CN109247910A - 血管显示设备以及血管显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种血管显示设备以及血管显示方法。血管显示设备包括：光源装置、图像采集装置、投影装置以及图像处理器。光源装置被配置为分时发射可见光和红外光至被测皮肤的预定位置；图像采集装置被配置为接收被测皮肤的预定位置反射的可见光和红外光以分别得到可见光图像和红外光图像；图像处理器被配置为对红外光图像和可见光图像进行图像处理以得到被测皮肤的预定位置的血管增强图像；投影装置被配置为将血管增强图像投射到被测皮肤的预定位置。该血管显示设备通过对红外光图像和可见光图像进行图像处理以消除非血管区域的背景光，从而增强血管区域和非血管区域的对比度，提高血管的可识别度。

Description

血管显示设备以及血管显示方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种血管显示设备以及血管显示方法。
背景技术
静脉穿刺是临床医疗领域的常规治疗手段之一，静脉穿刺可以用于临床静脉给药、输血、输液以及抽血等。在静脉穿刺过程中，定位静脉血管主要依靠医疗工作人员的经验，通过绑扎手臂使血管凸起，靠手指弹摸和直接目视进行判断。由于婴幼儿患者、老年患者、深肤色患者或者肥胖患者等人群的静脉血管不清晰，医疗工作人员很难一次性静脉穿刺成功，往往需要经过多次静脉穿刺操作，不仅增加医疗工作人员的工作难度，而且增大患者的痛苦，甚至引起医疗事故纠纷。
发明内容
本公开至少一个实施例提供一种血管显示设备，其包括：光源装置、图像采集装置、投影装置以及图像处理器。所述光源装置被配置为分时发射可见光和红外光至被测皮肤的预定位置；所述图像采集装置被配置为接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到可见光图像和接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到红外光图像，以及将所述红外光图像和所述可见光图像传输至所述图像处理器；所述图像处理器被配置为接收所述红外光图像和所述可见光图像，并对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理，以得到所述被测皮肤的预定位置的血管增强图像，还被配置为将所述血管增强图像传输至所述投影装置；所述投影装置被配置为接收所述血管增强图像并将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述图像处理器被配置为对所述可见光图像和所述红外光图像进行血管识别处理，并计算所述红外光图像中的非血管区域的光强平均值和所述可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值，以及对所述红外光图像的光强值和所述可见光图像的光强值与所述比值的乘积进行差值处理，以得到所述血管增强图像。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述血管识别处理的方法为多尺度海森矩阵法。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述光源装置包括可见光光源、红外光光源以及光源转换元件。所述可见光光源被配置为发射所述可见光，所述红外光光源被配置为发射所述红外光，所述光源转换元件被配置为使所述可见光的光路和所述红外光的光路相同。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述光源转换元件包括光源驱动器、第一光源连接杆和第二光源连接杆。所述第一光源连接杆的一端与所述红外光光源相连接，另一端与所述光源驱动器相连接，所述第二光源连接杆的一端与所述可见光光源相连接，另一端与所述光源驱动器相连接，所述光源驱动器被配置为分时将所述可见光光源或所述红外光光源移动至光源预设位置。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述光源转换元件包括二向色镜。所述红外光光源与所述可见光光源相对于所述二向色镜对称设置，通过所述二向色镜出射的所述红外光和所述可见光的光路相同。
例如，本公开至少一实施例提供的血管显示设备，还包括反射镜装置。所述反射镜装置设置在所述投影装置投射的光的光路中心线和入射到所述图像采集装置的光的光路中心线的交点处，且经所述反射镜装置反射的所述投影装置投射的光和入射到所述图像采集装置的光的光路同轴。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述反射镜装置包括反射镜、反射镜驱动器以及反射镜连接杆。所述反射镜连接杆的一端与所述反射镜相连接，另一端与所述反射镜驱动器相连接，所述反射镜驱动器被配置为将所述反射镜移动至非反射位置或反射位置。当所述反射镜位于所述反射位置时，所述反射镜被配置为将所述投影装置投射的光反射至所述被测皮肤的预定位置；当所述反射镜位于所述非反射位置时，所述图像采集装置接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光或所述红外光。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述投影装置投射的光为红光或绿光。
