專(zhuān)利名稱(chēng)：一種物體表面三維輪廓成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種成像裝置，特別是關(guān)于一種適用于熒光分子斷層成像的物體表面三維輪廓成像裝置。
背景技術(shù)：
熒光分子斷層成像技術(shù)已經(jīng)成為一種用于生命醫(yī)學(xué)研究的重要手段，有助于早期的疾病診斷尤其是癌癥診斷和定位，有效促進(jìn)藥物研制和生命機(jī)理的分析。熒光分子斷層成像方法主要可以分為基于有限元的方法和基于輻射傳輸方程的方法，無(wú)論是哪種重建方法，都需要在正向問(wèn)題中先預(yù)測(cè)出邊界熒光數(shù)據(jù)，然后在反演問(wèn)題上更新模型的光學(xué)參數(shù)值，以使邊界測(cè)量值和正向計(jì)算得出的數(shù)據(jù)之間差值最小。因此，在熒光分子斷層成像的三維重建中，確定被測(cè)物體的三維表面邊界輪廓是必不可少的。目前，現(xiàn)有技術(shù)中解決熒光分子斷層成像中物體表面輪廓重建問(wèn)題，如白光下反投影重建法，其優(yōu)點(diǎn)是能夠基本達(dá)到熒光分子斷層成像方法所需要的輪廓精度，但是成像精度不高，白光源對(duì)熒光波段仍有一定干擾，數(shù)據(jù)采集占用CCD資源；基于格雷編碼結(jié)構(gòu)光的輪廓提取方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)定標(biāo)實(shí)現(xiàn)很高的分辨率，但是對(duì)于同一個(gè)角度的物體，重建需要多幀格雷編碼圖像，非常耗時(shí)，切換圖案的裝置也會(huì)大大增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，因而效果不甚理想。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種成像操作簡(jiǎn)單，輪廓重建時(shí)間短，輪廓重建精度高的物體表面三維輪廓成像裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:它包括發(fā)光二極管、光柵、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、控制器、攝像頭和計(jì)算機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)底部中心設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，所述控制器通過(guò)控制所述旋轉(zhuǎn)軸使所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，待成像體設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)所述光柵投射到所述待成像體表面形成條紋，所述攝像頭拍攝所述待成像體表面的所有條紋，并將拍攝的待成像體條紋圖像發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)。所述待成像體為參考平面板，所述參考平面板平行并通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線。所述待成像體為待測(cè)物體,所述待測(cè)物體的中心通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線。所述發(fā)光二極管中心點(diǎn)與所述攝像頭中心點(diǎn)的連線平行所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸，且所述攝像頭的光軸垂直且通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸。所述發(fā)光二極管的波長(zhǎng)為380 470nm。所述光柵的光柵常數(shù)為1mm。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型包括發(fā)光二極管、光柵、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、控制器、攝像頭和計(jì)算機(jī)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)底部中心設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸連接控制器，控制器可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸使待測(cè)物體旋轉(zhuǎn)軸360°，并且基于單幀傅立葉變換輪廓術(shù)子方法和360°傅立葉變換輪廓術(shù)子方法完成待測(cè)物體的三維表面輪廓重建，成像操作簡(jiǎn)單，能夠極好地適應(yīng)熒光分子斷層成像中對(duì)重建物體三維表面輪廓的要求。2、本實(shí)用新型的發(fā)光二極管采用的波長(zhǎng)為380 470納米，與熒光分子斷層成像的激發(fā)光波長(zhǎng)650 880納米，差異較大、互不干擾。3、本實(shí)用新型將發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)光柵分別照射參考平面板和待測(cè)物體，并分別將參考平面板與每一幀待測(cè)物體的條紋圖像進(jìn)行處理，以參考平面板的條紋圖像為參考，得到待測(cè)物體各個(gè)角度的輪廓，最后對(duì)物體各角度的輪廓進(jìn)行拼接處理，快速得到待測(cè)物體三維物體輪廓，重建時(shí)間短，輪廓重建精度也較高。