基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法技術

本申請公開了基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法，包括獲取用于實現二維圖像坐標到三維空間坐標之間轉換的相機內參K，深度圖像I

【技術實現步驟摘要】
基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法


[0001]本專利技術涉及攝影測量
，尤其涉及基于攝影測量獲取人體空間位置和姿態的方法，具體涉及基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法。

技術介紹

[0002]X光拍攝是醫學中應用非常廣泛的一種檢測手段，通過人體不同部位，不同組織對X射線的吸收不同而形成不同的成像，從而通過成像的X光片獲取拍攝部位的病灶情況。
[0003]現有的X光片拍攝主要是根據負責拍攝的醫務人員主觀經驗主導/調整被拍攝者的位置和姿態，同時調整拍攝高度進行拍攝，然后在X光片上注明當前拍攝的方位為前后位、后前位、左側位、右側位、水平位、左/右側臥水平正位、右前斜位、左前斜位、軸位、切線位、前弓位等。拍攝完的X光片由主治醫生查看，然而，主治醫生只能依據注明在X光片上的拍攝位置對照X光片進行查看，從而判斷當前X光片的情況，然而，由于X光片上標注的體位是標準體位，但是實際患者在拍攝時，不可避免的存在偏差，但是主治醫生只能按照X光片上標注的體位進行查看，無法知曉或者還原患者當時拍攝時的實際場景，故而在對X光片進行診斷時，或多或少存在角度判斷誤差。為了在拍攝時，操作者能夠盡可能的指導患者保持在理論標準位置，消除體位偏差，同時，能夠在滿足診斷需求的情況下，盡可能的縮小不必要的X光輻射，縮小拍攝區域。
[0004]通過檢索式“((攝影測量))AND t i,ab:((攝影測量)AND(姿態)OR(位置))AND t i:((人體))”檢索獲得中國專利技術專利授權公告號CN113180709B公開了一種基于攝影測量的人體待檢測部位姿態識別方法，包括以下步驟：輸入人體待檢測部位預設擺位信息E0；分別利用RGB相機和深度相機拍攝獲得人體待檢測部位的自然圖像PRGB和深度圖像Pdep；建立待檢測部位相對于X光機球管所在空間坐標系的空間姿態偏差。本專利技術通過實時獲取人體目標部位的位置和姿態，能夠實時給醫護人員反饋患者當前的姿態與理論最佳拍攝姿態的差距，使得醫護人員能夠直觀的知道患者如何調整當前的位置和姿態，以使得能夠將患者目標位快速調整至理論最佳位置范圍內，從而一次性獲得高質量的X光片，消除因為姿態和距離問題帶來的X光片質量低的問題。該現有技術同樣是解決患者在拍攝前因姿態不精準，不標準導致X光片受影響的問題，通過實時識別患者當前姿態，以精確的捕捉并指導調整，以使得實際拍攝角度與預期角度，姿態重合，從而獲得較佳的X光片。該技術是基于平面四個像素頂點作為基準進行計算，不涉及患者厚度等信息的計算，為了進一步提升患者體位、姿態和位置的識別，本申請提供另一種全新的檢測方法，以實現對患者三維解剖位的精確檢測。

