一种采集近红外光照射下血管图像的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种采集近红外光照射下血管图像的方法和装置，采用多个红外光光源组成发光阵列，每一个光源发出一束平行红外光，分别照明待采集部位的不同部分，利用计算机程序分析当前图像的明暗自动调整各光源光强，采集光源光强改变后的血管图像，多次重复直至采集到的图像符合要求，从而解决了图像各部分分辨率差异较大的问题，而且成像稳定，不受外界环境光的干扰。本发明专利技术具有良好的市场前景，运用到基于血管图像的生物特征识别装置，可以有效地提高识别速度、识别率和降低误识率；运用到医学检查中则可以获取高质量的图像，提高分辨率，减少检查时的失误。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物特征识别和红外线生物图像获取领域，特别涉及一种近红外光照射下 血管图像的采集方法及其装置。
技术介绍
在近红外光照射下获取的人体组织图像中可以分辨出血管，被应用于生物鉴别和医学 检査中。中国专利CN1472692A， CN179卯63A， CN1564191A， CN1586395A均描述了一 种通过红外光照射下血管图像进行生物识别的方法和装置。由于每个人的皮肤、肌肉组织、血液对红外光的吸收率和反射率各不相同，因此使用 现有血管图像采集装置在获取血管图像时，不同人血管图像的平均亮度，以及图像中血管 和非血管部分的对比度(以下简称对比度)变化可能很大。另一方面，对于一幅血管图像， 由于人体不同部位组织结构不尽相同，对红外线的吸收率和反射率不一致，因此会造成图 像上不同区域亮度不均匀，对比度也有差异。现有的基于血管图像的生物特征识别方法中，比如上述四则专利所描述的一些识别方 法，均对采集设备所获得的图像的亮度均匀性和对比度和有一定依赖。因此上述两个问题 会影响基于血管图像的生物特征识别系统的识别率和误识率。对于医学检查，亮度和对比度变化较大的图像可能会引起医师判断失误而造成比较严 重的后果，因此医学检查用的图像也需要避免上述两个现象带来的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采集近红外光照射下血管图像的方法和装置，使采集到的 血管图像能够有效地克服
技术介绍
中描述的两个现象造成的图像分辨率低的问题。本专利技术采用多个红外光光源组成发光阵列，每一个光源发出一束平行红外光，分别照 明待采集部位的不同部分，通过控制各光源发出的红外线的光强来解决图像分辨率差异较 大的问题。具体的采集步骤如下-(1) 发光阵列根据预先设定的光强初值发射红外线照射待釆集部位；(2) 采集血管图像；(3) 利用计算机程序对获取到的血管图像进行分析判断，如果满足要求则输出图像，如果不满足则根据图像的具体情况计算出组成发光阵列的各光源合适的光强，控制发光阵 列各光源，使其根据计算出的光强发射红外线；(4) 再次采集血管图像；(5) 重复步骤(3)和(4)，直至获取满足需要的图像。上述步骤(3)对图像进行分析和调整光强的方法如下按照发光阵列中每个光源的照明范围将图像划分成若干区域，统计每个区域内的灰度平均值，作为亮度的衡量。如果所 有区域的灰度平均值均在允许范围内则输出图像，如果不是则修正灰度平均值不符合要求 的区域所对应的光源的光强，再次采集血管图像。修正光强时的方法可以有多种， 一般采 用迭代类算法，经过多次调整，将灰度平均值偏低的区域所对应光源的光强调高，将灰度 平均值偏高的区域所对应光源的光强调低，最终使图像中所有区域的灰度平均值均达到标准。以二分算法为例，修正光强的操作如下如果图像某区域灰度平均值过高，则调低对 应光源的光强，使之等于本次获取图像时该光源的光强与前两次获取图像时认为灰度平均 值过低的一次光源光强的平均值；如果图像该区域灰度平均值过低，则调高该区域所对应 光源的光强，使之等于本次获取图像时的光强与前两次获取图像时认为灰度平均值过高的 一次的光强的平均值。本专利技术采集近红外光照射下血管图像的装置主要由四个部分组成，即红外光产生单元 及相应的控制单元，图像获取单元和信息处理单元。其中，红外光产生单元是一个由若干个红外光源组成的发光阵列，每一个光源发出一 束平行红外光，分别照明待采集部位的不同部分。红外光产生单元与控制单元相连，各红 外光源可以通过控制单元进行控制。控制单元连接信息处理单元，根据信息处理单元发出的指令，对每一个红外光源进行 控制，从而改变其发出红外线的光强。