KR100920251B1 - A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering - Google Patents
A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering Download PDFInfo
- Publication number
- KR100920251B1 KR100920251B1 KR1020080136915A KR20080136915A KR100920251B1 KR 100920251 B1 KR100920251 B1 KR 100920251B1 KR 1020080136915 A KR1020080136915 A KR 1020080136915A KR 20080136915 A KR20080136915 A KR 20080136915A KR 100920251 B1 KR100920251 B1 KR 100920251B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- image
- vein
- vein image
- skin
- scattering
- Prior art date
Links
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 title claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 abstract 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 238000004836 empirical method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 208000016339 iris pattern Diseases 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/73—Deblurring; Sharpening
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
- G06F18/20—Analysing
- G06F18/21—Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
- G06F18/213—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods
- G06F18/2134—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on separation criteria, e.g. independent component analysis
- G06F18/21342—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on separation criteria, e.g. independent component analysis using statistical independence, i.e. minimising mutual information or maximising non-gaussianity
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
- G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
- G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
- G06V40/14—Vascular patterns
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Collating Specific Patterns (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 바이오 인식(bio-metrics) 분야에서 각광 받고 있는 정맥 인식 방법에 관한 것으로, 특히 적외선에 의해 취득된 혈관 영상이 피부 산란에 의해 흐려지는 현상을 해결하기 위한 적외선 정맥 영상 복원 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vein recognition method that is in the spotlight in the field of bio-metrics, and more particularly, to an infrared vein image restoration method for solving a phenomenon in which a blood vessel image acquired by infrared rays is blurred by skin scattering.
정맥 내부의 혈액에는 산화되지 않은 헤모글로빈 성분들로 인해 근적외선 파장대를 가지는 빛을 흡수하는 특성을 가진다. 이 점을 이용하여 근적외선 조사장치와 적외선 카메라를 이용하여 영상을 취득하면 피부에 비해 상대적으로 어두운 밝기를 가지는 혈관의 영상을 취득할 수 있다. 이렇게 취득된 정맥 영상은 의학 분야는 물론이고 개인 인증을 위한 바이오 인식 분야에서도 사용자의 거부감과 불편함이 적고 인식시간이 빠르다는 장점을 가지고 있어 그 사용 비율이 급속히 늘어나고 있다.The blood inside the vein has a characteristic of absorbing light having a near infrared wavelength due to unoxidized hemoglobin components. By using this point, if an image is acquired by using a near infrared ray irradiation apparatus and an infrared camera, an image of a blood vessel having a darker brightness than the skin can be obtained. The vein image obtained in this way has the advantage that the user's rejection and inconvenience and the recognition time is fast in the medical field as well as in the bio-recognition field for personal authentication, and the use rate thereof is rapidly increasing.
종래의 기술에서는 손가락의 정맥 위치를 검출한 후, 이를 기반으로 특징을 추출하여 인식에 사용하는 방법으로 다음의 자료에서 자세한 설명을 얻을 수 있다.In the related art, after detecting the vein position of a finger, a method of extracting a feature based on the extracted vein and using the same may be obtained from the following data.
[1] T. Yanagawa, S. Aoki, and T. Ohyama, “Human Finger Vein Images Are Diverse And Its Patterns Are Useful for Personal Identification”, MHF 2007-12, pp. 1-7, 2007.[1] T. Yanagawa, S. Aoki, and T. Ohyama, “Human Finger Vein Images Are Diverse And Its Patterns Are Useful for Personal Identification”, MHF 2007-12, pp. 1-7, 2007.
[2] N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake, "Feature Extraction of Finger-Vein Patterns Based on Repeated Line Tracking and Its Application to Personal Identification", Machine Vision and Applications, vol. 15, pp. 194-203, 2004.[2] N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake, "Feature Extraction of Finger-Vein Patterns Based on Repeated Line Tracking and Its Application to Personal Identification", Machine Vision and Applications, vol. 15, pp. 194-203, 2004.
[3] Z. Zhang, S. Ma, and X. Han, "Multiscale Feature Extraction of Finger-Vein Patterns Based on Curvelets and Local Interconnection Structure Neural Network", The 18th International Conference on Pattern Recognition (ICPR'06), pp. 145-148, 2006.[3] Z. Zhang, S. Ma, and X. Han, "Multiscale Feature Extraction of Finger-Vein Patterns Based on Curvelets and Local Interconnection Structure Neural Network", The 18th International Conference on Pattern Recognition (ICPR'06), pp. . 145-148, 2006.