技術實現思路

[0005]為了解決在拍攝X光片時患者人體解剖位的精準檢測問題，本申請提供基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法，至少可以獲得以下技術效果之一：
[0006]1、在拍攝X光片時，能夠根據檢測到的人體實際位置向標準解剖位調整，待人體實
際位置與預設標準解剖位重合或者基本重合后再拍攝，從而獲得標準姿態的X光片。
[0007]2、實現人體解剖位在空間坐標上的區域限位，進而得到解剖位的最小外接區域長寬高信息，實現當前待拍攝解剖位的厚度估計，根據厚度可以精準的調節放射劑量，避免因劑量不足導致X光片不清晰，或者劑量過量導致X光片留白，同時使得患者承受不必要的輻射傷害。
[0008]3、實現人體解剖位相對于相機坐標系或球管坐標系的角度偏移，用以指導患者體位糾正。
[0009]4、實現待拍攝解剖位中心點2D及3D定位及拍攝區域推薦。
[0010]為了達到上述目的，本申請所采用的技術方案為：
[0011]基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法，包括如下步驟：
[0012]步驟step100，獲取用于實現二維圖像坐標到三維空間坐標之間轉換的相機內參K，深度圖像I
d
和RGB圖像I
c
；
[0013]步驟step200，計算待檢測目標3D包圍盒8個頂點在圖像空間上的2D投影，其計算公式為：
[0014][0015]其中，為檢測目標外接矩形體包圍盒的8個頂點2D坐標，P
c
為包圍盒幾何中心點2D坐標，Cls為待檢測解剖位目標類別，Confidence為待檢測解剖位置信度，I
c
為輸入自然RGB圖像，YOLO_3D_detection為基于3D目標檢測算法模型YOLO_6D的改進模型，為矩形體包圍盒位于人體前景所在平面的四個頂點，為矩形體包圍盒位于人體背景所在平面的四個頂點；
[0016]步驟step300，根據已知3D包圍盒的二維坐標投影以及相機內參計算在相機坐標系下的三維坐標其中，K
?1是相機內參K的逆矩陣，k是相機內參K矩陣的元素；
[0017]步驟step400，順序連接點形成位于人體前景所在平面的第一矩形，再分別連接點和點獲得空間矩形的對角線空間交點P
3D_cross
在人體前景面的投影P
cross
；
[0018]步驟step500，根據對角線空間交點P
3D_cross
位于人體解剖位表面的特性建立表達式：
[0019][0020]其中，表示點P
vi
第i行的像素坐標，表示點P
vi
第i列的像素坐標；
[0021]步驟step600，根據對角線交點P
3D_cross
坐標為四個頂點的坐標值均值，且對角線交點P
3D_cross
分別為點連線和點連線的中點，由此建立表達式：
[0022][0023]通過深度圖I
d
、I
c
以及RGB相機及深度相機的內外參數結合交點P
3D_cross
的二維投影坐標P
cross
獲得z
3D_cross
，其中，z
3D_cross
是交點P
3D_cross
的z值；
[0024]步驟step700，根據四個頂點圍成矩形對邊向量相等特性，有獲得如下等式：
[0025](x3?
x0,y3?
y0,z3?
z0)＝(x2?
x1,y2?
y1,z2?
z1)
?????③
[0026]基于式
①
和
③
獲得如下等式：
[0027][0028]其中，其中，z
i
表示第i個點的z值，聯立公式
②④
獲得如下公式：
[0029][0030]將頂點的深度值z
i(0～3)
并帶入式
①
求解得到三維坐標；
[0031]步驟step800，根據步驟step300計算人體背景四個頂點在相機坐標系下的三維坐標
[0032]步驟step900，根據已知3D包圍盒可以唯一確定以包圍盒中心本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于攝影測量的人體三維解剖位檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟step100，獲取用于實現二維圖像坐標到三維空間坐標之間轉換的相機內參K，深度圖像I
d
和RGB圖像I
c
；步驟step200，計算待檢測目標3D包圍盒8個頂點在圖像空間上的2D投影，其計算公式為：其中，為檢測目標外接矩形體包圍盒的8個頂點2D坐標，P
c
為包圍盒幾何中心點2D坐標，Cls為待檢測解剖位目標類別，Confidence為待檢測解剖位置信度，I
c
為輸入自然RGB圖像，YOLO_3D_detection為基于3D目標檢測算法模型YOLO_6D的改進模型，為矩形體包圍盒位于人體前景所在平面的四個頂點，為矩形體包圍盒位于人體背景所在平面的四個頂點；步驟step300，根據已知3D包圍盒的二維坐標投影以及相機內參計算在相機坐標系下的三維坐標其中，K
?1是相機內參K的逆矩陣，k是相機內參K矩陣的元素；步驟step400，順序連接點形成位于人體前景所在平面的第一矩形，再分別連接點和點獲得空間矩形的對角線空間交點P
3D_cross
在人體前景面的投影P
cross
；步驟step500，根據對角線空間交點P
3D_cross
位于人體解剖位表面的特性建立表達式：其中，表示點P
vi
第i行的像素坐標，表示點P
vi
第i列的像素坐標；步驟step600，根據對角線交點P
3D_cross
坐標為四個頂點的坐標值均值，且對角線交點P
3D_cross
分別為點連線和點連線的中點，由此建立表達式：通過深度圖I
d
、I
c
以及RGB相機及深度相機的內外參數結合交點P
3D_cross
的二維投影坐標P
cross
獲得z
3D_cross
，其中，z
3D_cross
是交點P
3D_cross
的z值；步驟step700，根據四個頂點圍成矩形對邊向量相等特性，有
獲得如下等式：(x3?
x0,y3?
y0,z3?
z0)＝(x2?
x1,y2?
y1,z2?
z1)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒易峰，許乙山，馬川，
申請(專利權)人：曉智未來成都科技有限公司，
類型：發明
國別省市：