舌象的客觀化研究

舌象的客觀化研究

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)被用于中醫(yī)舌象的客觀研究。研究?jī)?nèi)容不僅集中在舌象顏色信息的識(shí)別和分類上，還集中在舌象的紋理特征的分析和識(shí)別上。舌象的紋理分析包括舌質(zhì)紋理、舌苔紋理和特殊紋理形態(tài)的點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)、齒痕、裂紋等。本文則針對(duì)舌象中點(diǎn)刺與瘀點(diǎn)特征,依據(jù)景物匹配的原則,對(duì)特殊紋理判斷的特點(diǎn)進(jìn)行舌象紋理的量化、定義和分類。實(shí)驗(yàn)建立了舌象中點(diǎn)刺與瘀點(diǎn)特征的圖像識(shí)別方法,并嘗試將該方法應(yīng)用與臨床舌象的判別。1材料和方法1.1照明、以大陸法系的自然流程圖像采集設(shè)備選用CASIO-3000EX數(shù)碼相機(jī),最大分辨率為2048×1536,彩色深度為24bit,自動(dòng)對(duì)焦,0.06m至無(wú)限,三腳架固定。照明選用國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)推薦使用的代表日光的標(biāo)準(zhǔn)光源D65,顯色指數(shù)Ra=95,色溫為6500K。自然光下使用該標(biāo)準(zhǔn)光源,照明光源的幾何條件按照45/0(照明/觀測(cè))安排光路。被測(cè)者采取坐位或仰臥位,面對(duì)自然光線與輔助光源,確保舌面光線明亮。伸舌時(shí)盡量張口,將舌體伸出口外。舌體放松,舌面平展,舌尖自然下垂。1.2邊緣檢測(cè)和區(qū)域分割的方法與一般意義首先,前期的預(yù)處理基于邊緣檢測(cè)方法完成舌象從背景中提取,在此基礎(chǔ)上對(duì)舌象進(jìn)行紋理分析和點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)特征的分析識(shí)別。邊緣檢測(cè)和區(qū)域分割的具體方法將在其他論文中論述,本文工作在完成舌象目標(biāo)分離的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。整個(gè)程序設(shè)計(jì)都是在VisualC++6.0的環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)的。1.3特征向量匹配方法的運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)提出“匹配”過(guò)程的概念舌象特殊紋理形態(tài)的分析,在中醫(yī)舌診中也有比較重要的診斷價(jià)值,其內(nèi)容主要有點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)、裂紋、齒痕等。舌象的特殊紋理形態(tài)在廣義上仍屬于圖像的紋理分析,但又不同于一般紋理特征的描述。特殊紋理形態(tài)的識(shí)別實(shí)際上是以“特殊紋理”定義對(duì)圖像進(jìn)行“景物匹配”的過(guò)程,也即對(duì)給定的景物去建立或?qū)ふ遗c內(nèi)部預(yù)先確定的表示之間的關(guān)系。一個(gè)簡(jiǎn)單有效的景物匹配方法就是特征向量匹配方法,它通過(guò)對(duì)一組特征向量取值來(lái)定義給定的景物,然后通過(guò)特征向量空間對(duì)應(yīng)性來(lái)完成景物匹配。對(duì)于一類景物,可以采用一組特征向量y來(lái)描述:y=(y1,y2…yn)∈Rn而m個(gè)不同景物的樣本特征向量分別為:y(j)∈Rn,j=1,2…m所以,只要輸入的景物y與某個(gè)y(j)一致,我們就可以確定該景物為所描述的標(biāo)準(zhǔn)景物。一般情況下,特征向量可以為一個(gè)范圍,即通過(guò)一個(gè)特征子空間來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)子空間的描述,只要輸入的該特征向量落入標(biāo)準(zhǔn)特征子空間,就認(rèn)為該特征屬于所描述的標(biāo)準(zhǔn)特征。舌象特殊紋理形態(tài)的識(shí)別——即“匹配”過(guò)程的基本思想可以概括為:①對(duì)特殊紋理形態(tài)的定義,即采用一個(gè)特征子空間向量對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)描述。