4、本實(shí)用新型可以與其它熒光分子斷層成像系統(tǒng)協(xié)同使用，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控待成像體的真實(shí)狀態(tài)，且與熒光分子斷層成像系統(tǒng)互相獨(dú)立，可以同時(shí)工作，提高工作效率，使得熒光分子斷層成像圖像更加準(zhǔn)確。本實(shí)用新型可以廣泛用于熒光分子斷層成像的物體表面三維輪廓重建中。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型安裝參考平面板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的待測(cè)物體表面輪廓重建流程示意圖；圖4是本實(shí)用新型的單幀傅立葉變換輪廓術(shù)子方法流程示意圖；圖5是本實(shí)用新型的360°傅立葉變換輪廓術(shù)子方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本實(shí)用新型的物體表面三維輪廓成像裝置包括發(fā)光二極管1、光柵2、旋轉(zhuǎn)臺(tái)3、攝像頭4、控制器和計(jì)算機(jī)(圖中未示出)；旋轉(zhuǎn)臺(tái)3底部中心設(shè)置一旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸連接控制器，控制器通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)軸使旋轉(zhuǎn)臺(tái)3實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，待成像體設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上，發(fā)光二極管I發(fā)出的光通過(guò)光柵2投射到待成像體表面形成條紋，攝像頭4拍攝待成像體表面的所有條紋，并將拍攝的待成像體的條紋圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)。如圖1所示，上述實(shí)施例中，待成像體可以為待測(cè)物體5，且待測(cè)物體5的中心通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線(如圖1中的細(xì)點(diǎn)線所示)。如圖2所不,上述各實(shí)施例中，待成像體可以為參考平面板6,且參考平面板6平行并通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線(如圖2中的細(xì)點(diǎn)線所示)。上述各實(shí)施例中，發(fā)光二極管I中心點(diǎn)與攝像頭4中心點(diǎn)的連線距離約為55mm，且發(fā)光二極管I中心點(diǎn)與攝像頭4中心點(diǎn)的連線平行于旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸。上述各實(shí)施例中，攝像頭4中心點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸的連線距離約為310mm，且攝像頭4的光軸垂直且通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的旋轉(zhuǎn)軸。上述各實(shí)施例中，發(fā)光二極管I采用的波長(zhǎng)可以380 470納米，光柵2的光柵常數(shù)可以為1_左右。發(fā)光二極管1、光柵2和攝像機(jī)4均可以采用外部支架進(jìn)行支撐固定(如圖1所示)。[0024]如圖1 5所示，通過(guò)本實(shí)用新型的物體表面三維輪廓成像裝置對(duì)待測(cè)物體5的三維輪廓進(jìn)行重建，包括以下步驟:1、將一參考平面板6放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上，且參考平面板6平行并通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸(如圖2所示的細(xì)點(diǎn)線所示)，發(fā)光二極管I發(fā)出的光通過(guò)光柵2投射到參考平面板6的表面形成若干條紋，攝像頭4攝取參考平面板6的所有條紋，并將攝取的參考平面板條紋圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)；2、將一待測(cè)物體5放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上，發(fā)光二極管I發(fā)出的光通過(guò)光柵2投射到待測(cè)物體5的表面形成若干條紋，攝像頭4攝取待測(cè)物體5的所有條紋，并將攝取的待測(cè)物體條紋圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)；3、控制器控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)3每間隔360° /n(n可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選取，本實(shí)用新型實(shí)施例n=12)旋轉(zhuǎn)一次，攝像頭4攝取待測(cè)物體5在360°范圍內(nèi)的η幀待測(cè)物體條紋圖像，并將其全部發(fā)送到計(jì)算機(jī)；4、計(jì)算機(jī)通過(guò)單幀傅立葉變換輪廓術(shù)子方法，以參考平面板條紋圖像為參考，將η個(gè)角度的待測(cè)物體條紋圖像分別進(jìn)行處理，得到η個(gè)不同角度下待測(cè)物體表面的部分輪廓，包括以下步驟(如圖4所示):I)將參考平面板條紋圖像與第I幀待測(cè)物體條紋圖像分別作二維傅立葉變換；2)將參考平面板條紋圖像和第I幀待測(cè)物體條紋圖像的二維傅立葉變換結(jié)果，分別作頻域?yàn)V波處理，并分別提取參考平面板條紋圖像和第I幀待測(cè)物體圖像的基頻成分；3)將參考平面板條紋圖像和第I幀待測(cè)物體的條紋圖像的基頻成分，分別作二維傅立葉反變換；4)將參考板平面板條紋圖像和第I幀待測(cè)物體條紋圖像的二維傅立葉反變換結(jié)果進(jìn)行作差運(yùn)算，得到參考平面板條紋圖像和第I幀待測(cè)物體條紋圖像的相位分布；5)對(duì)步驟4)得到的相位分布作解卷繞處理；6)由解卷繞后的相位分布計(jì)算待測(cè)物體表面的高度分布；7)將參考平面板條紋圖像分別與待測(cè)物體的每一幀條紋圖像作上述I) 6)得到待測(cè)物體表面各個(gè)角度的輪廓。