思想设计并改进了脉搏图像传感器，设计了数据采集方案，通过采集的脉搏动态图像来获取脉搏信息。 在对脉搏动态图像的分析中，从三维运动分析的方法着手来分析脉搏在三维空间的变化，得到的实验结果虽能够反映脉搏的运动变化，效果却不够理想。研究基于灰度图像匹配的分析方法，提出了相关法和差分法。两种方法均能获得反映脉搏空间位移变化的脉搏信号波形，进一步对图像多个区域进行比较分析，可以检测切脉部位皮肤表面任意多点的脉搏形象与动态。对累积差分获取的信号进行小波分析，揭示了累积差分法具有进一步研究的价值。基于单目视觉深度信息提取及三维重建方法的研究，提出了散焦法获取脉搏深度信息以及三维重建的方法。结果表明，该方法能够真正实现了脉搏搏动深度变化信息的获取，得到了脉搏运动时的三维形状。 最后，通过定量的实验分析，证明了相关法、差分法和散焦法获得的脉搏信号能够定量反映脉搏空间位移变化的信息。 因此，利用脉搏图像传感器，可以获得比其它脉搏传感器更全面的脉象信息。同时，这为脉诊客观化研究提供了新的思路和方法。 关键词：脉搏图像传感器；单目视觉；脉搏动态图像；图像相关；图像差分；散焦法；散焦恢复形状； Abstract Pulse is a common physiological phenomenon and the pulse embodies the