近红外静脉显像方法及系统
静脉显像仪可行性分析
静脉显像仪可行性分析1. 引言静脉显像是通过红外光和近红外光成像技术，将静脉血管的热信息转换成可见图像，从而实现对静脉血管的全面观察和分析。
静脉显像仪因其便捷、无创和即时的特点，被广泛应用于医疗领域。
本文旨在对静脉显像仪的可行性进行分析，从技术、经济和社会等方面探讨其应用前景和发展趋势。
2. 技术可行性分析2.1 红外成像技术静脉显像仪采用的红外成像技术具有以下特点：非接触性、高分辨率、高灵敏度和实时性。
红外成像技术可以有效地穿透皮肤，通过感光器件将静脉血管产生的红外辐射转换为电信号，再通过图像处理算法生成清晰的静脉图像。
目前，红外成像技术已取得了重要突破，成像效果和信号处理算法的精确性已经得到了大幅提高，确保了静脉显像仪在临床应用中的高准确率和可靠性。
2.2 近红外光成像技术除了红外成像技术，近红外光成像技术也是静脉显像仪的重要组成部分。
近红外光成像技术利用近红外光线的穿透力强，能够有效地突破皮肤表面，识别出深层静脉的分布情况。
近红外光成像技术具有成本低廉、易于实施和可靠性高等优势，可以进一步提高静脉显像仪的成像质量和实用性。
3. 经济可行性分析3.1 成本效益静脉显像仪在现代医疗领域中的应用不仅可以提高治疗效果，还能够显著降低医疗资源的浪费。
通过准确地识别和定位静脉血管，医生可以更加精准地进行静脉穿刺、输液和抽血等操作，减少了病人的疼痛感和二次操作的发生。
与传统的手动静脉穿刺方式相比，静脉显像仪的使用既能提高诊疗的质量，又能够节约医疗资源，具有显著的成本效益。
3.2 市场需求随着人口老龄化和医疗技术的不断进步，静脉显像仪在医疗领域中的需求量不断增加。
静脉显像仪可以应用于各种医疗场景，如手术室、急诊科、血液透析中心等。
同时，静脉显像仪也可以扩展到其他领域，如化妆品行业中的皮肤护理、鉴别真伪等。
据市场研究报告显示，全球静脉显像仪市场的规模将在未来几年内持续增长，具有广阔的市场前景。
4. 社会可行性分析4.1 促进医疗科技进步静脉显像仪的应用促进了医疗科技的进步和发展。
基于近红外图象的静脉识别算法研究
关键词：近红外图像； 静脉识别； 不变矩； 相关函数； 权重融合； 中图分类号：TP391；TP751 文献标识码：A 生物识别技术是利用人体生理特征或行为特征进行身份认证的一种新兴技术，主要包括指纹识别、虹膜 识别、掌纹识别、声音识别等.作为一种新的生物识别技术，静脉识别所采用的生物数据是人的静脉血管信 息，它具备很强的普遍性和唯一性，并且在使用的过程中为非接触式采集，可以在公共场合使用，而不用 担心卫生问题.人的静脉隐藏在皮肤表层，很难伪造或通过手术改变.
求.为了得到更好的识别效果， 更大程度的降低等差错误率， 需要使用图像不变矩和相关函数相融合的方法. 流程如图 5 所示.
图 5 相关函数和不变矩融合 Fig.5 Fusion of Moment invariants Euclidean distance and related function
[17]
首先对待测静脉图像和样本静脉图像分别做相关函数与不变矩的计算, 根据最近邻决策规则 假设有 c 个类别 1 , 2 ,…， c 的模式识别问题，每类有标明类别的样本 N i 个，
：
i = 1,2,…c.
