一种人体红外影像的双向层析数据处理方法与流程

1.本发明涉及影像处理技术领域，具体为一种人体红外影像的双向层析数据处理方法。


背景技术：

2.红外成像技术是一项前途广阔的高新技术，比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78-1000微米的电磁波，其中波长为0.78-2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0-1000微米的部分称为热红外线。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。
3.层析成像中常用的方法是热层析，也称热ct，是进入21世纪以来，由国外军事红外技术向医学应用领域转化而研究发出的医学功能影像技术；热体细胞、组织或器官处于不同状态时，其新陈代谢活动及所产生的热辐射是不一样的，如某组织处于慢性疾病、血供不足或局部坏死状态时，其代谢热强度就偏低；而偏高时的情况，多表现为疼痛、增生、炎症、肿瘤等等。以乳腺癌为例，在患者早期，癌细胞的代谢热产量可达70mw/cm3，与其周围正常细胞的温差可达2摄氏度以上；热层析技术，就是极其敏感地接收人体细胞新陈代谢所产生的热辐射，并通过特有的成像和“由表及里”的层析技术，测定体内异常热源的分布、深度、强度、形态及走势，从而全面、真实、动态地反映由人体代谢热所表达的整体健康状况，现已成为现代临床医学极佳的、绿色的补充检测手段。
4.热层析技术不同于普通的红外热扫描技术，后者只能获取人体表面的热分布图形，人体内部能量信息都被体表的能量信息叠加掩盖，难以被临床医生分析认识以帮助对人体内部健康信息的判别。热层析技术是利用热电类比，找到人体表面热分布和热源深度的关系，从而得到内部热源的深度、热辐射值、热源的形状和变化的信息，并根据人体细胞新陈代谢强度与疾病的对应关系来评估人体的健康状况。简单地讲，普通红外技术与热层析的关系就像普通的x光与ct；传统的临床影像学诊断，主要是基于放射学技术对机体组织形态的变化进行检测。如肿瘤。在其占位达到厘米级以上才可见异常或诊断为病变发生，而此时多数已到疾病的中、晚期；即对此前漫长的形成过程盲视。热层析技术作为功能影像学技术，能够敏感地监测到这一盲区，贡献于重大疾病的早发现和早治疗。
5.现有的成像数据处理方法中经常会出现以下问题：成像过程中空间分辨率和总视场的大小是矛盾的，提高空间分辨率一般都要减小视场，因此很难同时实现大视场、高空间分辨率的要求，不能满足如在大范围的复杂环境中电力和电讯系统中故障诊断的要求；一些成像方法中需要采用超声波、强磁场等透过人体，对人体甚至环境会造成一定的干扰和伤害，不能够重复使用；一些成像方法需要设备接触人体才能进行检查，这就需要频繁地进行清理，浪费人力物力；外界环境会对成像结果造成一定程度上的不利影响。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种人体红外影像的双向层析数据处理方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：步骤1：构建检测构建封闭环境，保证测试过程中没有流动的空气，并将室温保持在26℃左右，通过构建该封闭环境，然后将检测需要用到的设备和待检测的人体目标置于该封闭环境中，可以尽可能地避免流通的空气和上下浮动的温度影响被测试的人体目标皮肤表面的温度分布，进而减小外部环境对测试结果带来的误差，所述设备包括红外热辐射接收扫描器、摄相机、层析传感器、图像信息处理系统、计算机、供电系统，所述计算机用于操作控制其它设备，所述供电系统用于供电；步骤2：开机检查启动所述步骤1中的各个设备，进行配置，并依次检查设备独立工作时和整体连接后的运行状态，直至正常运行，可以避免后期检测过程中设备损坏带来的误差，导致浪费人力和检测时间；步骤3：平衡人体温度使人体目标在所述步骤1中的封闭环境内静坐30分钟，待自身适应环境温度并达到平衡状态后，再进行检测，不管是剧烈运动后还是刚刚休息完毕，身体温度在短时间内都会有一定程度上的变化，进而对检测结果造成影响，并增大误差，通过静坐30分钟，可以有效地避免此类情况的发生；步骤4：数据采集当所述步骤2中的各个设备均正常运行且所述步骤3中的人体目标静坐30分钟之后，通过红外辐射接收扫描器和摄像机拍摄人体皮肤表面热辐射的分布情况，并将人体成像于层析传感器上，经过层析传感器调制后变成数字图像数列，然后将其传输至图像信息处理系统；步骤5：数据处理所述步骤4中的数字图像数列传输至图像信息处理系统后，图像信息处理系统会产生电压信号，电压信号与各点的红外辐射能量密度成比例，再将红外热辐射接收扫描器获取的热辐射分布图作为贴图信息覆盖在3d的人体模型上，之后经过图像信息处理系统进行去模糊和滤波后，消除图像中虚假的信息，获得目标图像；步骤6：层析算法分析根据所述步骤5中得到的目标图像进行层析算法分析；步骤7：结束检测，关闭各个设备。