例如，本公开至少一实施例提供的血管显示设备，还包括透镜组。所述透镜组位于所述光源装置的出光侧，且被配置为汇聚所述可见光和所述红外光。
例如，本公开至少一实施例提供的血管显示设备，还包括滤光片组。所述滤光片组包括红外滤光片、可见光滤光片以及滤光片驱动器。当所述光源装置发射所述可见光时，所述滤光片驱动器被配置为将所述可见光滤光片移动至所述图像采集装置的图像输入端；当所述光源装置发射所述红外光时，所述滤光片驱动器被配置为将所述红外滤光片移动至所述图像采集装置的图像输入端。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示设备中，所述可见光的波长范围为0.63μm-0.76μm，所述红外光的波长范围为0.85μm-0.95μm。
例如，本公开至少一实施例提供的血管显示设备，还包括控制器。所述控制器被配置为控制所述光源装置分时发射所述可见光和所述红外光。
本公开至少一实施例提供一种血管显示方法，其包括：分时利用红外光和可见光照射被测皮肤的预定位置；获取所述被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像；对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理，以得到所述被测皮肤的血管增强图像；以及，将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示方法中，对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理包括：对所述可见光图像和所述红外光图像进行血管识别处理；计算所述红外光图像中的非血管区域的光强平均值和所述可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值；以及对所述红外光图像的光强值和所述可见光图像的光强值与所述比值的乘积进行差值处理。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示方法中，所述血管识别处理的方法为多尺度海森矩阵法。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示方法中，获取所述红外光图像和所述可见光图像包括：将反射镜移动至非反射位置；将红外光光源移动至光源预设位置，通过所述红外光光源发射所述红外光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到所述红外光图像；以及将可见光光源移动至所述光源预设位置，通过所述可见光光源发射所述可见光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到所述可见光图像。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示方法中，获取所述红外光图像和所述可见光图像包括：将反射镜移动至非反射位置；通过红外光光源发射所述红外光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到所述红外光图像；以及通过所述可见光光源发射所述可见光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到所述可见光图像。
例如，在本公开至少一实施例提供的血管显示方法中，将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置包括：将反射镜移动至反射位置；通过投影装置投射所述血管增强图像的光；以及通过所述反射镜将所述血管增强图像的光反射到所述被测皮肤的预定位置。
本公开至少一个实施例提供一种血管显示设备以及血管显示方法，通过采集被测皮肤的预定位置处的红外光图像和可见光图像，并对红外光图像和可见光图像进行图像处理以消除非血管区域的背景光，从而增强血管区域和非血管区域的对比度，提高血管的可识别度。
需要理解的是本公开的上述概括说明和下面的详细说明都是示例性和解释性的，用于进一步说明所要求的发明。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种血管显示设备的示意性框图；
图2A为本公开一实施例提供的一种血管显示设备在第一状态下的结构示意图；
图2B为本公开一实施例提供的一种血管显示设备在第二状态下的结构示意图；
图3A为本公开一实施例提供的一种光源装置的结构示意图；
图3B为本公开一实施例提供的另一种光源装置的结构示意图；
图4为本公开一实施例提供的一种反射镜装置的结构示意图；以及
图5为本公开一实施例提供的一种血管显示方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
随着社会的进步，人们对医疗服务的要求不断提高，为了提高静脉穿刺的成功率，医疗工作人员需要一种辅助的静脉显示设备，从而可以利用该静脉显示设备快速、准确地定位静脉血管。目前，静脉显示设备可以通过红外光照射皮肤表面，然后获取皮肤表面的血管图像，由于静脉血管中的血红蛋白和静脉血管周围的组织对红外光的吸收不同，从而可以增强静脉血管的识别度。但是，静脉血管周围的非血管区域的背景光依然一定程度上影响静脉血管的清晰度。