我们规定类的判别函数为
g i ( x) min x xik , k 1,2,...., N i
静脉的有 效区域
图 1 实验采集的手背图以及所确定的静脉有效区域 Fig.1 The vein image we collected in the experiment and region of interest
对于八位的灰度图像来说，灰度范围是 0~255,但实际所采集的静脉图像灰度变化范围往往较小，为了 增强有效区域内的静脉图像对比度,突出静脉细节，需要对静脉图像做直方图均衡化处理.目的是通过对图 像的预处理，来减小不同光照条件对静脉图像的影响.此处采用以下直方图均衡化的方法
近红外掌静脉图像识别技术设计与实现
近红外掌静脉图像识别技术设计与实现摘要：近红外掌静脉识别技术作为一种新兴的生物识别方法，因其高度的安全性和稳定性而备受关注。
本文提出了一种基于近红外成像的掌静脉图像识别技术。
技术主要包括高效的图像采集、先进的特征提取方法和精确的匹配算法。
我们通过对不同环境下采集的掌静脉图像进行处理和分析，实现了高准确度的识别。
实验结果显示，该技术在确保图像质量的同时，大幅提高了识别率，降低了误识率。
这些成果证明了所提技术在安全性和实用性方面的显著优势，为生物识别领域提供了新的解决方案。
关键词：掌纹；掌静脉；融合识别；图像识别技术引言生物识别技术的发展，特别是在安全和个人识别领域的应用，已经取得了显著的进步。
传统的生物识别技术，如指纹、虹膜和面部识别，虽然已广泛应用，但仍存在一定的局限性和挑战。
近红外掌静脉识别技术作为一种新兴的生物识别方法，因其内在的难以复制性和生物特性的独特性，提供了一个更为安全和可靠的选择。
然而，该技术的发展和应用也面临着一系列挑战，包括图像采集的准确性、特征提取的高效性以及匹配算法的复杂性。
本文旨在探讨近红外掌静脉识别技术的关键技术问题和实际应用前景，以期为该领域的研究和发展提供新的思路和方法。
1相关工作回顾在掌静脉识别技术领域，已有多种方法被提出和实验。
这些方法主要包括基于不同类型的成像技术、特征提取和匹配算法。
例如，一些研究集中于利用近红外光谱进行高质量图像采集，以及采用复杂的图像处理技术以增强识别准确性。
此外，特征提取方法如基于几何形状、纹理分析和深度学习等技术也被广泛研究。
这些技术各有优势，例如高准确率和较低的误识率，但也存在一些局限，如对环境光线敏感、计算复杂度高等问题。
因此，掌静脉识别技术的研究不仅关注于提高识别性能，也努力解决这些实际应用中的挑战。
2技术方法2.1 近红外掌静脉图像采集本文提出的方法采用近红外光源照明以获取高质量掌静脉图像。
利用近红外光的特性，能够穿透皮肤表层，使得掌静脉特征在图像中更加清晰可见。
近红外静脉显像方法及系统
2.4. 整体结构与显像结果
理论试验阶段的光路图通过 Zemax, AutoCAD 模拟验证后，最终使用金属和有机玻璃搭建成现实实 验阶段的系统(如图 5 所示)，整个系统包括四层分别为：1) 图像采集单元；2) 投影反射层；3) 图像投影 层；4) 载物层。通过调整相机、投影、平面镜及载物台的位置，使经过图像处理后的血管重新投影回手 背上，并通过微调光路使投影位置完全重合，从而实现静脉显像功能，最终实验结果如图 6 所示。
DOI: 10.12677/csa.2018.82020
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计算机科学与应用
张嘉奇 等
Figure 2. Zedboard internal logic diagram 图 2. Zedboard 内部逻辑图
Figure 3. DMD Chip and 3D Printing holder 图 3. DMD 芯片及 3D 打印支架
概览 感光芯片类型 像素尺寸 分辨率@帧率 相机供电 触发模式 曝光时间 光谱响应 参数 CMOS 3.45 μm 1280*720@100fps USB 5V 供电，功耗小于 2.5 W 硬件触发/软件触发 12 μs~13 s 380 nm~1050 nm
执行图像处理算法流程，最终处理好的图像将由 HDMI 接口输出到 DMD 投影仪。 图像处理模块搭建过程中使用了 VIVADO 开发平台，利用其自定义图像处理的 IP 核，层次化器件 编辑器和布局规划器搭建 ARM 与 FPGA 之间的核心处理通路，具体内部逻辑如图 2 所示。
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Abstract
This paper involves a near-infrared venous imaging system and method. This program uses the Zed board development board taking Zynq-7000 series of FPGA and the A9 dual-core ARM of Xilinx company to buildup image processing circuits. After the near-infrared camera catches figures, they were sent through the USB port into FPGA on the SOC system for image filtering, enhancement and segmentation. By using the excellent parallel processing speed of FPGA, the processing can be finished quickly, figures will be transmitted via HDMI port, LightCraft4500 interface controller into DMD chip projector, eventually DMD projector will project these processed venous figures on opisthenar in real time via the light path, so as to achieve the purpose of accurate position of veins. This device and the method have the characteristics of low cost, low power consumption, real time and simple operation.