通過(guò)對(duì)舌象特殊紋理形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)描述,建立特征向量子空間,完成點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)、裂紋、齒痕等定義;②對(duì)舌象圖像向量進(jìn)行匹配,只要輸入的舌象特征向量落入標(biāo)準(zhǔn)特征子空間,就認(rèn)為該特征屬于所描述的標(biāo)準(zhǔn)特征,即屬于某種特殊紋理形態(tài)。1.4點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的特征根據(jù)實(shí)驗(yàn)首先對(duì)點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)在圖像中的特征向量進(jìn)行分析。在舌象特殊紋理形態(tài)中,點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)是比較具有典型性的一種紋理特征,其視覺特征主要表現(xiàn)為:①顏色的不同:點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的取值范圍和舌的其他部分不同,點(diǎn)刺(或紅點(diǎn))較舌色顏色更深、更紅,瘀點(diǎn)的顏色則表現(xiàn)為青紫色;②灰度值不同:點(diǎn)刺(或紅點(diǎn))、瘀點(diǎn)的灰度值都明顯要比它們臨近的區(qū)域的灰度值小;③形狀較小而且大小相當(dāng)相對(duì)穩(wěn)定:由于它們都是菌狀乳頭循環(huán)異常的表現(xiàn),所以形態(tài)大小比較接近。根據(jù)點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的這些特點(diǎn),我們對(duì)典型的點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)特征進(jìn)行了分析提出,主要從R、G、B范圍、灰度均值(AVG)差值和舌象上分布三方面來(lái)辨別舌象上的點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)特征。實(shí)驗(yàn)一致采用200×200的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理后的圖像,在9×9模板進(jìn)行識(shí)別,對(duì)點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)顏色的絕對(duì)指標(biāo)和灰度均值在模板區(qū)域的相對(duì)值來(lái)判斷點(diǎn)刺的存在。1.4.1點(diǎn)顏色屬性r、g、b對(duì)于點(diǎn)刺顏色的絕對(duì)指標(biāo)即是給出點(diǎn)刺的R、G、B的范圍來(lái)確定該象素點(diǎn)顏色屬性是是否屬于點(diǎn)刺或瘀點(diǎn)。根據(jù)對(duì)典型點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)顏色測(cè)試,R、G、B的范圍為:點(diǎn)刺(R>190&&G<130&&B<150);瘀點(diǎn)(R<180&&G<100&&B<80)。1.4.2點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)的閾值對(duì)于相對(duì)值即是在一個(gè)9×9矩陣區(qū)域中,來(lái)判斷中心點(diǎn)周圍的3×3模板的灰度均值(avg)與大模板的灰度均值(AVG)的相對(duì)差值,點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)的這個(gè)差值的絕對(duì)值大于某一個(gè)閾值。同理用該9×9矩陣對(duì)整個(gè)舌象進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)對(duì)典型點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)的測(cè)試,(AVG-avg)的閾值為:點(diǎn)刺>20;瘀點(diǎn)>30。點(diǎn)刺或瘀點(diǎn)的存在,必須同時(shí)滿足1.4.1和1.4.2兩步判斷,缺一不可。