可视化血管显像智能眼镜设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可视化血管显像智能眼镜设备。本实用新型包括眼镜、摄像模块、多光源模块、微显示模块与数字处理模块；眼镜包括镜框和镜片；镜框中安装有摄像模块、多光源模块；多光源模块用于照明体表，摄像模块用于拍摄经多光源模块照明后的图像；拍摄的图像经过数字处理模块增强后，传输给微显示模块，供医护工作者观察；微显示模块安装有微型LCD显示模块；摄像模块与微显示模块均由数字处理模块驱动。本实用新型作为穿戴式设备，具有便于携带的特点。同时本实用新型设计有基于全内反射的微显示模块，通过全内反射增加光程，提高了微显示模块的视场。
【专利说明】
可视化血管显像智能眼镜设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉智能眼镜设备及静脉血管的图像增强显示领域，提供一种可视化血 管显像智能眼镜设备。本实用新型结合红外光学技术，辅助医护工作者观察体表的血管位 置。
【背景技术】
[0002] 静脉注射是医护工作者常开展的工作。然而，由于部分人群的血管位置不易被观 察，会存在错扎的情况。这种现象对于初涉医护工作的新人更加的突出，由此也会带来严重 的医患纠纷。
[0003] 现有技术方案中，有两类方法可以辅助医护人员完成静脉注射。一种是红光棒。待 注射的患者通过手握红光棒，能提高血管的识别度。但该方法对肥胖人群以及婴儿的头部 静脉注射不起作用。另一种是血管投影法，通过近红外摄像机拍摄体表血管图像，并加以数 字图像处理后，用投影仪将血管原位投影到体表，增强血管的识别度。上述两类方法，第一 种已逐步被淘汰，第二种方法中，医护人员都将为患者准备专门的仪器设备，不便携带。本 专利将介绍一种辅助医护工作者观察血管的新型智能眼镜设备。医护工作者只需佩戴该智 能眼镜，无需其他辅助器材，即可清晰的观察静脉血管。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种可视化血管显像智能眼镜设 备。本实用新型能够用于辅助观察人体表层血管。在该设备中，本实用新型集成了多光源模 块、摄像模块以及微显示模块，多光源模块用于发射照明光，照射人体表层，同时使用摄像 模块拍摄多光源模块照射下表层皮肤图像。并将表层皮肤图像传输至数字处理芯片，提取 表层皮肤图像中的血管信息。血管信息同步显示在微显示模块上，从而辅助用户更好的得 到血管的位置。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006] -种可视化血管显像智能眼镜设备，包括眼镜、摄像模块、多光源模块、微显示模 块与数字处理模块；
[0007] 所述的眼镜包括镜框和镜片;镜框中安装有摄像模块、多光源模块;多光源模块用 于照明体表，摄像模块用于拍摄经多光源模块照明后的图像;拍摄的图像经过数字处理模 块增强后，传输给微显示模块，供医护工作者观察;微显示模块安装有微型LCD显示模块;摄 像模块与微显示模块均由数字处理模块驱动。
[0008] 所述镜框正中间开有两个通孔，通孔内设置有圆柱形安装座，分别用于放置多光 源模块与摄像模块;镜框的边缘的镜脚内部安装数字处理模块;所述的镜片的前端设置有 一个微显示模块，用户能够通过该微显示模块获得血管的图像。
[0009] 所述摄像模块中，安装有背景光滤光片、成像镜头与摄像芯片;背景光滤光片用于 滤除背景存在的光源，使得上述多光源模块中的光源组照射到人体表面而反射回来的光能 透过该背景光滤光片;成像镜头设置在摄像芯片与背景光滤光片之间，使得摄像模块与人 体表面成光学共辄关系，从而实现成像。所述的多光源模块中包括光源组、毛玻璃、匀光镜 片;光源组的光经过毛玻璃、匀光镜片后，均匀的照明在人体表层;在光源组中，装有N个光 源，N为正整数;光源组、毛玻璃、匀光镜片均安装在塑料材质的圆柱形安装座中，并使用卡 槽进行固定。
[0010] 所述微显示模块安装在镜框边缘，包括微显示器、光路折叠镜组和眼视目镜组，所 述的微显示器是一个小型的IXD显示器。