本公开至少一个实施例提供一种血管显示设备，包括：光源装置、图像采集装置、投影装置以及图像处理器。光源装置被配置为分时发射可见光和红外光至被测皮肤的预定位置；图像采集装置被配置为接收被测皮肤的预定位置反射的可见光以得到可见光图像和接收被测皮肤的预定位置反射的红外光以得到红外光图像，以及将红外光图像和可见光图像传输至图像处理器；图像处理器被配置为接收红外光图像和可见光图像，并对红外光图像和可见光图像进行图像处理，以得到被测皮肤的预定位置的血管增强图像，还被配置为将血管增强图像传输至投影装置；投影装置被配置为接收血管增强图像并将血管增强图像投射到被测皮肤的预定位置。
本公开至少一个实施例提供一种血管显示设备以及血管显示方法，通过采集被测皮肤的预定位置处的红外光图像和可见光图像，并对红外光图像和可见光图像进行图像处理以消除非血管区域的背景光，从而增强血管区域和非血管区域的对比度，提高血管的可识别度。
需要说明的是，在本公开的说明中，第一状态和第二状态表示血管显示设备在不同工作时间段下的状态。当血管显示设备处于第一状态时，图像采集装置用于采集被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像；当血管显示设备处于第二状态时，投影装置用于将血管增强图像投射到被测皮肤的预定位置。
下面对本公开的几个实施例进行详细说明，但是本公开并不限于这些具体的实施例。
图1示出了本公开一实施例提供的一种血管显示设备的示意性框图；图2A示出了本公开一实施例提供的一种血管显示设备在第一状态下的结构示意图；图2B示出公开一了本实施例提供的一种血管显示设备在第二状态下的结构示意图。
例如，如图1、图2A和图2B所示，血管显示设备10包括光源装置100、图像采集装置110、图像处理器120以及投影装置130。光源装置100被配置为分时发射可见光和红外光至被测皮肤200的预定位置。图像采集装置110被配置为接收被测皮肤200的预定位置反射的可见光以得到可见光图像和接收被测皮肤200的预定位置反射的红外光以得到红外光图像，以及将红外光图像和可见光图像传输至图像处理器120。图像处理器120被配置为接收红外光图像和可见光图像，并对红外光图像和可见光图像进行图像处理，以得到被测皮肤200的预定位置的血管增强图像；图像处理器120还被配置为将血管增强图像传输至投影装置130。投影装置130被配置为接收血管增强图像并将血管增强图像投射到上述被测皮肤200的预定位置。
本实施例提供的血管显示设备10例如可以用于显示人体皮肤表层的静脉血管。例如，血管显示设备10可以采集人体皮肤中的静脉血管图像，并对静脉血管图像进行处理以消除非血管区域的背景光，从而增加血管区域和非血管区域的对比度，提高静脉血管的识别度；血管显示设备10还可以实时将增强显示后的静脉血管图像投影到人体皮肤上与该静脉血管相对应位置，从而准确定位静脉血管。尤其对于婴幼儿患者、老年患者、深肤色患者或者肥胖患者等静脉血管不清晰的人群，血管显示设备10可以提高静脉血管的可识别度，提高静脉穿刺的成功率，减轻患者的痛苦，减少医疗纠纷。
例如，被测皮肤200可以为手臂皮肤、手背皮肤、足背皮肤等。本实施例对被测皮肤200的具***置不做限制。
例如，红外光和可见光的强度可以相同，且红外光从光源装置100到被测皮肤200的预定位置的光路和可见光从光源装置100到被测皮肤200的预定位置的光路相同，从而保证红外光和可见光在被测皮肤200的预定位置上的光强分布相同。由此，可以保证红外光图像和可见光图像中的非血管区域的光强分布基本相同，通过对红外光图像和可见光图像进行图像处理则可以有效消除非血管区域的背景光，提高血管的识别度。
例如，人体静脉血管中含有血红蛋白，血红蛋白对红外光，尤其对于近红外光较敏感，血红蛋白对红外光的吸收散射比其他皮肤组织多。血管区域的血红蛋白较多，非血管区域中的血红蛋白较少或甚至没有血红蛋白，从而血管区域对红外光的吸收散射比非血管区域对红外光的吸收散射多。血管区域和非血管区域对可见光的吸收散射相差不大。由此，在红外光图像中，血管区域和非血管区域的光强分布和光强强度差异较大，在可见光图像中，血管区域和非血管区域的光强分布和光强强度大致相同。因此，通过对可见光图像和红外光图像进行处理则可以有效消除非血管区域的背景光。
例如，红外光可以为近红外光，红外光的波长范围为0.85μm-0.95μm。相对于其他波长的近红外光，血红蛋白对处于0.85μm-0.95μm波长范围内的红外光吸收较多，且处于0.85μm-0.95μm波长范围内的红外光在被测皮肤200上的穿透深度较深。可见光的波长范围可以为0.63μm-0.76μm，相对于其他波长的可见光，血红蛋白对处于0.63μm-0.76μm波长范围内的可见光吸收较少。由此，可以进一步增加红外光图像和可见光图像中的血管区域的光强分布和光强强度的差异。
例如，红外光图像和可见光图像可以均为灰度图像。例如，血管增强图像也可以为灰度图像。
例如，图像处理器120可以是中央处理单元(CPU)或者具有图像数据处理能力和/或程序执行能力的其它形式的处理单元，例如，可以为图像处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)或张量处理单元(TPU)等。又例如，中央处理器(CPU)可以为X86处理器或ARM处理器等。
