CN109512402B - 近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，属于医用红外热成像领域。通过位于人体正面和左侧面的红外摄像头近距离拍摄，人体呈走路姿势使四肢从侧面避开躯干防止重叠；同时，在拍摄人体前，负责成像的电子设备对当前环境的热成像图进行处理，对辨别出温度异常的区域或物体发出警报，提示操作人员处理；之后由负责成像的电子设备将拍摄人体后得到的热成像图与环境的热成像图作对比，分别标识环境区域和人体区域，并在人体区域中寻找人体边界；找到人体边界后，去除掉环境区域，得到人体全身热成像图。优点在于：可应用于更广泛的室内环境下，同时降低了资金成本和人力成本。可以精准测绘到重叠之处以及位于侧面器官的温度。

Description

近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法

技术领域

本发明涉及医用红外热成像领域，特别涉及一种近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，包括对热成像图的图像处理方法。是一种针对红外热成像仪器自身成像原理防止环境干扰精准成像的方法。

背景技术

红外热成像在医用检查上可以全面的针对全身多种疾病进行预警分析，由于其全面***、有利于疾病早期发现、对人体无害等优点，目前开始在各大医院临床研究应用。红外热成像的原理从物理学原理分析是，人体就是一个自然的生物红外辐射源，能够不断向周围发射和吸收红外辐射。正常人体的温度分布具有一定的稳定性和特征性，机体各部位温度不同，形成了不同的热场。当人体某处发生疾病或功能改变时，该处血流量会相应发生变化，导致人体局部温度改变，表现为温度偏高或偏低。根据这一原理，通过热成像***采集人体红外辐射，并转换为数字信号，形成伪色彩热图，利用专用分析软件，经专业医师对热图分析，判断出人体病灶的部位、疾病的性质和病变的程度，为临床诊断提供可靠依据。

目前已有的医用红外热成像的仪器和可视化技术存在的主要缺陷：

1、周围环境中物体、冷热空气均会向外辐射红外光从而对红外光的探测产生影响。因此现用的仪器使用方法条件十分苛刻，需要屋内保持一定温度和湿度，要形成一个相对密闭整洁的空间，仪器周围和探测范围内对物品摆放要求严格。许多室内环境因素会对测量结果产生影响，例如，从窗户进入屋内的阳光，一旁放置的桌椅诸如此类影响因素。

2、医用红外热成像实际测绘的是人体体表温度，而人体内脏从正面看有重叠之处或正视图面积较小难以准确辨认，且如肾脏这样的器官从侧面测量更准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，解决了现有技术存在的上述问题。旨在普适环境下使用医用人体红外热成像仪器精准测量人体全身温度。由位于人体正面和左侧面的两个红外摄像头近距离拍摄，拍摄人体呈“走路姿势”（描述为：左胳膊前摆，右脚前迈，右胳膊后摆，左脚后迈），使四肢从侧面避开躯干防止重叠即可；所述的近距离拍摄是指：根据红外摄像头的距离系数、最小焦距这些系数，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄。同时，在拍摄人体前，由负责成像的电子设备对当前环境的热成像图进行处理，对辨别出温度异常的区域或物体发出警报，提示操作人员处理。之后由负责成像的电子设备从拍摄人体后得到的热成像图与环境的热成像图作对比，分别标识环境区域和人体区域，从中寻找人体边界。找到人体边界后，去除掉复杂的环境，得到人体全身热成像图。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，用于精准的检测人体全身体温，通过位于人体正面和左侧面的两个红外摄像头近距离拍摄，被拍摄的人体呈走路姿势使四肢从侧面避开躯干防止重叠；

所述近距离拍摄是：根据红外摄像头的距离系数、最小焦距，使被拍摄的人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；

所述走路姿势是：左胳膊前摆，右脚前迈，右胳膊后摆，左脚后迈；

同时，在拍摄人体前，由负责成像的电子设备对当前环境的热成像图进行处理，对辨别出温度异常的区域或物体发出警报，提示操作人员处理；之后由负责成像的电子设备将拍摄人体后得到的热成像图与环境的热成像图作对比，分别标识环境区域和人体区域，并在人体区域中寻找人体边界；找到人体边界后，去除掉环境区域，得到人体全身热成像图。包括如下步骤：

步骤（1）：处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头在拍摄前先工作一次，得到拍摄前正面和侧面环境的红外热成像图，分别标记为正面拍摄前环境图、侧面拍摄前环境图；对正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图进行图像处理，辨别出温度异常的区域或物体，报警提示；操作人员对温度异常的区域或物体进行清理，重复步骤（1），直到不再报警提示或者正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图无肉眼可见的温度异常的区域；

