高光谱成像系统在中医舌诊中的应用研究

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1、万方数据第25卷第6期2006年12月红外与毫米波学报J．I舭dMiuim．Waves、，01．25．No．6December．2006文章编号：1001—9014(2006)06一0465一04高光谱成像系统在中医舌诊中的应用研究李庆利1’2，薛永祺2，王建宇2，岳小强3(1．上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200030；2．中国科学院上海技术物理研究所，上海2∞∞3；3．第二军医大学附属长海医院中医科，上海2004霎妻j蔼标；南划洲鱼篓藿委毳薹薹奏萋妻薹j塞囊警鋈霪薹霉羹萋一≤塞薹囊羹2岑蚓羹霎奏忖；囊鬟趔篓霉萋囊篓霎=薹薹囊藿谜羹鬟萋幕薹；萋篓摹商篓到季璧萎蘅纂篓霪羹

2、餮萎薹霪蠹要霪茎!娄薹雀薹蹴垂馨算雾善薹鞫蠢鬈罄薹冀霎薹篓；科田E霪萋墓蚕苦雾勤囊鍪本冀蓁羹霎?音辇善未冀羹雾薹霎雾囊酌Ⅳ辇垂荔丝．鬟琴囊爱薹誊文采用了应用最为广泛比值、NDVI算法和差值算法，对比和分析了这3种算法的相关性和波段分布．3．1算法描述将426～1205nm之间的任意两波长的反射率按以下算法计算与悬浮物、叶绿素浓度的相关性．比值相关分析任意2个波长反射率的比值，即：(尺l／R2)，分别计算与悬浮物、叶绿素浓度的相关性．差值相关分析．任意2个波长的反射率差值，即：(兄1一艘)，分别计算与悬浮物、叶绿素的相关性．由于差值与微分算法(尺1一舰)／(A1一A2)的相关系数是一

3、致的．因此差值与微分算法的结果具有可比性．NDVI算法相关分析任意2个波长的反射率之差与之和的比值，即：(尺1一尺2)／(尺1+舵)，分别计算与与悬浮物、叶绿素浓度的相关性．3．2算法相关性分析由图3(a)～图3(c)可以看出悬浮物与(1174．77～1184．87)／(864．35—884．7)nm反射率比值算法相关系数在O．60以上(图3(a))，最高相关性是与尺(1174．77)／尺(874．53)的比值，相关系数在O．68以上，砰=O．53．悬浮物与(732．07—874．53)与(174．77～1184．87)nm的差值算法相关系数在o．70以上(图3(b))，其中最高值

4、位于(R874．53和尺1184．87)，相关系数尺=0．79，R2=0．65．悬浮物浓度与(1174．77～1184．87)和(864．35～884．7)nm波长区段的NDVI算法的相关系数在0．60以上(图3(c))，最高值在尺(874．53)和R(1174．77)，相关系数是O．68，相关指数R2=0．54．比值方法与NDVI算法的相关波段的分布基本一致，都是在874．53nm与1174．77nm波段，相关性稍有差异；差分方法相关系数最高值在874．53nm与1184．87nm波段，最高相关波段的位置与比值、NDVI算法相比，有一个波段(10．1nm)的变化．这表明不同算法不

5、仅相关系数大小有较大的变化，而且不同算法的最高相关波段也有差异．此外，悬浮物高万方数据万方数据万方数据红外与毫米波学报25卷图5假彩色合成图像Fig．5nepseudocolortongueimages体某些特征，可以进行假彩色合成．根据各部分光谱特征不同，选择第22波段(中心波长492．5nm)，第110波段(中心波长799．3nm)和第77波段(中心波长674．8nm)3个波段合成的舌体假彩色图像如图5所示．从图中可以看出，舌体的不同部分经过假彩色合成后明显得到了增强，为中医舌诊提供了方便．2．5光谱曲线使用高光谱成像系统采集舌图像，不仅可以获得舌的单波段图像信息，而且也可以获

6、得图像上每一点的光谱曲线．图6列出了正常舌质、舌苔和胆囊炎病人舌质、舌苔的典型光谱曲线，其中图6(a)正常舌质的光谱；(b)为正常舌苔的光谱；(c)为胆囊炎舌质光谱；(d)为胆囊炎舌质光谱．通过对比这些光谱曲线可以看出，正常舌与胆囊炎疾病舌的舌质舌苔在400～800nm范围的光谱存在较大的差异．如果通过试验建立各种疾病的舌质舌苔典型光谱库，则可以根据其光谱特征进行疾病的辅助诊断．3结语本文介绍了一种基于推帚式的高光谱成像系统，并对该系统在中医舌诊中的应用进行了初步的探讨．使用该系统采集了部分高光谱舌图像，采用图谱结合的算法进行了舌体分割，同时进行了舌图像假彩色合成．初步试验表明，相

7、对于采用数码相机采集的舌图像，高光谱舌图像采集系统提供了更加丰富的舌图像信息，为舌体区域分割、舌质与舌苔特征提取、舌裂纹提取等舌图像分析提供了一种新的方法，是中医舌诊的一种新途径．在后续研究工作中，我们将采用高光谱图像分析技术从图谱结合的角度进行舌质舌苔特征提取、舌纹分析等，并通过这些分析，结合大量的病例，建立舌象、病症与光谱之间的物理机理联系，最后建成高光谱舌象辅助诊断系统．500400言300200100500400亳300200100图6舌体光谱曲线Fig．6S