[0011] 光路折叠镜组的左右两个斜面为透明镜面，允许光路通过，上下两个内表面镀有 高反射镜，光从左边透明镜面进入光路折叠镜组后，经过多次反射到达右边的透明镜面。
[0012] 眼视目镜组的左斜面是透明镜面，该斜面与光路折叠镜组的右斜面胶合在一起， 光路在通过这两个面时，由于折射率差异，将发生折射，上下两个面为透镜镜面，眼睛透过 上下两个面能看到前方的物体;其右侧内表面是一个镀有金属反射膜的凹面镜，用于将微 显示器的图像转换为放大的虚像，为人眼所观察;在上下两个内表面之间设置有一个倾斜 的半透半反镀膜，用于将凹面镜反射的虚线反射到人眼中。
[0013] 所述的数字处理模块中的主芯片采用德州仪器公司的芯片型号为0MAP4460。
[0014]所述的数字处理模块对图像进行处理的步骤描述如下：
[0015]步骤1.对图像进行初次平滑
[0016]将图像读入数字处理模块，然后转换为一个N X N的二维数组，定义为Img，其中N是 一个自然数，Img(i，j)表示数组中第i行第j列的元素的数值;使用wXw维度的二维模板，对 图像进行均值滤波，滤波结果记为Imgl，Imgl是一个NXN的二维数组；
[0017]所述均值滤波就是将图像中的一个维度为wXw的像素子区域进行积分，并求其均 值，并以该均值替代该w X w像素子区域里所有像素点的数值；
[0018]步骤2.将数组Img中每一个元素都取平方，生成一个新的NXN数组Img2,并对数组 Img2进行均值滤波，在均值滤波时使用同步骤1中一样的w Xw维度的二维模板，得到新的N XN 数组 Img3;
[0019] 步骤3.生成一个NXN维的均方差数组Img4,其中任意一个元素 Img4(i，j)表示如 下：
;其中n = NXN，n是一个 自然数；
[0021] 步骤4.生成比较数组Img5,其中任意一个元素 Img5(i，j)表示如下：
[0022] Img5(i,j) = Imgl(i,j)/n+k XImg4(i,j)
[0023]步骤5.生成增强数组Img6，并将该增强数组Img6转换为图像输出，其中Img6的任 意一个元素表示如下：
[1, if img(i, j) < lm^5(i, j)
[0024] Img6(i- ,i)= n , b).\{(
[0025]本实用新型工作过程如下：
[0026]本实用新型工作过程如下：
[0027]通过本实用新型能够判断血管在皮肤内的深度信息，利用多光源的照明采集到不 同光谱照明下的图像，对于图像中血管位置所对应的灰度，定义为Im，其中M表示第i个照 明光的光谱。其强度可由下式进行计算：
[0028] iAFPAiXDAiXexpbiitAiDXhAi，其中PAi和DAi分别表示第i个光谱的照明光强度 与相机的探测效率，为表皮组织的消光系数，知^表示血管的吸收系数，1表示血管深度。 通常，Pu和Dm的绝对数值不易确定，因此，可利用双光谱探测比值来确定血管深度1。其计 算方法如下。式中的下标M和Aj分别表示第i个和第j个照明光的光谱
[0030] 本实用新型有益效果如下：
[0031] 本实用新型通过红外光探测病人的静脉图像，并通过数字处理模块，增强静脉图 像的对比度，并转换为可见光图像，成像在微显示模块上。医护通过佩戴该智能化眼镜，给 病人进行静脉注射时，通过眼镜的微显示模块，更好的确认静脉的位置。作为穿戴式设备， 该器件相比于传统的静脉注射辅助设备，具有便于携带的特点。
[0032]另一方面，本实用新型还设计了一种基于全内反射的微显示模块，通过全内反射 增加光程，从而提高微显示模块的视场。该模块的引入，可以提高智能眼镜设备的视场尺 寸，便于用户读取智能眼镜的显示器的信息。
【附图说明】
[0033]图1可视化血管显像智能眼镜三维结构图。
[0034]图2摄像模组结构示意图。
[0035]图3多光源模组结构示意图。
[0036] 图4(a)微显示模块；
[0037]图4(b)微显示模块；
[0038]图4(c)微显示模块；
[0039]图5是摄像头MIPI电路接口原理图
[0040] 图6微显示模块RGB888电路接口原理图