[4] N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake, "Extraction of Finger-Vein Patterns Using Maximum Curvature Points in Image Profiles", IEICE TRANS. INF. & SYST., vol. E90-D, no. 8, pp. 1185-1194, 2007.[4] N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake, "Extraction of Finger-Vein Patterns Using Maximum Curvature Points in Image Profiles", IEICE TRANS. INF. & SYST., Vol. E90-D, no. 8, pp. 1185-1194, 2007.
즉, 인간의 손가락 정맥으로 본인여부를 판별할 수 있다는 개념은 Yanagawa의 연구에 의해 입증되었다[1]. Yanagawa의 연구에 따르면 각 개인마다 열손가락의 정맥 패턴이 모두 다르며 하나의 손가락 정맥 패턴은 신뢰도가 매우 높은 홍채 패턴과 유사한 자유도로서 개인 인증에 적합하다고 한다[1]. In other words, the concept that the human finger can be identified by the finger vein has been proved by Yanagawa's research [1]. According to Yanagawa's research, each person's vein pattern of ten fingers is different, and one finger vein pattern is suitable for personal authentication with similar degrees of freedom as the highly reliable iris pattern [1].
또한, Miura는 손가락 영상의 다양한 위치에서부터 시작하는 정맥 선 추적을 통해, 경계가 뚜렷하지 않은 정맥 패턴을 추출하는 방법을 제안했으며, 실험 결과 0.145%의 평균 인식 에러를 보였으며, 처리 시간은 460(ms)로 나타났다[2]. In addition, Miura proposed a method to extract vein patterns with unbounded borders by vein line tracing starting from various locations on the finger image, and the experimental results showed an average recognition error of 0.145%. ms) [2].
그리고 Zhang은 curvelet과 local Interconnection Structure Neural Networks에 기반으로 손가락 정맥 패턴 추출 방법을 제안하였으며, Miura의 매칭 방법을 사용한 실험결과 0.128%의 평균 에러율을 보였다[3]. Zhang proposed a finger vein pattern extraction method based on curvelet and local interconnection structure Neural Networks, and the average error rate was 0.128% based on Miura's matching method [3].
한편, Miura의 최근 연구에서는 날씨 또는 사람의 컨디션에 따라 정맥의 혈류량 변화에 의해, 패턴의 굵기가 가변적일 수 있다는 사실에 기반하여, 다양한 굵기의 정맥 패턴을 효율적으로 추출하는 방법을 제안하였으며, 평균 인식 오차 0.0009%의 우수한 성능을 나타냈다[4].Meanwhile, a recent study by Miura suggested a method for efficiently extracting vein patterns of various thicknesses, based on the fact that the thickness of the pattern may vary due to changes in vein blood flow depending on weather or human condition. Recognition error of 0.0009% showed excellent performance [4].
이와 같은 종래의 카메라 기반의 손가락 정맥 인식 방법에서는 두꺼운 손가락 피부에 의해 정맥 영역이 정확하게 추출되지 않을 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 근적외선 조사장치와 적외선 카메라를 이용하여 취득된 정맥 영상의 경우는 카메라 렌즈와 정맥 사이에 위치하는 손가락 피부층에 의해 조사되는 적외선이 산란되어 취득되는 영상이 흐려지는 문제점이 있다.The conventional camera-based finger vein recognition method has a problem that the vein area may not be extracted accurately by the thick finger skin. That is, in the case of the vein image acquired using the near infrared irradiation device and the infrared camera, there is a problem in that the image acquired by scattering the infrared rays irradiated by the finger skin layer positioned between the camera lens and the vein is blurred.
그런데 현재 진행되고 있는 연구들은 취득된 정맥 영상에서 피부영역과 정맥 영역의 구분을 정확하게 하기 위한 방법에 대해서만 연구되고 있을 뿐, 적외선에 의해 조사된 정맥 영상이 피부 산란에 의한 흐려지는 현상을 해결하여 정맥 영상의 품질을 향상시키고자 하는 연구는 진행되고 있지 않다. However, current studies are only studying the method of accurately distinguishing the skin area and the vein area from the acquired vein image, and the vein image is solved by solving the phenomenon that the vein image irradiated by infrared rays is blurred by skin scattering. There is no ongoing research to improve the quality of the products.
