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基于深度学习的多波段手背静脉图像映射技术研究

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基于深度学习的多波段手背静脉图像映射技术研究

作者：孙伟业重庆科技学院

学位级别：硕士

在医护人员实施手背静脉穿刺时,准确快速地定位到静脉是保障穿刺成功率的关键。现有的静脉显像设备需要近红外光照下清晰的皮肤浅表静脉图像,本文通过前期研究发现,人体手背在可见光波段下所成图像中较弱的静脉特征,与近红外光波段下所... 详细信息

在医护人员实施手背静脉穿刺时,准确快速地定位到静脉是保障穿刺成功率的关键。现有的静脉显像设备需要近红外光照下清晰的皮肤浅表静脉图像,本文通过前期研究发现,人体手背在可见光波段下所成图像中较弱的静脉特征,与近红外光波段下所成图像存在静脉纹路信息的重叠和互补。本文提出先将两个波段下手背图像进行融合,得到兼顾二者优点的融合图像作为映射目标,再建立可见光波段手背静脉图像到融合图像的深度学习映射网络,可以最大程度地利用容易获得的可见光波段手背图像,对手背图像进行静脉特征增强,实现可见光下的静脉“可视化”,同时省去近红外造影的专用设备。为此,本文展开了以下研究工作:(1)设计并制作了一台多波段手背静脉图像采集装置,采用双目相机进行多波段的手背静脉图像采集,通过双目标定和配准,获得多波段手背静脉图像数据集。(2)通过图像融合方案,解决仅以近红外图像作为目标图像时存在的颜色、纹理等特征丢失问题。分别探究了基于空间域、变换域以及深度学习的图像融合方法,并结合Gabor滤波方法,通过原始可见光下静脉图像和近红外光下静脉图像,得到既能保持可见光图像的色彩和细节信息,又能显示近红外图像中的高对比度静脉分布的融合图像。(3)设计了一种改进的Pix2Pix生成对抗网络,通过将生成器的四层结构加深至六层,并添加残差模块,实现高效的特征提取;然后用Smooth L1损失函数来替换原有的L1损失函数,通过将宽波段可见光图像映射到多波段融合图像,实现微弱静脉信息的特征增强。(4)展开与深度自编码器、Cycle GAN、原生Pix2Pix模型的对比实验,实验结果表明,应用本文方法的生成图像具备更好的图像质量,该方法移除了现有静脉成像技术中对近红外光的硬性需求,实现了仅基于可见光的手背静脉增强和显像。

关键词：手背静脉多波段图像融合多波段图像映射 Pix2Pix

一种基于双PCA的动态空间手背静脉图像合成方法

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计算机研究与发展 2014年第10期51卷 2302-2307页

作者：王一丁姜楠李克峰北方工业大学信息工程学院北京100144

目前对手背静脉识别问题的研究大多是在较小规模的数据上进行,几乎没有在大样本情况下对手背静脉识别进行实验.因此,为了扩充手背静脉样本库提出了一种新的手背静脉图像合成方法,其基本思想是源于PCA(principal component analysis)原理... 详细信息

目前对手背静脉识别问题的研究大多是在较小规模的数据上进行,几乎没有在大样本情况下对手背静脉识别进行实验.因此,为了扩充手背静脉样本库提出了一种新的手背静脉图像合成方法,其基本思想是源于PCA(principal component analysis)原理,将用于合成的样本分为2组,对一组进行主成份分析构造特征空间,再由另一组向特征空间投影得到的投影系数构造投影空间,最后利用投影空间的投影系数在特征空间上进行PCA重建,从而融合双空间的信息达到图像合成的目的.通过对分组选取的动态更新,可以大量地合成手背静脉图像样本.由此,在实际实验中在拥有94个人的原始图像数据库的基础上建立一个拥有8 007个人的合成图像数据库.合成图像数据库的识别率达到97.84%.良好的识别率说明了合成图像数据库今后可以用于手背静脉相关的模拟测试中.