例如，图像处理器120可以对红外光图像和可见光图像进行图像处理以得到被测皮肤200的预定位置的血管增强图像。一个示例中，图像处理可以包括以下操作：
S1：对可见光图像和红外光图像进行血管识别处理；
S2：计算红外光图像中的非血管区域的光强平均值和可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值；
S3：对红外光图像的光强值和可见光图像的光强值与比值的乘积进行差值处理，以得到血管增强图像。
例如，在操作S1中，血管识别处理的方法可以为多尺度海森(Hessian)矩阵法、基于SVM分类器的深度学习法等。在图像处理中，血管可以被看作具有线性或管状结构。海森矩阵的特征值可以用于检测血管边缘、血管的强度和方向等。
例如，采用多尺度海森矩阵法进行血管识别处理可以包括以下操作。
假设红外光图像和可见光图像均为二维图像，且光强分布分别为I1(x,y)和I2(x,y)，(x,y)为红外光图像或可见光图像中各像素点的坐标。将I1(x,y)与方差为s2的高斯函数G(x,y,s)进行卷积以得到I1'(x,y,s)。I1'(x,y,s)可以表示为：
I1'(x,y,s)＝I1(x,y)*G(x,y,s)
对I1'(x,y,s)求二阶偏导，可以得到海森矩阵的各元素，各元素的计算公式可以为：
I1xx＝I1(x,y)*s2Gxx
I1yy＝I1(x,y)*s2Gyy
I1xy＝I1(x,y)*s2Gxy
I1yx＝I1(x,y)*s2Gyx
其中，Gxx为高斯函数G(x,y,s)对x的二阶偏导数，Gyy为高斯函数G(x,y,s)对y的二阶偏导数，Gxy为高斯函数G(x,y,s)先对x求偏导再对y求偏导的二阶偏导数，Gyx为高斯函数G(x,y,s)先对y求偏导再对x求偏导的二阶偏导数，当Gxy和Gyx均连续时，Gxy和Gyx的结果相同。
从而，I1(x,y)的海森矩阵可以表示如下：
海森矩阵的两个特征值λ1和λ2可以表示如下：
其中，|λ1|≤|λ2|。两个特征值λ1和λ2中较大的一个对应的特征向量表示该像素点(x,y)曲率最大的方向，而较小的一个对应的特征向量表示该像素点(x,y)曲率最小的方向。
基于海森矩阵的特征值，血管的置信度V(s)可以表示如下：
其中，s为尺度因子，β＝0.5，R＝λ1/λ2，c为P的最大值的1/2，β和c分别是影响R和P的比例因子。
根据尺度空间理论，对于线性结构，当尺度因子s与血管的实际宽度最匹配时，血管的置信度最大。多尺度血管增强就是对二维图像中的每一个点通过迭代尺度因子s，以得到不同尺度下的血管的置信度V(s)的值，取最大的V(s)值作为该点的实际输出。因此，在像素点(x,y)处，血管的置信度为：
其中，smin和smax分别为s的最小值和最大值。s可以取1-8之间的值，根据血管的直径大小，s可以为不同的值，例如，s可以为1、2、4或8。当s越大，c也越大，则直径越大的血管的响应越大；s越小，c也越小，则直径越小的血管的响应越大。最后，对V(s)进行二值化处理，从而区分出红外光图像中的血管区域和非血管区域。
例如，采用多尺度海森矩阵法对红外光图像进行血管识别处理后，可获得红外光图像中的血管区域和非血管区域。红外光图像和可见光图像均为被测皮肤200上相同的预定位置的图像，红外光图像中的血管区域和非血管区域和可见光图像中的血管区域和非血管区域彼此对应。由此，可以基于红外光图像的血管区域和非血管区域对可见光图像进行血管识别处理，以区分出可见光图像中的血管区域和非血管区域。
例如，在操作S2中，首先，计算红外光图像I1(x,y)的非血管区域的光强平均值S1和可见光图像I2(x,y)的非血管区域的光强平均值S2；然后计算两个图像(即红外光图像和可见光图像)中的非血管区域的光强平均值的比值S1/S2。
例如，在操作S3中，对红外光图像I1(x,y)的光强值和可见光图像I2(x,y)的光强值与非血管区域的光强平均值的比值S1/S2的乘积进行差值处理，从而获取消除非血管区域的背景光的血管图像I3(x,y)，提高血管区域和非血管区域的对比度。例如，I3(x,y)可以表示如下：
I3(x,y)＝I1(x,y)-S1/S2*I2(x,y)
最后，对血管图像I3(x,y)进行归一化处理，得到血管增强图像I4(x,y)。例如，I4(x,y)的计算方式可以为：
I4(x,y)＝a*(I3(x,y)-I3min)/(I3(x,y)+I3max)
其中，I3max和I3min分别为I3(x,y)的最大值和最小值，a为灰度等级因子。例如，a可以为255，从而血管增强图像I4(x,y)的灰度等级的范围为0到255，255表示图像为白色，0表示图像为黑色。
需要说明的是，在进行血管识别处理前，图像处理器120还可以对红外光图像和可见光图像进行预处理，预处理可以消除红外光图像和可见光图像中的无关信息或噪声信息，以便于更好地进行血管识别处理。预处理例如可以包括对红外光图像和可见光图像进行缩放、Gamma校正、图像增强或降噪滤波等处理。
例如，图3A为本公开一实施例提供的一种光源装置100的结构示意图；图3B为本公开一实施例提供的另一种光源装置100的结构示意图。如图3A和3B所示，光源装置100包括可见光光源106、红外光光源105以及光源转换元件。可见光光源106被配置为发射可见光。红外光光源105被配置为发射红外光。光源转换元件被配置为使可见光的光路和红外光的光路相同，也就是说，从光源装置100到被测皮肤200的预定位置，可见光和红外光的光路相同。
