本發(fā)明主要涉及圖像增強(qiáng)裝置及方法，更具體地，涉及一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置及增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)：

目前，公知的用于靜脈輸液穿刺的靜脈輔助增強(qiáng)方式有以下幾種：

1.化學(xué)藥物貼片：接觸式皮下靜脈顯示解決方案。將一貼片貼在病人手臂上，貼片內(nèi)封裝對(duì)皮膚溫度敏感的液晶材料，其顏色變化對(duì)應(yīng)不同顏色變化。由于靜脈血的溫度和其他皮膚的溫度有差異，貼片會(huì)將這種溫度差異以顏色差異的形式表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而將靜脈清晰的顯示出來(lái)。這項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利。然而，受成本影響，這種不可重復(fù)使用的靜脈顯示方案并未得到推廣。

2.使用大功率近紅外光源：根據(jù)血液中脫氧血紅蛋白吸收近紅外光的能力遠(yuǎn)高于其他組織的原理，使用近紅外光源照射手背，手腕組織，使靜脈清晰顯示。然而觀察方式是肉眼直接觀察，為了方便肉眼的觀察，不得不使用大功率近紅外光源，巨大的發(fā)熱量不僅散熱困難，還會(huì)對(duì)人體造成傷害。另外，這項(xiàng)技術(shù)僅試用于皮膚顏色比較淡人種，深色皮膚的人種使用效果非常差。

3.返回投影式：紅外光照射手背，紅外敏感的傳感器捕獲圖像處理后返回投影到手背上。這種裝置因成本高，在國(guó)內(nèi)沒(méi)有推廣開(kāi)來(lái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要提供一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置及增強(qiáng)方法，該嵌入式靜脈增強(qiáng)裝置不僅能通過(guò)紅外攝像頭結(jié)合自帶的補(bǔ)光裝置獲得手背的靜脈圖像，而且能通過(guò)嵌入式平臺(tái)運(yùn)行的增強(qiáng)算法來(lái)對(duì)靜脈的顯示清晰度進(jìn)行增強(qiáng)，并將增強(qiáng)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置，其特征 在于，包括攝像頭、補(bǔ)光燈、單片機(jī)系統(tǒng)和顯示屏，所述攝像頭包括偏振光透鏡、鏡頭、傳感器和濾光片，所述偏振光透鏡設(shè)置在鏡頭的前方，所述傳感器與鏡頭相連，所述鏡頭和傳感器之間設(shè)有濾光片。

所述補(bǔ)光燈固定在攝像頭上，均勻分布在攝像頭的前端。

所述攝像頭的輸出端與單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端相連，所述單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端與顯示屏的輸入端相連。

作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置所述傳感器選用CMOS紅外傳感器。

作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置所述濾光片選用850nm窄帶通濾光片。

作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置所述補(bǔ)光燈選用850nm LED補(bǔ)光燈。

使用一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置進(jìn)行靜脈圖像增的方法，具體步驟如下：

步驟一、通過(guò)攝像頭和補(bǔ)光燈獲得原始圖像；

步驟二、通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)捕獲的原始圖像進(jìn)行算法處理。

使用一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置進(jìn)行靜脈圖像增的方法，所述算法處理包括以下步驟：

1)、將獲得的原始圖像進(jìn)行灰度處理；

2)、將步驟1)灰度處理后的圖像利用閾值化獲得ROI，閾值設(shè)置為119，提取出手背區(qū)域，去掉背景；

3)、將步驟2)提取出的ROI區(qū)域進(jìn)行黑帽濾波算法，提取出靜脈的圖像輪廓；

4)、采用基于ROI的限制對(duì)比度自適應(yīng)直方圖均衡化算法對(duì)步驟3)提取出的靜脈圖像輪廓進(jìn)行增強(qiáng)，得到清晰靜脈輪廓；

5)、將步驟4)的處理結(jié)果和原始圖像進(jìn)行疊加。

本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置及增強(qiáng)方法的有益效果為：1、可 以以較低的成本，實(shí)現(xiàn)手背靜脈的增強(qiáng)，并利用LCD顯示屏進(jìn)行顯示；2、它可以使身體肥胖的成人和不易找到血管的兒童的靜脈血管較為清晰的顯示，為護(hù)士的手背靜脈穿刺提供的幫助；3、其嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)使其較為省電，容易攜帶。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置中攝像頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置中補(bǔ)光燈分布示意圖。