静脉显影仪工作原理
静脉显影仪工作原理
静脉显影仪（Vein Finder）是一种利用红外光技术帮助医生定
位静脉血管的设备。
它的工作原理如下：
1. 红外光穿透皮肤：静脉显影仪通过发射一束红外光（波长范围为700-1100纳米），这种光线可以穿透皮肤并被血液吸收。
2. 血液吸收红外光：血液中的血红蛋白具有较高的吸光度，当红外光线穿过皮肤照射到血管上时，血红蛋白会吸收部分红外光，并反射其他光线。
3. 反射光被捕捉：静脉显影仪内置一个光传感器，可以捕捉到反射回来的光线。
反射光线的强度与血管中血液的浓度和流速有关。
4. 图像处理和显示：仪器通过对捕捉到的光线进行处理和分析，确定血管的位置和深度信息。
这些信息会被转化为图像，并显示在设备的屏幕上。
静脉显影仪的工作原理基于血液对红外光的吸收特性，通过红外光通过皮肤和被血液吸收的过程，帮助医生找到静脉的位置和深度，提高了注射、采血等操作的准确性和便捷性。
近红外手背静脉图像采集系统的研究与设计
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｄｏ ｒ ｓ ｌ ａ ｈａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｉ ｎ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｒ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎｉ ｉ ｔ ｏｎ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｂ ｉ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｉ ｔ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ａ ｙ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ，
关键词 ： 生物识别技 术 手 背静 脉 识别 图像 采集 近 红外技 术 ＣＣ Ｄ传感 器
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ４ １
基于近红外光的静脉三维成像系统研究
图 1 含氧血红素和脱氧血红素近红外吸收光谱图
经受压迫，左手手臂经脉阻塞。之后经过按摩、针灸、放血等一
基于近红外光的系统由 LED 光源、热镜、红外滤波片、CCD
系列治疗将近一个月后，小熊的手臂才有所好转。这是现代社 相机，金属机械轨道组成。其组成框图与光路图如图 2 所示。
会人们过度使用手机，导致手部静脉血管堵塞的典型案例。
手指静脉三维影像重建系统，其工作原理是红外光源发出
为了解决玩手机带来的手指静脉血管堵塞的问题，需要对 近红外光，照到手指上，近红外光经手指时会呈出现，由于内部
手指静脉进行三维成像，将静脉与其周围组织液体区分开来。 组织不同而产生不同的吸收和衰减的效果。因此可以把影像中
对此国内外学者做出了很多的研究。研究发现由于静脉与其周 的每一排像素看成一个点光源扫描一横直线俊成一横切面的
处理，将静脉信息显现在电脑屏幕上。
管影像[1]。
现阶段，针对近红外漫射光层析成像中的三维成像问题展
1.2.1 投影。设 f(x,y)代表物体切面上的某一点(x,y)的影像函
开了理论和实验研究。利用开发的以强度和平均飞行时间作为 数，穿过这一点的射线则可以表示为
数据类型的三维重建算法对数值仿真模型进行了重建，同时采
x cos y sin t
用多通道时同相关单光子计数层析成像系统对手掌静脉进行
上式中 t 为原点到射线的距离，θ 为射线到水平线的夹角。
了三维成像。
沿该射线对影响函数的积分称之为线积分，可用下式表示
1 硬件设计 1.1 静脉血管的红外线成像原理
Pt
f x, y x cos y sin t dxdy
静脉血管的红外线成像原理，主要- 87 -
基于近红外光的静脉三维成像系统研究
手指静脉识别技术分析及流程
手指静脉识别技术分析及流程1、医学依据手指静脉是一种新的生物特征识别技术，它源于医学科技领域对人类大脑功能活动管理的高级开发项目，在这项开发中，近线被用来观看血液流量的增强状况，当近红外线透过人体组织时，静脉血管中的血红蛋白对近红外线具有显然的汲取作用，从而使静脉血管分布特征在图像中以不同的灰度值得到表征。
因为伸长方向的随机性，使得个体的指静脉血管分布展现各异的结构，因此能够确定两幅静脉图像是否来自于同一个手指。
同时发觉，这种技术同时也适用于手指静脉图像的采集工作。
2、技术架构手指静脉识别采纳了光传扬技术来举行手指静脉对照和识别的工作。
近红外线穿过人类的手指时，部分射线就会被血管中的血色素汲取，从而捕获到独有的手指静脉图样，然后再和预先注册的手指静脉图样举行比较，对个人举行身份鉴定。
