一种活体漫反射图像获取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种活体漫反射图像获取方法及装置，属于图像技术领域和测量装置领域，该方法包括：图像采集模块，图像处理模块，图像输出模块；图像采集模块，使用特定光谱光源作为探测光，采集包含漫反射成分和镜面反射成分的活体时序图像；图像处理模块，其分为脉动交流成分与直流成分分离、基于颜色空间投影的漫反射成分与镜面反射成分分离和融合脉动交流与直流成分中的漫反射成分三个步骤；图像输出模块，将融合后得到的活体漫反射图像输出显示。具有真实性和鲁棒性，成本低，获取方式对生物无损害。

【技术实现步骤摘要】
一种活体漫反射图像获取方法及装置
本专利技术涉及一种活体漫反射图像获取方法及装置，属于图像
和测量装置领域。
技术介绍
传统相机拍摄活体图像时，根据双色模型可知，图像中同时包含镜面反射信号和漫反射信号。在对活体生理信号进行研究时，人们往往更加关注和活体组织成分相关的漫反射信号，这就需要一种可以单独探测活体漫反射信号图像的方法。目前用于探测活体漫反射图像的方法主要为正交偏振成像，及在光源端加入起偏器，使探测光源为线性偏振光，基于生物组织复散退偏的原理，漫反射光线将失去线性偏振特性，而没有深入组织的光线将依旧保持线性偏振特性，在CCD靶面前端加入垂直于起偏器的检偏器，即可实现漫反射图像的获取。但该方法需要在进行探测时加入偏振元件，使在实际应用时硬件成本增加且不易于推广。目前，现有方法并没有在不使用偏振元件下实现活体漫反射图像的探测，本专利技术基于该技术问题，专利技术了一种活体漫反射图像检测方法及装置，在不使用偏振元件的情况下实现对活体漫反射图像的探测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种活体漫反射图像获取方法及装置。本专利技术的具体技术方案如下：第一方面，本公开实施例提供了一种活体漫反射图像获取方法，该方法包括：采集时序活体图像，所述活体图像为使用具有特定光谱特性的光源进行探测的RGB图像，其信息中包含了入射至活体组织内的漫反射成分和直接从活体表面反射的镜面反射成分；活体图像处理，包括如下步骤：基于活体的生理特性，分离时序图像中的直流成分和时序图像中因活体内血流周期性脉动引起的交流成分；基于漫反射光和镜面反射光的光谱特征，借助探测光源光谱特性和探测器光谱响应的先验知识，使用颜色空间投影的方法，实现对不同分量中镜面反射和漫反射成分的分离；将不同分量中的漫反射成分进行重新融合，获得活体漫反射图像。在上述活体图像处理方法中，所述基于活体的生理特性，分离时序图像中的直流成分和时序图像中因活体内血流周期性脉动引起的交流成分，包括：计算每一帧活体图像包含活体目标全部像素进行空间平均，得到一维时序信号；根据探测活体的心率生理特征，对获得的一维时序信号进行频域分析，获得与血液脉动相关信号的中心频率fHR；对每一帧活体图像进行空间滤波，对于每个像素域使用fHR进行频域滤波，分离脉动交流信号和直流信号。在上述活体图像处理方法中，所述基于漫反射光和镜面反射光的光谱特征，借助探测光源光谱特性和探测器光谱响应的先验知识，使用颜色空间投影的方法，实现对不同分量中镜面反射和漫反射成分的分离，包括：根据光源光谱特性和探测光谱响应函数计算光源光谱在探测图像RGB颜色空间的单位向量，获得垂直于该向量平面的投影矩阵P；根据投影矩阵P，将已分离的脉动交流分量和直流分量投影到特定颜色空间平面内，获得去除镜面反射的漫反射脉动交流分量和漫反射直流分量。第二方面，本公开实施例提供了一种活体漫反射图像获取装置，包括：图像采集模块，用于获取时序活体图像，该模块中包含了一个具有特殊光谱特性的探测光源和已知响应光谱的探测器；处理模块，用于活体时序图像处理，得到活体漫反射图像；输出模块，用于将获得的活体漫反射图像结果输出显示。本专利技术具有以下有益效果：本方法主要针对生理信号检测领域的漫反射图像采集问题，提出了一种无需使用偏振器件即可对活体漫反射图像进行采集的方法，具有更好的适用性，更有利于推广；利用漫反射光和镜面反射光线性叠加原理和活体漫反射光和镜面反射光在光谱特性上的差异，实现了对两者的分离，该方法分离得到的漫反射图像具有极高的可靠性，且不受到探测表面是否光滑等因素影响，具有极高鲁棒性；利用活体的生理特性，实现在分离镜面反射和漫反射成分的过程中，对感兴趣信号进行滤波处理，使该方法具有较高的信噪比。附图说明图1为本公开实施例提供的一种活体漫反射图像获取方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。这些详细的描述旨在帮助理解本专利技术，而不应被用于限制本专利技术。根据本专利技术公开的内容，本领域技术人员明白，可以不需要一些或者所有这些特定细节即可实施本专利技术。