关键词：主分量分析手背静脉图像合成动态空间生物识别

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基于SURF算子的快速手背静脉识别

仪器仪表学报 2011年第4期32卷 831-836页

作者：李秀艳刘铁根邓仕超何瑾王云新天津大学精仪学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072 北京工业大学应用数理学院北京100024

提出基于加速鲁棒性特征(speeded-up robust features,SURF)的手背静脉识别算法。首先对手背静脉图像进行预处理,提取手背静脉感兴趣区域(ROI),然后提取手背静脉的局部SURF特征,基于欧式距离实现测试样本和注册样本特征点的匹配,并剔除... 详细信息

提出基于加速鲁棒性特征(speeded-up robust features,SURF)的手背静脉识别算法。首先对手背静脉图像进行预处理,提取手背静脉感兴趣区域(ROI),然后提取手背静脉的局部SURF特征,基于欧式距离实现测试样本和注册样本特征点的匹配,并剔除错误匹配对,最后计算匹配率作为待识别样本和注册样本之间的相似度测试实现身份识别。利用TJU手背静脉图像数据库对算法性能进行测试,在认证模式下等错率为0.07%,平均识别时间0.153 s。实验结果证明该算法可以快速有效地实现手背静脉识别。

关键词：生物特征手背静脉 SURF 身份识别

具有活体检测功能的手背静脉身份识别方法研究

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光学学报 2021年第6期41卷 84-91页

作者：陈秀莲黄梅珍富雨超上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学与工程系上海200240

针对身份识别容易被仿冒和造假的问题,提出了一种利用近红外相机捕获手背静脉同时具有活体检测功能的身份识别方法,手背静脉图像提供静脉特征作为身份识别的依据,与此同时获取的脉搏波的周期性特征作为活体检测的标志。利用自行搭建的... 详细信息

针对身份识别容易被仿冒和造假的问题,提出了一种利用近红外相机捕获手背静脉同时具有活体检测功能的身份识别方法,手背静脉图像提供静脉特征作为身份识别的依据,与此同时获取的脉搏波的周期性特征作为活体检测的标志。利用自行搭建的手背静脉和脉搏波捕获实验装置,研究了70个个体的手背静脉图像以及活体和假体的静脉图像特征,并提出了提高身份识别准确率的算法。采用主成分分析对活体静脉特征向量进行降维,降低分类算法的复杂度,结合马氏距离去除异常样本,以提高识别精度,再采用参数优化的随机森林算法和支持向量机算法实现了手背静脉的精准识别。结果表明:基于手背静脉特征结合随机森林算法和支持向量机算法可以对不同个体进行身份识别,识别准确率分别为99.28%和99.86%,识别时间分别为0.368 s和0.110 s。

关键词：图像处理模式识别近红外成像手背静脉活体检测主成分分析马氏距离

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基于手背静脉的生物特征识别系统

光学学报 2009年第12期29卷 3339-3343页

作者：刘铁根王云新李秀艳江俊峰周苏晋天津大学精仪学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

手背静脉识别利用静脉血管分布的网络结构实现个人身份鉴定,是一种新兴的生物特征识别技术。分析了静脉成像原理,设计了静脉图像采集系统,并建立了具有较高质量的手背静脉图像数据库。在身份识别过程中,首先对手背静脉图像进行滤波和灰... 详细信息

手背静脉识别利用静脉血管分布的网络结构实现个人身份鉴定,是一种新兴的生物特征识别技术。分析了静脉成像原理,设计了静脉图像采集系统,并建立了具有较高质量的手背静脉图像数据库。在身份识别过程中,首先对手背静脉图像进行滤波和灰度归一化等预处理,然后对图像进行二级小波包分解,并利用得到的细节图像提取手背静脉的纹理特征,最后将k近邻分类器和支持向量机相结合实现了个人身份识别。在识别模式下利用建立的手背静脉图像数据库对本系统进行了性能测试,实验结果表明该系统具有较高的识别性能,其正确识别率达99.07%,应用前景十分广阔。

关键词：模式识别图像数据库小波包分解支持向量机手背静脉

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基于局部SIFT分析的手背静脉识别

光电子．激光 2009年第5期20卷 681-684页

作者：王云新刘铁根江俊峰张忠传周苏晋天津大学精仪学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

针对新兴的手背静脉识别技术,提出了一种具有位移和旋转不变性的局部尺度不变特征(SIFT,scale invariant feature transform)分析方法。首先确定手背静脉图像的感兴趣区域(ROI)并对其进行滤波去噪,然后提取手背静脉血管的SIFT并对特征... 详细信息

