本發(fā)明屬于機(jī)器視覺及醫(yī)療儀器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法。

背景技術(shù)：

醫(yī)務(wù)人員對患者進(jìn)行身體的檢查診斷時或者日常檢查時會頻繁地采集血樣，目前大多數(shù)采血場合使用的還是傳統(tǒng)的血液采集方式，需要靠人工操作。這種人工采血方式效率低，常常不能滿足高峰時段的采血要求，且因?yàn)椴裳僮麟y度大，風(fēng)險系數(shù)高，導(dǎo)致對醫(yī)務(wù)人員的技能要求很高，甚至有部分患者因?yàn)橹据^厚、膚色較深等原因?qū)е卵軣o法清晰呈現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致穿刺失敗，給醫(yī)務(wù)人員及患者帶來諸多不便。

針對人工采血難度大、風(fēng)險高、效率低的問題，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)做了一些研究，如博聯(lián)眾科(武漢)科技有限公司發(fā)明的veinsight系列血管顯像儀能夠識別人體淺層靜脈血管，并將識別到的血管投影到皮膚表層，便于醫(yī)護(hù)人員尋找靜脈；又如專利201320403264.2提出了一種使用940nm和850nm混合波長的近紅外光照射靜脈以提高圖像效果的方法；；然而，上述方式均是應(yīng)用在人工采血的輔助設(shè)備上，以用于提高人工采血的成功率及效率，均無涉及到自動采血和自動采血中扎針點(diǎn)的提取問題，扎針點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)自動化提取，提取精度較低，且提取效率也較低。相應(yīng)地，本領(lǐng)域存在著發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)扎針點(diǎn)自動提取的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法的技術(shù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法，其基于視覺技術(shù)，通過對表層靜脈紅外圖像的處理來自動提取最佳扎針點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了扎針點(diǎn)的自動提取，提高了扎針點(diǎn)提取精度和效率，解決了自動采血系統(tǒng)中扎針點(diǎn)難以確定的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法，所述方法包括以下步驟：

(1)拍攝待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的身體部位的紅外圖像，將所述紅外圖像的中部區(qū)域截取出來，對截取出來的圖像進(jìn)行預(yù)處理以得到二值化圖像；

(2)對所述二值化圖像中的靜脈分叉進(jìn)行全部的骨架提取以得到含有靜脈分叉中心線的圖像，進(jìn)而獲得靜脈分叉的交點(diǎn)，同時記錄下所有靜脈分叉的交點(diǎn)的坐標(biāo)；

(3)對所述二值化圖像中的靜脈分叉進(jìn)行部分的骨架提取，以得到部分細(xì)化圖像；

(4)依據(jù)得到的靜脈分叉的交點(diǎn)坐標(biāo)對所述部分細(xì)化圖像進(jìn)行處理，自交點(diǎn)朝向?qū)?yīng)的靜脈近心端分別逐列統(tǒng)計每個交點(diǎn)在以該交點(diǎn)中點(diǎn)的預(yù)定長度范圍內(nèi)的有效點(diǎn)個數(shù)，進(jìn)而獲得每個交點(diǎn)對應(yīng)的長度計數(shù)值，長度計數(shù)值最大的靜脈分叉對應(yīng)的交點(diǎn)為靜脈采血扎針點(diǎn)，即最佳扎針點(diǎn)。

進(jìn)一步地，拍攝待提取靜脈扎針點(diǎn)的身體部位的紅外圖像時，待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的靜脈方向與所述紅外圖像的長度方向保持平行。

進(jìn)一步地，對截取出來的圖像進(jìn)行預(yù)處理以得到二值化圖像的步驟包括以下子步驟：

(b1)對截取出來的圖像進(jìn)行濾波和灰度歸一化處理；

(b2)采用非銳化掩蔽法對步驟(b1)得到的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理；

(b3)依次對步驟(b2)得到的圖像做自適應(yīng)閾值二值化及形態(tài)學(xué)開運(yùn)算以得到二值化圖像。

進(jìn)一步地，步驟(2)包括以下子步驟：

(21)采用zhang快速并行細(xì)化算法對所述二值化圖像中的靜脈分叉進(jìn)行細(xì)化以得到含有靜脈分叉中心線的圖像，使得細(xì)化后的靜脈分叉中心線的每個有效點(diǎn)的8領(lǐng)域內(nèi)沒有其他有效點(diǎn)；

