一种保持表皮原色的静脉显像方法
【专利摘要】本发明公开了一种保持表皮原色的静脉显像方法，包括：采集待检测部位的近红外图像与可见光图像；对近红外图像与可见光图像进行配准；对近红外图像进行直方图最值映射，得到与可见光图像亮度分量极值相对应的近红外输出图像；采用主成分分析法分离可见光图像，然后对分离出的色彩分量进行残差增强，最后对残差增强后的可见光图像进行主成分分析逆变换，得到可见光输出图像；对近红外输出图像进行双边滤波，并将双边滤波后的图像与可见光输出图像Z进行融合，得到融合后的彩色图像。本发明解决了传统静脉显示图像不真实的问题，可以保证融合后的彩色图像不仅静脉分布精确且细节明显，还能保持非静脉区域表皮的原色，可广泛应用于医学图像处理领域。
【专利说明】一种保持表皮原色的静脉显像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学图像处理领域，尤其是一种保持表皮原色的静脉显像方法。
【背景技术】
[0002] 静脉分布图像的获取与处理在个体识别和医学诊疗等领域具有重要的应用价值， 已成为生物医学成像领域的重要研究课题之一。由于在可见光波段往往难以获得完整的静 脉分布信息，人们通常利用血红蛋白对近红外光的强吸收特性，通过红外成像获取清晰的 静脉分布图。借助静脉显示设备进行儿童静脉穿刺，能够显著地提高穿刺的成功率。
[0003] 目前，业内主要存在静脉显示和静脉投影这两种获取皮下静脉分布图的方式：静 脉显示就是利用近红外光对皮下静脉成像，将相机获得的图像在显示器上显示出来，以供 医护人员使用；静脉投影就是利用相机获取皮下静脉在近红外的分布图像，再通过微型投 影系统投影精确投影在手上。
[0004] 但是，静脉显示和静脉投影会丢失人体皮肤的真实色彩和细节特征，在诊疗过程 中给医生带来视觉上的不真实感：静脉显示的静脉分布图像近乎黑白图像，几乎完全丢失 了手背原有的色彩信息，而静脉投影所显示的静脉分布图像的颜色主要由投影光的颜色来 决定，即辨识区域内的表皮颜色和投影光颜色一致，这就不可避免地导致辨识区域内的表 皮颜色失真。为解决这一问题，可对人体表皮的近红外图像和彩色图像进行融合，以提高显 示效果。但将传统的图像融合算法应用于静脉图像的显示，会存在色彩失真和细节特征不 明显的问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种显示图像真实、不存在色彩失 真且细节特征明显的，可保持表皮原色的静脉显像方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种保持表皮原色的静脉显像方法，包括：
[0008] A、采集待检测部位的近红外图像与可见光图像；
[0009] B、对近红外图像与可见光图像进行配准，从而使可见光图像与近红外图像的位置 相对应；
[0010] C、对近红外图像进行直方图最值映射，从而得到与可见光图像亮度分量极值相对 应的近红外输出图像IN;
[0011] D、采用主成分分析法分离可见光图像，然后对分离出的色彩分量进行残差增强， 最后对残差增强后的可见光图像进行主成分分析逆变换，从而得到可见光输出图像Z ;
[0012] E、对近红外输出图像IN进行双边滤波，并将双边滤波后的图像与可见光输出图像 Z进行融合，从而得到融合后的彩色图像。
[0013] 进一步，所述步骤B，其包括：
[0014] B1、对近红外图像与可见光图像进行去色处理，转化为两幅灰度图像，并以两幅灰 度图像的右上角区域作为配准区域，然后提取两幅图像配准区域的边缘特征；
[0015] B2、以经过边缘特征提取的近红外配准区域图像作为参考图像，以经过边缘特征 提取的可见光配准区域图像作为待配准图像，对待配准图像与参考图像进行特征匹配，从 而计算出可见光图像相对于近红外图像的位置偏差；
[0016] B3、根据计算的位置偏差平移可见光图像，从而使可见光图像与近红外图像的位 置相对应。
[0017] 进一步，所述步骤C，其包括：
[0018] C1、对近红外图像与彩色图像进行HIS变换，从而将近红外图像与彩色图像从RGB 空间变换到HIS空间；
[0019] C2、根据归一化公式对经过HIS变换后的近红外图像的亮度分量进行归一化处 理，所述归一化公式为：
【权利要求】
1. 一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：包括： A、 采集待检测部位的近红外图像与可见光图像； B、 对近红外图像与可见光图像进行配准，从而使可见光图像与近红外图像的位置相对 应； C、 对近红外图像进行直方图最值映射，从而得到与可见光图像亮度分量极值相对应的 近红外输出图像IN; D、 采用主成分分析法分离可见光图像，然后对分离出的色彩分量进行残差增强，最后 对残差增强后的可见光图像进行主成分分析逆变换，从而得到可见光输出图像Z ; E、 对近红外输出图像IN进行双边滤波，并将双边滤波后的图像与可见光输出图像Z进 行融合，从而得到融合后的彩色图像。
