【正文】 right spots and keep the pupil size, the influence of the generated thumbnail at the same time。 open operation。正常的瞳孔為圓形，黑色透明， 兩側(cè)等大。前者的神經(jīng)傳導(dǎo)徑路同光反射傳導(dǎo)徑路（下文述及）。國內(nèi)在此方面的研究還較少，中山大學(xué)賀奇才等研制出瞳孔孔徑動(dòng)態(tài)變化測沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 量分析裝置，但其局限在測量出瞳孔孔徑，光刺激是手工操作的。 瞳孔檢測作為虹膜檢測識(shí)別的一個(gè)子模塊，在多個(gè)領(lǐng)域中都有廣泛的運(yùn)用。 OpenCV 的介紹 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 OpenCV 的全稱是 Open Source Computer Vision Library，是一個(gè)開放源代碼的計(jì)算機(jī)視覺庫。大量的新特性被加入 OpenCV 中，很多算法都是最近一兩年的新的科研成果。控制產(chǎn)生不同顏色、不同強(qiáng)度、不同頻率的特定光刺激條件下，動(dòng)態(tài)采集人眼部圖像傳送至計(jì)算機(jī)，經(jīng)圖像處理模塊從視頻圖像中進(jìn)行檢測識(shí)別并標(biāo)定瞳孔位置，同時(shí)獲得瞳孔的各數(shù)值化參數(shù)及變化情況。由于要使用較多的外設(shè)接口，且要求控制模塊能夠降低功耗，因此本系統(tǒng)采用的是基于 CortexM3 內(nèi)核的 STM32F101RBT6 ARM 芯片。 腐蝕 使用 B 對 A 進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，定義為： （ ） 其中 A 是輸入圖像的集合，集合 B 是結(jié)構(gòu)元素。作用就是將目標(biāo)的邊緣或者是內(nèi)部的坑填掉?？梢娫趫D像特征提取之前重要的一部分工作就是圖像分割，圖像分割是圖像識(shí)別和圖像理解的基本前提步驟。 在物體與背景有較強(qiáng)的對比度的圖像中，此種方法應(yīng)用特別有效。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，首先，圖像的二值化有利于圖像的進(jìn)一 步處理，使圖像變得簡單，而且數(shù)據(jù)量減小，能凸顯出感興趣的目標(biāo)的輪廓。假設(shè)縮略圖的寬和長度都為原圖的 1/2，那么縮略圖的面積將變?yōu)樵瓐D的 1/4，這樣查找種子點(diǎn)的運(yùn)算量將大大減小。 （ 2）基于區(qū)域灰度分布統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 以灰度分布相似性作為生長準(zhǔn)則來決定區(qū)域的合并，具體步驟如下： 步驟一：把像素分成互不重疊的小區(qū)域。 圖 Source file 的選擇 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 2）項(xiàng)目設(shè)置 每創(chuàng)建一個(gè)將要使用 OpenCV 的 VC Project，都需要給它指定需要的 lib。 //得到視頻文件的播放速度 bool PickSomeFrames(CString filename, int start, int end,CString savePath)。 視頻處理模塊的具體實(shí)現(xiàn) 視頻處理模塊是將提取的幀，逐幀進(jìn)行處理，再將處理后的幀保存。jpimgwidth。 return center。 圖 腐蝕模板卷積圖 膨脹是在模板卷積的基礎(chǔ)上做或運(yùn)算，腐蝕則是做與運(yùn)算。膨脹的卷積圖如圖 所示。m++) if(yp[m]=maxy){maxy=yp[m]。 for(int k=0。 UINT m_timer。 //關(guān)閉播放文件 void PlayVideo(int frame_pos)。 