经医学实践证实，手指静脉的外形具有唯一性和稳定性，即每个人的手指静脉图像都不相同，同一个人不同的手指的静脉图像也不相同。
健康成年人的静脉外形不再发生变幻，这就为指静脉提供了医学依据。
所以，基于手指静脉图像原理的识别技术就有可能成为现实。
从而可利用手指内的静脉分布图像来举行身份别。
3、手指静脉系统识别流程静脉扫描，在手指一方放射近红外线，透射手指，在手指另一方，照相机拍摄静脉图像。
从提取到手指静脉影像的过程，此过程主要是捕获到手指静脉影像，然后提取手指静脉特征信息，并与事先注册的手指静脉特征举行比对从而确认登录者的身份。
为通过扫描图样和原有注册记下的图样举行对照，就可得出相关识别结果(即通过扫描图样和原有注册记下的图样举行对照，就可得出相关识别结果)。
其指静脉识别算法采纳纹理追踪的办法提取指静脉中的线结构信息，通过线结构的匹配举行个体识别，可运行在PC环境和平台上。
手指静脉识别技术突出特点第1页共2页。
护理论文近红外静脉显影装置的标定技术
护理论文近红外静脉显影装置的标定技术近红外静脉显影装置的标定技术近红外静脉显影装置是一种在医疗领域中广泛应用的技术，可以用于显示患者体内的静脉网络。
它通过近红外光的反射和吸收来可视化血管结构，为医务人员提供了便捷的操作工具。
然而，为了确保其准确性和稳定性，标定技术是必不可少的。
1. 概述近红外静脉显影装置的标定技术旨在使设备能够准确测量和显示患者体内的静脉结构。
通过标定，可以消除设备中的系统误差，并确保提供真实可靠的静脉图像。
2. 标定原理标定技术的基本原理是通过测量已知尺寸的校准标准物体，来调整装置的参数。
这些校准标准物体通常具有已知的血液吸收和散射特性，可以用于计算出光强与物体之间的关系。
3. 标定步骤（1）选择合适的校准标准物体：校准标准物体应该具有与人体血液相似的光吸收和散射特性，并且尺寸已知准确，以便进行测量和计算。
（2）准备标定环境：确保标定环境的光照条件稳定且均匀，以避免光照差异对标定结果的影响。
（3）测量校准标准物体：将校准标准物体放置在装置中，并进行测量。
记录下光强与物体之间的关系，并进行标定曲线的计算。
（4）调整装置参数：根据标定曲线，调整装置的参数，以保证装置能够准确测量和显示患者体内静脉结构。
4. 标定结果的验证完成装置标定后，需要对标定结果进行验证，以确保其准确性和稳定性。
一种常用的验证方法是用其他已知准确的血管结构进行比对，如通过超声波成像等技术对比装置显示的静脉结构。
5. 标定技术的意义近红外静脉显影装置的标定技术对于医疗工作的准确性和安全性至关重要。
准确的标定可以保证装置提供的静脉图像与真实的血管结构一致，为医务人员提供了可靠的辅助诊断工具。
6. 发展前景随着医疗技术的不断发展，近红外静脉显影装置的标定技术也在不断完善。
未来，标定技术将更加准确和高效，为医务人员提供更优质的辅助诊断服务。
综上所述，近红外静脉显影装置的标定技术对于确保装置的准确性和可靠性至关重要。
通过合理的标定步骤和验证措施，可以提供准确的静脉图像，为医务人员提供了有力的辅助诊断工具。
静脉显像仪工作原理
静脉显像仪工作原理静脉显像仪是一种医疗设备，用于观察和记录人体内的静脉血管。
它通过使用红外线和光散射技术，可以清晰地显示出血管的位置和形状，帮助医生进行血管注射、置管等操作。
静脉显像仪的工作原理主要包括光源、光学系统、图像处理和显示系统等几个部分。
首先，静脉显像仪使用的光源通常是红外线LED灯或激光器。
红外线具有较强的穿透力，可以穿透皮肤的表面，直接照射到血管上。
而红外线LED灯或激光器则可以提供足够亮度和适当波长的光线。
其次，光学系统是静脉显像仪中非常重要的一个组成部分。
它主要包括透镜、滤光片和摄像头等。
透镜的作用是对红外线进行聚焦，使得红外线能够更好地照射到血管上。
滤光片则可以屏蔽掉其他波长的光线，只保留红外线的波长。
摄像头则负责捕捉红外线的图像，并将其传输给图像处理系统。
图像处理系统是静脉显像仪中非常关键的一个部分。
它主要包括图像采集、图像增强和图像显示等几个步骤。
首先，摄像头会将捕捉到的红外线图像传输给图像处理系统。
然后，图像处理系统会对图像进行增强处理，以提高图像的清晰度和对比度。
最后，增强后的图像会被传输到显示系统，供医生观察和分析。
静脉显像仪的显示系统通常是一个液晶显示屏或计算机屏幕。
它能够将经过处理后的图像以高清晰度显示出来，方便医生进行观察和分析。
此外，一些静脉显像仪还可以将图像保存下来，以便于医生进行后续的病例分析和比对。
总体来说，静脉显像仪通过使用红外线和光散射技术，能够清晰地显示出人体内血管的位置和形状。
它具有操作简单、无创伤、无辐射等优点，广泛应用于各个医疗领域，如血管注射、置管、手术导航等。
随着科技的不断进步，静脉显像仪的性能和功能也在不断提高，为医生提供更好的辅助诊断工具。
手指静脉识别算法