例如，可见光光源106和红外光光源105可以为发光二极管(lightemittingdiode，LED)光源或阴极发射灯等。例如，可见光光源106可以为单色LED光源，也可以为白光光源加滤光片组成的光源。红外光光源105可以为红外LED阵列等。
例如，可见光光源106可以包括单个可见光光源，也可以包括多个可见光光源。红外光光源105可以包括单个红外光光源，也可以包括多个红外光光源。
例如，如图3A所示，在一个示例中，光源转换元件包括光源驱动器102、第一光源连接杆103和第二光源连接杆104。第一光源连接杆103的一端与红外光光源105相连接，另一端与光源驱动器102相连接。第二光源连接杆104的一端与可见光光源106相连接，另一端与光源驱动器102相连接。
例如，光源驱动器102被配置通过第一光源连接杆103和第二光源连接杆104分别将红外光光源105和可见光光源106移动至光源预设位置101。例如，光源驱动器102可以分时将可见光光源106和红外光光源105移动至光源预设位置101。由此，红外光和可见光均从光源预设位置101出射，可见光和红外光的光路相同。
例如，光源驱动器102可以包括电机、输出轴、以及例如齿轮、涡轮等传输部件。电机可以采用伺服电机以实现精确控制，使可见光光源106或红外光光源105被准确地移动到光源预设位置101上。第一光源连接杆103和第二光源连接杆104可以与光源驱动器102的输出轴连接，以进行动力传输。
例如，如图3B所示，在另一个示例中，光源转换元件可以包括二向色镜107。红外光光源105与可见光光源106相对于二向色镜107对称设置，以保证入射到被测皮肤200的预定位置上的可见光的光强分布和红外光的光强分布相同。二向色镜107被配置为使通过该二向色镜107出射的红外光和可见光的光路相同。例如，二向色镜107被配置为透射可见光(例如，波长范围为0.63μm-0.76μm的可见光)且反射红外光(例如，波长范围为0.85μm-0.95μm的红外光)，或者反射可见光(例如，波长范围为0.63μm-0.76μm的可见光)且透射红外光(例如，波长范围为0.85μm-0.95μm的红外光)。
例如，图像采集装置110可以为高感光度的图像传感器，比如CMOS器件或CCD器件。
例如，投影装置130可以包括液晶(Liquid Crystal Display,LCD)投影仪、数字光处理(Digital Light Procession,DLP)投影仪、硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon,LCOS)投影仪等。
例如，投影装置130投射的光可以为绿色或红色等单色光，从而血管增强图像可以为绿色或红色等单色灰度图像，增加血管增强图像的可辨识度。
例如，如图1、2A和2B所示，血管显示设备10还包括反射镜装置140。反射镜装置140设置在投影装置130投射的光的光路中心线和入射到图像采集装置110的光的光路中心线的交点处。反射镜装置140被配置为反射投影装置130投射的光，以使经过反射的投影装置130投射的光和入射到图像采集装置110的光(例如，红外光和可见光)的光路同轴。
例如，如图2B所示，当血管显示设备10处于第二状态时，投影装置130和图像采集装置110相对于反射镜装置140的光反射面对称设置，且投影装置130和图像采集装置110可以具有相同的视场和相同的放大倍率，从而使图像采集装置110采集图像的位置和投影装置130投影图像的位置精确匹配。由此，可以保证血管增强图像准确投影到被测皮肤200与该血管增强图像对应的位置上。也就是说，保证血管增强图像中的血管位置与被测皮肤200的预定位置上的实际血管位置相一致，提高定位血管的准确性。
例如，图4为本公开一实施例提供的一种反射镜装置的结构示意图。如图4所示，反射镜装置140可以包括反射镜141、反射镜驱动器143以及反射镜连接杆142。反射镜驱动器143被配置为通过反射镜连接杆142将反射镜141移动至非反射位置或反射位置。
例如，反射镜连接杆142的一端与反射镜141相连接，另一端与反射镜驱动器143相连接。反射镜驱动器143可以为旋转电机等。反射镜驱动器143通过反射镜连接杆142控制反射镜141从非反射位置转动至反射位置，或者从反射位置转动至非反射位置。
例如，反射镜141可以为平面反射镜。反射镜141可以对投影装置130投射的光(例如，红光或绿光)具有高反射率(例如，反射率大于90％)。反射镜141的光反射面例如可以涂覆多层介质膜，从而实现高反射。
例如，如图2A和2B所示，在一个具体的示例中，反射镜装置140仅包括一个反射镜141，但不限于此。反射镜141设置的角度、位置以及反射镜141的数量可以根实际应用需求进行设定。
例如，如图2A所示，当血管显示设备10处于第一状态时，通过反射镜驱动器143控制反射镜141转动，以使其处于非反射位置。此时，反射镜141的光反射面与可见光或红外光的光路平行，光源装置100分时发射可见光和红外光至被测皮肤200的预定位置，图像采集装置110可以接收被测皮肤200的预定位置反射的可见光或红外光。如图2B所示，当血管显示设备10处于第二状态时，通过反射镜驱动器143控制反射镜141转动，以使其处于反射位置。此时，反射镜141的光反射面设置于投影装置130投射的光的光路中且面向投影装置130的出光侧，反射镜141的光反射面例如与投影装置130投射的光的光路中心线成45度，从而反射镜141可以将投影装置130投射的血管增强图像的光反射至被测皮肤200的预定位置。