圖 畫曲線圖流程圖 視 頻 文 件指 定 提 取 幀 的 位 置幀 提 取圖 像 預(yù) 處 理選 定 閥 值 ， 二 值 化經(jīng) 垂 直 ， 水 平 投 影找 到 種 子 點(diǎn)進(jìn) 行 區(qū) 域 生 長 ， 確 定 瞳 孔 區(qū) 域計(jì) 算 瞳 孔 區(qū) 域 的 像 素 數(shù) 并 保 存 其 數(shù) 據(jù)保 存 處 理 后 的 幀幀 提 取 是 否 結(jié) 束視 頻 處 理 結(jié) 束是否保 存 的 每 幀 瞳 孔 像 素 點(diǎn) 數(shù)坐 標(biāo) 轉(zhuǎn) 換畫 瞳 孔 像 素 點(diǎn) 數(shù) 曲 線結(jié) 束確 定 橫 縱 坐 標(biāo) 單 位沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 處理后的視頻查看模塊 本文通過軟件自帶的控件來實(shí)現(xiàn)處理后的視頻文件的查看，流程圖如圖 所示。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 步驟三：以新合并的像素為中心，返回步驟二，檢查新像素的鄰域，直到區(qū)域不能進(jìn)一步擴(kuò)張。繪制垂直和水平方向上的統(tǒng)計(jì)，最后找到兩個(gè)方向上像素個(gè)數(shù)累加值最大點(diǎn)所在的位置，則得到位于瞳孔中種子點(diǎn)的坐標(biāo)（ Xmax(i),Ymax(j)）。對原圖使用閾值 T =38 來進(jìn)行二值化閾值分割，結(jié)果如圖 所示。操作過程是先由用戶規(guī)定一個(gè)閾值，如果圖像中像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為 0，否則將灰度值設(shè)置為 255。開運(yùn)算通常是在需要去除小開運(yùn)算具有平滑邊界，濾掉比結(jié)構(gòu)元素小的斑點(diǎn)、突 刺，斷開狹長連接的作用。（ 3）如果都為 1，結(jié)果圖像的該像素為 1；否則為 0。瞳孔檢測算法流程圖如圖 所示。同時(shí)，考慮到 850~950nm 近紅外光光譜對人眼無刺激作用，故不會(huì)影響到本文所研究的瞳孔對光反應(yīng)效果；且視網(wǎng)膜對 此紅外光能夠反射高達(dá)百分之八九十的入射光，人眼瞳孔與相鄰其他組織的反射差異性較強(qiáng)，在成像后將便于后端程序處理。本章主要簡單論述系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和硬件部分設(shè)計(jì)方案。 Willow Garage 是一家機(jī)器人公司，致力于為個(gè)人機(jī)器人開發(fā)開放的硬件平臺(tái)和軟件。后來又當(dāng)成橢圓來處理，使用最小二乘法擬合橢圓。此外還有角膜地形圖可測量瞳孔大小，國外的此類產(chǎn)品如 CSCan 和 AleonEyeMap 等角膜地形圖。但這種方法存在時(shí)間長、誤判率高、費(fèi)用高等缺陷。其大小及反應(yīng)由瞳孔括約肌和瞳孔開大沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 肌所控制，分別通過副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)支配，這兩種神經(jīng)相互協(xié)調(diào)、相互制約，控制著瞳孔的形態(tài)變化。瞳孔若感光超過一定時(shí)間，原已縮小的瞳孔稍微擴(kuò)展?；谝陨系奶幚矸椒?，采用 OpenCV、 VC++編程工具，編程實(shí)現(xiàn)了瞳孔動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分。 region growing。除生理調(diào)節(jié)變化外，如瞳孔擴(kuò)大多見于顱腦外傷、腦血管病、重癥的乙型腦炎、化膿性腦膜炎等；若伴有光反射消失、眼球固定、深昏迷等，多為原發(fā)性腦干損傷或臨終前征象；瞳孔縮小多見于乙醇（又稱酒精）中毒、安眠藥中毒以及老年人的腦橋腫瘤、腦橋出血，也可見于糖尿病。后者的傳導(dǎo)徑路如下；下丘腦（視束可能與下丘腦有間接聯(lián)系） —— 中樞性交感神經(jīng)束中腦交叉 —— 經(jīng)過腦干和 頸髓 —— 第 8 頸髓至第 2 胸髓的灰質(zhì)側(cè)角（交感神經(jīng)核區(qū)又稱睫狀脊髓中樞）發(fā)出節(jié)前纖維 —— 頸上交感神經(jīng)節(jié) —— 節(jié)后纖維 —— 入眼眶（伴隨頸動(dòng)脈上行） —— 瞳孔開大肌 [1]。南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究 所的王懷軍、方志良等也正在開展這方面的研究工作，進(jìn)行了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和理論計(jì)算。