基于多光谱偏振光的皮肤检测方法及装置

本发明涉及计算机视觉和图像处理领域，尤其涉及基于多光谱偏振光的皮肤检测方法及装置。

背景技术：

1、 人体对于光的反射、折射、吸收等，使得许多生理参数可以通过非接触的方式来完成。目前，生命体征相机已经被用于检测来自人体面部或身体的生理信号，其概念及可行性也在真实的医院场景，如icu、nicu、睡眠医学中心等得到证明。然而，生命体征相机对于生理信号的监测，通常需要选取一个皮肤区域用于生理信号的提取，所被选取皮肤区域即为roi（region of interest）。传统的基于机器学习的方法在选取皮肤时，会包含头发、眉毛等无生理特征意义的区域，无法保证检测区域的生理特性。因此，基于活体皮肤检测选取roi的方法被广泛关注。

2、目前方法中，基于光电容积脉搏波成像技术(photo-plethysmography imaging,ppgi)用于活体皮肤检测的皮肤灌注图法被大量使用，此方法不仅可以有效判断活体皮肤，辅助选取roi，而且其活体检测能力可用于辅助提高防欺诈系统成功率。但在实施时，此方法需要连续测量至少2-3个心脏周期的稳定的ppg信号以获得可供分析的信号，这限制了实际应用的部署，例如：nicu活跃的新生儿难以保持长时间静止使得生理监测持续有效，机场自动识别也无法要求乘客等相当一段时间进行测量和识别。因此，新的方法急需提出，来保证实现实时和准确的生理检测和活体检测，同时还可以真正部署到在实际应用中。

3、所以，目前对于活体皮肤检测的方法仍有待于进一步改进。

技术实现思路

1、本发明提出了基于多光谱偏振光的皮肤检测方法及装置，解决了现有的基于ppgi的活体皮肤检测方法中不具实时性，以及录活体主体的视频也会产生ppg信号干扰而无法完全确认是活体的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

3、本发明提供一种基于多光谱偏振光的皮肤检测方法及装置。

4、一方面，本发明提供了基于多光谱偏振光的皮肤检测方法，包括：

5、通过光源交替发射第一偏振光和第二偏振光照射皮肤，采集所述第一偏振光照射在所述皮肤上的第一图像和所述第二偏振光照射在所述皮肤上的第二图像，其中所述第一偏振光与所述第二偏振光的偏振方向不同；

6、提取所述第一图像的第一像素信息和所述第二图像的第二像素信息；

7、对所述第一像素信息和所述第二像素信息进行降采样处理，并获取所述第一像素信息和所述第二像素信息的差值矩阵；

8、可视化转换所述差值矩阵，得到皮肤热力图。

9、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述第一偏振光的偏振方向与所述第二偏振光的偏振方向垂直。

10、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述通过光源交替发射第一偏振光和第二偏振光照射皮肤，采集所述第一偏振光照射在所述皮肤上的第一图像和所述第二偏振光照射在所述皮肤上的第二图像，包括：

11、以1:1的发射时间向所述皮肤交替发射所述第一偏振光和所述第二偏振光；

12、拍摄所述第一偏振光和所述第二偏振光照射在所述皮肤上的图像，获取所述第一图像和所述第二图像。

13、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述提取所述第一图像的第一像素信息和所述第二图像的第二像素信息，包括：获取所述第一图像的rgb通道像素值作为所述第一像素信息，获取所述第二图像的rgb通道像素值作为所述第二像素信息。

14、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述对所述第一像素信息和所述第二像素信息进行降采样处理，并获取所述第一像素信息和所述第二像素信息的差值矩阵，包括：

15、以0.1的降采样比例处理所述第一像素信息和所述第二像素信息，以盒式核作为插值核对所述第一像素信息和所述第二像素信息进行降采样处理，得到处理后的第一像素信息和处理后的第二像素信息；

16、获取所述处理后的第一像素信息中r通道像素值和g通道像素值的比值为第一r/g值，获取所述处理后的第二像素信息中r通道像素值和g通道像素值的比值为第二r/g值；

17、用所述第二r/g值减去所述第一r/g值，获得所述差值矩阵，其中，r通道为红色通道，g通道为绿色通道。

18、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述可视化转换所述差值矩阵，得到皮肤热力图，包括：

19、将所述差值矩阵中小于0的区域设为0，得到裁剪后的差值矩阵；

20、将所述裁剪后的差值矩阵以1为标准差进行高斯滤波处理得到处理后的差值矩阵；

21、基于所述处理后的差值矩阵中的rgb通道像素值，可视化转换得到所述皮肤热力图。

22、在此技术方案基础上，进一步优选地，基于所述第一像素信息和所述第二像素信息，确定所述第一图像和所述第二图像中的皮肤区域，并通过所述差值矩阵获得所述皮肤区域的所述皮肤热力图。

23、第二方面，本发明还提供了一种基于多光谱偏振光的皮肤检测装置，所述基于多光谱偏振光的皮肤检测装置包括：

24、图像采集模块，用于通过光源交替发射第一偏振光和第二偏振光照射皮肤，采集所述第一偏振光照射在所述皮肤上的第一图像和所述第二偏振光照射在所述皮肤上的第二图像，其中所述第一偏振光为平行偏振光，与所述第二偏振光为交叉偏振光的偏振方向不同；

25、信息提取模块，用于提取所述第一图像的第一像素信息和所述第二图像的第二像素信息；

26、图像处理模块，用于对所述第一像素信息和所述第二像素信息进行降采样处理，并获取所述第一像素信息和所述第二像素信息的差值矩阵；

27、图像生成模块，用于可视化转换所述差值矩阵，得到皮肤热力图。

28、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述图像采集模块包括所述光源、采光器件和偏振片，其中所述光源为时分复用多路led提供的led光源，所述采光器件为相机，所述偏振片设置于所述采光器件与所述皮肤之间。

29、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述图像处理模块包括降采样单元，获取单元和计算单元。

30、所述降采样单元以盒式核作为插值核对所述第一像素信息和所述第二像素信息进行降采样处理；所述获取单元获取所述处理后的第一像素信息中r通道像素值和g通道像素值的比值为第一r/g值，获取所述处理后的第二像素信息中r通道像素值和g通道像素值的比值为第二r/g值；所述计算单元用所述第二r/g值减去所述第一r/g值，获得所述差值矩阵。

31、与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

32、本发明同时结合多光谱技术和偏振光技术，不仅获取物体在不同光谱波段上的光学特性，还分析偏振光对光谱的影响，利用偏振滤除皮肤表面反射光，为分析提供更深层、更准确的信息，从而提高活体皮肤检测和生理监测的准确性和实时性，并提出新颖简单的算法，完成活体皮肤检测。

33、本发明提出的基于多光谱偏振光的皮肤检测装置，利用去极化效果的波长依赖性，多波长皮肤去极化，msd算法仅需平行和交叉偏振下产生的两张图片作为输入，在20帧/秒的摄像机下，活皮肤检测的总持续时间原则上可以小于0.1秒，应用简单。