需要说明的是，在图2A和图2B中均示出了可见光和红外光的光路以及血管增强图像的光的光路。例如，在图2A中，带箭头的实线表示可见光和红外光的光路，带箭头的虚线表示投影装置130投射的血管增强图像的光的光路；在图2B中，带箭头的实线表示投影装置130投射的血管增强图像的光的光路，带箭头的虚线表示可见光和红外光的光路。但应当明白的是，当血管显示设备10处于第一状态时，只有可见光或红外光的光路存在；而当血管显示设备10处于第二状态时，只有血管增强图像的光的光路存在。另外，为了表示清楚，血管增强图像的光的光路和被测皮肤200的预定位置反射可见光或红外光的光路彼此错开，但实际上，血管增强图像的光的光路和经过被测皮肤200的预定位置反射的可见光以及红外光的光路同轴，从而图像采集装置110采集图像的位置和投影装置130投影图像的位置可以精确匹配。
例如，血管显示设备10还可以包括透镜组160。如图2A和2B所示，透镜组160位于光源装置110的出光侧，且被配置为汇聚可见光和红外光，以使可见光和红外光入射到被测皮肤200的预定位置。例如，当光源装置110发射可见光时，透镜组160可以汇聚可见光；而当光源装置110发射红外光时，透镜组160可以汇聚红外光。
例如，在图3A所示的光源装置110中，光源预设位置101可以位于透镜组160的焦点处；在图3B所示的光源装置110中，红外光光源105可以设置在透镜组160的焦点处，由于红外光光源105与可见光光源106相对于二向色镜107对称设置，则可见光光源106实质上也位于透镜组160的焦点处。由此，透镜组160可以将光源装置110出射的可见光和红外光准直为平行光后入射到被测皮肤200的预定位置上。例如，经透镜组160准直后的平行光可以垂直入射到被测皮肤200的预定位置。又例如，经透镜组160准直后的平行光还可以以一定的角度入射到被测皮肤200的预定位置，平行光的入射角度可以根据实际应用需求进行设定，只要平行光能入射到被测皮肤200的预定位置即可，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，如图2A和2B所示，在一个具体的示例中，透镜组160包括一个凸透镜，但不限于此。透镜组160也可以包括凹透镜、凸透镜及其组合等，且凸透镜和凹透镜的数量、位置关系等可以根据实际应用需求进行设定，只要能使可见光和红外光入射到被测皮肤200的预定位置即可。
例如，血管显示设备10还包括滤光片组170。如图2A和2B所示，滤光片组170设置在图像采集装置110的图像输入端。滤光片组170被配置为透过特定波长的光。例如，滤光片组170包括红外滤光片、可见光滤光片以及滤光片驱动器。红外滤光片用于透过红外光，例如，透过波长为0.85μm-0.95μm的红外光；可见光滤光片用于透过可见光，例如，透过波长为0.63μm-0.76μm的可见光。因此，滤光片组170可以滤除环境中杂散光，减少可见光图像和红外光图像的噪声信号。
例如，当光源装置110发射可见光时，滤光片驱动器被配置为将可见光滤光片移动至图像采集装置110的图像输入端；当光源装置110发射红外光时，滤光片驱动器被配置为将红外滤光片移动至图像采集装置110的图像输入端。
例如，如图1所示，血管显示设备10还包括控制器150。控制器150被配置为控制血管显示设备10中的相关组件(例如，光源装置100、反射镜装置140和滤光片组170)以执行期望的功能。例如，控制器150被配置为控制光源装置100分时发射可见光和红外光。控制器150还被配置为使各个组件协同工作，从而分别获取红外光图像和可见光图像。例如，当血管显示设备10处于第一状态时，控制器150可以控制反射镜装置140，以使反射镜141处于非反射位置；控制器150也可以控制光源装置100发射红外光；同时，控制器150还可以控制滤光片组170，以使红外滤光片被移动至图像采集装置110的图像输入端。由此，图像采集装置110可以接收从被测皮肤200的预定位置反射的红外光，以得到红外光图像。
例如，控制器150与血管显示设备10的相关组件之间可以通过有线或者无线的方式实现信号连接。
例如，控制器150可以通过软件、硬件、固件或它们的任意组合实现，具体的实现方式(例如软件编程、FPGA编程等)这里不再详述。例如，控制器135可以通过硬件实现，例如形成在芯片中；控制器135也可以通过处理器以及存储器实现，存储器存储有实现控制功能的可执行的计算机程序以及计算机程序运行所需的数据或运行产生的数据。又例如，控制器150的功能可以由固定电子设备(例如，台式电脑)实现，或者，控制器150的功能还可以由移动电子设备(例如手机、平板电脑等)实现。本公开的实施例对此不做具体限制。
图5为本公开另一个实施例提供的一种血管显示方法的示意性流程图。
例如，如图5所示，本实施例提供的血管显示方法包括以下操作：
S20：分时利用红外光和可见光照射被测皮肤的预定位置；
S21：获取被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像；
S22：对红外光图像和可见光图像进行图像处理，以得到被测皮肤的血管增强图像；以及
S23：将血管增强图像投射到被测皮肤的预定位置。