而在其它情况下，为了避免将专利技术创造淡化，未详细描述众所周知的操作过程。参照图1，本公开实施例提供一种活体漫反射图像获取方法，包括：S1，采集时序活体图像，该探测光源的光谱可根据选择可见光400nm-700nm波段，使用CCD相机进行探测，获取含有漫反射成分和镜面反射成分的活体时序图像，该时序图像的采样频率应满足后续频域分析的需求；根据双色模型，采集到的时序活体图像可用(1)表示：Icam(x,y,t)＝I(x,y)[vs(x,y,t)+vd(x,y,t)]+n(x,y,t)(1)其中Icam(x,y,t)代表实际采集到的时序图像，x和y代表图像上不同位置的像素，t代表时间，Icam由三个颜色通道图像组成，即Icam＝(Ir,Ig,Ib)T，I(x,y)图像不同空间位置入射光强度，vs(x,y,t)和vd(x,y,t)代表镜面反射和漫反射对于入射光强在三个通道下的调制，n(x,y,t)代表探测器的量化噪声。S2，分离图像的脉动交流分量和直流分量，具体计算过程可以包括：选择感兴趣的颜色通道，计算每一帧活体图像包含活体目标全部像素进行空间平均，得到一维时序信号Ivivo(t)，具体计算可表示为(2):i代表分析生理信号时感兴趣的颜色通道，Svivo代表活体目标所在的区域；对获得的Ivivo(t)进行频域分析，求取活体的心率HR，即获得与血液脉动相关信号的中心频率fHR，具体计算可表示为(3):将每一帧活体图像进行空间滤波，提高信噪比，计算可表示为(4)：对每个像素时序信号进行滤波，使用带通滤波器求取(fHR-Δf，fHR+Δf)频率内的脉动交流信号IAC，使用低通滤波器得到直流信号IDC；根据上述计算后，得到的脉动交流分量IAC(x,y,t)＝ISpecular_AC(x,y,t)+IDiffuse_AC(x,y,t)，包含了由心脏脉动引起的表面振动导致的镜面反射交流成分ISpecular_AC(x,y,t)和由于心脏脉动引起的血液容积变化导致的漫反射交流成分IDiffuse_AC(x,y,t)，得到的直流分量IDC(x,y)＝ISpecular_DC(x,y)+IDiffuse_DC(x,y)，也包括了镜面反射成分和漫反射成分。S3，对不同分量中镜面反射和漫反射成分的分离，具体计算过程可以包括：根据已知探测光源光谱和探测器的光谱响应函数,得到探测光源在图像RGB空间的单位向量μs，并计算在RGB空间垂直于μs的平面的正交投影矩阵P，计算可表示为公式(5)：P·μs＝(00)T(5)根据投影矩阵P，将已分离的脉动交流分量和直流分量投影到垂直于μs颜色本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活体漫反射图像获取方法，其特征在于，包括：/n采集活体图像，所述活体图像为使用具有特定光谱特性的光源进行探测的RGB图像，其信息中包含了入射至活体组织内的漫反射成分和直接从活体表面反射的镜面反射成分；/n活体图像处理，包括如下步骤：/n第一步，基于活体的生理特性，分离时序图像中的直流成分和时序图像中因活体内血流周期性脉动引起的交流成分；/n第二步，基于漫反射光和镜面反射光的光谱特征，借助探测光源光谱特性和探测器光谱响应的先验知识，使用颜色空间投影的方法，实现对不同分量中镜面反射和漫反射成分的分离；/n第三步，将不同分量中的漫反射成分进行重新融合，获得活体漫反射图像；/n活体漫反射图像输出，将经过上述处理后得到的活体漫反射图像进行输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种活体漫反射图像获取方法，其特征在于，包括：
采集活体图像，所述活体图像为使用具有特定光谱特性的光源进行探测的RGB图像，其信息中包含了入射至活体组织内的漫反射成分和直接从活体表面反射的镜面反射成分；
活体图像处理，包括如下步骤：
第一步，基于活体的生理特性，分离时序图像中的直流成分和时序图像中因活体内血流周期性脉动引起的交流成分；
第二步，基于漫反射光和镜面反射光的光谱特征，借助探测光源光谱特性和探测器光谱响应的先验知识，使用颜色空间投影的方法，实现对不同分量中镜面反射和漫反射成分的分离；
第三步，将不同分量中的漫反射成分进行重新融合，获得活体漫反射图像；
活体漫反射图像输出，将经过上述处理后得到的活体漫反射图像进行输出。


2.根据权利要求1所述的方法，所述基于活体的生理特性，分离时序图像中的直流成分和时序图像中因活体内血流周...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃进，原静，孔令琴，徐歌，董立泉，刘明，惠梅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11