针对新兴的手背静脉识别技术,提出了一种具有位移和旋转不变性的局部尺度不变特征(SIFT,scale invariant feature transform)分析方法。首先确定手背静脉图像的感兴趣区域(ROI)并对其进行滤波去噪,然后提取手背静脉血管的SIFT并对特征点进行匹配,最后计算注册样本和待识别样本的特征匹配率并以此作为相似性测度进行身份识别。利用我们建立的手背静脉血管图像数据库对该算法进行了性能测试,并与目前最典型的识别方法进行了对比。实验结果表明,本算法具有更好的识别性能,其中识别速度得到了很大的提高。

关键词：生物特征手背静脉尺度不变特征(SIFT) 模式识别

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嵌入式人体手背静脉图像采集系统的研制

仪器仪表学报 2009年第2期30卷 308-312页

作者：王云新刘铁根朱均超霍晓飞江俊峰天津大学精仪学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

针对手背静脉识别技术的应用,基于嵌入式系统研制了一套人体手背静脉血管图像采集装置。根据手背静脉成像的原理和特点,设计了该图像采集系统的结构。首先利用光学仿真软件LightTools对光源的参数进行最优化选择,并根据仿真结果设计制... 详细信息

针对手背静脉识别技术的应用,基于嵌入式系统研制了一套人体手背静脉血管图像采集装置。根据手背静脉成像的原理和特点,设计了该图像采集系统的结构。首先利用光学仿真软件LightTools对光源的参数进行最优化选择,并根据仿真结果设计制作了高均匀度近红外光源;然后以TMS320DM642和CMOS图像传感器为核心,构建了集图像采集和处理于一体的嵌入式处理模块,并利用灰度形态学方法对采集的图像进行预处理,进一步改善了图像质量。实验结果显示,本系统不仅可获取高质量的手背静脉血管图像,而且为手背静脉识别研究提供了嵌入式开发平台。

关键词：手背静脉图像采集 CMOS图像传感器嵌入式模块

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手背静脉特征提取算法

吉林大学学报（理学版） 2010年第2期48卷 245-250页

作者：韩笑冀进朝左平张禹吉林大学数学学院长春130012 吉林大学计算机科学与技术学院长春130012 空军航空大学基础部长春130022

提出一种基于有限Radon变换(FRAT)的手背静脉识别新方法.在考虑手背静脉图像"线状"特点的基础上,先将手背静脉图像"分块",再对分块后的图像进行FRAT变换,并提出一种向量非均衡分布可得最大值的方法,提取手背静脉图像纹理特征,最后通过... 详细信息

提出一种基于有限Radon变换(FRAT)的手背静脉识别新方法.在考虑手背静脉图像"线状"特点的基础上,先将手背静脉图像"分块",再对分块后的图像进行FRAT变换,并提出一种向量非均衡分布可得最大值的方法,提取手背静脉图像纹理特征,最后通过特征匹配进行分类识别.结果表明:与传统的Hough变换和离散Radon变换相比,新方法提高了目标直线特征的检测速度;在有800个样本的数据库上进行实验,获得了96.5%的识别率,表明了算法的有效性.

关键词：有限Radon变换(FRAT) 手背静脉特征提取算法

弱约束条件下多特征融合的手背静脉识别关键算法研究

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科技创新与生产力 2022年第12期 137-141页

作者：宋星月辽宁金融职业学院辽宁沈阳010122

随着信息采集、存储和处理技术的不断更新,基于手背静脉特征的身份识别技术成了生物识别研究领域的热点。本文研究了静脉图像预处理、静脉图像分割、静脉特征提取以及静脉特征匹配的过程,重点是在弱约束条件下,通过对静脉识别过程中静... 详细信息

随着信息采集、存储和处理技术的不断更新,基于手背静脉特征的身份识别技术成了生物识别研究领域的热点。本文研究了静脉图像预处理、静脉图像分割、静脉特征提取以及静脉特征匹配的过程,重点是在弱约束条件下,通过对静脉识别过程中静脉图像分割、静脉特征提取等关键算法的研究,提高了静脉特征的稳健性和高可区分性,获得了较理想的静脉特征匹配识别率。

关键词：弱约束条件手背静脉特征点匹配 SURF算法

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