基于手背静脉识别的多波长反射式非接触血氧检测系统研究
发布时间：2021-01-14 21:44
静脉识别技术因其准确率高、安全便捷以及识别速度快等优点成为生物识别领域的研究热点,但仍然存在被欺骗攻击的风险。一个完整的生物识别系统应具有活体检测的功能,因此静脉识别系统的活体检测功能对其安全性保障具有重要意义。目前应用在静脉识别系统上的活体检测方法主要有:热量检测法,序列图片检测法以及近红外检测法。热量检测法是利用体温来检测活体,但是仿冒者可以将假手背穿戴在自己的手上,轻松骗过系统。序列图片检测法是利用序列手背静脉图像进行防伪验证,但是在识别过程中,手背几乎处于静止状态,图像间差异小,活体识别率低。近红外检测法是利用人体组织与其他材料在近红外光下存在的巨大差异性,来进行活体识别。近红外检测法是一种稳定的活体识别技术,可以通过穿透生物组织来检测生物组织内的物质。本文提出一种基于序列红外图像光学检测方法,通过检测人体血氧饱和度、心率等生命参数,为静脉识别技术提供活体检测。该方法较其他活体检测方法更有效,识别率更高。根据静脉识别检测的物理布局,可知须采用非接触式检测血氧的方法。目前该检测方法存在技术难点有:1、手背部位脉搏波信号微弱难以检测;2、环境光干扰严重。针对上述问题,本论文采取多波...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－５非接触式检测血氧饱和度的研究文献现状：（ａ）与Ｓｐ０２有关的文献；??（ｂ）与Ｓｐ０２有关的引用??１．４论文研究目标与内容安排??
浙江大学硕士学位论文?非接触式血氧检测技术的理论分析??第２章非接触式血氧检测技术的理论分析??２．１基于ＩＰＰＧ的脉搏血氧饱和度测量原理??２．１．１皮肤组织的生理学基础??光在人体组织中传播会与组织产生相互作用，光信号随着心脏的周期性波动??而周期性变化，根据光信号的变化情况，近而感知人体皮肤组织中血流的变化。??皮肤结构是ＩＰＰＧ系统的生理学基础，分析人体皮肤的组织结构是十分必要的，??如图２－１所示。??＃翁｜?１??脂舫组织?汗肽??图２－１皮肤组织结构示意图??皮肤结构是由表皮、真皮以及皮下组织组成的。皮肤最外侧的是表皮层，该??部位没有血管，故表皮中不存在与血液有关的信息。真皮层在表皮下面，且含有??较多的毛细血管。不同人体部位的真皮厚度不一，例如手掌处的真皮较厚，约３ｍｍ??左右，其余大多部位的厚度在１＿?￣?２＿之间Ｍ。皮下脂肪层与真皮层无明显??的分界线，皮下脂肋组织也含有丰富的血管。有将近１０％的血液从皮肤姐织流过??［３９］。研究表明，真皮层是光在皮肤中被吸收和被散射的主要位置。在??６００ｎｍ?￣?ｌＯＯＯｎｍ波段范围内的光主要被血液中的血红蛋白所吸收，同时脱氧血??红蛋白（Ｈｂ）和氧合血红蛋白（Ｈｂ０２?）在可见光范围（６００ｎｍ？７８０ｎｍ?）和近??红外光范围（７８０ｎｍ?￣?ｌＯＯＯｎｍ）的吸收能力不一。在心动周期中，二者浓度随心??脏搏动发生变化，从而使得采集的光强发生变化，节律性变化中蕴含着脉搏信息，??ＩＰＰＧ信号源来自于真皮层丰富的毛细血管。??１１??