步骤（2）：使被拍摄的人体呈“走路姿势”站立，根据红外摄像头的距离系数、最小焦距，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；用处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头拍摄人体，得到正面人体红外热成像图和侧面人体红外热成像图，分别标记为正面人体图、侧面人体图；对比正面拍摄前环境图和正面人体图及侧面拍摄前环境图和侧面人体图，由于同为环境的点是相同的，所以有变化的聚集的点即为人体区域，在正面人体图和侧面人体图上标识出粗略的环境区域和人体区域；实际处理中将图中的像素点分组按序存储到两个数组中供下一步处理；

步骤（3）：进行寻找人体边界的处理，精确地区分环境区域和人体区域；首先去除掉离散的点，在余下的点中寻找人体在图像中的边界点并计算平均的边界长度供下一步处理使用；

步骤（4）：进行滤去环境区域的处理，首先判断边界是否闭合，如未闭合说明有遗漏或者成像不清楚的点，需要补全这些边界点；边界外即为环境区域，去除这些点，所得到的两张图即为人体正面和侧面全身温度测绘的红外热成像图。

本发明的有益效果在于：有效消除室内环境干扰，可应用于更广泛的室内环境下，同时也降低了维持所需苛刻条件的室内环境造成的资金成本和人力成本。采用位于人体的正面和左侧面的两个红外摄像头同时测绘，得到人体正视图和侧视图两张热成像图，这样的多维度可以精准测绘到重叠之处以及位于侧面器官的温度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的走路姿势示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1所示，本发明的近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，为了应对情况复杂的普适的屋内环境，同时在该条件下保障测量的精准度，根据红外摄像头的距离系数、最小焦距这些系数，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄，可以降低仪器与人体之间受空气冷热不均造成的影响和因距离产生的误差，例如室内冷热空气产生对流的区域或者室内与室外空气对流的区域诸如此类的影响因素。拍摄人体前，先扫描周围环境，如发现温度异常的区域，提示操作人员清理。这种温度异常的区域之所以选择人工清理，主要针对由空调吹出的冷风或热风或者电水壶、冰块这种发热发冷的物体诸如此类影响因素。再用拍摄前环境图和人体图作对比，不论周围环境是否温湿度分布均匀，均可从中滤去环境。使用上述方式消除室内环境干扰，使之可以应用于更广泛的室内环境下，同时也降低了维持所需苛刻条件的室内环境造成的资金成本和人力成本。本发明中，使人体采用“走路姿势”（描述为：左胳膊前摆，右脚前迈，右胳膊后摆，左脚后迈），用位于人体的正面和左侧面的两个红外摄像头同时测绘，得到人体正视图和侧视图两张热成像图，这样的多维度可以精准测绘到上述所提到的重叠之处以及位于侧面器官的温度。

本发明的近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，用于精准的检测人体全身体温，通过位于人体正面和左侧面的两个红外摄像头近距离拍摄，被拍摄的人体呈走路姿势使四肢从侧面避开躯干防止重叠；

所述近距离拍摄是：根据红外摄像头的距离系数、最小焦距这些系数，使被拍摄的人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；

所述走路姿势是：左胳膊前摆，右脚前迈，右胳膊后摆，左脚后迈；

同时，在拍摄人体前，由负责成像的电子设备对当前环境的热成像图进行处理，对辨别出温度异常的区域或物体发出警报，提示操作人员处理；之后由负责成像的电子设备将拍摄人体后得到的热成像图与环境的热成像图作对比，分别标识环境区域和人体区域，并在人体区域中寻找人体边界；找到人体边界后，去除掉复杂的环境区域，得到人体全身热成像图。包括如下步骤：

步骤（1）：处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头在拍摄前先工作一次，得到拍摄前正面和侧面环境的红外热成像图，分别标记为正面拍摄前环境图、侧面拍摄前环境图；对正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图进行图像处理，辨别出温度异常的区域或物体，报警提示；操作人员对温度异常的区域或物体进行清理，重复步骤（1），直到不再报警提示或者正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图无肉眼可见的温度异常的区域；

步骤（2）：使被拍摄的人体呈“走路姿势”站立，根据红外摄像头的距离系数、最小焦距这些系数，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；用处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头拍摄人体，得到正面人体红外热成像图和侧面人体红外热成像图，分别标记为正面人体图、侧面人体图；对比正面拍摄前环境图和正面人体图及侧面拍摄前环境图和侧面人体图，由于同为环境的点是相同的，所以有变化的聚集的点即为人体区域，在正面人体图和侧面人体图上标识出粗略的环境区域和人体区域；实际处理中将图中的像素点分组按序存储到两个数组中供下一步处理；