图像获取单元获取红外光照射下生物组织的图像，并与信息处理单元连接，将图像提供给信息处理单元。信息处理单元运行分析图像及发出控制指令的计算机程序，计算机程序对图像进行判 断，如图像合格即输出图像，如图像不合格即根据图像的具体状况生成控制指令，传输到 控制单元对红外光产生单元发出的光线进行调整。上述红外光产生单元中的各个光源可以是红外发光二极管、红外激光二极管等，根据 实际情况按照一定方式排列成发光阵列，每个光源的光强相互独立并且均可调节。控制单 元由微控制器及相应的外部电路组成，微控制器通过10端口控制各光源。图像获取单元可采用红外接收二极管阵列、CCD (电荷耦合器件)摄像头或CMOS (互补金属氧化物半 导体)摄像头等。信息处理单元可以是任意具有一定运算能力的计算机，比如普通的个人 计算机，或专门设计的单片机、嵌入式系统。利用上述装置根据以下步骤采集并获取图像(1) 信息处理单元将计算机程序给出的各红外光源光强的初值(该初值通过预先进行 的实验获得，随着实验装置的改变有所变化)传输到控制单元，控制单元控制红外光产生单元发射红外线照射待采集部位；(2) 图像获取单元获取采集部位的图像并传送给信息处理单元；(3) 信息处理单元运行计算机程序计算图像获取单元采集到的图像，判断其是否满足 需要，如果满足要求则将图像输出以供生物特征识别或医学检查使用；如不满足则根据图 像的具体情况计算出红外光产生单元中各光源合适的光强，并生成控制指令传输至控制单 元，控制单元根据控制指令改变红外线产生单元中各光源的光强；(4) 图像获取单元再次获取采集部位的图像并传送给信息处理单元；(5) 重复步骤(3)和(4)，直至获取满足需要的图像。本专利技术的创新点在于提出了组成发光阵列的各个光源光强均可调节的照明方式，利 用计算机程序分析当前图像的明暗自动调整各光源光强，釆集光源光强改变后的血管图 像，多次重复直至采集到的图像符合要求。这样，采集到的图像各部分亮度均匀，对比度 相差小，图像中包含的细小血管数目多。与现有技术相比，可以采集到直径更小、离皮肤 表面更远的血管，从而包含更多的信息；而且，成像稳定，在不同环境下采集到的同一个 人同一部位的图像差异小。同时，由于本专利技术不受外界环境光的干扰，采集图像时无需将 采集部位放入封闭的箱体中，避免了给被采集者带来不舒适感和应用局限。目前血管图像生物识别已经有比较成熟产品问世，红外透视医疗器材也普遍应用，将 本专利技术运用到基于血管图像的生物特征识别装置，可以有效地提高识别速度、识别率和降 低误识率；运用到医学检查中则可以获取高质量的图像，提高分辨率，减少检査时的失误。 因而本专利技术具有良好的市场前景。附图说明图1是本专利技术实施例1采集血管图像的流程图。图2是本专利技术实施例1采用二分算法调整光源光强的流程图。图3是实施例1运用不同方法采集到的近红外光照射下的手指血管图像。图4是对图3中的血管进行提取、细化后得到的图像。 具体实施例方式下面结合附图，通过实施例进一步说明本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术的范围。 实施例l本实施例设计了如下血管图像采集装置来采集手指的血管图像红外光产生单元中的红外光源为中心波长850纳米的红外线发光二极管，15个发光二 极管排列成一条直线，相邻两个发光二极管间隔5.08毫米。控制单元由ATMEI^公司生产的^11^￡0八8@微控制器及相应的外部电路组成，微控 制器通过10端口控制各发光二极管，并通过通用串行总线从运行计算程序的个人计算机 相应的端口获得控制指令。本实施例通过脉冲宽度调制的方式控制光强，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采集近红外光照射下血管图像的方法，采用多个红外光光源组成发光阵列，每一个光源发出一束平行红外光，分别照明待采集部位的不同部分，采集步骤如下：　ａ．发光阵列根据预先设定的光强初值发射红外线照射待采集部位；　ｂ．采集血管图像；　ｃ．利用计算机程序对获取到的血管图像进行分析判断，如果满足要求则输出图像，如果不满足则根据图像的具体情况计算出发光阵列中各光源的合适的光强，控制发光阵列各光源，使其根据计算出的光强发射红外线；　ｄ．再次采集血管图像；　ｆ．重复步骤ｃ和ｄ，直至获取满足需要的图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴阳刚，黄贝宁，李文新，许卓群，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]