(22)分別統(tǒng)計步驟(21)得到的圖像中的靜脈分叉中心線上的每個有效點(diǎn)的預(yù)定鄰域內(nèi)有效點(diǎn)的個數(shù)，進(jìn)而根據(jù)有效點(diǎn)數(shù)來判斷對應(yīng)的靜脈分叉中心線上的該有效點(diǎn)是否為靜脈分叉的交點(diǎn)，同時記錄所有交點(diǎn)的坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述預(yù)定鄰域?yàn)橐詫?yīng)的有效點(diǎn)為幾何中心的四方形區(qū)域，所述四方形的邊長為6個像素點(diǎn)。

進(jìn)一步地，步驟(3)中采用zhang快速并行細(xì)化算法對所述二值化圖像進(jìn)行細(xì)化以得到所述部分細(xì)化圖像，步驟(3)中的zhang快速并行細(xì)化的迭代次數(shù)小于步驟(2)中的zhang快速并行細(xì)化的迭代次數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，對每個交點(diǎn)p(a,b)朝向靜脈近心端逐列統(tǒng)計在(a+cols，b-k)到(a+cols，b+k)范圍內(nèi)的有效點(diǎn)個數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計到的某列對應(yīng)的有效點(diǎn)個數(shù)大于設(shè)定的閾值時，交點(diǎn)對應(yīng)的長度計數(shù)值count加1，并繼續(xù)往右統(tǒng)計，當(dāng)某列的有效點(diǎn)數(shù)小于設(shè)定的閾值時，停止統(tǒng)計，并記錄當(dāng)前交點(diǎn)p(a，b)對應(yīng)的長度計數(shù)值count，統(tǒng)計完所有交點(diǎn)后，最大的長度計數(shù)值count值對應(yīng)的靜脈分叉的交點(diǎn)為靜脈采血扎針點(diǎn)，即最佳扎針點(diǎn)；其中數(shù)值k為15，cols為當(dāng)前列數(shù)與a的差值。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法主要具有以下有益效果：

(1)所述靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法通過對表層靜脈紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理以得到二值化圖像，進(jìn)而分別對所述二值化圖像的靜脈分叉進(jìn)行全部及部分骨架提取，以找出長度計數(shù)值最大的靜脈分叉對應(yīng)的交點(diǎn)，即找到了最佳扎針點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了扎針點(diǎn)的自動提??；

(2)所述靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法易于實(shí)施，靈活性較高，有效地提高了扎針點(diǎn)提取效率和精度，且有利于靜脈采血系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法的流程圖；

圖2是采用圖1中的基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法對手背處靜脈扎針點(diǎn)提取過程中的中間及最終結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1及圖2，本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法，該靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法主要包括以下步驟：

步驟一，拍攝待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的身體部位的紅外圖像，將所述紅外圖像的中部的感興趣區(qū)域截取出來，對截取出來的圖像進(jìn)行預(yù)處理以得到二值化圖像。

具體地，首先，采用近紅外光照射待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的身體部位，并使用帶有能夠透過近紅外光鏡頭的紅外相機(jī)拍攝待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的身體部位，以得到紅外圖像101。本實(shí)施方式中，拍攝時確保待提取靜脈采血扎針點(diǎn)的靜脈方向與所述紅外圖像101的長度方向平行。接著，提取所述紅外圖像101中部的感興趣區(qū)域(目標(biāo)區(qū)域)以得到圖像102，以去除所述身體部位邊緣處的陰影對圖像的影響。

之后，對所述圖像102進(jìn)行濾波和灰度歸一化處理，使用中值濾波法去除所述圖像102內(nèi)的噪聲以得到圖像103，并使用直方圖均衡化算法將所述圖像103的灰度范圍拉伸到0-255的灰度范圍內(nèi)以得到圖像104，所述圖像104具有較高的對比度。

接著，采用非銳化掩蔽方法對所述圖像104進(jìn)行增強(qiáng)處理，復(fù)制所述圖像104，并對復(fù)制得到的圖像104進(jìn)行高斯模糊以得到模糊圖像，選擇合適的權(quán)重將所述圖像104及所述模糊圖像進(jìn)行加權(quán)求和，以得到增強(qiáng)后的圖像105。本實(shí)施方式中，所有的高斯核尺寸為15。