手指静脉识别算法静脉采集的原理是根据血液中的血红素有吸收红外线光的特质，将具近红外线感应度的小型照相机对着手指进行摄影,即可将照着血管的阴影处摄出图像来。
将血管图样进行数字处理，制成血管图样影像。
静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪取得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线CCD摄像头获取手指、手掌、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。
静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，采用复杂的匹配算法对静脉特征进行匹配，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。
全过程采用非接触式。
技术特点静脉识别分为：指静脉识别和掌静脉识别，掌静脉由于保存及对比的静脉图像较多，因为识别速度方面较慢。
指静脉识别，由于其容量大，识别速度快，精确度高，活体识别等优势，越来越受到更多重要场合青睐。
静脉识别原理及静脉识别机器外形手指静脉技术具有多项重要特点，使它在高度安全性和使用便捷性上远胜于其它生物识别技术。
主要体现在以下几个方面：◆高度防伪静脉隐藏在身体内部，被复制或盗用的机率很小。
◆简易便用使用者心理抗拒性低，受生理和环境影响的因素也低，包括：干燥皮肤，油污，灰尘等污染，皮肤表面异常等。
模式对比对比ID卡识别指纹识别虹膜识别静脉识别安全性由于ID卡内的卡号读取无任何权限，易于仿制。
由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此安全性相对较高。
能提供数量较多的特征点，是精确度最高的生物识别技术之一。
手指静脉位于体表之下，图样更为复杂，进一步增加了做假的难度，表现也更为安全、稳定。
可靠性需要依赖网络软件来处理各子系统的信息，对网络的依赖大。
对脏手指、湿手指等困难手指识别率低。
出现认假和拒假的可能性也相当小。
受温度和其它外部冲击的影响也较小，从而具有高验证准确度：他人误认率为0.0001%，本人拒绝率为0.01%，注册失败率0%。
一款能够通过红外投影成像的设备将静脉血管呈现在医护人员的面前
一款能够通过红外投影成像的设备将静脉血管呈现在
医护人员的面前
蒙面护士手举着注射器的画面估计是很多小伙伴的童年阴影。
万一不幸成为血管太细星人，进行静脉注射时经常是扎完左手扎右手，扎完右手再扎脚，折腾半个小时，都扎不到血管。
随便回忆一下都觉得很疼。
或者虽然逃过了“先天不足“，血管虽然清晰了，但是一不小心心宽体胖，手上脂肪厚了点，照样给护士小姐姐的工作带来重重困难：针针戳进脂肪，就是没有血管。
如果能够看到血管，那幺护士打针也就容易多了。
科学家们发现人的皮肤在近红外波段具有一定的透明度，同时皮下组织和血管由于温度和密度的不同对近红外的反射也各不相同。
基于这样的思考，Christie的研究人员们开发出了一款能够通过红外投影成像的设备将静脉血管呈现在医护人员的面前。
临床研究显示，25%以上的病人都经历过打针打不进需要二次进针的经历。
婴幼儿的血管细小，体弱多病的人血管不明显是的医护人员无法从视觉和触觉上看到血管的位置。
为了将表皮血管可视化更好的进行治疗，目前市场上出现了三种不同形式的可视化辅助技术，包括透射仪、超声成像和近红外成像设备。
近红外指静脉图像采集系统设计
２ ０ １ ４年 第 ３ ３卷 第 １ 期
传感 器与微系统 （ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
１ １ ３
近 红 外 指 静 脉 图像 采 集 １ ． 北京联合 大学 北京信息服务工程重点实验室 。 北京 １ ０ ０ １ ０ １
２ ． 北京联合大学 计算机技术研究所 ， 北京 １ ０ ０ １ ０ １ ） 摘 要 ：针对指静脉身份认证需 求 ， 以手指静脉 图像采集 系统作 为研究 对象 ， 设计 了基于单侧光源与反射
镜面相结合红外光源可调控 的指静脉 图像采 集系统 。研 究 了 Ｌ Ｅ Ｄ光源位 置与角度 对静脉 图像质 量的影 响， 提 出了基 于图像 质量评价的指静脉认证方法 ， 并 运用实测 方法进行 了验证 。实验结 果表 明 ： 可 以得到 与传统正面光源采集 同等质量 的静脉 图像 ， 具有更高的认证通过率 ， 达到 ９ ８ ． ８ ％， 并更易于用户使用。 关键词 ：指静脉 ； 身份认证 ； 近红外 ；图像采集 ； 微距红外摄像头 ； 误识率
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摘
*
要
本文提出一种近红外静脉显像装置及方法。采用搭载Xilinx公司Zynq-7000系列FPGA和Cortex-A9双核
通讯作者。
