基于红外反射光的人体穿刺识别系统设计

基于红外反射光的人体穿刺识别系统设计

静脉穿刺是医院常见的诊断和治疗内容。在穿刺过程中，由于自身血管的狭窄和自身脉搏的粗血管的深度分配，穿刺者无法达到穿刺者眼中视野的最低分辨率。穿刺可能会造成二次伤害，影响后续治疗的效果，严重可能会导致纠纷。国内外研究资料表明一部完整的静脉成像显示仪包括图像采集部分和嵌入式平台两大部分。图像采集部分主要用于获取后端可以处理的静脉血管数字信号,采用CMOS传感器将采集到的信号转变为数字信号,供后端图像处理与显示;嵌入式平台主要用于进行采集后图像的后处理以及图像显示。在嵌入式平台的选取上一定要根据具体要实现的功能相结合,并不是选取的芯片越贵越好;在嵌入式平台选取上要本着简单、易用,便于修改的原则;因为在后端图像处理中要修改嵌入式平台中的应用程序;选取的嵌入式平台与所选取的摄像头相互兼容(如图1所示)。1静脉图像图像采集是整个静脉成像显示仪设计的关键,采集到清晰可识别的静脉图像是后端图像处理的基础,前段采集到的静脉血管与周围组织差值越大后端图像处理可以采取的方法越大,得到的图像越清晰;当波长为700~1100nm接近红外光时可穿透约3mm厚的生物组织1.1ct-ms/ms检测浅表静脉血管反射光与穿透相对比回光信号较弱,选用小功率发光管回光信号几乎不能检测到血管信号,无法满足图像后处理的要求,通过试验测得选用5W的850nm的红外灯光能够观测到浅表静脉血管并具备图像后处理的需求,由于CMOS传感器对于850nm的红外光吸收率是760nm的3~5倍,因此选用850nm;实验中选取成年男性进行试验(如图2所示)。1.2cd的优缺点目前,主流的传感器是CCD与CMOS传感器,在传感器的选取上CCD的感光灵敏度高于CMOS,但在图像传输速率,成本方面CMOS摄像头的优点更为突出,最为重要的是CMOS属于即插即用十分方便,便于操作与使用;实验中选取CMOS传感器,选用的CMOS传感器分辨率要足够高,便于将静脉血管与周围组织进行区分,同时选用传感器的位数要能达到图像处理的取值要求;在实验中选用罗技C-270,8位高清摄像头,分辨率:1280×720DPI,传输接口为USB2.0,感光元件为CMOS,镜头为卡尔-蔡司光学镜头,对焦方式为自动对焦;基本参数满足试验需求。2usb驱动模块嵌入式平台用于图像的处理与处理后图像的显示,在嵌入式平台的选择上应满足以下要求:(1)选择的嵌入式平台主频速度要足够高加图像后处理算法后能够达到时时显示的要求;(2)选择的嵌入式平台内核中要包含使用摄像头的驱动,否则可能需要自己单独编写,在将编写好的驱动程序写入到内核中,达到驱动摄像头的目的;(3)选择的嵌入式系统的USB接口必须为2.0,倘若选择的嵌入式系统的接口为1.0,在图像传输的过程中为确保图片传输速度,一般会选用图像压缩,会造成图像显示较差,其分辨率较差,不能达到区分的需求,实验中选用三星公司推出的S5PV210应用处理器,S5PV210又名“蜂鸟”(Hummingbird),支持DDR2和多个种类的NANDFlash,拥有强大的内部资源和视频处理能力,其运行主频可高达1GHz,1路USBHOST2.0、1路USBOTG2.0,核心板内部包括选用的罗技C-270型号的摄像头驱动;该芯片满足上述要求,可以进行使用2.1平台及实验环境在使用中为便于穿刺的需求,采用开放式环境进行搭建,需在摄像头前端加滤光镜,以去除外界自然光对于红外回光信号的干扰。目前,较为流行的开发平台有3种:(1)wince平台是微软公司近年开发的可将在windows环境下编号的程序直接拷贝,使用十分方便,但需用户自己编写应用程序,其工作量较大,且为收费软件;(2)andriod开发平台是在linux开发平台的基础上进行嵌套,其底层还是依靠linux运行系统,这样在运行中其运行速度会受到影响,但andriod开发环境内包含linux所没有的插件,实现起来相对简单,其界面十分友好;(3)linux开发平台是现今在嵌入式中应用最为广泛的平台;其难点在于平台的搭建,应用程序均能找到,只需做一定的修改就能达到用户的需求,所有代码均为开放式,且为免费应用平台。因此,在嵌入式平台的搭建采用linux的开发平台ubunt12.04版本,在环境搭建中采用VMware虚拟机,该虚拟机的使用能够帮助用户在windows环境下构建自己需要的linux开发环境,可省去重新安装系统的繁琐,操作系统之间也可来回切换,使用十分方便,ubuntu12.04是目前比较新的版本,界面更加人性化,可降低产品开发的成本和有利于后端图像处理代码的编写。2.2显示程序的比较由于linux下摄像头用的uvc驱动,不能像在windows下那样使用,在确定内核中拥有该摄像头驱动后,要有一定的显示程序才能将摄像头采集到的图像信息显示在显示屏上,显示程序为“luvcwiew”程序,通常在互联网上能够免费下载,用户可以根据自身需求进行修改;下载后的程序如不能很好的显示采集到信号可根据需求重新刷新内核,一般能够达到在windows下显示的相同效果。在嵌入式平台红外静脉成像仪的研制中,正如图2所显示的静脉血管虽然能够被肉眼所识别,但其对比度不强,因此要在后端加入图像后处理算法,用于增强血管信号和降低周围中非血管信号,本研究试验中分别选用了“差分法”和“描点法”对静脉血管进行处理,由于反射信号