단지, 그 기능 및 방법에는 차이가 있으나 산란계층에 의해 흐려진 영상을 복원하기 위한 기존 방법으로는 다음의 자료 정도가 있다.However, the functions and methods are different, but the existing data for restoring the image blurred by the scattering layer includes the following data.
[5] 공개특허공보(10-2008-0069591 : 스캐너 보정(Scatter correction))[5] Publication (10-2008-0069591: Scatter correction)
[6] Koichi Shimizu, Koji Tochio and Yuji Kato, "Transcutaneous Fluorescent Imaging with a Depth-Dependent Point Spread Function", Proceeding of the 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, pp. 3141-3144[6] Koichi Shimizu, Koji Tochio and Yuji Kato, "Transcutaneous Fluorescent Imaging with a Depth-Dependent Point Spread Function", Proceeding of the 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, pp. 3141-3144
상기 [5]의 방법은 방사선 기반의 치아 구조에 대한 3차원 화소 영상 취득 시 각 부분에 해당되는 산란 흐름에 대한 점 확산 함수를 함께 취득하여 흐려진 영상을 복원하는 방법으로, 영상을 취득할 때마다 점 확산 함수에 대한 정보도 함께 취득해야 한다는 문제가 있다. 따라서 이 방법을 사용해서는 이미 취득된 정맥 영상을 복원할 수 없다. 또한 이 방법은 3차원 화소 영상 취득 기법을 이용하고 있어서, 2차원 화소 영상 취득 기법을 이용하는 정맥 영상을 이용하여 정맥 패턴을 추출하는 방법에 적용하기에는 적절하지 못한 문제점이 있다.[5] is a method of reconstructing a blurred image by acquiring a point diffusion function for scattering flow corresponding to each part when acquiring a 3D pixel image of a radiation-based tooth structure. The problem is that information about the point spread function must also be obtained. Therefore, this method cannot be used to reconstruct an already acquired vein image. In addition, since this method uses a 3D pixel image acquisition technique, there is a problem that it is not appropriate to be applied to a method of extracting a vein pattern using a vein image using a 2D pixel image acquisition technique.
상기 [6]의 방법은 형광물질을 쥐의 체내에 주입한 후 취득한 혈관 영상을 복원하는 방법으로, 고정된 피부층의 두께를 적용하여 점 확산 함수를 설계하고, 이를 이용하여 영상의 품질을 향상시키는 방법이다. 즉, 이 방법에서 취득하는 혈관 영상은 쥐의 머리 부분에서 취득되는 영상으로, 그 피부층의 두께가 매우 얇아 고정된 두께의 피부층을 적용하여 점 확산 함수를 산출하여도 큰 차이가 없다. 그러나 사람의 손가락의 경우는 그 피부층의 두께가 두껍고, 또한 사람마다 그 두께가 서로 다르기 때문에 고정된 피부층의 두께를 이용하여 점 확산 함수를 설계하게 되면 큰 오차를 발생시키게 된다. 또한 이 방법은 형광물질을 체내에 주입하여 혈과 영상을 취득하는 방법으로 적외선 조명과 카메라를 이용하는 일반적인 정맥 영상 취득 장치와 다르고, 산란의 원인인 피부층의 두께를 추정없이 고정된 두께를 적용하기 때문에 이를 사람의 손가락에 적용하는 경우에는 취득되는 영상의 품질에 저하를 나타내게 되는 문제점이 있다.[6] is a method of restoring a blood vessel image obtained after injecting a fluorescent substance into a mouse body, and designing a point diffusion function by applying a fixed thickness of the skin layer to improve the quality of the image. It is a way. In other words, the blood vessel image obtained by this method is an image obtained from the head of the rat. The thickness of the skin layer is so thin that a point diffusion function can be calculated by applying a skin layer having a fixed thickness. However, in the case of a human finger, since the thickness of the skin layer is thick and the thickness of each person is different from each other, designing a point diffusion function using the thickness of the fixed skin layer causes a large error. In addition, this method is a method of acquiring blood and images by injecting a fluorescent material into the body, which is different from a general vein image acquisition device using infrared illumination and a camera, and applies a fixed thickness without estimating the thickness of the skin layer that causes scattering. In the case of applying this to a human finger, there is a problem in that the quality of the acquired image is deteriorated.
이처럼 방사선 기반의 3차원 영상[5]이나, 의료용 형광물질 기반의 2차원 카메라 영상[6]에서 치아나 피부 등의 산란계층에 의해 피사체가 흐려지는 현상을 극복하기 위한 방법이 연구된 바 있으나, 이들은 모두 점 확산 함수를 영상 취득 시점에서 동시에 취득해야 하므로 인해 이미 취득된 영상에는 적용될 수 없거나, 점 확산 함수 설계에 필요한 흡수 및 산란계수, 산란계층의 두께를 단순히 경험적인 방법으로 고정된 두께로 추정하므로 인해 점 확산 함수 추정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. As described above, methods for overcoming a phenomenon in which a subject is blurred by scattering layers such as teeth and skin in radiation-based three-dimensional images [5] or medical fluorescent-based two-dimensional camera images [6] have been studied. Since both point diffusion functions must be acquired at the time of image acquisition, they cannot be applied to images already acquired, or the absorption, scattering coefficients, and thickness of the scattering layer required for the point diffusion function design are simply estimated by fixed empirical methods. Due to this, the accuracy of the point spread function estimation is inferior.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 최근 바이오 인식 분야에서 각광받고 있는 정맥 인식 방법에서 인식 정확도를 향상시키기 위해, 피부층에 의해 산란되어 흐려진 혈관 영상을 피부 광학에 의해 규명될 수 있는 피부층 두께, 산란 및 흡수 계수를 기반으로 혈관 영상의 점 확산 함수를 설계하고, 이를 혈관 영상에 적용하여 정맥 영상의 품질을 개선하기 위한 적외선 정맥 영상 복원 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and in order to improve the recognition accuracy in the vein recognition method, which has recently been spotlighted in the field of bio-recognition, the blurred blood vessel image scattered by the skin layer is identified by skin optics. The purpose of the present invention is to provide an infrared vein image reconstruction method for designing a point diffusion function of a blood vessel image based on possible skin layer thickness, scattering, and absorption coefficient, and applying the same to a blood vessel image to improve vein image quality.
본 발명의 다른 목적은 적외선에 의해 조사된 혈관 영상을 취득할 때, 피부층에 의해 빛이 산란되는 현상에 의해 정맥의 경계가 모호한 흐려진 영상을 복원하여 가시성을 높여서 정맥 분석을 통한 다양한 의료 분야에 적용될 수 있는 적외선 정맥 영상 복원 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to restore the blurred blurry image of the vein due to the scattering of light by the skin layer when acquiring a blood vessel image irradiated by infrared rays to increase the visibility to be applied to various medical fields through the analysis of veins To provide an infrared vein image restoration method that can be.
본 발명의 또 다른 목적은 손가락 두께가 서로 다르므로 이를 감안한 피부 광학에 기반하여 피부층의 두께, 흡수계수, 산란계수를 산출하고, 이를 이용하여 점 확산 함수를 설계하므로 이미 취득된 정맥 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 적외선 정맥 영상 복원 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to calculate the thickness of the skin layer, absorption coefficient, scattering coefficient based on the skin optics in consideration of the thickness of the finger, and to design a point diffusion function using this to improve the quality of the already acquired vein image To provide an infrared vein image restoration method that can be improved.
본 발명의 또 다른 목적은 점 확산 기반으로 흐른 영상을 복원하므로 정맥과 피부 사이의 경계가 명확해져서, 자동화된 알고리즘으로 처리되는 정맥을 이용한 바이오 인식 방법(손바닥 정맥, 손가락 정맥, 얼굴 정맥 등)의 인식률을 높일 수 있는 적외선 정맥 영상 복원 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to restore the image flow on the basis of the point diffusion, so that the boundary between the vein and the skin becomes clear, the bio-recognition method using the vein processed by an automated algorithm (palm veins, finger veins, facial veins, etc.) The present invention provides a method for restoring infrared vein images that can increase recognition rate.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피부의 산란에 의해 흐려진 적외선 정맥 영상 복원 방법의 특징은 (a) 근적외선 조사장치와 적외선 카메라를 이용하여 피부에 비해 상대적으로 어두운 밝기를 가지는 혈관의 영상을 취득하는 제 1 정맥영상 취득 단계와, (b) 일반적인 사람의 혈관 두께를 기반으로 가상 혈관 영상을 생성한 제 2 정맥영상 취득 단계와, (c) 상기 제 1 정맥영상과 상기 제 2 정맥영상 간의 라인 프로파일 매칭을 통해 점 확산 함수의 미지 변수를 추정하는 단계와, (d) 상기 추정된 미지 변수를 기반으로 점 확산 함수를 산출하는 단계와, (e) 산출된 점 확산 함수를 이용한 가우시안 기반의 점 확산 함수의 컨볼루션을 이용한 복원 필터링을 통해 정맥의 경계가 모호한 제 1 정맥영상을 복원하는 단계를 포함하는데 있다. In order to achieve the above object, the infrared vein image restoration method blurred by the scattering of the skin according to the present invention is characterized by (a) an image of a blood vessel having a relatively darker brightness than the skin using a near infrared irradiation device and an infrared camera. Acquiring a first vein image; acquiring a second vein image; (b) acquiring a second vein image based on a blood vessel thickness of a general person; and (c) the first vein image and the second vein image. Estimating an unknown variable of a point spread function through line profile matching between the steps; (d) calculating a point spread function based on the estimated unknown variable; and (e) using a Gaussian basis using the calculated point spread function. And restoring the first vein image having an ambiguous vein boundary by restoring filtering using a convolution of a point diffusion function.
바람직하게 상기 (c) 단계에서의 미지 변수는 (조명의 세기) 및 산란계층의 두께(d) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.Preferably the unknown variable in step (c) (Intensity of illumination) and the thickness d of the scattering layer.
바람직하게 상기 (d) 단계는Preferably step (d)
의 수식을 이용하여 점 확산 함수를 산출하는 것으로, 이때, 는 피부층의 흡수계수를, 는 피부층의 산란계수를, 는 의 제곱근을, 는 흐려진 면적에 대한 레디얼(radial) 거리를, d 는 산란계층의 두께를 나타내는 것을 특징으로 한다.To calculate the point spread function using the formula of Is the absorption coefficient of the skin layer, The scattering coefficient of the skin layer, Is Square root of Is the radial distance to the blurred area, and d is the thickness of the scattering layer.
바람직하게 상기 (e) 단계는 산출된 점 확산 함수와 상기 제 2 정맥영상의 컨볼루션을 통해 산출된 결과 훼손영상을 이용하여 제 1 정맥영상을 복원하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (e) is to restore the first vein image using the resultant damage image calculated through the calculated point diffusion function and the second vein convolution.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 피부의 산란에 의해 흐려진 적외선 정맥 영상 복원 방법은 피부층에 의해 산란되어 흐려진 혈관 영상을 피부 광학에 의해 규명될 수 있는 피부층 두께, 산란 및 흡수 계수를 기반으로 혈관 영상의 점 확산 함수를 설계하고, 이를 혈관 영상에 적용하여 정맥 영상의 품질을 개선할 수 있다. 그리고 이러한 혈관 영상의 품질 개선을 통해 정맥 패턴을 이용하는 의학 분야에서의 가시성 향상, 정맥 영상을 이용하는 바이오 인식분야에서의 인식률 향 상의 효과를 기대할 수 있다. As described above, the method for restoring a blurred infrared vein image by scattering of the skin according to the present invention is based on skin layer thickness, scattering and absorption coefficients, which can be identified by skin optics. The point diffusion function of is designed and applied to the vascular image to improve the quality of the vein image. In addition, the improvement of the vascular image quality can be expected to improve the visibility in the medical field using the vein pattern, the recognition rate in the bio-recognition field using the vein image.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 피부의 산란에 의해 흐려진 적외선 정맥 영상 복원 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Referring to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the infrared vein image restoration method blurred by the scattering of the skin according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments to complete the disclosure of the present invention and complete the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
피부층의 산란에 의해 정맥과 피부의 경계가 모호해지는 이유는 도면에 의해서 설명될 수 있다.The reason why the boundary between the vein and the skin is blurred by scattering of the skin layer can be explained by the drawings.
도 1a에서 보는 바와 같이, 피부층이 없다고 가정하면 영상에서 정맥의 경계는 뚜렷하게 나타날 것이다. 하지만 실제로는 도 1b와 같이 피부층이 정맥을 감싸고 있기 때문에 피부층에 의해 조사되는 빛이 산란되어 취득되는 영상에서 정맥과 피부의 경계가 모호하게 관찰되게 된다.As shown in FIG. 1A, assuming that there is no skin layer, the border of the vein will appear clearly in the image. However, in practice, since the skin layer surrounds the vein as shown in FIG. 1B, the boundary between the vein and the skin is vaguely observed in an image obtained by scattering light emitted by the skin layer.
이처럼 피부층을 통한 산란계층에 의해 경계가 모호해지는 현상은 도 2와 수 학식 1과 같은 가우시안 기반의 점 확산 함수의 컨볼루션에 의해 설명될 수 있다.The blurring of the boundary by the scattering layer through the skin layer may be explained by the convolution of the Gaussian-based point diffusion function as shown in FIG.
도 2 는 산란계층에 의한 흐림 현상을 설명하기 위한 모델을 나타낸 도면이다. 그리고 수학식 1은 점 확산 함수를 산출하기 위한 수식이다. 이때, d는 피부층의 두께를 나타낸다. 2 is a diagram illustrating a model for explaining a blur phenomenon caused by a scattering layer. Equation 1 is an equation for calculating a point spread function. At this time, d represents the thickness of the skin layer.
도 2 및 수학식 1을 참조하여 설명하면, 점 확산 함수(P( ))는 도 2와 상기 수학식 1에 기반하여 추정한다. Referring to FIG. 2 and Equation 1, the point spread function P ( )) Is estimated based on FIG. 2 and Equation 1 above.
따라서 먼저 산란계층이 없다고 가정하고, 영상에서의 정맥 두께를 일반적인 사람의 혈관 두께로 가정하여 도 3(a)와 같이 가상 생성한 선명한 정맥 영상을 추정한다. 이 경우 정맥 영상의 라인 프로파일(line profile)은 일반적인 사람의 정맥의 두께가 1mm ~ 2mm에 해당되므로 이를 기반으로 추정한다. Therefore, it is assumed that there is no scattering layer, and the vein thickness in the image is assumed to be the thickness of a general human blood vessel, and a virtually generated clear vein image is estimated as shown in FIG. In this case, the line profile of the vein image is estimated based on the thickness of the vein of a general person corresponding to 1mm ~ 2mm.
한편, 실제 취득된 정맥 영상의 라인 프로파일(line profile)은 도 1(b)와 같이 피부층에 따른 산란계층이 존재하므로 도 3(b)와 같이 흐리게 나타난다. On the other hand, the line profile of the actually obtained vein image is blurred as shown in FIG. 3 (b) because a scattering layer corresponding to the skin layer exists as shown in FIG. 1 (b).
결과적으로, 도 3(b)와 같이 실제 취득된 흐려진 정맥 영상과, 도 3(a)와 같이 가상 취득된 정맥 영상 간의 라인 프로파일 매칭을 통해 점 확산 함수의 미지의 변수를 추정하게 된다.As a result, an unknown parameter of the point spread function is estimated through line profile matching between the actually acquired blurred vein image as shown in FIG. 3 (b) and the virtually obtained vein image as shown in FIG. 3 (a).
좀 더 상세히 설명하면, 수학식 1에서 는 피부층의 흡수계수를, 는 피부층의 산란계수를, 는 의 제곱근을, 는 흐려진 면적에 대한 레디얼(radial) 거리를, d 는 산란계층(손가락 피부)의 두께를 나타낸다. 이처럼 점 확산 함수(P( ))를 추정하기 위한 수학식 1에 적용되는 피부층의 흡수계수( ), 피부층의 산란계수( ), 레디얼 거리( )들은 피부 광학 분야에서 표준화된 상수를 적용하여 사용할 수 있다. In more detail, in Equation 1 Is the absorption coefficient of the skin layer, The scattering coefficient of the skin layer, Is Square root of Is the radial distance to the blurred area and d is the thickness of the laying layer (finger skin). Like this, the point spread function (P ( Absorption coefficient of skin layer applied to Equation 1 for estimating ), The scattering coefficient of the skin layer ( ), Radial distance ( ) Can be used by applying a standardized constant in the field of skin optics.
하지만 (조명의 세기)는 표준화된 값으로 알려진 바가 없으며, 또한 산란계층(손가락 피부)의 두께(d)는 사람마다 손가락 두께가 서로 다르므로 정해진 상수 값을 바로 사용할 수가 없다.However (Light intensity) is not known as a standardized value, and since the thickness d of the scattering layer (finger skin) is different from one finger to another, a constant value cannot be used directly.
따라서 상기 및 d 값을 변경해 가면서 실제 취득된 정맥 영상인 도 3(b)가 상기 산란계층이 없다고 가정하여 추정된 도 3(a)와 같은 형태로 라인 프로파일 매칭을 통해 가장 유사하게 나타나는 및 d 의 값을 구하게 된다. Thus above And FIG. 3 (b), which is an actually acquired vein image while changing the d value, appears most similarly through line profile matching in the form as shown in FIG. And the value of d .