圖4為本發(fā)明靜脈圖像增器方法的流程圖。

圖中：攝像頭1、偏振光透鏡1-1、鏡頭1-2、傳感器1-3、濾光片1-4；補(bǔ)光燈2；單片機(jī)系統(tǒng)3；顯示屏4。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、2、3說(shuō)明本發(fā)明專(zhuān)利，本發(fā)明專(zhuān)利所述嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置包括攝像頭1、補(bǔ)光燈2、單片機(jī)系統(tǒng)3和顯示屏4，該嵌入式靜脈增強(qiáng)裝置不僅能通過(guò)紅外攝像頭結(jié)合自帶的補(bǔ)光裝置獲得手背的靜脈圖像，而且能通過(guò)嵌入式平臺(tái)運(yùn)行的增強(qiáng)算法來(lái)對(duì)靜脈的顯示清晰度進(jìn)行增強(qiáng)，并將增強(qiáng)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

所述攝像頭1包括偏振光透鏡1-1、鏡頭1-2、傳感器1-3和濾光片1-4，所述偏振光透鏡1-1設(shè)置在鏡頭1-2的前方，可以用類(lèi)似單反相機(jī)鏡頭加鏡片的方式固定在鏡頭1-2的前方；所述傳感器1-3與鏡頭1-2相連，鏡頭1-2固定在傳感器1-3的輸入端口；所述鏡頭1-2和傳感器1-3之間設(shè)有濾光片1-4，濾光片1-4夾在鏡頭1-2和傳感器1-3之間。偏振光透鏡1-1用于濾去手背表層的油脂反光。傳感器1-3選用CMOS紅外傳感器。濾光片1-4選用850nm窄帶通濾光片，用于減弱環(huán)境光對(duì)靜脈圖像的干擾。偏振光透鏡1-1、鏡頭1-2、傳感器1-3和濾光片1-4所形成的攝像頭1為紅外攝像頭。

所述補(bǔ)光燈2固定在攝像頭1上，均勻分布在攝像頭1的前端。補(bǔ)光燈2選用850nm LED補(bǔ)光燈，可以粘接在攝像頭1上，也可以在攝像頭1上開(kāi)孔，將補(bǔ)光燈2插入孔中。補(bǔ)光燈2對(duì)手背靜脈進(jìn)行補(bǔ)光，利用靜脈中的血紅蛋白對(duì)850nm光吸收率高的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行靜脈的成像。

所述攝像頭1的輸出端與單片機(jī)系統(tǒng)3的輸入端相連，所述單片機(jī)系統(tǒng)3的輸出端與顯示屏4的輸入端相連。單片機(jī)系統(tǒng)3選用樹(shù)莓派系統(tǒng)，攝像頭1和樹(shù)莓派系統(tǒng)通過(guò)CSI接口連接，顯示屏4和樹(shù)莓派系統(tǒng)通過(guò)HDMI接口連接，其中顯示屏4選用LCD顯示器。

所述樹(shù)莓派系統(tǒng)為RaspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)，使用了4核64位處理器，主頻為1.2GHz，內(nèi)存為1GB，能夠滿足圖像處理的需要。該RaspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)支持CSI接口的攝像頭輸入，可以滿足連接圖像采集系統(tǒng)的接口要求。該平臺(tái)具有HDMI接口，滿足增強(qiáng)后的圖像輸出接口的要求。而該平臺(tái)的GPIO接口可以控制補(bǔ)光燈的開(kāi)關(guān)通斷。該平臺(tái)功耗較低，通過(guò)5V電壓的電源適配器供電，最大供電電流僅為2.5A，屬于較低功耗設(shè)備。

