一种用于人体脊柱轮廓测量的立体视觉方法的研究

【摘要】：脊柱是人体稳定的支撑平台,也是保护脊髓和神经源的坚硬外壳。在脊柱变形检查和人体工程学的研究中,人体脊柱轮廓的测量十分重要。通常情况下,人体脊柱轮廓测量使用X射线断层摄影术 (computerized tomography—CT)和磁共振成像技术(magnetic resonance image-MRI)等方法。这些方法基于放射学检测原理,伴随着对人体有害的放射性侵入。另外,为了从CT或MRI图像中得到脊柱轮廓需要对这些图像进行非常费时的后处理。因此,本文提出一种定量客观的计算机视觉测量方法,实现对人体脊柱轮廓的测量。该方法使用立体视觉和彩色标记实现测量。为了识别要测量的脊柱隆起,一个切实可行的方法就是在脊柱隆起处做出标记。颜色、形状可控的彩色标记是首选。把红、绿、蓝三种不同颜色的标记,按顺序从上到下贴到脊柱隆起处,标明要测的脊柱隆起。标记的颜色各不相同,且标记和皮肤颜色的差异非常明显,可以很容易地从背景中找出。通过仔细地粘贴,标记的中心就是脊柱隆起的位置。为了避免形成不确定的立体匹配,标记被设计成正方形,且粘贴的时候调整其方向使其所有的边都不与外极线平行。使用外极约束使匹配的搜索空间从二维缩小到一维。彩色标记作为特征点和外极约束一起建立立体视觉匹配。这样,两台摄像机拍摄的两幅图像中的对应像素就很容易地找到了,进而实现脊柱轮廓的三维测量。根据提出的方法,设计并实现了测量传感器和相应的算法,并进行了人体脊柱轮廓测量实验。实验结果表明,本文提出的立体视觉和彩色标记方法可以成功地实现人体脊柱轮廓的测量。