文章引用: 张嘉奇, 黄卓然, 孙超良, 崔笑宇. 近红外静脉显像方法及系统[J]. 计算机科学与应用, 2018, 8(2): 166-172. DOI: 10.12677/csa.2018.82020
DOI: 10.12677/csa.2018.82020
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计算机科学与应用
张嘉奇 等
Figure 2. Zedboard internal logic diagram 图 2. Zedboard 内部逻辑图
Figure 3. DMD Chip and 3D Printing holder 图 3. DMD 芯片及 3D 打印支架
张嘉奇 等
ARM的Zedboard开发板搭建图像处理通路，将近红外摄像头采集到的近红外图像，经USB口传输到SOC 系统的FPGA上进行图像处理，利用FPGA优异的并行处理速度，可以快速完成滤波、增强、分割等处理 流程， 处理后的图像经HDMI口传输到以LightCraft4500接口控制电路和DMD芯片共同组成的投影仪中， 最终由DMD投影仪将处理后的实时静脉图像经组合光路重新投回到手背表面， 实现精确定位静脉血管位 置的目的。本装置及方法具备低成本，低功耗，实时显像，操作简单的特点。
概览 感光芯片类型 像素尺寸 分辨率@帧率 相机供电 触发模式 曝光时间 光谱响应 参数 CMOS 3.45 μm 1280*720@100fps USB 5V 供电，功耗小于 2.5 W 硬件触发/软件触发 12 μs~13 s 380 nm~1050 nm
执行图像处理算法流程，最终处理好的图像将由 HDMI 接口输出到 DMD 投影仪。 图像处理模块搭建过程中使用了 VIVADO 开发平台，利用其自定义图像处理的 IP 核，层次化器件 编辑器和布局规划器搭建 ARM 与 FPGA 之间的核心处理通路，具体内部逻辑如图 2 所示。
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计算机科学与应用
张嘉奇 等
图像分割
2. 系统结构
将拍摄到的目标红外光图像进行增强、去噪、分割等图像处理后，重新投影回到目标位置，即可实 现近红外显像功能。图像处理速度和投影位置的准确程度是保证静脉显像系统实用性的基础，因此，本 文选择采用基于片上系统(SOC)的芯片作为核心处理器，利用 ARM+FPGA 结构搭建图像处理通路，从而 实现静脉图像的实时处理与投影。本文将整个系统分成图像采集模块、图像处理模块和图像投影模块。 系统总体设计如图 1 所示。
Figure 5. Near Infrared Self-registration Venous Imaging System 图 5. 近红外自配准静脉显像系统
Figure 6. Actual effect display 图 6. 实际效果展示
3. 图像处理流程
图像处理算的 IP 核是通过 VIVADO 及 VIVADO HLS 软件进行编写。 近红外自配准静脉显像系统的 图像处理流程(如图 7 所示)，包括以下步骤： 1) 图像分割：红外摄像头捕捉人体静脉图像，进行初步分割，提取静脉图像，分割静脉血管； 2) 直方图均衡：利用图像直方图对对比度进行调整，增强静脉血管的对比度； 3) 卷积处理：对静脉血管做锐化，以突出静脉血管边缘与图像其他部分的灰度级跳变；使静脉血管 的边缘灰度级跳变明显，为静脉血管的提取做好预处理； 4) sobel 边缘检测：对锐化后的血管图像采用垂直 sobel 边缘提取算法，辅助以 45˚角的 sobel 边缘检 测，准确确定静脉边界；
2.4. 整体结构与显像结果
理论试验阶段的光路图通过 Zemax, AutoCAD 模拟验证后，最终使用金属和有机玻璃搭建成现实实 验阶段的系统(如图 5 所示)，整个系统包括四层分别为：1) 图像采集单元；2) 投影反射层；3) 图像投影 层；4) 载物层。通过调整相机、投影、平面镜及载物台的位置，使经过图像处理后的血管重新投影回手 背上，并通过微调光路使投影位置完全重合，从而实现静脉显像功能，最终实验结果如图 6 所示。
关键词
静脉显像，近红外，片上系统，嵌入式视觉
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/nous Imaging Method and System
Jiaqi Zhang, Zhuoran Huang, Chaoliang Sun, Xiaoyu Cui*
SINO-DUTCH Biomedical and Information Engineering School, Northeastern University, Shenyang Liaoning Received: Jan. 23 , 2018; accepted: Feb. 16 , 2018; published: Feb. 23 , 2018