本实施例提供的血管显示方法通过采集被测皮肤的预定位置处的红外光图像和可见光图像，并对该红外光图像和可见光图像进行图像处理，从而有效消除非血管区域的背景光，增强血管区域和非血管区域的对比度，提高血管的可识别度。
例如，血管显示方法可以用于显示静脉血管，使静脉血管的图像实时、清晰地显示在被测皮肤上，提高静脉穿刺的成功率。
例如，关于被测皮肤、红外光和可见光的说明可参照血管显示设备的实施例中的相关描述，在此不再赘述。
例如，在操作S21中，在一个示例中，当光源装置包括可见光光源、红外光光源、光源驱动器、第一光源连接杆和第二光源连接杆时，即光源装置具有图3A所示的结构时，获取被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像包括以下操作：
S210：将反射镜移动至非反射位置；
S211：将红外光光源移动至光源预设位置，通过红外光光源发射红外光至被测皮肤的预定位置，接收被测皮肤的预定位置反射的红外光以得到红外光图像；
S212：将可见光光源移动至光源预设位置，通过可见光光源发射可见光至被测皮肤的预定位置，接收被测皮肤的预定位置反射的可见光以得到可见光图像。
例如，在操作S21中，在另一个示例中，当光源装置包括可见光光源、红外光光源和二向色镜时，即光源装置具有图3B所示的结构时，获取被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像包括以下操作：
S213：将反射镜移动至非反射位置；
S214：通过红外光光源发射红外光至被测皮肤的预定位置，接收被测皮肤的预定位置反射的红外光以得到红外光图像；以及
S215：通过可见光光源发射可见光至被测皮肤的预定位置，接收被测皮肤的预定位置反射的可见光以得到可见光图像。
例如，在执行操作S211或操作S214前，血管显示方法还包括以下操作：将红外滤光片移动至图像采集装置的图像输入端；在执行操作S212或操作S215前，血管显示方法还包括以下操作：将可见光滤光片移动至图像采集装置的图像输入端。
例如，可以通过控制器控制各相关组件协同工作，以分别获取红外光图像和可见光图像。例如，控制器可以控制将反射镜移动至非反射位置。又例如，控制器可以控制将红外光光源和可见光光源移动至光源预设位置；或者，控制器可以控制红外光光源和可见光光源分时发光。
例如，可以通过图像采集装置接收红外光和可见光以分别得到红外光图像和可见光图像。图像采集装置例如可以为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
例如，在操作S22中，在一个示例中，对红外光图像和可见光图像进行图像处理可以包括以下操作：
S220：对可见光图像和红外光图像进行血管识别处理；
S221：计算红外光图像中的非血管区域的光强平均值和可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值；
S222：对红外光图像的光强值和可见光图像的光强值与比值的乘积进行差值处理。
例如，血管识别处理的方法可以为多尺度海森矩阵法，以提高血管识别的准确率。血管识别处理的方法还可以为基于SVM分类器的深度学习法等。
需要说明的是，关于操作S220、操作S221和操作S222的具体过程可以分别参照血管显示设备的实施例中关于操作S1、操作S2和操作S3的相关说明，重复之处在此不再赘述。
例如，在操作S23中，在一个示例中，将血管增强图像投射到被测皮肤的预定位置包括以下操作：
S230：将反射镜移动至反射位置；
S231：通过投影装置投射血管增强图像的光；以及
S232：通过反射镜将血管增强图像的光反射到被测皮肤的预定位置。
例如，可以通过控制器控制将反射镜移动至反射位置。
例如，关于投影装置的说明可以参照血管显示设备的实施例中的相关描述，在此不再赘述。
对于本公开，还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种血管显示设备，包括：光源装置、图像采集装置、投影装置以及图像处理器，其中，
所述光源装置被配置为分时发射可见光和红外光至被测皮肤的预定位置；
所述图像采集装置被配置为接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到可见光图像和接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到红外光图像，以及将所述红外光图像和所述可见光图像传输至所述图像处理器；
所述图像处理器被配置为接收所述红外光图像和所述可见光图像，并对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理，以得到所述被测皮肤的预定位置的血管增强图像，还被配置为将所述血管增强图像传输至所述投影装置；
所述投影装置被配置为接收所述血管增强图像并将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置。
2.根据权利要求1所述的血管显示设备，其中，
所述图像处理器被配置为对所述可见光图像和所述红外光图像进行血管识别处理，并计算所述红外光图像中的非血管区域的光强平均值和所述可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值，以及对所述红外光图像的光强值和所述可见光图像的光强值与所述比值的乘积进行差值处理，以得到所述血管增强图像。