5、綜合所有角度下的待測(cè)物體表面部分輪廓得到待測(cè)物體表面完整輪廓，包括以下步驟(如圖5所示):I)對(duì)待測(cè)物體各個(gè)角度(每一幀)的部分輪廓進(jìn)行區(qū)域裁剪，即只保留以旋轉(zhuǎn)軸為棱、攝像頭4的光軸為角平分線、角度為360° /n度的二面角范圍內(nèi)的部分；2)分別對(duì)裁剪后的待測(cè)物體各個(gè)角度的表面部分輪廓進(jìn)行相應(yīng)角度的旋轉(zhuǎn)變換，變換到統(tǒng)一的三維坐標(biāo)空間；3)將裁剪和旋轉(zhuǎn)變換后的η幀待測(cè)物體物體表面部分輪廓進(jìn)行拼接；4)將拼接后的待測(cè)物體物體表面輪廓進(jìn)行平滑，得到物體表面完整輪廓。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、位置等都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求1.一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:它包括發(fā)光二極管、光柵、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、控制器、攝像頭和計(jì)算機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)底部中心設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，所述控制器通過(guò)控制所述旋轉(zhuǎn)軸使所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，待成像體設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)所述光柵投射到所述待成像體表面形成條紋，所述攝像頭拍攝所述待成像體表面的所有條紋，并將拍攝的待成像體條紋圖像發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述待成像體為參考平面板，所述參考平面板平行并通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線。
3.如權(quán)利要求1所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述待成像體為待測(cè)物體，所述待測(cè)物體的中心通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述發(fā)光二極管中心點(diǎn)與所述攝像頭中心點(diǎn)的連線平行所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸，且所述攝像頭的光軸垂直且通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述發(fā)光二極管的波長(zhǎng)為380 470nm。
6.如權(quán)利要求4所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述發(fā)光二極管的波長(zhǎng)為380 470nm。
7.如權(quán)利要求1或2或3或6所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述光柵的光柵常數(shù)為1mm。
8.如權(quán)利要求4所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述光柵的光柵常數(shù)為1mm。
9.如權(quán)利要求5所述的一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于:所述光柵的光柵常數(shù)為1mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種物體表面三維輪廓成像裝置，其特征在于它包括發(fā)光二極管、光柵、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、控制器、攝像頭和計(jì)算機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)底部中心設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，所述控制器通過(guò)控制所述旋轉(zhuǎn)軸使所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，待成像體設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)所述光柵投射到所述待成像體表面形成條紋，所述攝像頭拍攝所述待成像體表面的所有條紋，并將拍攝的待成像體的條紋圖像發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型可以廣泛用于熒光分子斷層成像的物體表面三維輪廓重建中。
文檔編號(hào)A61B5/00GK202908684SQ20122064560
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者白凈, 石璧爾, 張賓, 劉飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)