在臨床應(yīng)用方面， GregoryM， Malham 等研究了在格拉斯哥評分（ Glasgow ComaScore）低于 3 分，同時(shí)伴隨雙側(cè)瞳孔固定散大的嚴(yán)重創(chuàng)傷病人存活率； Matthias Behrends 等測量了在心肺復(fù)蘇時(shí)候瞳孔的變化，期待瞳孔參數(shù)能夠表征病人的存活狀態(tài)。 OpenCV 是最初由英特爾公司發(fā)起并開發(fā)，以 BSD 許可證授權(quán)發(fā)行，可以在商業(yè)和研究領(lǐng)域中免費(fèi)使用，現(xiàn)在美國 Willow Garage 為 OpenCV 提供主要的支持。 OpenCV 正日益成為算法研究和產(chǎn)品開發(fā)不可缺少的工具。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 瞳孔動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)的硬件包括圖像采集、攝像光源系統(tǒng)、刺激光 源及控制 3 部分。 STM32 分為 STM32F103 系列和 STM32F101 系列兩種。腐蝕處理的作用是將目標(biāo)圖形收縮。 膨脹原理：（ 1）用結(jié)構(gòu)元素 B，掃描圖像 A 的每一個(gè)像素。圖像分割算法一般是基于灰度的兩個(gè)性質(zhì)之一：不連續(xù)性和相似性。比如說物體內(nèi)部灰度分布均勻一致，背景在另一個(gè)灰度級上也分布均勻，這時(shí)利用閾值可以將目標(biāo)與背景分割得很好。其次，要進(jìn)行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像。 在縮略圖中找到種子點(diǎn)后，然后將其橫縱坐標(biāo)按照縮小比例進(jìn)行放大，就可以得到在原始圖像中種子點(diǎn)的坐標(biāo)了。 步驟二：比較鄰接區(qū)域的累積灰度直方圖，根據(jù)灰度分布的相似性進(jìn)行區(qū)域合并。菜單：ProjectSettings，然后將 Setting for 選為 All Configurations，然后選擇右邊的 link 標(biāo)簽，在 Object/library modules 附加上 ，如圖 所示。 virtual ~Video()。處理模塊中涉及到種子點(diǎn)的定位和瞳孔圖片的預(yù)處理以及區(qū)域生長算法。j++) { if(a[k][j]==0) yp[k]++。 } 圖片的灰度化實(shí)現(xiàn)如下： IplImage* AveGRAY(IplImage*in,IplImage*out) //灰度化函數(shù) { for (int y=0。如上圖，盡在最后涂黑的兩個(gè)點(diǎn)與模板原點(diǎn)（標(biāo)十字 )的點(diǎn)對齊，然后卷積后才可以得到三個(gè)‘ 1’，所以與后是 1，其他的與運(yùn)算后都是 0。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 瞳孔預(yù)處理包括腐蝕，膨脹，二值化等操作。mpimgheight。 } } 。 //幀總數(shù) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 int m_fps。 //打開 FilePath 視頻文件，并設(shè)置好顯示區(qū)域等參數(shù) void CloseFile()。 圖 視頻讀取流程圖 視頻處理模塊 本模塊實(shí)現(xiàn)將視頻文件逐幀提取，并將提取到的圖片保存和處理，圖片處理的過程就是瞳孔檢測的過程，具體過如下： 第一：將視頻文件按指定幀的位置逐幀提取并保存； 第二：將每一幀進(jìn)行瞳孔檢測； 第三：將瞳孔檢測后的幀保存； 視頻處理流程圖如圖 所示 指 定 視 頻 文 件開 始打 開 視 頻 文 件逐 幀 播 放幀 是 否 結(jié) 束播 放 結(jié) 束否是沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 視頻處理流程圖 畫曲線圖模塊 根據(jù)計(jì)算瞳孔的像素?cái)?shù)據(jù)來畫曲線圖，曲線圖的橫坐標(biāo)是幀的位置，縱坐標(biāo)是瞳孔的相對像素點(diǎn)數(shù)，流程圖如圖 所示。 