使用850nm LED補(bǔ)光燈對(duì)手背靜脈進(jìn)行補(bǔ)光，利用靜脈中的血紅蛋白對(duì)850nm光吸收率高的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行靜脈的成像。組裝后的攝像頭為紅外攝像頭，并在鏡頭上加裝偏振光透鏡，以濾去手背表層的油脂反光，在鏡頭與CMOS紅外傳感器之間加裝850nm窄帶濾光片，以減弱環(huán)境光對(duì)靜脈圖像的干擾。攝像頭與樹(shù)莓派連接，通過(guò)樹(shù)莓派對(duì)攝像頭進(jìn)行控制，并對(duì)攝像頭采集到的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。最后，樹(shù)莓派利用與其連接的LCD顯示器將增強(qiáng)后的圖像實(shí)時(shí)輸出顯示。

使用一種嵌入式手背靜脈圖像增強(qiáng)裝置進(jìn)行靜脈圖像增的方法，其具體步驟如下：

步驟一、通過(guò)攝像頭1和補(bǔ)光燈2獲得原始圖像；

將RaspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)開(kāi)機(jī)，RaspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行圖像采集與增強(qiáng)程序，并實(shí)時(shí)顯示增強(qiáng)后的圖像，這時(shí)攝 像頭1和補(bǔ)光燈2會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。RaspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)開(kāi)機(jī)開(kāi)機(jī)后，將攝像頭1對(duì)準(zhǔn)要進(jìn)行靜脈增強(qiáng)的部位，攝像頭1會(huì)采集原始圖像并傳輸?shù)絉aspberryPi 3B嵌入式Linux處理平臺(tái)中。

步驟二、通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)3對(duì)捕獲的原始圖像進(jìn)行算法處理。

所述算法處理包括以下步驟：

1)、將獲得的原始圖像進(jìn)行灰度處理，該步驟直接使用OpenCV中的函數(shù)將RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖；

2)、將步驟1)灰度處理后的圖像利用閾值化獲得ROI，閾值設(shè)置為119，提取出手背區(qū)域，去掉背景；

將手背區(qū)域提取出來(lái)，作為ROI，其他背景區(qū)域?qū)⒒叶戎抵脼榱?，也就是純黑，這樣可以在一定程度上將對(duì)比度增強(qiáng)的區(qū)域集中到手背上，增強(qiáng)手背區(qū)域靜脈輪廓增強(qiáng)的效果。該操作分為兩步，第一步，使用閾值化處理。因?yàn)橄鄬?duì)于手背區(qū)域，手背之外的背景區(qū)域亮度較暗，因此，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，取閾值為119，將灰度值小于119的區(qū)域置零，即為純黑，將灰度值大于119的區(qū)域置為255，即為純白，得到ROI的區(qū)域形狀。第二步為根據(jù)第一步中得到的ROI區(qū)域形狀，提取出原圖對(duì)應(yīng)的ROI，這一步只需將第一步得到的ROI區(qū)域形狀與原圖像做一個(gè)與運(yùn)算即可。

3)、將步驟2)提取出的ROI區(qū)域進(jìn)行黑帽濾波算法，提取出靜脈的圖像輪廓；黑帽濾波采用OpenCV中的getStructuringElement函數(shù)來(lái)完成，具體代碼如下：

//定義核

Mat element＝getStructuringElement(MORPH_RECT,Size(15,15))；

//進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作

morphologyEx(image,image,MORPH_BLACKHAT,element)；

而限制對(duì)比度自適應(yīng)直方圖均衡化(CLAHE)算法的代碼如下：

//CLAHE算法

Ptr<CLAHE>clahe＝createCLAHE()；

clahe->setClipLimit(8)；

clahe->apply(src,dst)；

4)、采用基于ROI的限制對(duì)比度自適應(yīng)直方圖均衡化算法對(duì)步驟3)提取出的靜脈圖像輪廓進(jìn)行增強(qiáng)，得到清晰靜脈輪廓；

5)、將步驟4)的處理結(jié)果和原始圖像進(jìn)行疊加。

為了便于識(shí)別等原因，還需要將增強(qiáng)后的靜脈輪廓圖像與原圖像疊加。疊加的權(quán)重為比為1：1。疊加的代碼如下：

double alpha＝0.5

double beta＝1-alpha；

addWeighted(src1,alpha,src2,beta,0.0,dst)；

雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動(dòng)和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。