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析传感器包括层析调制器、聚焦透镜阵列、成像透镜、红外焦平面阵列，层析调制器可以将红外图像的大视场分成多个高空间分辨率的小块的分视场，并对每个分视场进行层析，即把多个分视场分别转化成低空间分辨率的一维层析信号，多个分视场形成的一维层析信号经过聚焦透镜阵列形成低分辨率的二维层析阵列，通过成像透镜将低分辨率的二维层析阵列进行空间压缩后成像于红外焦平面阵列上并并转化输出成二维层析数字阵列。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析调制器采用刀边圆锥扫描器阵列或液
晶光阀圆锥扫描器组成；每个子盘独立扫描，扫描频率可以相同，也可以不相同。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述聚焦透镜阵列采用六边形结构。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述图像信息处理系统包括原始图像数据获取模块、图像实时显示模块、图像处理模块、层析算法实现模块、图像分析与存储模块，原始图像数据获取模块，用于获取红外热辐射接收扫描器和摄相机传输的图像；图像实时显示模块，用于显示原始3d人体图像和热辐射能力密度图像；图像处理模块，用于进行初步的图像噪声去除；层析算法实现模块，用于图像信号根据标定的热像仪的灰度-温度关系，对每个像素进行变换，求出其对应的温度，再根据层析算法求得内部不同深度下对应点的温度,然后利用灰度一温度关系进行逆变换,求得对应的灰度将平面的红外辐射分布图上升到3d的空间，并且支持旋转等水平翻转观察；图像分析与存储模块，用于最后的图像分析与处理，并将数据结果和中间过程暂存。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析算法实现模块包括二维层析重构算法，所述二维层析重构算法利用二维radon变换理论和方法实现，并对随扫描时间变化的二维层析数字阵列实现并行重构，恢复大视场、高空间分辨率的图像，在图像信息处理系统中采用多处理器并行计算，实现大视场、高空间分辨率的快速重构。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中控制封闭空间内的温度采用洁净空调系统，使封闭空间可以保持所需要的温度湿度、风速、压力和洁净度等参数，并向封闭空间内不断送入一定量经过处理的空气，以消除封闭空间内外各种热湿干扰及尘埃污染。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述供电系统采用城市供电系统，由城市供电电源、输配电网和电能用户组成，是为现代城市提供能源的基础设施之一，也是城市总体规划的组成部分。
14.本发明的有益效果：本发明通过在图像信息处理系统中的层析算法实现模块使用二维层析重构算法，可以对随扫描时间变化的二维层析数字阵列实现并行重构，恢复大视场、高空间分辨率的图像，在图像信息处理系统中采用多处理器并行计算，可以同时满足大视场、高空间分辨率要求；通过设置红外热辐射接收扫描器、摄相机、层析传感器、图像信息处理系统，可以在成像过程中避免采用超声波、强磁场等透过人体，进而避免对人体甚至环境会造成一定的干扰和伤害，能够重复使用，同时成像时无需设备接触人体就能够进行检查，可以避免对设备频繁地进行清理，减少了人力物力的浪费；通过构建封闭空间，可以尽可能地避免外界流通的空气以及上下浮动的温度等因素对被测试的人体目标皮肤表面的温度分布造成影响，进而减小外部环境对测试结果带来的误差，检测结果更加精确。
具体实施方式
15.实施例1
16.本发明公开了一种人体红外影像的双向层析数据处理方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：步骤1：构建检测构建封闭环境，保证测试过程中没有流动的空气，并将室温保持在26℃左右，通过构建该封闭环境，可以尽可能地避免外界流通的空气以及上下浮动的温度等因素对被测试的人体目标皮肤表面的温度分布造成影响，进而减小外部环境对测试结果带来的误差，检