2. 根据权利要求1所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述步骤 B，其包括： B1、对近红外图像与可见光图像进行去色处理，转化为两幅灰度图像，并以两幅灰度图 像的右上角区域作为配准区域，然后提取两幅图像配准区域的边缘特征； B2、以经过边缘特征提取的近红外配准区域图像作为参考图像，以经过边缘特征提取 的可见光配准区域图像作为待配准图像，对待配准图像与参考图像进行特征匹配，从而计 算出可见光图像相对于近红外图像的位置偏差； B3、根据计算的位置偏差平移可见光图像，从而使可见光图像与近红外图像的位置相 对应。
3. 根据权利要求1所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述步骤 C，其包括： C1、对近红外图像与彩色图像进行HIS变换，从而将近红外图像与彩色图像从RGB空间 变换到HIS空间； C2、根据归一化公式对经过HIS变换后的近红外图像的亮度分量进行归一化处理，所 述归一化公式为：
其中，pix(x，y)为亮度分量的原始像素值，pix' (X，y)为归一化处理后的像素值， pixmax和pixmin分别为亮度分量的最大值和最小值： C3、统计经过HIS变换后的可见光图像亮度分量的最大值与最小值; C4、根据归一化处理和统计的结果对经过HIS变换后的近红外图像进行直方图最值映 射，从而得到近红外输出图像IN，所述近红外输出图像IN的亮度分量的表达式 为：
4. 根据权利要求1所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述步骤 D，其包括： D1、将可见光图像的三维彩色图像矩阵x[A,B,N]转换为二维矩阵X，所述二维矩阵X的表 达式为： Χ= [X⑴ X? X⑶…XW]T， 其中，X为MXN阶矩阵，M = A*B，N = 3, A、B为可见光图像的长和宽，x(k)为X的列向 量，k = 1，2, 3，一,111,111为MXN阶矩阵的行数； D2、计算二维矩阵X的协方差矩阵，所述二维矩阵X的协方差矩阵XXT的表达式为：
其中
η为ΜX Ν阶矩阵的列数； D3、计算协方差矩阵ΧΧΤ的特征值和对应的特征向量，并将计算的结果记为 了 ，然后经主成分分析变换由x(k)变换得到结果y(k)，所述y (k)的表达式为：y(k) =QTx(k)，其中，r为XXT的秩，qU)为对应的特征值，Q为PCA变换矩阵，Q = [q(1) q(2) q(3)]， 且 > q? > q(3); D4、对经主成分分析变换后的可见光图像的色彩分量进行残差增强，从而得到被增强K 通道图像信号>：?>，所述被增强K通道图像信号>的表达式为：
其中，W为预设的MXM阶矩阵，少为y(k)的均值； D5、对经残差增强后的可见光图像进行主成分分析逆变换，从而得到可见光输出图像 Z。
5. 根据权利要求4所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述W的 第P行、第q列的元素[W]M的表达式为：
其中，δ的取值在1到1.8之间，δ为预先通过计算得到的常数。
6. 根据权利要求1所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述步骤 Ε，其包括： Ε1、采用快速双边滤波算法对近红外输出图像ΙΝ进行双边滤波，从而得到双边滤波后 的图像 E2、用近红外输出图像^减去双边滤波后的图像/益得到差值图像IDT ; E3、将差值图像IDT叠加到近红外输出图像IN上，得到融合后的亮度分量Ifusim ; E4、把得到的亮度分量Ifusim和可见光输出图像Z的颜色信息进行重新组合，从而得到 融合后的彩色图像。
7.根据权利要求6所述的一种保持表皮原色的静脉显像方法，其特征在于：所述步骤 E1，其具体为： 采用快速双边滤波算法对近红外输出图像IN进行双边滤波，从而得到双边滤波后的图 像所述双边滤波算法所采用的双边滤波公式为：
其中，P和S均为近红外输出图像的像素点，DJP，S)和仏忆S)均表示近红外输出图 像中P像素点与S像素点的像素差，Ω为S像素点的邻域，Ip为近红外输出图像像P像素 点的像素值，s为| |p-s| |为红外输出图像中p像素点与s像素点的欧氏距离，g(p, s)为 核密度函数，且满足：
【文档编号】G06T5/50GK104123703SQ201410326728
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】邸思, 刘鹏, 金建, 陈贤帅, 杜如虚 申请人:广州中国科学院先进技术研究所