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1. 引言
静脉注射、采血和输血是现代医学中抢救和治疗的重要手段，但由于血管深度、脂肪组织、皮肤色 素、血管内血容量等生理因素的不同，对于一些静脉血管不明显的患者，如新生儿、儿童、肥胖人群、 老年人、大出血病人及某些肤色较深的人群，即使是熟练的护士，仅靠肉眼也很难准确地找到静脉所在 位置，往往要经过多次操作才可以定位成功[1]。这不仅会增加病人的痛苦，而且在某些急诊救治等紧急 情况下,每延误一次时机都可能造成严重的后果。近红外光(波长为 700 nm~900 nm)对人体组织穿透深度 强于可见光，且静脉血液中脱氧血红蛋白对近红外光能量吸收明显高于脂肪和黑色素等血管周边组织[2] [3] [4]，因此，采用近红外光成像的方法可以显著提高静脉血管与周围组织的对比度，得到比较清晰的静 脉结构图像[5] [6] [7] [8]。
Keywords
Venous Imaging, Infrared, System on Chip, Embedded Vision
近红外静脉显像方法及系统
张嘉奇，黄卓然，孙超良，崔笑宇*
东北大学中荷生物医学与信息工程学院，辽宁 沈阳
收稿日期：2018年1月23日；录用日期：2018年2月16日；发布日期：2018年2月23日
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Abstract
This paper involves a near-infrared venous imaging system and method. This program uses the Zed board development board taking Zynq-7000 series of FPGA and the A9 dual-core ARM of Xilinx company to buildup image processing circuits. After the near-infrared camera catches figures, they were sent through the USB port into FPGA on the SOC system for image filtering, enhancement and segmentation. By using the excellent parallel processing speed of FPGA, the processing can be finished quickly, figures will be transmitted via HDMI port, LightCraft4500 interface controller into DMD chip projector, eventually DMD projector will project these processed venous figures on opisthenar in real time via the light path, so as to achieve the purpose of accurate position of veins. This device and the method have the characteristics of low cost, low power consumption, real time and simple operation.
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2018, 8(2), 166-172 Published Online February 2018 in Hans. /journal/csa https:///10.12677/csa.2018.82020
850nm LED DMD 850nm LED
LED
Figure 4. The optical path diagram of the theoretical test phase 图 4. 理论试验阶段的光路图 DOI: 10.12677/csa.2018.82020 169 计算机科学与应用
张嘉奇 等
张嘉奇 等
近红外静脉显像系统
图像采集模块
图像处理模块
图像投影模块
Figure 1. Near Infrared Self-registration Venous Imaging System and Method 图 1. 近红外自配准静脉显像系统设计示意图 Table 1. The main parameter of image acquisition module 表 1. 图像采集模块主要参数