Разработка и исследование фотограмметрических методов определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов

Во многих областях науки и практической деятельности возникает задача определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов. Одной из таких областей является медицина. В частности, определение характеристик поверхности тела человека и изменение их во времени необходимо при диагностике и мониторинге течения заболевания сколиозом.

Разработанные до настоящего времени методы определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов не отвечают современным требованием, так как-либо дают крайне скудную информацию, хотя и очень простыми приемами, либо требуют значительных временных затрат на проведение измерений с помощью дорогого оборудования и обработку полученных в результате этих измерений данных.

Очевидна актуальность разработки такого метода определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов, который должен обладать высокой оперативностью, достаточной точностью и относительно невысокой стоимостью. Кроме того, разработанный метод должен быть безопасен для исследуемого объекта.

Таким требованиям в полной мере отвечают фотограмметрические методы, так как эти методы:

— являются бесконтактными и в отличие от рентгеновских методов абсолютно безопасными для человеческого организма;

— безопасность этих методов позволяет проводить повторные съемки с любым интервалом времени;

— позволяют построить трехмерную математическую модель поверхности всего тела человека, а не только его фрагментов;

— позволяют выполнить съемку поверхности тела с очень высокой точностью (до десятых долей мм);

— могут быть реализованы с применением недорогих любительских цифровых фотокамер и стандартных программных комплексов для цифровой фотограмметрической обработки снимков.

Специфика определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов обусловила необходимость проведения исследований, направленных на разработку методов и технологий стереофотограмметрической съемки, применимых для съемки живого объекта.

В настоящей работе предложены и теоретически и экспериментально обоснованы метод и технологии стереофотограмметрической съемки поверхности биологических объектов. При их реализации предложено использовать недорогие любительские цифровые фотокамеры со светоприемными матрицами 3−8 мегапикселей, которые предварительно были подвергнуты процедуре их фотограмметрической калибровки, и широко распространенные в России цифровые фотограмметрические системы, в основном предназначенные для обработки аэрофотоснимков.

В диссертационной работе предложена методика количественной оценки асимметрии рельефа поверхности биологического объекта — тела человека по цифровой модели рельефа поверхности тела, построенной по результатам стереофотограмметрической обработки снимков, как отношение высот рельефа точек поверхности тела, равноудаленных от позвоночника вправо и влево на разных его уровнях. Для облегчения восприятия нарушения симметрии спины больных с нарушениями осанки предложено 5 построение цветового варианта изображения рельефа поверхности человеческого тела.

Проведенные в диссертационной работе экспериментальная проверка разработанных методов и технологий стереофотограмметрической съемки поверхности биологических объектов была осуществлена на примере определения характеристик поверхности тела человека, необходимых при диагностике и развитии сколиоза.

Разработанные методы и технологии прошли апробацию в при обследовании детей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата (интернат № 76, г. Москва).

Выводы по главе 3.

1. На основе проведенных в настоящем разделе исследований предложены и теоретически и экспериментально обоснованы методы и технологии определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов, основанные на использовании любительских цифровых фотоаппаратов и стандартных программных комплексов для цифровой фотограмметрической обработки снимков, таких как «Фотомод», «Талка» и другие. Оценка точности полученных результатов свидетельствует о том, что они удовлетворяют предъявляемым требованиям.

2. Разработан и реализован на практике метод картографического изображения рельефа поверхности тела больного сколиозом.

3. Разработан метод количественной оценки асимметрии рельефа спины путем определения коэффициента асимметрии высот рельефа правой и левой сторон спины по результатам стереофотограмметрической обработки стереопар снимков больного. Этот метод позволил получить количественную оценку такого патологического явления как нарушение осанки и оценивать как развитие заболевания (искривление позвоночного столба), так и успешность его лечения.

Заключение

.

1. В результате проведенного изучения и анализа существующих методов определения геометрических характеристик поверхности биологических объектов, применяемых в настоящее время, сделан вывод, что для определения параметров поверхности биологического объекта наиболее оптимальным является стереофотограмметрический метод. Стереофотограмметрический метод в отличие от других рассмотренных методов при высокой точности определения параметров поверхности является оперативным методом и может быть применен для мониторинга изменения параметров поверхности биологических объектов.

2. На основе проведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований разработаны метод и технология стереофотограмметрической съемки поверхности биологических объектов, основанные на использовании недорогих любительских цифровых фотокамер и широко распространенных в России для фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки цифровых фотограмметрических систем.

3. Экспериментальная проверка разработанных метода и технологии подтвердила эффективность этого метода.

4. На основе разработанных метода и технологии стереофотограмметрической съемки поверхности биологических объектов предложен новый метод количественной оценки асимметрии рельефа спины больных сколиозом путем определения коэффициента асимметрии высот рельефа правой и левой сторон спины по результатам стереофотограмметрической обработки стереопар снимков больного. Этот метод получил положительную оценку при его апробации в интернате № 76 г. Москвы при обследовании детей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата.