專利名稱：吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)方法及其裝置，屬神經(jīng)生物學(xué)檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
我國目前對(duì)吸毒人員的檢測(cè)主要基于對(duì)檢測(cè)對(duì)象尿液或血液的常規(guī)生分析，這種檢測(cè)方法需要一定條件的實(shí)驗(yàn)室和較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)成本也較高，體液提取時(shí)要確保樣品可靠性的操作也比較煩瑣。我國目前已研制和生產(chǎn)出用于可疑吸毒人員尿檢的檢測(cè)箱，尿液檢測(cè)箱雖然有了較大的技術(shù)進(jìn)步，但尿檢的實(shí)際應(yīng)用存在很多問題1)尿液提取時(shí)確保樣品準(zhǔn)確性的操作也比較煩瑣，需要專門的設(shè)備，地點(diǎn)和專門訓(xùn)練的技術(shù)人員來操作，且操作者出于對(duì)尿液可能的HIV感染等問題的顧慮，使用時(shí)因心理壓力較大而不愿操作，因此這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用局限性較大。
2)吸毒者在接受檢查時(shí)，常采取偷梁換柱的方法，用正常人的尿樣或自來水來替代自己的尿樣，使得檢測(cè)的可信度降低。
因此，操作簡(jiǎn)單方便、快速、無污染、易監(jiān)控并能普及使用的吸毒人員檢測(cè)鑒定技術(shù)和儀器開發(fā)應(yīng)用已成為我國社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和艾滋病控制的戰(zhàn)略需要。
迄今為止，未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明技術(shù)方案相同的公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗干擾性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)輕便，操作簡(jiǎn)單方便、快速、無污染的吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)方法及其裝置。
本發(fā)明的原理為吸食阿片類藥物可很快導(dǎo)致副交感神經(jīng)興奮，進(jìn)而導(dǎo)致瞳孔縮小，呈所謂“針尖樣瞳孔”，在若干時(shí)間后，若沒有再攝入阿片類藥物，副交感神經(jīng)興奮性減低，交感神經(jīng)亢進(jìn)，瞳孔開始變得比正常人大，且維持很長(zhǎng)時(shí)間，直至得到阿片，又重新縮小，這是阿片吸食病人一個(gè)最明顯的特征。白種人的虹膜顏色比較淺，瞳孔比較分明，其形態(tài)容易被肉眼直接觀測(cè)到。因此，在西方國家，吸毒者總是戴墨鏡來掩蓋縮小或放大的瞳孔。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，在英國，自2000年來，警察將不同大小的瞳孔圖形印在卡片上，對(duì)吸毒嫌疑者用目測(cè)的方式觀察瞳孔的大小并和卡片上的圖形進(jìn)行比較，借此發(fā)現(xiàn)吸毒者。但這個(gè)方法的缺點(diǎn)是瞳孔對(duì)光線很敏感，不同光線下，瞳孔的大小是不一樣的，因此很難分辨某人縮小的瞳孔是光線引起的還是藥物引起的。這個(gè)方法在黃種人中更不行，因?yàn)辄S種人的深褐色虹膜和黑褐色瞳孔很難區(qū)別，在目視條件下用肉眼很難辨別瞳孔的變化。再者目測(cè)的方式只能估測(cè)瞳孔的直徑，很難觀察瞳孔的動(dòng)態(tài)變化。因此，出于吸毒人員鑒定判別的目的，研制一套適用于黃色人種的吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化觀察系統(tǒng)是必要的，同時(shí)也是可行的。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的瞳孔的圖像數(shù)據(jù)以視頻信號(hào)的方式經(jīng)視頻信號(hào)電纜傳至計(jì)算機(jī)上的視頻信號(hào)采集卡，通過視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)(MPG4模式)后做進(jìn)一步圖像處理。
由于原始的瞳孔數(shù)據(jù)是灰度信號(hào)，數(shù)據(jù)處理第一步是通過空間濾波和設(shè)置灰度窗口的方式，檢測(cè)出瞳孔的邊緣，濾去虹膜的信號(hào)。第二步是擬和瞳孔的形狀，去除由于反光所導(dǎo)致的瞳孔面積“破損”。第三步是用模式識(shí)別的方法在選定的區(qū)域內(nèi)識(shí)別出瞳孔。第四是計(jì)算瞳孔內(nèi)所包含的像數(shù)的多少。最后用迪卡爾坐標(biāo)顯示瞳孔的變化動(dòng)態(tài)。在此基礎(chǔ)上通過我們研制出的軟件把采集的數(shù)據(jù)和建立的大樣本量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，對(duì)被試作出判別。具體的檢測(cè)方法分別如下A.圖像灰度變換gray(x，y)＝(g*0.5+r*0.39+b*0.11)/100；B.圖像平滑去燥g(x，y)＝1/M∑(m，n)∈Sf(m，n)；M＝集合內(nèi)坐標(biāo)的點(diǎn)數(shù)，S＝(x，y)臨域點(diǎn)坐標(biāo)的集合；C.圖像分割(將瞳孔視為前景，其他的為背景)1)).雙峰法圖像由前景和背景組成，在灰度直方圖上，前后二景都形成高峰，在雙峰之間的最低谷處就是圖像的閾值所在。
2)).迭代法迭代法是基于逼近的思想，其步驟如下●求出圖像的最大灰度值和最小灰度值，分別記為ZMAX和ZMIN，令初始閾值TO＝(ZMAX+ZMIN)/2；●根據(jù)閾值TK將圖像分割為前景和背景，分別求出兩者的平均灰度值ZO和ZB；●求出新閾值TK+1＝(ZO+ZB)/2；●若TK＝TK+1，則所得即為閾值；否則轉(zhuǎn)2，迭代計(jì)算。
3)).大津法(OTSU法)對(duì)圖像Image，記t為前景與背景的分割閾值，前景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為w0，平均灰度為u0；背景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為w1，平均灰度為u1。圖像的總平均灰度為u＝w0*u0+w1*u1。從最小灰度值到最大灰度值遍歷t，當(dāng)t使得值g＝w0*(u0-u)2+w1*(u1-u)2最大時(shí)t即為分割的最佳閾值。對(duì)大津法可作如下理解該式實(shí)際上就是類間方差值，閾值t分割出的前景和背景兩部分構(gòu)成了整幅圖像，而前景取值u0，概率為w0，背景取值u1，概率為w1，總均值為u，根據(jù)方差的定義即得該式。因方差是灰度分布均勻性的一種度量，方差值越大，說明構(gòu)成圖像的兩部分差別越大，當(dāng)部分目標(biāo)錯(cuò)分為背景或部分背景錯(cuò)分為目標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致兩部分差別變小，因此使類間方差最大的分割意味著錯(cuò)分概率最小。
直接應(yīng)用大津法計(jì)算量較大，因此我們?cè)趯?shí)現(xiàn)時(shí)采用了等價(jià)的公式g＝w0*w1*(u0-u1)2。
本發(fā)明的裝置由眼鏡和計(jì)算機(jī)組成。其中塑料的遮光眼罩(1)上用螺釘在眼鏡左眼對(duì)應(yīng)的位置上固定一個(gè)市場(chǎng)選購的紅外敏感的微型近攝攝像頭(3)，用來采集左眼瞳孔數(shù)據(jù)，在攝像頭的兩側(cè)是由LED構(gòu)成的紅外線光源(2，4)，以及位于遮光罩右邊的3個(gè)紅色發(fā)光二極管(5，6，7)，用來照明眼球。攝像頭的焦距為3厘米，采樣信號(hào)制式為黑白灰度12比特信號(hào)，采樣速率25幀/秒，視野大小45度，計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集和處理軟件。
眼鏡重量約100克，電源為9-12V充電電池。觀察記錄裝置為筆記本計(jì)算機(jī)或是臺(tái)式機(jī)，最低配置為操作系統(tǒng) Win XPCPU處理速度 2G內(nèi)存 256M硬盤 40G顯卡內(nèi)存 32M在隔絕外部光線的情況下，虹膜和瞳孔之間的反差可達(dá)1∶5，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全能100％地準(zhǔn)確識(shí)別瞳孔的形態(tài)。在空間分辨上，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)瞳孔直徑的空間分辨率達(dá)到了0.1毫米。由于瞳孔的振蕩頻率小于1Hz，所以每秒25Hz的采樣頻率足夠保證采樣的時(shí)間精度。在這個(gè)采樣頻率下，對(duì)眼球的位移，眨眼也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和觀測(cè)。因此整套系統(tǒng)不但可以檢測(cè)瞳孔的變化，同時(shí)還能檢測(cè)眼球的運(yùn)動(dòng)和眨眼的頻率。
刺激輸入刺激由位于遮光罩右邊的3個(gè)紅色發(fā)光二極管的光線提供。二極管連接到3伏干電池上。刺激采用階躍波。刺激控制采用手動(dòng)開關(guān)。
測(cè)試步驟測(cè)試時(shí)，先接通遮光眼罩的電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行程序，這時(shí)讓被試戴上眼罩并適應(yīng)眼鏡3-5分鐘，然后記錄2分鐘黑暗環(huán)境下，瞳孔大小的動(dòng)態(tài)變化，這時(shí)打開光刺激，記錄1分鐘瞳孔的動(dòng)態(tài)變化。這個(gè)步驟連續(xù)測(cè)定3次。
本發(fā)明也可在家庭中使用，為了檢查曾有吸毒史的孩子是否還再吸毒，父母只要將信號(hào)采集裝置和電視機(jī)相連，就可觀察瞳孔的變化。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有抗干擾性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)輕便，操作簡(jiǎn)單方便、快速、無污染、易監(jiān)控并能在查禁毒品，禁止吸毒，防止愛滋病擴(kuò)散的過程中普及使用，具很大的實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。