그리고 이렇게 구해진 값 및 d 값을 수학식 1에 적용하여 최종적인 점 확산 함수(P( ))를 결정하게 된다.And Value and d are applied to Equation 1 to obtain a final point spread function (P ( )).
상기 최종적인 점 확산 함수(P( ))가 결정되면, 취득된 정맥 영상에 상기 결정된 최종적인 점 확산 함수를 이하 수학식 2에 적용하여 영상을 복원함으로써 흐려진 정맥 영상의 품질을 향상시킨다.The final point spread function (P ( When)) is determined, the final vein diffusion function determined in the acquired vein image is applied to Equation 2 below to reconstruct the image to improve the quality of the blurred vein image.
상기 수학식 2는 가우시안 기반의 점 확산 함수의 컨볼루션을 이용한 복원 수식으로서, 점 확산 함수와 원본 비훼손 영상의 컨볼루션을 통해 결과 훼손영상을 산출하고 있다.Equation 2 is a reconstruction equation using a convolution of a Gaussian-based point spread function, and the resultant corrupted image is calculated through the convolution of the point spread function and the original undamaged image.
이때, 상기 o(x, y)는 공간영역에서의 결과 훼손영상을, 상기 h(x, y)는 점 확산 함수(point spread function)를, 상기 i(x, y)는 원본 비훼손 영상을, 그리고 상기 n(x, y)은 노이즈를 나타낸다. 또한 상기 O(u, v)는 주파수영역에서의 결과 훼손영상을, 상기 H(u, v)는 점 확산 함수(point spread function)를, 상기 I(u,v)는 주파수영역에서의 결과 훼손영상을, 그리고 상기 N(u, v)는 노이즈를 나타낸다. In this case, o (x, y) denotes a resultant corrupted image in a spatial domain, h (x, y) denotes a point spread function, and i (x, y) denotes an original uncorrupted image. And n (x, y) represents noise. In addition, the O (u, v) is a resultant image in the frequency domain, the H (u, v) is a point spread function, the I (u, v) is a resultant damage in the frequency domain An image, and N (u, v) represents noise.
따라서 전술한 바와 같이, 상기 점 확산 함수(h(x, y) 또는 H(u, v))를 구하게 되면, 주어진 훼손 영상(o(x, y) 또는 O(u, v))을 이용하여 원본 비훼손 영상(i(x, y) 또는 I(u,v))을 복원 필터를 이용하여 구할 수 있게 된다.Therefore, as described above, when the point spread function h (x, y) or H (u, v ) is obtained, a given corrupted image o (x, y) or O (u, v ) is used. The original uncorrupted image i (x, y) or I (u, v) can be obtained using a reconstruction filter.
이때 사용되는 복원 필터로는 인버스 필터(inverse filter), 위너 필터(wiener filter), CLS (Constraint Least Square) 필터 등을 사용할 수 있다.In this case, an inverse filter, a Wiener filter, and a Consort Least Square (CLS) filter may be used as the reconstruction filter.
도 4(a)(b)는 수학식 1을 통해 추정된 점 확산 함수(P( ))를 수학식 2를 통해 복원된 영상의 차이를 나타낸 실시예로서, 도 4(a)와 같이 피부층에 의해 산란되어 흐려진 혈관 영상을, 복원 필터를 통해 복원함으로써, 도 4(b)와 같이 정맥과 피부 사이의 경계가 명확해진 것을 확인할 수 있다.4A and 4B illustrate a point spread function P ( As an embodiment showing the difference of the image restored through the equation (2), as shown in FIG. It can be seen that the boundary between the vein and the skin becomes clear.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1a 및 도 1b는 피부층의 산란에 의해 정맥과 피부의 경계가 모호해지는 이유를 설명하기 위한 도면1A and 1B are diagrams for explaining the reason why the boundary between the vein and the skin is blurred by scattering of the skin layer.
도 2 는 산란계층에 의한 흐림 현상을 설명하기 위한 모델을 나타낸 도면2 is a diagram illustrating a model for explaining a blur phenomenon caused by a scattering layer.
