基于FPGA的人體靜脈血管成像儀的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，不但人們的生活有了巨大的變革，并且科技的快速進(jìn)步對醫(yī)學(xué)中病理的輔助與分析起到較大的促進(jìn)作用。人體靜脈血管成像技術(shù)作為一種比較前沿的近紅外數(shù)字成像技術(shù)，可以有效的解決壓脈注射、靜脈曲張、靜脈術(shù)后修復(fù)與觀察等需要清晰靜脈紋路信息的醫(yī)學(xué)問題。本文是利用靜脈血管與其周圍對近紅外光的吸收和反射能力的不同來實現(xiàn)人體靜脈血管的成像。這種方便快捷無創(chuàng)傷的非接觸式靜脈成像儀可以清晰地顯像不同脂肪層厚度、膚色的人體靜脈血管紋路信息

2、。
　　人體靜脈血管成像儀由FPGA控制單元、MT9V034圖像采集、CY7C68013圖像數(shù)據(jù)傳輸、映射到微處理器上的圖像處理算法、雙端口圖像處理緩存SDRAM五部分組成。在850nm近紅外光的作用下，F(xiàn)PGA獲取MT9V034上的圖像數(shù)據(jù)，通過CY7C68013將處理之后的人體靜脈血管圖像傳輸?shù)缴衔粰C，控制和數(shù)據(jù)總線完全獨立的兩片SDRAM用于處理并緩存靜脈圖像數(shù)據(jù)。人體靜脈血管成像儀上位機軟件實現(xiàn)了人體靜脈血管圖像數(shù)據(jù)的接收

3、、靜脈血管圖像的增強和靜脈血管紋路的提取。
　　850nm近紅外光作為人體靜脈成像儀的光源。根據(jù)不同人體光照強度的需要，采用PWM調(diào)光快速有效的調(diào)節(jié)850nm發(fā)光LED的亮度以實現(xiàn)高質(zhì)量的靜脈圖像。在靜脈采集中，光照強度可調(diào)節(jié)是十分重要的，不僅可以獲得最佳的光照強度及均勻的光強分布，還可以獲取較高質(zhì)量的靜脈圖像。在這兩點兼具的同時還可以減少不必要的電光線。
　　人體靜脈血管圖像的捕獲需要由對近紅外光譜敏感的圖像傳感器完成，在

4、本文中圖像傳感器芯片采用鎂光的MT9V034，該芯片具有感光效果好;光譜效應(yīng)對近紅外光敏感即可以快速成像850nm的單光譜特性;成像噪聲小可以很好的一直;高靈敏度;低噪聲;分辨率的優(yōu)點。分辨率越高，圖像的細(xì)節(jié)信息越豐富、圖像越清晰，即圖像質(zhì)量越高。
　　USB(Universal Serial Bus)通用串行總線是一種通用數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，具有數(shù)據(jù)傳輸速率快（高達(dá)480Mb/s）、熱插拔、操作便捷等優(yōu)點。該接口是采用雙差分信號線進(jìn)行

5、信號的傳輸，在傳輸過程中信號的準(zhǔn)確性和工作效率較高。圖像數(shù)據(jù)本身數(shù)據(jù)量大，在靜脈采集中需要連續(xù)獲取高質(zhì)量的靜脈血管圖像。
　　靜脈血管圖像是紅外圖像的一種，在采集過程中，圖像存在的目標(biāo)與背景對比度較差、圖像邊緣信息模糊、含有噪聲較大等特點，靜脈圖像由于本身及成像條件的限制，圖像的質(zhì)量不高（包括含有較大噪聲、圖像對比度不高、光照不均勻、受膚色脂肪層等的影響靜脈顯示效果不明顯）。便捷無損地獲取人體靜脈圖像，通過圖像處理技術(shù)的手段提高圖

6、像質(zhì)量來輔助醫(yī)療信息的獲取。
　　本文根據(jù)人體靜脈成像的原理和各部分器件選取的特殊性，設(shè)計了一種在近紅外光的作用下，利用FPGA讀取MT9V034圖像傳感器捕獲由人體皮膚作用后反射的近紅外光形成的人體圖像數(shù)據(jù)，并在FPGA內(nèi)部進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的增強、去噪處理以及將處理之后的圖像通過告訴USB芯片CY7C68013傳送到靜脈提取上位機中。在上位機中采用的數(shù)字圖像處理技術(shù)有基于DCT域的靜脈圖像去噪、基于YCbCr顏色空間的靜脈圖像膚色檢

7、測、基于直方圖均衡化和Retinex的靜脈圖像增強、基于最大鄰域內(nèi)差的靜脈血管提取和基于灰度共生矩陣的靜脈圖像質(zhì)量評估的圖像處理算法。經(jīng)過處理之后獲取清晰的人體靜脈血管紋路信息。
　　在本文中還涉及電源電路、850nm光源與調(diào)光電路、MT9V034圖像采集電路、CY7C68013傳輸電路、FPGA電路等電路的設(shè)計以及軟件代碼的開發(fā)工作。最終設(shè)計了一套軟硬件配合的人體靜脈血管成像儀。成像儀具有兩種方式處理人體靜脈血管圖像的方式，一種