基于计算机视觉的人体脊柱轮廓测量的研究

　　引言

　　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。在径向面观察，正常成人的脊柱轮廓包含颈部和腰部的脊柱前弯，以及胸部及骸骨处的脊柱后凸。多组侧面肌群与无数的和脊骨连在一起的肌键和韧带共同保持着脊柱在冠状和径向平面的自然弯曲和平衡。任何脊柱曲线的变形都是某种神经肌肉紊乱的信号。反之，长时间保持错误的姿势将导致脊柱失序而带来不适或疼痛。因此，脊柱轮廓的测量在脊柱失序的临床诊断或者人体工程学研究以预防脊柱职业病等方面有着重要意。

　　通常，人体脊柱轮廓测量使用X射线断层摄影术(mputerizedtom。graphv一eT)和磁共振成像技术 (magnetic:esonaneeima只e一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，有必要发展一种新的安全、量化、客观、迅速的脊柱轮廓检测新方法。

　　计算机视觉技术是指从一幅或多幅图像中提取物体或场景信息的技术。计算机视觉测量技术具有非接触、较高精度、较大测量范围和较好的柔性等特点，广泛应用于不同的测量领域实现不同的测量目的。其中，一个重要的目的就是获得场景或物体的三维信息。在众多的计算机视觉三维测量方法中，应用较广的是结构光法和立体视觉法。结构光法需要向被测物体或场景投射能量，有时为了完成测量或提高测量精度还需要移动被测物体或测量传感器。

　　立体视觉法和人的双目视觉原理类似，它使用两台摄像机拍摄图像，从两幅图像的差异中获得被测目标的三维信息。立体视觉法不需要投射能量或移动物 体就可获得三维信息，这一特点在一些三维测量中具有很大优势。基于立体视觉的深度测量已广泛应于自动绘图、飞机导航、自主陆地探测器、机器人、工业自动化 及立体显微等方面。立体视觉法中最重要的问题是找到同一物点在两个摄像机的图像中所对应的两个像点，这就是所谓的匹配问题。根据同一物点所对应的两个像点的位置和只角形关系就可以计算出该物点的三维坐标。

　　脊柱轮廓测量的关键问题之一是如何准确确定脊柱隆起的位置。不管采用哪种光模式投射到人体上，结构光法都难以自动确定脊柱隆起的准确位置。同样，因为测量受到人体不同反射特性的影响，其准确性不能保证。

　　大多数正常人的背部是平滑的，没有点、边缘之类的显著特征作为匹配的线索。因此，确定精确的脊柱隆起的实用方法之一是在人体背部进行标记。颜色 和形状可控的彩色标记为首选。同时，这些标记也被用作建立立体对应关系的依据。因此，本文提出了一种新颖的基于立体视觉和彩色标记的人体脊柱外形测量方 法，它能实现定量、客观、快速地测量。基于此，研制了立体视觉传感器和相应的算法，并进行了人体脊柱轮廓测量实验