[0041 ]图7是可视化血管显像智能眼镜观察体表血管的工作示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0043]如图1-4所示，可视化血管显像智能眼镜设备，集成了多光源模块、摄像模块以及 微显示模块，多光源模块用于发射照明光，照射人体表层，同时使用摄像模块拍摄多光源模 块照射下表层皮肤图像。并将表层皮肤图像传输至数字处理芯片，提取表层皮肤图像中的 血管信息。血管信息同步显示在微显示模块上，从而辅助用户更好的得到血管的位置。
[0044] 如图1所示本实用新型包括眼镜、摄像模块3、多光源模块4、微显示模块5与数字处 理模块6。
[0045] 所述的眼镜包括镜框1和镜片2;镜片2能够根据使用者的屈光不正配置合适的度 数。镜框1中安装有摄像模块3、多光源模块4。多光源模块用于照明体表，摄像模块用于拍摄 经多光源模块照明后的图像。拍摄的图像经过数字处理模块增强后，传输给微显示模块5， 供医护工作者观察。微显示模块5安装有微型LCD显示模块。摄像模块与微显示模块均由数 字处理模块6驱动。
[0046]所述镜框1正中间开有两个通孔，通孔内设置有圆柱形安装座，分别用于放置多光 源模块与摄像模块。镜框的边缘的镜脚内部安装数字处理模块6;所述的镜片的前端设置有 一个微显示模块5,用户能够通过该微显示模块5获得血管的图像。
[0047]如图2所示，所述摄像模块3中，安装有背景光滤光片3-1、成像镜头3-2与摄像芯片 3-3。背景光滤光片3-1用于滤除背景存在的光源，使得上述多光源模块中的光源组4-1照射 到人体表面而反射回来的光能透过该背景光滤光片。成像镜头设置在摄像芯片3-3与背景 光滤光片3-1之间，使得摄像模块与人体表面成光学共辄关系，从而实现成像。
[0048] 如图3所示，所述的多光源模块4中包括光源组4-1、毛玻璃4-2、匀光镜片4-3。光源 组4-1的光经过毛玻璃4-2、匀光镜片4-3后，均匀的照明在人体表层。在光源组4-1中，装有N 个光源(N为正整数），光源组4-1、毛玻璃4-2、匀光镜片4-3均安装在塑料材质的圆柱形安装 座中，并使用卡槽进行固定。在实际使用时，N个光源可按设置顺序开启，摄像模块亦按顺序 采集其相应的光源开启时的图像。
[0049]如他4(a)_4(c)所示，微显示模块5安装在镜框边缘，包括微显示器、光路折叠镜组 和眼视目镜组。其中，微显示器是一个小型的IXD显示器;光路折叠镜组如图4(a)所示，其左 右两个斜面为透明镜面，允许光路通过，上下两个内表面镀有高反射镜，光从左边透明镜面 进入光路折叠镜组后，经过多次反射到达右边的透明镜面；
[0050] 眼视目镜组如图4(b)所示，其左斜面是透明镜面，该斜面与光路折叠镜组的右斜 面胶合在一起，光路在通过这两个面时，由于折射率差异，将发生折射，上下两个面为透镜 镜面，眼睛透过上下两个面能看到前方的物体。其右侧内表面是一个镀有金属反射膜的凹 面镜，用于将微显示器的图像转换为放大的虚像，为人眼所观察。在上下两个内表面之间设 置有一个倾斜的半透半反镀膜，如图4(b)中倾斜的虚线所示，用于将凹面镜反射的虚线反 射到人眼中，也保证了人眼可以观察到前方的物体。
[0051] 本实用新型中，数字处理模块中的主芯片采用德州仪器公司的芯片型号为 0MAP4460。。同时，采用通用的MIPI接口与摄像头模块进行连接，MIPI接口的电路原理图如 图5所示。通过图5中过引脚名字的对应，详细说明了该接口与0MAP4460芯片的引脚的连接 方式。采用RGB888的接口方式与微显示模块连接。RGB888的接口的电路原理如图6所示，通 过图5中引脚名字的对应，从图中详细看出RGB888的接口与0MAP4460芯片的引脚的连接方 式。使用通用的摄像头模块与LCD显示模块，以及商用的德州仪器公司的芯片0MAP4460,并 使用通过的MIPI接口以及RGB888的接口将摄像头模块与LCD显示模块与数字芯片进行连 接，增强了该系统的稳定性和可移植性。
[0052]如图7所示，在实际使用时，多光源模块照明体表。摄像模块采集图像，并将采集到 的图像将传递给数字处理模块，当图像中的对比度大于4:1时，直接将图像传递给微显示模 块，微显示模块的图像经过光学观察棱镜后，被人眼所观察。对于部分用户，由于肥胖、老龄 化等原因，其血管对比度不高。在图像对比度小于4:1时，数字处理模块对图像进行处理，来 增加血管的对比度。
