抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统的制作方法

文档序号：12074510阅读：269来源：国知局

本发明涉及成像系统领域，尤其涉及一种抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统，该高光谱成像系统应用于乳腺样本组织的检测中。

背景技术：

现有技术中通过光对物体内部进行成像，特别是对人体内部进行成像，具有无损无创无辐射的突出优点，但至今尚未有能够进入家庭使用的乳腺透射成像光测量系统用于经常性的肿瘤自检，其原因在于现有乳腺成像系统的成本高、运算复杂、精度有限，无法满足实际应用中的乳腺自检需要。

为了提高图像测量质量，现有技术中的公告号为CN104783761 A，公告日为2015年7月22的专利申请利用正交方波作为激励信号来提高成像质量。

发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术中至少存在以下缺点和不足：

由于现有的成像系统无一例外地均采用模数转换器，模数转换器在靠近输入极限(最大或最小幅值)时存在显著的非线性，特别是输入模数转换器的模拟信号电平越低，得到的数字转换结果的不确定度越大。

因此，采用纯净正交方波作为激励信号时，在正交方波的低电平部分得到的数字信号的信噪比就很低，从而影响了图像的总体信噪比。

技术实现要素：

本发明提供了一种抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统，本发明通过将正交方波调整为抬高预设电平的正交方波，提高了图像的总体信噪比，详见下文描述：

一种抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统，所述成像系统包括：一组单色光源和摄像头分别分布在乳腺组织样本的两侧，每个单色光源成线性排列，采用透镜汇聚成一束光，构成光源；一个摄像头构成光源接收器件；

采用不同频率抬高预设电平的正交方波分别驱动一组单色光源中的各个单色光源，摄像头接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本的单色光组合；

在摄像头采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交方波信号由于抬高了预设电平，在正交方波信号的低电平部分，正交方波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交方波信号低电平段，摄像头获取到图像的信噪比，进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度；

计算机对单色光组合进行分离得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。

其中，作为驱动的正交方波信号由于抬高了预设电平，在正交方波信号的高电平部分，提高了摄像头获取到图像的信噪比。

其中，预设电平的取值为摄像头采集的图像动态范围一半以上最佳。

所述单色光源、所述摄像头在乳腺组织样本两面对称设置。

其中，所述单色光源为激光二极管；或，所述单色光源为单色二极管。

进一步地，所述摄像头为手机摄像头。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明采用不同频率抬高预设电平的正交方波驱动单色光源，对摄像头检测到的光电信号进行分离可以得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，进而实现对乳腺组织样本的成像，相较于背景技术中的公告号为CN104783761A，公告日为2015年7月22的专利申请，本发明显著地提高了在正交方波信号低电平段的图像的信噪比，进而改善了摄像头获取到图像的质量；进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。本发明实现了高速度、大信息的高精度测量，且本发明提供的系统具有成本低、应用方便等优点，适宜于家庭自检。

附图说明

图1为本发明提供的一种抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统的结构示意图；

图2为本发明提供的单色光源、乳腺组织样本和摄像头相对位置示意图；

图3为本发明提供的抬高预设电平正交方波的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：一组单色光源；2：透镜；

3：乳腺组织样本；4：一个摄像头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种抬高预设电平的正交方波频率编码的高光谱成像系统，参见图1和图2，成像系统包括：一组n个单色光源1(用LD表示，单色光源的波长处于600～1200nm之间，此波段为“光学窗口”，穿透深度比较深)和一个摄像头4。

其中，n的具体取值与乳腺组织样本3对不同波长的敏感程度相关，本发明实施例对此不做限制)；一组单色光源1分布在乳腺组织样本3的一侧，一个摄像头4分布在乳腺组织样本3的另一侧。

其中，一组单色光源1中的每个单色光源LD₁…LD_n成线性排列，采用透镜2汇聚成一束光，构成线阵光源；一个摄像头4构成多波长光源接收器件。该线阵成像光测量系统还包括与一个摄像头4外接的计算机(图中未示出)。

参见图3，采用不同频率抬高预设电平的正交方波分别驱动一组单色光源1中的各个单色光源LD_i，摄像头4进行采集，采集到的图像中，每个像素点为每个单色光源LD_i透过乳腺组织样本3的单色光组合I_ij。

本发明实施例抬高预设电平后，在摄像头4采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交方波信号由于抬高了预设电平，在正交方波信号的低电平部分，正交方波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交方波信号低电平段的图像的信噪比；相较于背景技术中的公告号为CN104783761 A，公告日为2015年7月22，以纯净正交方波作为激励信号的专利申请，本发明实施例显著地提高了在正交方波信号低电平段的图像的信噪比，进而改善了摄像头4获取到图像的质量。

另外，由于抬高预设电平，噪声水平没有变化，在正交方波信号的高电平部分，正交方波信号相较于噪声也有一定的改善，提高了在正交方波信号高电平段的图像的信噪比。

进而，由于摄像头4获取到的图像(其中，摄像头4接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本3的单色光组合)的信噪比整体增强，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度。

其中，预设电平的取值优选摄像头4采集的图像动态范围一半以上时，信号大于等于1/2图像动态范围，通过摄像头4采集到的信号的失真小、图像质量最高。

计算机对单色光组合I_ij进行分离可以得到单色光组合I_ij中的各个单色光源LD_i的贡献，构成各波长下的透射图像。根据各波长下乳腺组织样本3中正常组织、肿瘤组织等的光学特性不同，进行乳腺组织样本3的透射光成像测量，实现肿瘤的早期检测。

其中，计算机对单色光组合I_ij进行分离可以得到单色光组合I_ij中的各个单色光源LD_i的贡献的步骤具体为：

为简便说明起见，以4种波长的发光二极管1为例进行说明，假定λ1(D1发光二极管)和λ2(D2发光二极管)波长的发光二极管1驱动抬高预设电平的正交方波频率为2倍f，λ3(D3发光二极管)和λ4(D4发光二极管)波长的发光二极管1驱动抬高预设电平的正交方波频率分别为1倍f，而且λ1、λ2波长的发光二极管1驱动抬高预设电平的正交方波频率相同但相位相差90°，λ3、λ4波长的发光二极管1驱动抬高预设电平的正交方波频率相同但相位相差90°。

假定摄像头4采样频率为f_S，且fS＝2f，并保证在λ1驱动信号高、低电平中间采样。

数字信号序列可以表示为：

其中，和分别为波长λ1、λ2、λ3和λ4的电压信号，为低频信号，包括：背景光、摄像头4的本底噪声。

假定采样频率fS远高于调制抬高预设电平的正交方波信号和背景光的变化频率，在最低驱动信号频率的一个周期可以近似认为各路抬高预设电平的正交方波信号的幅值和背景光信号的幅值不变。以最前8个采样值为例：

其中，和分别为波长λ1、λ2、λ3和λ4的光信号和背景信号的幅值。

换言之，以顺序每8个数字信号为一组进行运算：

即得到4倍的波长λ1的光信号而且完全消除了背景信号的影响。

即得到4倍的波长λ2的光信号而且完全消除了背景信号的影响。

即得到4倍的波长λ3的光信号而且完全消除了背景信号的影响。

即得到4倍的波长λ4的光信号而且完全消除了背景信号的影响。