步骤（3）：进行寻找人体边界的处理，精确地区分环境区域和人体区域；首先去除掉离散的点，在余下的点中寻找人体在图像中的边界点并计算平均的边界长度供下一步处理使用；

步骤（4）：进行滤去环境区域的处理，首先判断边界是否闭合，如未闭合说明有遗漏或者成像不清楚的点，需要补全这些边界点；边界外即为环境区域，去除这些点，所得到的两张图即为人体正面和侧面全身温度测绘的红外热成像图。

实施例：

所涉及到的负责成像的电子设备进行图像处理的基础原则是：

①每个像素点有四个属性：横坐标、纵坐标、值、标记值。

②每个像素点的值是该点的颜色值，是RGB十六进制码，可比较颜色差异程度。（伪色彩成像过程中，每个像素点的颜色值是由温度值转变而来——在要表示的温度值范围内，根据辨识度，选取相应数额种类的颜色来表示。如，要表示10℃至40℃范围内的温度，要求温度误差在0.1摄氏度，则使用300种颜色来表示。因此温度值和颜色值是一一对应的，也可根据实际问题的需求，转化为温度数值的比较）。

③以图像宽度的十分之一为基准，将图像分为十行，从第一行依次扫描至第十行。扫描每一行时，将横坐标跨度为该基准长度的所有点作为一组是一个扫描块（从图像上看实则是一个正方形形状的像素块），从图像最左侧开始依次扫描该行所有像素点，扫描至最右端。（此扫描方法为下文方便引用，记为拼图扫描法）

④每次扫描开始前，将所有像素点的标记值初始化为0。

⑤扫描过程中，要依序将一些像素点放入数组时，依照扫描块的先后顺序存放。扫描块内依照纵坐标从小到大，横坐标从小到大的顺序存放。

具体实施步骤流程如下：

（1）处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头在拍摄前先工作一次，得到拍摄前正面和侧面环境的红外热成像图，可分别记为正面拍摄前环境图、侧面拍摄前环境图。对正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图进行图像处理，辨别出温度异常的区域或物体，报警提示。操作人员对相应区域进行清理，重复步骤（1），直到不再报警提示或者正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图无肉眼可见的温度异常的区域。

（1.1）用基本原则③所述的方法扫描整个图像，以室温为温度基准，每一个扫描块内的每个像素点进行颜色差异程度的比较，将与室温差异在5℃的像素点或扫描块内超出块内平均值5℃的像素点进行标记。置标记值为1。（室内温度分布整体不均匀，因空气特性，室内基本无风速的特点，温度分布局部呈块状均匀。当扫描块内出现温度有差异的像素点，可能是发热或发冷的物体）

（1.2）扫描结束后，计算标记值为1的像素点的个数，超过总像素个数的百分之一时，向操作人员预警提示，当前环境中可能存在影响红外摄像头探测人体辐射的红外光的因素。（当异常的像素点很少时，即使是连续的，这个区域或物体的实际大小其实很小，可以忽略不计。防止误判影响红外热成像仪器正常工作。）

（1.3）操作人员查看正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图，对图中对应位置进行清理，可选择继续工作或重新扫描。

（2）使拍摄人体呈“走路姿势”站立，根据红外摄像头的距离系数、最小焦距这些系数，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄。用处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头拍摄人体，得到正面人体红外热成像图（可记为正面人体图）和侧面人体红外热成像图（可记为侧面人体图）。对比正面拍摄前环境图和正面人体图及侧面拍摄前环境图和侧面人体图，由于同为环境的像素点是相同的，所以有变化的聚集的像素点即为人体区域，在正面人体图和侧面人体图上可标识出粗略的环境区域和人体区域。

（2.1）扫描整个图像，存储正面拍摄前环境图和正面人体图的像素点。

（2.2）设置两个数组。

（2.3）使用拼图扫描法同时扫描正面拍摄前环境图和正面人体图，比较每个扫描块内相同横纵坐标的像素点的值，如若两值相差不超过0.1℃，将正面人体图中的该像素点依序放入数组1（即环境区域）；反之，依序放入数组2（人体区域）。

（2.4）对侧面拍摄前环境图和侧面人体图执行以上三步。

（3）进行寻找人体边界的处理，精确地区分环境区域和人体区域。（在热成像图中，人体的边缘温度较低，一般会有绿色或蓝色及其相近颜色程度的深色系边界。这个边界是基于像素点区别人体和其周边环境的依据。且在同一幅热成像图中，人体的所有边界的厚度是一样的。可以利用已区分出边界的厚度，找到模糊边界所在的位置）。寻找边界前要先从温度有差异的像素点的数组中（即数组2）去除掉离散的像素点，因为人体区域是连续的，这些像素点不在人体区域内，是环境中的个别差异像素点。再从余下的像素点中寻找蓝色的边界点并计算平均的边界长度供下一步处理使用。