[0053]所述的数字处理模块对图像进行处理的步骤描述如下：
[0054]步骤1.对图像进行初次平滑
[0055] 将图像读入数字处理模块，然后转换为一个N X N的二维数组，定义为Img，其中N是 一个自然数，Img(i，j)表示数组中第i行第j列的元素的数值。使用wXw维度的二维模板，对 图像进行均值滤波，滤波结果记为Imgl，Imgl是一个NX N的二维数组。
[0056] 所述均值滤波就是将图像中的一个维度为wXw的像素子区域进行积分，并求其均 值，并以该均值替代该w X w像素子区域里所有像素点的数值。
[0057]步骤2.将数组Img中每一个元素都取平方，生成一个新的NXN数组Img2,并对数组 Img2进行均值滤波，在均值滤波时使用同步骤1中一样的w Xw维度的二维模板，得到新的N XN 数组 Img3。
[0058] 步骤3.生成一个NXN维的均方差数组Img4,其中任意一个元素 Img4(i，j)表示如 下：
[0059] Img4 (i，j)=~/[ n x i mg3 (i, j) - img I (i, j) x i mg 1 (i，j)] / (ir: - n j。其中 n = N X N，n 是一个 自然数。
[0060] 步骤4.生成比较数组Img5,其中任意一个元素 Img5(i，j)表示如下：
[0061 ] Img5(i,j) = Imgl(i,j)/n+k XImg4(i,j)
[0062]步骤5.生成增强数组Img6，并将该增强数组Img6转换为图像输出，其中Img6的任 意一个元素表示如下： fl，if Img(i, j) < Img5fi, j)
[0063] !mg60, j)= |(), il Img(i,j)> lmg5(i,j)
[0064] 本实用新型工作过程如下：
[0065] 通过本实用新型能够判断血管在皮肤内的深度信息，具体的判断步骤描述如下： 利用多光源的依次照明（每一个光源具有特定的发光光谱），可以采集到不同光谱照明下的 图像，对于图像中血管位置所对应的灰度，定义为1^，其中M表示第i个照明光的光谱。其强 度可由下式进行计算：
[0066] iAFPAiXDAiXexpbiitAiDXhAi，其中PAi和DAi分别表示第i个光谱的照明光强度 与相机的探测效率，ytu为表皮组织的消光系数，知^表示血管的吸收系数，1表示血管深度。 通常，Pu和Dm的绝对数值不易确定，因此，可利用双光谱探测比值来确定血管深度1。其计 算方法如下。式中的下标M和Aj分别表示第i个和第j个照明光的光谱
[0068] 实施例1:
[0069] #光源模块中，安装有光源组、匀光镜组。光源经过匀光镜组后，均匀的照明人体表 层。在光源组中，装有2个光源，其波长分别为750nm和850nm。在使用时，这两个波长依次开 启，周而复始。
[0070] #在摄像模块中，安装有背景光滤光片，成像镜头与摄像芯片。背景光滤光片用于 滤除背景存在的可见光光源，波长为300nm-700nm，可通过700nm-900nm的光源。成像镜头使 得摄像芯片与人体表面成光学共辄关系，从而实现成像。摄像芯片连续采集图像，并利用两 个光源的依次开启所产生的强度变化作为时间戳，方便后续图像的处理。
[0071] #采集的图像，可通过传统的无线wifi传输芯片，将图像传输到同一个局域网下的 个人计算机中，经过二值化图像处理后，提取血管位置，并显示与计算机屏幕上。二值化的 Matlab代码可参考附录1。
[0072] #?三维图像处理算法
[0073] 实施例2:
[0074] #光源模块中，安装有光源组、匀光镜组。光源经过匀光镜组后，均匀的照明人体表 层。在光源组中，装有2个光源，其波长分别为750nm和850nm。在使用时，这两个波长依次开 启，周而复始。
[0075] #在摄像模块中，安装有背景光滤光片，成像镜头与摄像芯片。背景光滤光片用于 滤除背景存在的可见光光源，波长为300nm-700nm，可通过700nm-900nm的光源。成像镜头使 得摄像芯片与人体表面成光学共辄关系，从而实现成像。摄像芯片连续采集图像，并利用两 个光源的依次开启所产生的强度变化作为时间戳，方便后续图像的处理。
