[發明專利]一種基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法及系統

有效

• 申請號: 201910522049.6
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110298273B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉鳳;沈才雄;劉國杰;沈琳琳;賴志輝
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06V40/10
• 分類號: G06V40/10
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡玉

1.一種基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，分別在可見光譜和近紅外光譜下采集指靜脈圖像，在700-1000nm波段范圍下以單位波長或預設波長的間隔逐步增大光源波長，依次對指靜脈進行指靜脈圖像的采集，進而獲得一組連續的指靜脈二維圖像；在700-780nm波段范圍中，采用可見光譜采集指靜脈圖像；在780-1000nm波段范圍中，采用近紅外光譜采集指靜脈圖像；

步驟S2，對采集的指靜脈圖像進行圖像預處理；

所述步驟S2包括以下子步驟：

步驟S201，對采集的指靜脈圖像采用中值濾波器進行平滑處理；

步驟S202，對平滑處理后的指靜脈圖像進行灰度歸一化處理，先獲得圖像的灰度分布范圍，隨后將圖像中的每一個像素點通過公式映射到0～255灰度范圍內，其中，I_x表示平滑處理前的指靜脈圖像中一個像素點的像素值，I_y表示進行歸一化后該像素點的像素值，I_min表示平滑處理前的指靜脈圖像灰度值的最小值，I_max表示平滑處理前的指靜脈圖像灰度值的最大值；

步驟S203，檢測指靜脈圖像是否傾斜，若是則進行校正后跳轉至步驟S3，若否則直接跳轉至步驟S3；

所述步驟S203還包括以下子步驟：

步驟S2031，去除背景中的噪聲及圖像中的無效信息，保留完整的手指區域作為指靜脈感興趣區域的候選區域；

步驟S2032，通過邊緣檢測算子在所述指靜脈感興趣候選區域中檢測手指的邊緣，生成手指邊緣二值圖像，并對二值圖像進行降噪處理；

步驟S2033，在降噪后的二值手指邊緣圖像中，計算出每一行中手指左右邊緣的中點，利用線性擬合的方法產生一條直線，得到手指中線；

步驟S2034，通過步驟S2031至步驟S2033計算每一個指靜脈圖像中所有中點的最大值和最小值之間的差值，若差值大于預設差值，則認為指靜脈圖像存在傾斜；若存在傾斜，則將手指中線的傾斜角度作為指靜脈圖像的傾斜角度，利用該傾斜角度對指靜脈圖像進行校正；

步驟S3，對預處理后的指靜脈圖像進行指靜脈感興趣區域提取；

步驟S4，對提取出指靜脈紋理特征的每一幅指靜脈圖像，通過指靜脈紋理特征在不同指靜脈圖像中對應的體現形式，恢復出指靜脈不同部位的深度信息，通過對多幅像素點包含三維坐標信息的二維指靜脈圖像進行堆疊，還原出指靜脈的三維結構。

2.根據權利要求1所述的基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法，其特征在于，所述步驟S1中，采集從指尖開始至少2個指節的長度作為指靜脈圖像的成像范圍。

3.根據權利要求1至2任意一項所述的基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法，其特征在于，所述步驟S3中，通過指靜脈圖像中手指的遠端指間關節和近端指間關節之間的高度作為指靜脈感興趣區域的高度，通過邊緣檢測器找出手指左右邊緣的間距作為指靜脈感興趣區域的寬度，以此提取出所述指靜脈感興趣區域。

4.根據權利要求1至2任意一項所述的基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法，其特征在于，所述步驟S4中，還原指靜脈三維結構的實現過程為：通過Gabor濾波器提取出指靜脈圖像中的指靜脈紋理特征，然后對指靜脈圖像進行二值化處理，將提取出的指靜脈感興趣區域的像素值設置為1，其它背景信息像素值設置為0，對指靜脈圖像中的每一個像素點，添加第三個維度的坐標值描述其深度信息，進而獲得一組具有三維空間坐標的像素點，將這些像素點堆疊起來，得到一個存放三維指靜脈結構的三維坐標信息的三維稀疏矩陣，最后通過三維可視化工具得到所構建的指靜脈的三維結構。

5.根據權利要求1至2任意一項所述的基于多光譜圖像的3D指靜脈提取方法，其特征在于，還包括步驟S5，對指靜脈感興趣區域提取后的指靜脈圖像進行融合；所述步驟S5包括以下子步驟：

步驟S501，針對經過圖像預處理和指靜脈感興趣區域后的不同波段下的指靜脈圖像，進行亮度和對比度增強處理，并采用特征檢測算子提取出指靜脈圖像中的特征點；

步驟S502，在連續波段下采集的一組指靜脈圖像結果中，通過仿射變換，依次將前后相鄰的兩幅指靜脈圖像的特征點對準，實現指靜脈圖像的配準；

步驟S503，采用加權平均法對所有波段下的指靜脈圖像進行融合，融合過程為將前一幅指靜脈圖像對應的像素乘上一個預設系數，再疊加到另一幅指靜脈圖像上，以獲取指靜脈融合圖像。