浙江大学硕士学位论文?非接触式血氧检测技术的理论分析??２．１．２光学理论基础??生物组织中光的穿透深度是与光强、波长以及生物组织的吸收能力相关的。??通常来说，光的波长越长，穿透能力越强。分析皮肤结构可知，丰富的血管网络??主要在真皮层，同时６２０ｎｍ?￣?１２００ｎｍ波段的光源可以到达真皮层下??２ｍｍ?￣?６ｍｍ，该深度区间具有大量的血流信息，如图２－２所示。??Ｂｌｕｅ?Ｇｒｅｅｎ?Ｙｅｌｌｏｗ?Ｏｒａｎｇｅ?Ｒｅｄ?Ｍａｇｅｎｔａ??４２０－１２００ｎｍ?５１５－１２００ｎｍ?５３５－１２００ｎｍ?５５０－１２００ｎｍ?６２０－１２００ｎｍ?７５０－１２００ｎｍ??０．１－０．２ｍｍ?０．２－０．６ｍｍ?０．６－２ｍｍ?０．６－２ｍｍ?２－６ｍｍ?２－６ｍｍ??图２－２不同波长照射深度分布示意图??在考虑穿透深度的同时，也应充分考虑到对于不同波长的光，皮肤组织具有??选择吸收的特性。皮肤组织中主要存在三种吸光物质：水、黑色素以及血红蛋白。??这三种物质对不同波长光的吸收系数，如图２－３所示，??脱试?；?ａ??系’试介血ｍｎ：?＼＼ｌ?—＊??：１。…．…广－ｆ＾Ｗ＾??１０?１??？?？?；????Ｌ＿ＺＵ???５００?７００?１０００??波?Ｋ；（ｎｍ）??图２－３不同波长光的吸收系数示意图??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LED光源在生物医学中的应用分析[J]. 郑炳松. 照明工程学报. 2016(03)
[2]指静脉识别研究综述[J]. 尹义龙,杨公平,杨璐. 数据采集与处理. 2015(05)
[3]基于STM32的无创血氧检测仪的研制[J]. 梅澜潇,黄松,忻尚芝. 信息技术. 2014(09)
[4]基于动态光谱法的多波长脉搏血氧饱和度测量[J]. 王晓飞,赵文俊. 光谱学与光谱分析. 2014(05)
[5]一种消除脉搏波信号中呼吸基线漂移的方法[J]. 韩庆阳,李丙玉,王晓东. 中国医疗器械杂志. 2014(01)
[6]光电容积脉搏波的临床应用研究及进展[J]. 朱娟,张列亮,徐磊. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(22)
[7]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[8]生物特征识别技术发展综述[J]. 赵秀萍. 刑事技术. 2011(06)
[9]生物识别技术的发展与现状[J]. 毛巨勇. 中国安防. 2010(08)
[10]脉搏信号中运动伪差噪声的消除[J]. 杨颖飞,胡方明,同伟锋,叶一初. 生物医学工程学杂志. 2010(03)
博士论文
[1]心血管生理参数非接触式检测关键技术研究[D]. 范强.武汉大学 2017
硕士论文
[1]基于多波长的脉搏血氧饱和度的测量方法研究[D]. 于晓华.燕山大学 2018
[2]危重患者不同部位脉搏血氧饱和度与动脉血氧饱和度差异的研究[D]. 庞流芳.山东大学 2016
本文编号：2977605
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－５非接触式检测血氧饱和度的研究文献现状：（ａ）与Ｓｐ０２有关的文献；??（ｂ）与Ｓｐ０２有关的引用??１．４论文研究目标与内容安排??
浙江大学硕士学位论文?非接触式血氧检测技术的理论分析??第２章非接触式血氧检测技术的理论分析??２．１基于ＩＰＰＧ的脉搏血氧饱和度测量原理??２．１．１皮肤组织的生理学基础??光在人体组织中传播会与组织产生相互作用，光信号随着心脏的周期性波动??而周期性变化，根据光信号的变化情况，近而感知人体皮肤组织中血流的变化。??皮肤结构是ＩＰＰＧ系统的生理学基础，分析人体皮肤的组织结构是十分必要的，??如图２－１所示。??＃翁｜?１??脂舫组织?汗肽??图２－１皮肤组织结构示意图??皮肤结构是由表皮、真皮以及皮下组织组成的。皮肤最外侧的是表皮层，该??部位没有血管，故表皮中不存在与血液有关的信息。真皮层在表皮下面，且含有??较多的毛细血管。不同人体部位的真皮厚度不一，例如手掌处的真皮较厚，约３ｍｍ??左右，其余大多部位的厚度在１＿?￣?２＿之间Ｍ。皮下脂肪层与真皮层无明显??的分界线，皮下脂肋组织也含有丰富的血管。有将近１０％的血液从皮肤姐织流过??［３９］。研究表明，真皮层是光在皮肤中被吸收和被散射的主要位置。在??６００ｎｍ?￣?ｌＯＯＯｎｍ波段范围内的光主要被血液中的血红蛋白所吸收，同时脱氧血??红蛋白（Ｈｂ）和氧合血红蛋白（Ｈｂ０２?）在可见光范围（６００ｎｍ？７８０ｎｍ?）和近??红外光范围（７８０ｎｍ?￣?ｌＯＯＯｎｍ）的吸收能力不一。在心动周期中，二者浓度随心??脏搏动发生变化，从而使得采集的光强发生变化，节律性变化中蕴含着脉搏信息，??ＩＰＰＧ信号源来自于真皮层丰富的毛细血管。??１１??