도 3(a) 및 도 3(b)는 가상 생성한 선명한 정맥영상 및 실제 취득된 흐려진 정맥 영상을 나타낸 실시예3 (a) and 3 (b) are embodiments showing virtually generated clear vein images and actual acquired blurred vein images
도 4(a)(b)는 추정된 점 확산 함수(P( ))를 통해 복원전과 복원후의 영상의 차이를 나타낸 실시예4 (a) (b) shows the estimated point spread function P ( An embodiment showing the difference between the image before and after restoration through))
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080136915A KR100920251B1 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080136915A KR100920251B1 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100920251B1 true KR100920251B1 (en) | 2009-10-05 |
Family
ID=41572039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080136915A KR100920251B1 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100920251B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200042066A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-23 | 가천대학교 산학협력단 | Vascular and bleeding guide methods and devices |
CN114176514A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-15 | 同济大学 | Vein identification and positioning method and system based on near-infrared imaging |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100346363B1 (en) | 2000-06-02 | 2002-08-01 | 주식회사 엔지티 | Method and apparatus for 3d image data reconstruction by automatic medical image segmentation and image guided surgery system using the same |
JP2008109952A (en) | 2006-10-27 | 2008-05-15 | Kyocera Corp | Biological authentication apparatus |
-
2008
- 2008-12-30 KR KR1020080136915A patent/KR100920251B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100346363B1 (en) | 2000-06-02 | 2002-08-01 | 주식회사 엔지티 | Method and apparatus for 3d image data reconstruction by automatic medical image segmentation and image guided surgery system using the same |
JP2008109952A (en) | 2006-10-27 | 2008-05-15 | Kyocera Corp | Biological authentication apparatus |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200042066A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-23 | 가천대학교 산학협력단 | Vascular and bleeding guide methods and devices |
KR102107638B1 (en) | 2018-10-12 | 2020-05-08 | 가천대학교 산학협력단 | Vascular and bleeding guide methods and devices |
CN114176514A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-15 | 同济大学 | Vein identification and positioning method and system based on near-infrared imaging |
CN114176514B (en) * | 2021-11-16 | 2023-08-29 | 同济大学 | Vein blood vessel identification positioning method and system based on near infrared imaging |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Image restoration of skin scattering and optical blurring for finger vein recognition | |
Zhang et al. | Infrared and visual image fusion through infrared feature extraction and visual information preservation | |
Zhao et al. | Extracting hand vein patterns from low-quality images: a new biometric technique using low-cost devices | |
Yang et al. | Towards finger-vein image restoration and enhancement for finger-vein recognition | |
KR100908856B1 (en) | Image processing method and image processor | |
KR101141312B1 (en) | Medical image processing method for blood vessel based on image fusion method | |
CN105426843B (en) | Single-lens lower palm vein and palm print image acquisition device and image enhancement and segmentation method | |
Prasanna et al. | Enhancement of vein patterns in hand image for biometric and biomedical application using various image enhancement techniques | |
CN110298273B (en) | 3D finger vein extraction method and system based on multispectral image | |
KR100954776B1 (en) | Method for personal identification using finger-vein | |
KR100920251B1 (en) | A method for restoring infrared vein image blurred by skin scattering | |
Wang et al. | Novel algorithm for enhancement of hand vein images based on adaptive filtering and retinex method | |
Rajabi et al. | Speckle noise reduction and motion artifact correction based on modified statistical parameters estimation in OCT images | |
Pourreza et al. | Segmentation of blood vessels in fundus color images by Radon transform and morphological reconstruction | |
Alwazzan | Low cost blood vein detection system based on near-infrared LEDs and image-processing techniques | |
Shi et al. | A new algorithm for finger-vein image enhancement and segmentation | |
Agaian et al. | Noise-resilient edge detection algorithm for brain MRI images | |
Ahmed et al. | Enhanced Vein Detection from Video Sequences | |
Perera et al. | A novel image enhancement method for palm vein images | |
Guliani et al. | Analysis of multimodal biometrie recognition using iris and sclera | |
Daniel et al. | Retinal image enhancement using wavelet domain edge filtering and scaling | |
JP5087151B2 (en) | Image processing method, image processing apparatus, and image processing program | |
Gowtham et al. | Identification of finger images using score-level fusion | |
Nguyen et al. | Depth estimation of the absorbing structure in a slab turbid medium using point spread function | |
Wei | Menschliche Venenerkennung sowie deren Vermessung mittels digitaler Bildverarbeitung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120725 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140926 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150828 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160905 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180920 Year of fee payment: 10 |