中医望诊检测系统拍摄装置评价方法

【摘 要 】本文是国家“十一五”科技支撑计划及上海中医药大学与上海道生医疗科技有限公司合作项目“智能化中医四诊检测系统”研究的一部分,是在中医理论指导下,在中医望检测标准光源环境下,对拍摄装置筛选及评价方法进行阐释,最终目的是构建用于模拟人眼功能的、符合中医望诊要求的机器视觉平台,本研究所采用的评价方法也可为其他望诊仪器如,痤疮、色斑、肤质掌纹等仪器研发提供研究思路及技术支持.

【关 键 词 】望诊检测系统；拍摄装置；评价方法

【中图分类号】R241.9【文献标识码】A【文章编号】1008-6455（2011）04-0006-02

中医望诊主要内容包括望舌象与望面色,是中医辨证的重要手段之一.传统中医望诊取决于医生的主观意识、经验累积,受限于当时的环境因素,缺乏客观指标,不能定量分析,难以重复验证,使得中医的诊疗经验传承缺乏客观依据.也为望诊的科研、教学及远程诊断带来困难.机器视觉技术的出现为望诊客观化研究带来了新的契机.本研究在中医理论指导下,在中医望检测标准光源环境下,对拍摄装置筛选及评价方法进行阐释,最终目的是构建用于模拟人眼功能的、符合中医望诊要求的机器视觉平台,现将部分相关研究作一概述.

1.中医望诊检测系统拍摄装置选择评价方法

1.1 实验条件的标准光源环境参数：关于望诊采集环境的选择,中国古代医家认为清晨是最适宜的时间,《内经》有“诊法常以平旦”的记载,认为此时人体气血平和,外界气温适宜.本研究光源环境经科学合理设计[1-2]照度为3001Lx,色温5209K,显色指数92.7%,标准白板均匀性差值＜10%.满足中医望诊判读需要及拍摄装置对色温、照度等宽容度的要求.

1.2 中医望诊检测系统拍摄装置选择标准:像素大于500万,图像色彩还原性好,可获得清晰舌、面图像；具备计算机远程操作功能；可输出RAW图像格式,可获得远程拍摄及RAW格式数据开发包.符合本研究的拍摄装置有以下三种：POINT GREY GRAS-50S5C-C工业摄像头（CCD）；CANON-G10半专业普通数码相机； CANON-EOS-50D专业级单反相机.下面以这三种拍摄装置为例,对拍摄装置筛选评价方法进行阐述.

1.3 中医望诊检测系统拍摄装置主要性能测试

（1）测试项目:测试的主要项目包括三项；噪点（noise）；OECF-12灰阶卡；标准24色色卡；应用专业相机测试软件获得测试报告.

（2）测试结果

1）CCD、G10及EOS-50D noise测试报告（图1-3）

2）CCD、G10及EOS-50D OECF12灰阶卡测试报告（图4-6）

3）CCD、G10及EOS-50D OECF24色色卡测试报告（图7-9）

1.4 三种拍摄装置基本情况及优缺点对比,见表1.

表1 三种拍摄装置基本情况对比

2.基于两种拍摄装置数据转换测试方法

此图像转换是基于上海大学协助开发面诊仪所用S5相机与绿谷公

司协助开发舌面一体检测系统所用EOS-50D相机,两种相机在同一环境下测试,用于考察不同拍摄装置拍摄图像转换效果.转换方法如下：

分别用两种相机拍摄OECF卡（如图10-11）.

表2 三种拍摄装置优缺点对比

分析测试结果：EOS-50D单反相机符合望诊拍摄要求,较适合目前望诊仪器产品研发应用.

（2）两张图像十二灰阶的平均R、G、B值（表3）.

表3 两张图像十二灰阶的平均R、G、B值

通过统计,可以看出两种相机拍摄的图像的R、G、B会存在一定的偏差,如下图12-14列出两种相机图像的十二灰阶的RGB均值曲线.

（3）图像转换:由于两种相机拍摄图像的十二灰阶的RGB值存在一定的差距,现通过这些差距计算每个像素在不同相机拍摄时的差别,把这个差值加到需要转换的图像所对应的RGB值.如在普通相机拍摄的图像加上单反相机和普通相机RGB的差值就可以得到普通相机图像在单反相机图像的效果图.如图（15-17）是普通相机与单反相机同一环境的效果图.

3.结果分析

本研究利用机器视觉模拟人眼视觉观察舌、面颜色光泽,对于拍摄装置而言,它的感光元件的大小直接关系到色彩还原性,要想获得良好的拍摄效果,最有效的办法不仅仅是提高像素数,更重要的是加大CCD或者CMOS的尺寸.同时本研究中舌体并非静止不动,故相机的响应速度、反应时间、取景方式等对快速捕捉清晰图像都至关重要.本研究将摄像领域拍摄装置评测方法与计算机图像识别转换方法融合,用于中医望诊检测装置拍摄装置的评价中,首先建立标准光源环境,评价的的主要项目包括三项；噪点（noise）、OECF-12灰阶卡、标准24色色卡,并应用专业相机测试软件获得测试结果.另外,在中医专家指导下,由计算机图像信息处理技术人员对图像进行转换处理分析,以评价不同型号拍摄装置内部图像处理对望诊图像色彩还原性差异.通过本研究方法测试,单反相机是目前中医望诊检测系统研发首选拍摄装置.普通数码相机图像存储格式为JAPG格式,是在相机内置的图像处理器（DSP）里把RAW文件通过相机预设的白平衡、补偿、对比度、饱和度、色彩模式、动态范围、降噪、抗锯齿和锐化等数据直接压缩处理得到的图像,属于一种有损压缩方式,不同品牌、或不同型号相机处理方式各不相同,不利于对颜色要求较高的研究领域应用.而工业CCD目前仍处于研发阶段,产品成本高,但目前发展迅猛,是未来科研研究的必然趋势.

4.小结

传统中医望诊主要内容包括望舌象与望面色,主观性较强,目前国内外很多综合院校包括医学院校均开展了望诊客观化研究.把望诊研究建立在可靠的科学数据与图形的基础上,从而提高中医理论学术水平和临床诊断能力,已成为目前国内外进行望诊信息采集客观化研究的重要课题.机器视觉就是用机器代眼来做测量和判断.是通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而将望诊信息以客观定量方式输出保存的一项技术.筛选评价方法是否科学有效是影响图像色彩还原性的主要因素.本研究所采用的评价方法也可为其他望诊仪器如,痤疮、色斑、肤质掌纹等仪器研发提供研究思路及技术支持.