1.4.3點(diǎn)刺瘀點(diǎn)的數(shù)量實(shí)驗(yàn)對(duì)點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的識(shí)別采用了定位、定量與定性相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)同時(shí)根據(jù)舌體部位劃分方法(見附圖)計(jì)算出點(diǎn)刺瘀點(diǎn)在舌尖、中、邊、根的數(shù)量。程度設(shè)計(jì)在舌尖、舌中、舌邊舌根四個(gè)部位進(jìn)行點(diǎn)刺(或瘀點(diǎn))的查找,最后對(duì)每個(gè)部位點(diǎn)刺(或瘀點(diǎn))的數(shù)量分別予以統(tǒng)計(jì)記數(shù),對(duì)每一部位定量描述。2點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的識(shí)別實(shí)驗(yàn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序?qū)?66例慢性胃炎患者舌象進(jìn)行點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)的識(shí)別分析,對(duì)舌象的“點(diǎn)刺”和“瘀點(diǎn)”特征進(jìn)行了視覺識(shí)別和程序識(shí)別比較,識(shí)別結(jié)果見附表。在166例舌象中視覺識(shí)別與程序識(shí)別完全符合的總數(shù)有128例,占77.10%。視覺識(shí)別的點(diǎn)刺獨(dú)見48例,程序識(shí)別43例,符合率為64.58%;視覺識(shí)別瘀點(diǎn)12例,計(jì)算機(jī)識(shí)別21例,符合率為58.33%,程序識(shí)別對(duì)于既無(wú)點(diǎn)刺有無(wú)瘀點(diǎn)的舌象,9例判為點(diǎn)刺,6例判為瘀點(diǎn),1例判為兩者均有。上述結(jié)果提示,程序識(shí)別與視覺識(shí)別的最大差異在于:點(diǎn)刺瘀點(diǎn)的區(qū)分不好。視覺對(duì)兩者的區(qū)分具有很好的適應(yīng)性,可以根據(jù)舌色、亮度、顏色對(duì)比等情況來(lái)判斷,但程序判別由于定義的點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)的顏色、對(duì)比度等范圍固定,所以明顯缺乏這種適應(yīng)性,因此出現(xiàn)既有點(diǎn)刺又有瘀點(diǎn)的判別較多。另一方面,點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)程序識(shí)別總數(shù)高于視覺識(shí)別,主要由于程序?qū)D像的要求較高,尤其在陰影、邊緣等方面,舌以外的因素對(duì)識(shí)別方法的干擾很大。而且,舌體顏色紋理(如舌色紅與苔薄白)的變化也是導(dǎo)致點(diǎn)刺舌判別差異的原因之一。3異常形態(tài)的識(shí)別舌診中對(duì)舌象紋理的描述屬于簡(jiǎn)單的定性描述,如老舌的舌質(zhì)紋理粗糙,嫩舌的舌質(zhì)紋理細(xì)膩,膩苔的苔質(zhì)顆粒細(xì)膩致密,腐苔顆粒粗大,糙苔干結(jié)粗糙等。紋理特征本身往往難以定量表達(dá),舌象的紋理又缺少確切的定量判斷依據(jù),所以要實(shí)現(xiàn)舌象紋理的視覺計(jì)算識(shí)別,只有先從典型的定性樣本中提取特征的量化依據(jù),在典型樣本特征的基礎(chǔ)上確立特征識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn),并建立相應(yīng)的識(shí)別方法。但舌象紋理常常與其他信息如顏色、質(zhì)地等共同描述,如點(diǎn)刺舌的描述又有“紅點(diǎn)”、“白點(diǎn)”的不同,因此在對(duì)舌象紋理特征進(jìn)行描述的同時(shí)應(yīng)結(jié)合其他特征信息,以符合中醫(yī)舌診的內(nèi)涵。特殊紋理形態(tài)的分析關(guān)鍵在于對(duì)于識(shí)別內(nèi)容的定義,定義的準(zhǔn)確與否直接影響到識(shí)別的結(jié)果。點(diǎn)刺、瘀點(diǎn)、裂紋、齒痕等內(nèi)容是舌診中較常見到的異常舌象,每種舌象所包涵的形態(tài)、紋理、顏色等內(nèi)容又各異,人的視覺對(duì)事物的顏色、形態(tài)等特征具有抽象概括性,因此對(duì)這些異常形態(tài)的數(shù)字定義表達(dá)具有一定的難度。臨床實(shí)際情況下,點(diǎn)刺和瘀點(diǎn)的顏色范圍變化很大,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的顏色范圍是針對(duì)典型情況設(shè)計(jì)的,而且