附圖1為吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)裝置連接示意圖。
附圖2為計(jì)算機(jī)程序框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述固定于遮光眼罩(1)上的紅外線敏感攝像頭(3)將紅外線發(fā)光二極管(2，4)照亮的瞳孔圖象攝取下來，經(jīng)視頻信號(hào)電纜(11)將信號(hào)送到視頻采集卡(10)的輸入端。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)在計(jì)算機(jī)(12)內(nèi)處理后，判斷被試是否吸食過海洛因。紅色發(fā)光二極管(5，6，7)經(jīng)控制開關(guān)(8)和電池(9)相連，當(dāng)控制開關(guān)(8)閉合時(shí)，紅色發(fā)光二極管(5，6，7)發(fā)亮，給瞳孔光刺激。電池(9)還供給紅外線敏感攝像頭(3)和紅外線發(fā)光二極管(2，4)電能。
在數(shù)據(jù)處理上，信號(hào)首先經(jīng)過閾值窗口，空間濾波后提取瞳孔特征，進(jìn)而重建瞳孔邊緣。此后，平行對(duì)各個(gè)特征進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，最后做出是否吸食海洛因的判別。
在家庭使用中時(shí)，只要將信號(hào)采集裝置和電視機(jī)相連，就可觀察瞳孔的變化。如果是剛吸食嗎啡類毒品不久，可觀察到比平常為小的瞳孔，如果瞳孔過大，則可能是吸食苯丙胺類或可卡因類毒品。本儀器使得家長(zhǎng)能更好地配合和輔助孩子提高禁毒戒毒的效果。
權(quán)利要求
1.一種吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)方法，其特征在于本方法將瞳孔的圖像數(shù)據(jù)以視頻信號(hào)的方式經(jīng)視頻信號(hào)電纜傳至計(jì)算機(jī)上的視頻信號(hào)采集卡，通過視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)MPG4模式后做進(jìn)一步圖像處理；和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，最終對(duì)被試是否吸毒做出判別；具體步驟為1.1通過空間濾波和設(shè)置灰度窗口的方式，檢測(cè)出瞳孔的邊緣，濾去虹膜的信號(hào)；1.2擬和瞳孔的形狀，去除由于反光所導(dǎo)致的瞳孔面積破損；1.3用模式識(shí)別的方法在選定的區(qū)域內(nèi)識(shí)別出瞳孔；第四步計(jì)算瞳孔內(nèi)所包含的像數(shù)的多少；1.4用迪卡爾坐標(biāo)顯示瞳孔的變化動(dòng)態(tài)，在此基礎(chǔ)上將采集的數(shù)據(jù)和建立的大樣本量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，對(duì)被試者作出判別。
2.權(quán)利要求1所述檢測(cè)方法使用的裝置，由眼鏡和計(jì)算機(jī)組成，其特征在于眼鏡上裝有塑料的遮光眼罩(1)，固定在塑料的遮光眼罩(1)上的一個(gè)紅外敏感的微型近攝攝像頭(3)，在攝像頭的兩側(cè)裝有由LED構(gòu)成的紅外線光源(2，4)，以及位于遮光罩右邊的3個(gè)紅色發(fā)光二極管(5，6，7)；計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集和處理軟件。
全文摘要
一種吸毒人員瞳孔動(dòng)態(tài)變化快速檢測(cè)方法及其裝置，屬神經(jīng)生物學(xué)檢測(cè)裝置。本發(fā)明將瞳孔的圖像數(shù)據(jù)以視頻信號(hào)的方式傳至計(jì)算機(jī)上的視頻信號(hào)采集卡，通過視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)做進(jìn)一步圖像處理；和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，最終對(duì)被試是否吸毒做出判別。該裝置由眼鏡和計(jì)算機(jī)組成；其中眼鏡上裝有塑料的遮光眼罩(1)，固定在塑料的遮光眼罩(1)上的一個(gè)紅外微型近攝攝像頭(3)，其兩側(cè)LED構(gòu)成的紅外線光源(2，4)，以及位于遮光罩右邊的3個(gè)紅色發(fā)光二極管(5，6，7)；計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集和處理軟件。具有抗干擾性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)輕便，操作簡(jiǎn)單方便、快速、無污染、易監(jiān)控并能在禁毒、防止愛滋病擴(kuò)散的過程中普及使用，具很大的實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F17/30GK1629874SQ20041007952
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者彭沿平, 周東明, 曾濤, 李波, 高運(yùn)弘, 趙明, 齊華, 田少華, 楊建珍, 王興福, 馬原野 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所