（3.1）将人体区域的数组（数组2）复制后，重新按照纵坐标从小到大，横坐标从小到大的顺序排列。

（3.2）遍历该数组，在同一纵坐标下，当一个像素点的前一个像素点以及后一个像素点的横坐标与该像素点的横坐标相差5时，该像素点即为横坐标离散的像素点。其中，数组中第一个像素点无前一个像素点，数组最后一个像素点无后一个像素点。将横坐标离散的像素点的标记值置1，从数组中删去标记值为1的像素点。

（3.3）遍历（3.2）中得到的数组，在同一纵坐标下，找到第一个蓝色的像素点，该像素点为边界的起始；接着找到第一个不是蓝色的像素点，其前一个像素点是边界的结束。其中，边界结束点的横坐标与边界起始点的横坐标之差加一即为边界的长度。

（3.4）计算边界的平均长度，结果向下取整。

（4）进行滤去环境区域的处理，首先判断边界是否闭合，如未闭合说明有遗漏或者成像不清楚的像素点，需要补全这些边界点。边界外即为环境区域，去除这些像素点，所得到的两张图即为人体正面和侧面温度测绘的红外热成像图。

（4.1）判断蓝色边界是否闭合。方法为：遍历（3.2）中得到的数组，在同一纵坐标下，一个边界（即边界起始点到边界结束点的所有像素）内若其中有一个像素点的下方（即该像素点纵坐标加1的像素点）是一个边界中的像素点，则该边界下方闭合。反之，则不闭合，如若不闭合，则补全边界。直到当前像素点的纵坐标是数组中像素点纵坐标的最大值。

（4.2）补全方法：从该边界的起始点开始，从其下方（纵坐标加1的像素点）开始，依据（3.4）得到的边界平均长度，标记同等长度的像素点为边界，并将其按照纵坐标从小到大，横坐标从小到大的顺序***数组中，以待判断边界是否闭合。

（4.3）扫描正面人体图，去除蓝色边界外的像素点。

（4.4）对侧面人体图执行以上三步。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，其特征在于：通过位于人体正面和左侧面的两个红外摄像头近距离拍摄，被拍摄的人体呈“走路姿势”站立，使四肢从侧面避开躯干防止重叠；

所述走路姿势是：左胳膊前摆，右脚前迈，右胳膊后摆，左脚后迈；

所述近距离拍摄是：根据红外摄像头的距离系数、最小焦距，使被拍摄的人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；

同时，在拍摄人体前，由负责成像的电子设备对当前环境的热成像图进行处理，对辨别出温度异常的区域或物体发出警报，提示操作人员处理；之后由负责成像的电子设备将拍摄人体后得到的热成像图与环境的热成像图作对比，分别标识环境区域和人体区域，并在人体区域中寻找人体边界；找到人体边界后，去除掉环境区域，得到人体全身热成像图。

2.根据权利要求1所述的近距离多维度的精准医用人体红外热成像的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）：处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头在拍摄前先工作一次，得到拍摄前正面和侧面环境的红外热成像图，分别标记为正面拍摄前环境图、侧面拍摄前环境图；对正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图进行图像处理，辨别出温度异常的区域或物体，报警提示；操作人员对温度异常的区域或物体进行清理，重复步骤（1），直到不再报警提示或者正面拍摄前环境图和侧面拍摄前环境图无肉眼可见的温度异常的区域；

步骤（2）：使被拍摄的人体呈“走路姿势”站立，根据红外摄像头的距离系数、最小焦距，使人体在距离红外摄像头最近的地方进行拍摄；用处于正面位置的红外摄像头和处于左侧方位置的红外摄像头拍摄人体，得到正面人体红外热成像图和侧面人体红外热成像图，分别标记为正面人体图、侧面人体图；对比正面拍摄前环境图和正面人体图及侧面拍摄前环境图和侧面人体图，由于同为环境的点是相同的，所以有变化的聚集的点即为人体区域，在正面人体图和侧面人体图上标识出粗略的环境区域和人体区域；实际处理中将图中的像素点分组按序存储到两个数组中供下一步处理；

步骤（3）：进行寻找人体边界的处理，精确地区分环境区域和人体区域；首先去除掉离散的点，在余下的点中寻找人体在图像中的边界点并计算平均的边界长度供下一步处理使用；

步骤（4）：进行滤去环境区域的处理，首先判断边界是否闭合，如未闭合说明有遗漏或者成像不清楚的点，需要补全这些边界点；边界外即为环境区域，去除这些点，所得到的两张图即为人体正面和侧面全身温度测绘的红外热成像图。

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