人體三維遠(yuǎn)紅外成像及其測(cè)溫的研究.pdf

1、腫瘤是危害人體健康的一大殺手。面向腫瘤的預(yù)防、檢測(cè)和治療的先進(jìn)醫(yī)學(xué)成像器械是目前生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一。遠(yuǎn)紅外成像能以無(wú)損、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的功能成像,為醫(yī)師提供許多疾病的診斷依據(jù)。然而單純的二維遠(yuǎn)紅外熱像圖僅能反應(yīng)出人體體表有限的熱場(chǎng)信息。故將人體體表三維數(shù)據(jù)與二維遠(yuǎn)紅外熱像圖相融合來(lái)實(shí)現(xiàn)人體局部/全身三維遠(yuǎn)紅外成像,并進(jìn)一步求得體內(nèi)異常熱源的深度、形狀與溫度等信息,將有重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。但是,該研究存在的關(guān)鍵問(wèn)題是高速、高解

2、析度、高精度的人體體表的三維數(shù)據(jù)獲取、人體體表的三維遠(yuǎn)紅外成像及三維遠(yuǎn)紅外熱像圖與體內(nèi)異常熱源的關(guān)系。因此,本文的技術(shù)路線和研究目標(biāo)是:第一階段,發(fā)展高解析度的人體局部/全身三維測(cè)量技術(shù);第二階段,發(fā)展高解析度的人體局部/全身三維遠(yuǎn)紅外成像技術(shù);第三階段,針對(duì)人體局部特定部位的傳熱特性,結(jié)合熱量傳遞的基本理論,發(fā)展三維遠(yuǎn)紅外無(wú)損測(cè)溫技術(shù)。由此,本文著重開(kāi)展了以下六個(gè)方面的研究工作:
　　1、基于移動(dòng)面陣投影的人體局部高解析度三維成

3、像技術(shù)在分析基于三角法的結(jié)構(gòu)光三維成像原理的基礎(chǔ)上,闡述了其成像特性,發(fā)明了投影儀生成縱向移動(dòng)面陣投影條紋及其累積細(xì)分的方法;提出避免相鄰結(jié)構(gòu)光在成像時(shí)互搭的條件和面陣投影結(jié)構(gòu)光的優(yōu)化布局方法;分析三維成像的空間有效視場(chǎng)范圍;設(shè)計(jì)和制作了多套實(shí)驗(yàn)裝置,并進(jìn)行比較,實(shí)現(xiàn)了高解析度的人體局部三維成像。
　　2、基于面陣投影同步光路旋轉(zhuǎn)的人體大視角三維成像技術(shù)在分析兩種同步掃描三維成像方案的基礎(chǔ)上,發(fā)明了基于面陣投影與同步光路旋轉(zhuǎn)的三維

4、成像方法;分析了該類型成像系統(tǒng)的空間掃描軌跡和有效視場(chǎng)范圍;建立了其運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景序列圖像采集中避免運(yùn)動(dòng)模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型;優(yōu)化設(shè)計(jì)和制作了實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定景深范圍內(nèi)目標(biāo)的高速、高解析度的大視角三維成像。
　　3、結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)針對(duì)上述兩項(xiàng)研究工作,發(fā)明了采用平面顯示屏生成主動(dòng)光源標(biāo)定板的方法;先后提出“基于已知標(biāo)定板空間位置”和“基于立體視覺(jué)原理”的多點(diǎn)擬合結(jié)構(gòu)光的標(biāo)定方法;提出了同步光路旋轉(zhuǎn)大視角成像系統(tǒng)的標(biāo)定方

5、法;并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述理論能有效提高三維測(cè)量系統(tǒng)的精度。
　　4、人體局部高解析度三維真彩色/遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)闡述了不同視覺(jué)傳感器間圖像融合的過(guò)程,建立了二維遠(yuǎn)紅外熱像圖與二維真彩色圖中劃定小區(qū)域間的映射關(guān)系;設(shè)計(jì)和制作了實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)了高解析度的人體三維真彩色/遠(yuǎn)紅外成像,獲取了高精度的三維遠(yuǎn)紅外熱像圖。
　　5、基于金膜反射光路旋轉(zhuǎn)的大視角遠(yuǎn)紅外立體成像技術(shù)發(fā)明了基于光路旋轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)紅外立體成像的方法,討論了其運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景序列圖

6、像采集中避免運(yùn)動(dòng)模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型;設(shè)計(jì)和制作了面向人體全身應(yīng)用的基于金膜反射光路旋轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)紅外成像的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)證明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)大視角遠(yuǎn)紅外成像和基于立體視覺(jué)原理的三維遠(yuǎn)紅外成像,并且能夠集成于基于同步光路旋轉(zhuǎn)的大視角三維遠(yuǎn)紅外成像系統(tǒng)中。
　　6、三維遠(yuǎn)紅外熱像圖實(shí)現(xiàn)內(nèi)部熱源無(wú)損測(cè)溫技術(shù)介紹了面向人體局部近似均勻組織的傳熱學(xué)基本理論;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了點(diǎn)(球)狀熱源在同種均勻組織中是以等溫球面的形式進(jìn)行熱傳遞的;在三維遠(yuǎn)紅外熱像圖中