[发明专利]一种基于多光谱图像的3D指静脉提取方法及系统

权利要求书

1.一种基于多光谱图像的3D指静脉提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，分别在可见光谱和近红外光谱下采集指静脉图像，在700-1000nm波段范围下以单位波长或预设波长的间隔逐步增大光源波长，依次对指静脉进行指静脉图像的采集，进而获得一组连续的指静脉二维图像；在700-780nm波段范围中，采用可见光谱采集指静脉图像；在780-1000nm波段范围中，采用近红外光谱采集指静脉图像；

步骤S2，对采集的指静脉图像进行图像预处理；

所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S201，对采集的指静脉图像采用中值滤波器进行平滑处理；

步骤S202，对平滑处理后的指静脉图像进行灰度归一化处理，先获得图像的灰度分布范围，随后将图像中的每一个像素点通过公式映射到0～255灰度范围内，其中，I_x表示平滑处理前的指静脉图像中一个像素点的像素值，I_y表示进行归一化后该像素点的像素值，I_min表示平滑处理前的指静脉图像灰度值的最小值，I_max表示平滑处理前的指静脉图像灰度值的最大值；

步骤S203，检测指静脉图像是否倾斜，若是则进行校正后跳转至步骤S3，若否则直接跳转至步骤S3；

所述步骤S203还包括以下子步骤：

步骤S2031，去除背景中的噪声及图像中的无效信息，保留完整的手指区域作为指静脉感兴趣区域的候选区域；

步骤S2032，通过边缘检测算子在所述指静脉感兴趣候选区域中检测手指的边缘，生成手指边缘二值图像，并对二值图像进行降噪处理；

步骤S2033，在降噪后的二值手指边缘图像中，计算出每一行中手指左右边缘的中点，利用线性拟合的方法产生一条直线，得到手指中线；

步骤S2034，通过步骤S2031至步骤S2033计算每一个指静脉图像中所有中点的最大值和最小值之间的差值，若差值大于预设差值，则认为指静脉图像存在倾斜；若存在倾斜，则将手指中线的倾斜角度作为指静脉图像的倾斜角度，利用该倾斜角度对指静脉图像进行校正；

步骤S3，对预处理后的指静脉图像进行指静脉感兴趣区域提取；

步骤S4，对提取出指静脉纹理特征的每一幅指静脉图像，通过指静脉纹理特征在不同指静脉图像中对应的体现形式，恢复出指静脉不同部位的深度信息，通过对多幅像素点包含三维坐标信息的二维指静脉图像进行堆叠，还原出指静脉的三维结构。

2.根据权利要求1所述的基于多光谱图像的3D指静脉提取方法，其特征在于，所述步骤S1中，采集从指尖开始至少2个指节的长度作为指静脉图像的成像范围。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的基于多光谱图像的3D指静脉提取方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过指静脉图像中手指的远端指间关节和近端指间关节之间的高度作为指静脉感兴趣区域的高度，通过边缘检测器找出手指左右边缘的间距作为指静脉感兴趣区域的宽度，以此提取出所述指静脉感兴趣区域。

4.根据权利要求1至2任意一项所述的基于多光谱图像的3D指静脉提取方法，其特征在于，所述步骤S4中，还原指静脉三维结构的实现过程为：通过Gabor滤波器提取出指静脉图像中的指静脉纹理特征，然后对指静脉图像进行二值化处理，将提取出的指静脉感兴趣区域的像素值设置为1，其它背景信息像素值设置为0，对指静脉图像中的每一个像素点，添加第三个维度的坐标值描述其深度信息，进而获得一组具有三维空间坐标的像素点，将这些像素点堆叠起来，得到一个存放三维指静脉结构的三维坐标信息的三维稀疏矩阵，最后通过三维可视化工具得到所构建的指静脉的三维结构。

5.根据权利要求1至2任意一项所述的基于多光谱图像的3D指静脉提取方法，其特征在于，还包括步骤S5，对指静脉感兴趣区域提取后的指静脉图像进行融合；所述步骤S5包括以下子步骤：

步骤S501，针对经过图像预处理和指静脉感兴趣区域后的不同波段下的指静脉图像，进行亮度和对比度增强处理，并采用特征检测算子提取出指静脉图像中的特征点；

步骤S502，在连续波段下采集的一组指静脉图像结果中，通过仿射变换，依次将前后相邻的两幅指静脉图像的特征点对准，实现指静脉图像的配准；

步骤S503，采用加权平均法对所有波段下的指静脉图像进行融合，融合过程为将前一幅指静脉图像对应的像素乘上一个预设系数，再叠加到另一幅指静脉图像上，以获取指静脉融合图像。