3.根据权利要求2所述的血管显示设备，其中，所述血管识别处理的方法为多尺度海森矩阵法。
4.根据权利要求1所述的血管显示设备，其中，所述光源装置包括可见光光源、红外光光源以及光源转换元件，
所述可见光光源被配置为发射所述可见光，所述红外光光源被配置为发射所述红外光，所述光源转换元件被配置为使所述可见光的光路和所述红外光的光路相同。
5.根据权利要求4所述的血管显示设备，其中，所述光源转换元件包括光源驱动器、第一光源连接杆和第二光源连接杆，
所述第一光源连接杆的一端与所述红外光光源相连接，另一端与所述光源驱动器相连接，
所述第二光源连接杆的一端与所述可见光光源相连接，另一端与所述光源驱动器相连接，
所述光源驱动器被配置为分时将所述可见光光源或所述红外光光源移动至光源预设位置。
6.根据权利要求4所述的血管显示设备，其中，所述光源转换元件包括二向色镜，
所述红外光光源与所述可见光光源相对于所述二向色镜对称设置，
通过所述二向色镜出射的所述红外光和所述可见光的光路相同。
7.根据权利要求1所述的血管显示设备，还包括反射镜装置，
其中，所述反射镜装置设置在所述投影装置投射的光的光路中心线和入射到所述图像采集装置的光的光路中心线的交点处，
经所述反射镜装置反射的所述投影装置投射的光和入射到所述图像采集装置的光的光路同轴。
8.根据权利要求7所述的血管显示设备，其中，所述反射镜装置包括反射镜、反射镜驱动器以及反射镜连接杆，
所述反射镜连接杆的一端与所述反射镜相连接，另一端与所述反射镜驱动器相连接，
所述反射镜驱动器被配置为将所述反射镜移动至非反射位置或反射位置，
当所述反射镜位于所述反射位置时，所述反射镜被配置为将所述投影装置投射的光反射至所述被测皮肤的预定位置，
当所述反射镜位于所述非反射位置时，所述图像采集装置接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光或所述红外光。
9.根据权利要求7所述的血管显示设备，其中，所述投影装置投射的光为红光或绿光。
10.根据权利要求1所述的血管显示设备，还包括透镜组，
其中，所述透镜组位于所述光源装置的出光侧，且被配置为汇聚所述可见光和所述红外光。
11.根据权利要求1所述的血管显示设备，还包括滤光片组，
其中，所述滤光片组包括红外滤光片、可见光滤光片以及滤光片驱动器，
当所述光源装置发射所述可见光时，所述滤光片驱动器被配置为将所述可见光滤光片移动至所述图像采集装置的图像输入端，
当所述光源装置发射所述红外光时，所述滤光片驱动器被配置为将所述红外滤光片移动至所述图像采集装置的图像输入端。
12.根据权利要求1-11任一项所述的血管显示设备，其中，所述可见光的波长范围为0.63μm-0.76μm，所述红外光的波长范围为0.85μm-0.95μm。
13.根据权利要求1-11任一项所述的血管显示设备，还包括控制器，
其中，所述控制器被配置为控制所述光源装置分时发射所述可见光和所述红外光。
14.一种血管显示方法，包括：
分时利用红外光和可见光照射被测皮肤的预定位置；
获取所述被测皮肤的预定位置的红外光图像和可见光图像；
对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理，以得到所述被测皮肤的血管增强图像；以及
将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置。
15.根据权利要求14所述的血管显示方法，其中，对所述红外光图像和所述可见光图像进行图像处理包括：
对所述可见光图像和所述红外光图像进行血管识别处理；
计算所述红外光图像中的非血管区域的光强平均值和所述可见光图像中的非血管区域的光强平均值的比值；以及
对所述红外光图像的光强值和所述可见光图像的光强值与所述比值的乘积进行差值处理。
16.根据权利要求15所述的血管显示方法，其中，所述血管识别处理的方法为多尺度海森矩阵法。
17.根据权利要求14所述的血管显示方法，其中，获取所述红外光图像和所述可见光图像包括：
将反射镜移动至非反射位置；
将红外光光源移动至光源预设位置，通过所述红外光光源发射所述红外光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到所述红外光图像；以及
将可见光光源移动至所述光源预设位置，通过所述可见光光源发射所述可见光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到所述可见光图像。
18.根据权利要求14所述的血管显示方法，其中，获取所述红外光图像和所述可见光图像包括：
将反射镜移动至非反射位置；
通过红外光光源发射所述红外光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述红外光以得到所述红外光图像；以及
通过所述可见光光源发射所述可见光至所述被测皮肤的预定位置，接收所述被测皮肤的预定位置反射的所述可见光以得到所述可见光图像。
19.根据权利要求14所述的血管显示方法，其中，将所述血管增强图像投射到所述被测皮肤的预定位置包括：
将反射镜移动至反射位置；
通过投影装置投射所述血管增强图像的光；以及
通过所述反射镜将所述血管增强图像的光反射到所述被测皮肤的预定位置。
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