步驟二：以該像素為中心檢查它的鄰域像素，即將鄰域中的像素逐個(gè)與之比較，如果灰度差小于預(yù)先確定的閾值，將它們合并。 ?? = 1 , 2 , 3 , … ， ?? （ 3. 7 ） 而本文僅對灰度值為 0 的點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在二值化后的瞳孔圖像中沿著水平和垂直兩沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 個(gè)方向進(jìn)行掃描。通過分析瞳孔圖像的直方圖，可以發(fā)現(xiàn)瞳孔絕大部分的灰度值低于 50。本實(shí)驗(yàn)以采用全局閾值分割，將一幅灰度圖像轉(zhuǎn)換成黑白二值圖像。對象物、在纖細(xì)點(diǎn)處分離物體、平滑較大物體的邊界的同時(shí)并不明顯改變其面積。 （ 2） 用結(jié)構(gòu)元素與其覆蓋的二值圖像做“與”操作。 可將虹膜的內(nèi)外邊緣近似看作兩個(gè)不同心的圓，而內(nèi)圓就是瞳孔。由于可能需要在暗室環(huán)境下進(jìn)行檢測定位等操作，普通攝像頭感光范圍受到限制，不能采集到較理想的圖像，影響到后端圖像處理環(huán)節(jié)。瞳孔的動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)分析硬件部分和軟件部分，硬件部分包括圖像采集裝置、光刺激器、圖像處理計(jì)算機(jī)；軟件部分包括光刺激器控制部分和視頻圖像處理部分。 Gary Bradski 也是 OpenCV 開發(fā)者中的元老級人物，他曾出版《 Leaning OpenCV》一書，廣受 歡迎。 在瞳孔圖像中，瞳孔與虹膜邊界在幾何學(xué)上可以近似為圓形，故早期瞳孔檢測都是基于圓檢測，典型算法有 Wildes 提出的 Hough 算法，精確度較高，但是計(jì)算量大；Daugman 的圓周差分法，計(jì)算速度較 Hough 快，但是受眼睫毛等噪聲的影響。再之后國外研究者發(fā)現(xiàn)紅外線攝錄技術(shù)對于檢查夜視狀況下的瞳孔大小具有較好重復(fù)性仁創(chuàng)， Colvard 紅外瞳孔單眼測量儀就是該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品，該儀器的像面上覆蓋了一把標(biāo)有刻度的直尺，度仍然偏低，且是單眼測量 [2]。以前對吸毒人員的鑒別，依賴于尿液檢測。 瞳孔位于虹膜中央稍偏鼻下方，近似圓形。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)在檢查淺昏迷狀態(tài)的病人，則此現(xiàn)象表現(xiàn)遲鈍，而對于深昏迷者則該現(xiàn)象消失。首先使用形態(tài)學(xué)開運(yùn)算進(jìn)行預(yù)處理，去除睫毛和亮斑的影響且保持原有瞳孔大小，同時(shí)生成縮略圖；然后生成二值閾值化圖像，進(jìn)行水平和垂直投影，找到極值點(diǎn)，將其作 為種子點(diǎn)；最后用區(qū)域生長算法得到精確的瞳孔區(qū)域。 the pupil position。另外，有機(jī)磷、嗎啡中毒甚至可出現(xiàn)針尖樣瞳孔；若伴有光反射遲鈍、中樞性高熱、深昏迷，為腦橋損傷表現(xiàn)；兩側(cè)瞳孔大小不等常見于腦出血、腦梗死、腦腫瘤等；兩側(cè)瞳孔大小多變伴有光反射消失、眼球分離或異位，多為中腦損傷表現(xiàn)。 當(dāng)光線射入眼睛或光線的強(qiáng)度變大，瞳孔立即縮??；當(dāng)光線移去或強(qiáng)度減弱，瞳孔又立即散大。綜上所述，瞳孔檢測方法和技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的觀察法、目測法，到簡易測量器的制作，再到照相技術(shù)的應(yīng)用，角膜地形圖的采用，紅外技術(shù)和計(jì)算機(jī)的利用，發(fā)展趨勢是由手工到自動(dòng)，從定性描述或半定量、經(jīng)驗(yàn)式的描述到定量測量，由靜態(tài)檢測到動(dòng)態(tài)檢測。在心理評估方面，Arturas Kaklauskas 等開發(fā)了一套智能瞳孔分析系統(tǒng)，用于對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步做出評估。OpenCV 可用于開發(fā)實(shí)時(shí)的圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