[0076] #采集的图像，可通过传统的无线wifi传输芯片，将图像传输到同一个局域网下的 个人计算机中，经过二值化图像处理后，提取血管位置，并显示与计算机屏幕上。二值化的 Matlab代码可参考附录1。
[0077] #?三维图像处理算法
[0078] Niblack 二值化
[0079]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 可以有各种变化和改进。
【主权项】
1. 可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于包括眼镜、摄像模块、多光源模块、微显 示模块与数字处理模块； 所述的眼镜包括镜框和镜片;镜框中安装有摄像模块、多光源模块;多光源模块用于照 明体表，摄像模块用于拍摄经多光源模块照明后的图像;拍摄的图像经过数字处理模块增 强后，传输给微显示模块，供使用者观察;微显示模块安装有微型LCD显示模块;摄像模块与 微显示模块均由数字处理模块驱动。2. 如权利要求1所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于所述镜框正中间开 有两个通孔，通孔内设置有圆柱形安装座，分别用于放置多光源模块与摄像模块;镜框的边 缘的镜脚内部安装数字处理模块;所述的镜片的前端设置有一个微显示模块，用户能够通 过该微显示模块获得血管的图像。3. 如权利要求2所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于所述摄像模块中，安 装有背景光滤光片、成像镜头与摄像芯片;背景光滤光片用于滤除背景存在的光源，使得上 述多光源模块中的光源组照射到人体表面而反射回来的光能透过该背景光滤光片;成像镜 头设置在摄像芯片与背景光滤光片之间，使得摄像模块与人体表面成光学共辄关系，从而 实现成像。4. 如权利要求1所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于所述的多光源模块 中包括光源组、毛玻璃、匀光镜片;光源组的光经过毛玻璃、匀光镜片后，均匀的照明在人体 表层;在光源组中，装有N个光源，N为正整数;光源组、毛玻璃、匀光镜片均安装在塑料材质 的圆柱形安装座中，并使用卡槽进行固定。5. 如权利要求1所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于所述微显示模块安 装在镜框边缘，包括微显示器、光路折叠镜组和眼视目镜组，所述的微显示器是一个小型的 LCD显示器。6. 如权利要求5所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于光路折叠镜组的左 右两个斜面为透明镜面，允许光路通过，上下两个内表面镀有高反射镜，光从左边透明镜面 进入光路折叠镜组后，经过多次反射到达右边的透明镜面。7. 如权利要求6所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于眼视目镜组的左斜 面是透明镜面，该斜面与光路折叠镜组的右斜面胶合在一起，光路在通过这两个面时，由于 折射率差异，将发生折射，上下两个面为透镜镜面，眼睛透过上下两个面能看到前方的物 体;其右侧内表面是一个镀有金属反射膜的凹面镜，用于将微显示器的图像转换为放大的 虚像，为人眼所观察;在上下两个内表面之间设置有一个倾斜的半透半反镀膜，用于将凹面 镜反射的虚线反射到人眼中。8. 如权利要求1所述的可视化血管显像智能眼镜设备，其特征在于数字处理模块中的 主芯片采用德州仪器公司的芯片型号为0MAP4460。
【文档编号】G02C11/00GK205507277SQ201520663436
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年8月28日
【发明人】何赛灵, 蔡夫鸿, 陈飞鸿
【申请人】江苏鼎云信息科技有限公司