测结果更加精确，所述设备包括红外热辐射接收扫描器、摄相机、层析传感器、图像信息处理系统、计算机、供电系统，所述计算机用于操作控制其它设备，所述供电系统用于供电；步骤2：开机检查启动所述步骤1中的各个设备，进行配置，并依次检查设备独立工作时和整体连接后的运行状态，直至正常运行，可以避免后期检测过程中突然发现设备损坏，进而导致检测结果报废；步骤3：平衡人体温度使人体目标在所述步骤1中的封闭环境内静坐30分钟，待自身适应环境温度并达到平衡状态后，再进行检测，人体在剧烈运动后或刚刚休息完毕时，皮肤温度会在短时间内发生变化，进而导致检测结果不够精准，误差变大，通过静坐30分钟的方式，可以平衡人体表面的温度，并在人体正常情况下得出检测结果；步骤4：数据采集当所述步骤2中的各个设备均正常运行且所述步骤3中的人体目标静坐30分钟之后，通过红外辐射接收扫描器和摄像机拍摄人体皮肤表面热辐射的分布情况，并将人体成像于层析传感器上，经过层析传感器调制后变成数字图像数列，然后将其传输至图像信息处理系统；步骤5：数据处理所述步骤4中的数字图像数列传输至图像信息处理系统后，图像信息处理系统会产生电压信号，电压信号与各点的红外辐射能量密度成比例，再将红外热辐射接收扫描器获取的热辐射分布图作为贴图信息覆盖在3d的人体模型上，之后经过图像信息处理系统进行去模糊和滤波后，消除图像中虚假的信息，获得目标图像；步骤6：层析算法分析根据所述步骤5中得到的目标图像进行层析算法分析；步骤7：结束检测，关闭各个设备。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析传感器包括层析调制器、聚焦透镜阵列、成像透镜、红外焦平面阵列，层析调制器可以将红外图像的大视场分成多个高空间分辨率的小块的分视场，并对每个分视场进行层析，即把多个分视场分别转化成低空间分辨率的一维层析信号，多个分视场形成的一维层析信号经过聚焦透镜阵列形成低分辨率的二维层析阵列，通过成像透镜将低分辨率的二维层析阵列进行空间压缩后成像于红外焦平面阵列上并并转化输出成二维层析数字阵列。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析调制器采用刀边圆锥扫描器阵列或液晶光阀圆锥扫描器组成；每个子盘独立扫描，扫描频率可以相同，也可以不同。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述聚焦透镜阵列采用六边形结构。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述图像信息处理系统包括原始图像数据获取模块、图像实时显示模块、图像处理模块、层析算法实现模块、图像分析与存储模块，原始图像数据获取模块，用于获取红外热辐射接收扫描器和摄相机传输的图像；图像实时显示模块，用于显示原始3d人体图像和热辐射能力密度图像；图像处理模块，用于进行初步的图像噪声去除；层析算法实现模块，用于图像信号根据标定的热像仪的灰度-温度关系，对每个像素进行变换，求出其对应的温度，再根据层析算法求得内部不同深度下对应点的温度,然
后利用灰度一温度关系进行逆变换,求得对应的灰度将平面的红外辐射分布图上升到3d的空间，并且支持旋转等水平翻转观察；图像分析与存储模块，用于最后的图像分析与处理，并将数据结果和中间过程暂存。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述层析算法实现模块包括二维层析重构算法，所述二维层析重构算法利用二维radon变换理论和方法实现，并对随扫描时间变化的二维层析数字阵列实现并行重构，恢复大视场、高空间分辨率的图像，在图像信息处理系统中采用多处理器并行计算，实现大视场、高空间分辨率的快速重构。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中控制封闭空间内的温度采用洁净空调系统，使封闭空间可以保持检测所需要的温度湿度、风速、压力和洁净度等参数，不仅可以通风换气，还可以消除封闭空间内外各种热湿干扰及尘埃污染，进而在接近理想的环境中进行检测，减小测量误差。
23.作为本发明的一种优选技术方案，所述供电系统采用城市供电系统，由城市供电电源、输配电网和电能用户组成，是为现代城市提供能源的基础设施之一，也是城市总体规划的组成部分。
24.本发明的工作原理：构建封闭环境，将检测需要用到的设备搬运至封闭环境中，然后人体进入该封闭环境中静坐30分钟，静坐过程中，工作人员通过供电系统打开其它设备，并通过计算机控制管理其它设备，在人体静坐30分钟后，通过红外辐射接收扫描器和摄像机拍摄人体皮肤表面热辐射的分布情况，并将人体成像于层析传感器上，经过层析传感器调制后变成数字图像数列，然后将其传输至图像信息处理系统，经过图像信息处理系统处理后，得到目标图像。
25.本发明涉及的电路连接为本领域技术人员采用的惯用手段，可通过有限次试验得到技术启示，属于公知常识。
26.本文中未详细说明的部件为现有技术。
27.上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。