最后，對增強(qiáng)后的所述圖像105做自適應(yīng)閾值二值化以得到圖像106，并對所述圖像106進(jìn)行形態(tài)學(xué)開運(yùn)算以得到含有清晰的靜脈輪廓的二值化圖像107。

步驟二，對所述二值化圖像抽取骨架以得到每條靜脈分叉的中心線及各中心線的交點(diǎn)，并找出所有交點(diǎn)中最粗且最平直的分叉作為靜脈采血的靜脈分叉，所述靜脈采血的靜脈分叉交點(diǎn)作為自動采血的最佳扎針點(diǎn)。

首先，對所述二值化圖像107中的靜脈分叉進(jìn)行完全的骨架抽取，以得到含有靜脈分叉中心線的圖像108。采用zhang快速并行細(xì)化算法對所述二值化圖像107中的靜脈分叉進(jìn)行細(xì)化以得到含有靜脈分叉中心線的圖像108，使得靜脈分叉中心線的每個有效點(diǎn)的8領(lǐng)域內(nèi)沒有其他有效點(diǎn)。具體為，分別判斷所述二值化圖像107中的靜脈的每個點(diǎn)的8領(lǐng)域內(nèi)的有效點(diǎn)是否滿足zhang快速并行細(xì)化算法的細(xì)化條件，若滿足，則將對應(yīng)的點(diǎn)作為背景點(diǎn)，若不滿足，則保留對應(yīng)的點(diǎn)。細(xì)化過程中記錄zhang快速并行細(xì)化算法的迭代次數(shù)max。

接著，分別統(tǒng)計所述圖像108的靜脈分叉中心線上的每個有效點(diǎn)的m*m領(lǐng)域(以對應(yīng)的有效點(diǎn)為幾何中心、邊長為m的正方向區(qū)域)內(nèi)有效點(diǎn)的個數(shù)，當(dāng)有效點(diǎn)個數(shù)超過設(shè)定的閾值h1時，則對應(yīng)的靜脈分叉中心線上的該有效點(diǎn)為靜脈分叉的交點(diǎn)，記錄所有交點(diǎn)的坐標(biāo)。本實(shí)施方式中，所述尺寸m為6個像素點(diǎn)，所述閾值h1為9。

之后，對所述二值化圖像107中的靜脈分叉進(jìn)行部分的骨架提取，以得到部分細(xì)化的圖像109。采用zhang快速并行細(xì)化算法對所述二值化圖像107進(jìn)行細(xì)化，并限制該算法中迭代次數(shù)為(max-n)次。本實(shí)施方式中，數(shù)值n為6；所述圖像109是將所述二值化圖像107中較粗的靜脈分叉未完全抽取成骨架而得到的，而所述圖像108中較細(xì)的靜脈已經(jīng)完全細(xì)化為中心線。

最后，依據(jù)得到的所述交點(diǎn)對所述圖像109進(jìn)行處理以得到圖像110。對每個交點(diǎn)p(a,b)朝向靜脈近心端逐列統(tǒng)計在(a+cols，b-k)到(a+cols，b+k)范圍內(nèi)的有效點(diǎn)個數(shù)。本實(shí)施方式中，數(shù)值k為15，cols為當(dāng)前列數(shù)與a的差值。當(dāng)某列對應(yīng)的有效點(diǎn)數(shù)大于設(shè)定的閾值h2時，交點(diǎn)對應(yīng)的長度計數(shù)值count加1，并繼續(xù)往右統(tǒng)計，當(dāng)某列的有效點(diǎn)數(shù)小于設(shè)定的閾值h2時，停止統(tǒng)計，并記錄當(dāng)前交點(diǎn)p(a，b)對應(yīng)的長度計數(shù)值count，統(tǒng)計完所有交點(diǎn)后，最大的長度計數(shù)值count值對應(yīng)的靜脈分叉就是當(dāng)前局部范圍內(nèi)最粗且最平直的靜脈分叉，其對應(yīng)的交點(diǎn)就是最適合的扎針點(diǎn)，即最佳扎針點(diǎn)。

本發(fā)明提供的基于視覺的靜脈采血扎針點(diǎn)自動提取方法，通過對表層靜脈紅外圖像的處理來自動提取最佳扎針點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了扎針點(diǎn)的自動提取，提高了精度和效率，解決了自動采血系統(tǒng)中扎針點(diǎn)難以確定的技術(shù)問題。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。