浙江大学硕士学位论文?非接触式血氧检测技术的理论分析??２．１．２光学理论基础??生物组织中光的穿透深度是与光强、波长以及生物组织的吸收能力相关的。??通常来说，光的波长越长，穿透能力越强。分析皮肤结构可知，丰富的血管网络??主要在真皮层，同时６２０ｎｍ?￣?１２００ｎｍ波段的光源可以到达真皮层下??２ｍｍ?￣?６ｍｍ，该深度区间具有大量的血流信息，如图２－２所示。??Ｂｌｕｅ?Ｇｒｅｅｎ?Ｙｅｌｌｏｗ?Ｏｒａｎｇｅ?Ｒｅｄ?Ｍａｇｅｎｔａ??４２０－１２００ｎｍ?５１５－１２００ｎｍ?５３５－１２００ｎｍ?５５０－１２００ｎｍ?６２０－１２００ｎｍ?７５０－１２００ｎｍ??０．１－０．２ｍｍ?０．２－０．６ｍｍ?０．６－２ｍｍ?０．６－２ｍｍ?２－６ｍｍ?２－６ｍｍ??图２－２不同波长照射深度分布示意图??在考虑穿透深度的同时，也应充分考虑到对于不同波长的光，皮肤组织具有??选择吸收的特性。皮肤组织中主要存在三种吸光物质：水、黑色素以及血红蛋白。??这三种物质对不同波长光的吸收系数，如图２－３所示，??脱试?；?ａ??系’试介血ｍｎ：?＼＼ｌ?—＊??：１。…．…广－ｆ＾Ｗ＾??１０?１??？?？?；????Ｌ＿ＺＵ???５００?７００?１０００??波?Ｋ；（ｎｍ）??图２－３不同波长光的吸收系数示意图??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LED光源在生物医学中的应用分析[J]. 郑炳松. 照明工程学报. 2016(03)
[2]指静脉识别研究综述[J]. 尹义龙,杨公平,杨璐. 数据采集与处理. 2015(05)
[3]基于STM32的无创血氧检测仪的研制[J]. 梅澜潇,黄松,忻尚芝. 信息技术. 2014(09)
[4]基于动态光谱法的多波长脉搏血氧饱和度测量[J]. 王晓飞,赵文俊. 光谱学与光谱分析. 2014(05)
[5]一种消除脉搏波信号中呼吸基线漂移的方法[J]. 韩庆阳,李丙玉,王晓东. 中国医疗器械杂志. 2014(01)
[6]光电容积脉搏波的临床应用研究及进展[J]. 朱娟,张列亮,徐磊. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(22)
[7]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[8]生物特征识别技术发展综述[J]. 赵秀萍. 刑事技术. 2011(06)
[9]生物识别技术的发展与现状[J]. 毛巨勇. 中国安防. 2010(08)
[10]脉搏信号中运动伪差噪声的消除[J]. 杨颖飞,胡方明,同伟锋,叶一初. 生物医学工程学杂志. 2010(03)
博士论文
[1]心血管生理参数非接触式检测关键技术研究[D]. 范强.武汉大学 2017
硕士论文
[1]基于多波长的脉搏血氧饱和度的测量方法研究[D]. 于晓华.燕山大学 2018
[2]危重患者不同部位脉搏血氧饱和度与动脉血氧饱和度差异的研究[D]. 庞流芳.山东大学 2016
本文编号：2977605
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