本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，該高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)用于乳腺樣本組織的檢測中。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中通過光對物體內(nèi)部進行成像，特別是對人體內(nèi)部進行成像，具有無損無創(chuàng)無輻射的突出優(yōu)點，但至今尚未有能夠進入家庭使用的乳腺透射成像光測量系統(tǒng)用于經(jīng)常性的腫瘤自檢，其原因在于現(xiàn)有乳腺成像系統(tǒng)的成本高、運算復(fù)雜、精度有限，無法滿足實際應(yīng)用中的乳腺自檢需要。

為了提高圖像測量質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號為CN104783761 A，公告日為2015年7月22的專利申請利用正交方波作為激勵信號來提高成像質(zhì)量。

發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點和不足：

由于現(xiàn)有的成像系統(tǒng)無一例外地均采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在靠近輸入極限(最大或最小幅值)時存在顯著的非線性，特別是輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號電平越低，得到的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的不確定度越大。

因此，采用純凈正交方波作為激勵信號時，在正交方波的低電平部分得到的數(shù)字信號的信噪比就很低，從而影響了圖像的總體信噪比。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，本發(fā)明通過將正交方波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波，提高了圖像的總體信噪比，詳見下文描述：

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括：一組單色光源和攝像頭分別分布在乳腺組織樣本的兩側(cè)，每個單色光源成線性排列，采用透鏡匯聚成一束光，構(gòu)成光源；一個攝像頭構(gòu)成光源接收器件；

采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源中的各個單色光源，攝像頭接收到的圖像中每個像素點是每個單色光源透過乳腺組織樣本的單色光組合；

在攝像頭采集圖像的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的正交方波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交方波信號的低電平部分，正交方波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在正交方波信號低電平段，攝像頭獲取到圖像的信噪比，進而提高了輸入到計算機中的單色光組合的精度；

計算機對單色光組合進行分離得到單色光組合中的各個單色光源的貢獻，據(jù)此實現(xiàn)對乳腺組織樣本的透射高光譜圖成像。

其中，作為驅(qū)動的正交方波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交方波信號的高電平部分，提高了攝像頭獲取到圖像的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為攝像頭采集的圖像動態(tài)范圍一半以上最佳。

所述單色光源、所述攝像頭在乳腺組織樣本兩面對稱設(shè)置。

其中，所述單色光源為激光二極管；或，所述單色光源為單色二極管。

進一步地，所述攝像頭為手機攝像頭。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波驅(qū)動單色光源，對攝像頭檢測到的光電信號進行分離可以得到單色光組合中的各個單色光源的貢獻，進而實現(xiàn)對乳腺組織樣本的成像，相較于背景技術(shù)中的公告號為CN104783761A，公告日為2015年7月22的專利申請，本發(fā)明顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，進而改善了攝像頭獲取到圖像的質(zhì)量；進而提高了輸入到計算機中的單色光組合的精度，據(jù)此實現(xiàn)對乳腺組織樣本的透射高光譜圖成像。本發(fā)明實現(xiàn)了高速度、大信息的高精度測量，且本發(fā)明提供的系統(tǒng)具有成本低、應(yīng)用方便等優(yōu)點，適宜于家庭自檢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的單色光源、乳腺組織樣本和攝像頭相對位置示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的抬高預(yù)設(shè)電平正交方波的示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：一組單色光源；2：透鏡；

3：乳腺組織樣本；4：一個攝像頭。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，成像系統(tǒng)包括：一組n個單色光源1(用LD表示，單色光源的波長處于600～1200nm之間，此波段為“光學(xué)窗口”，穿透深度比較深)和一個攝像頭4。

其中，n的具體取值與乳腺組織樣本3對不同波長的敏感程度相關(guān)，本發(fā)明實施例對此不做限制)；一組單色光源1分布在乳腺組織樣本3的一側(cè)，一個攝像頭4分布在乳腺組織樣本3的另一側(cè)。

其中，一組單色光源1中的每個單色光源LD₁…LD_n成線性排列，采用透鏡2匯聚成一束光，構(gòu)成線陣光源；一個攝像頭4構(gòu)成多波長光源接收器件。該線陣成像光測量系統(tǒng)還包括與一個攝像頭4外接的計算機(圖中未示出)。

參見圖3，采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色光源LD_i，攝像頭4進行采集，采集到的圖像中，每個像素點為每個單色光源LD_i透過乳腺組織樣本3的單色光組合I_ij。

本發(fā)明實施例抬高預(yù)設(shè)電平后，在攝像頭4采集圖像的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的正交方波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交方波信號的低電平部分，正交方波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比；相較于背景技術(shù)中的公告號為CN104783761 A，公告日為2015年7月22，以純凈正交方波作為激勵信號的專利申請，本發(fā)明實施例顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，進而改善了攝像頭4獲取到圖像的質(zhì)量。

另外，由于抬高預(yù)設(shè)電平，噪聲水平?jīng)]有變化，在正交方波信號的高電平部分，正交方波信號相較于噪聲也有一定的改善，提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比。

進而，由于攝像頭4獲取到的圖像(其中，攝像頭4接收到的圖像中每個像素點是每個單色光源透過乳腺組織樣本3的單色光組合)的信噪比整體增強，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值優(yōu)選攝像頭4采集的圖像動態(tài)范圍一半以上時，信號大于等于1/2圖像動態(tài)范圍，通過攝像頭4采集到的信號的失真小、圖像質(zhì)量最高。

計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色光源LD_i的貢獻，構(gòu)成各波長下的透射圖像。根據(jù)各波長下乳腺組織樣本3中正常組織、腫瘤組織等的光學(xué)特性不同，進行乳腺組織樣本3的透射光成像測量，實現(xiàn)腫瘤的早期檢測。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色光源LD_i的貢獻的步驟具體為：

為簡便說明起見，以4種波長的發(fā)光二極管1為例進行說明，假定λ1(D1發(fā)光二極管)和λ2(D2發(fā)光二極管)波長的發(fā)光二極管1驅(qū)動抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率為2倍f，λ3(D3發(fā)光二極管)和λ4(D4發(fā)光二極管)波長的發(fā)光二極管1驅(qū)動抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率分別為1倍f，而且λ1、λ2波長的發(fā)光二極管1驅(qū)動抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率相同但相位相差90°，λ3、λ4波長的發(fā)光二極管1驅(qū)動抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率相同但相位相差90°。

假定攝像頭4采樣頻率為f_S，且fS＝2f，并保證在λ1驅(qū)動信號高、低電平中間采樣。

數(shù)字信號序列可以表示為：

其中，和分別為波長λ1、λ2、λ3和λ4的電壓信號，為低頻信號，包括：背景光、攝像頭4的本底噪聲。

假定采樣頻率fS遠高于調(diào)制抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波信號和背景光的變化頻率，在最低驅(qū)動信號頻率的一個周期可以近似認為各路抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波信號的幅值和背景光信號的幅值不變。以最前8個采樣值為例：

其中，和分別為波長λ1、λ2、λ3和λ4的光信號和背景信號的幅值。

換言之，以順序每8個數(shù)字信號為一組進行運算：

即得到4倍的波長λ1的光信號而且完全消除了背景信號的影響。

即得到4倍的波長λ2的光信號而且完全消除了背景信號的影響。

即得到4倍的波長λ3的光信號而且完全消除了背景信號的影響。

即得到4倍的波長λ4的光信號而且完全消除了背景信號的影響。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比，進而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度，進而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實現(xiàn)了對乳腺組織樣本的檢測。

實施例2

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n為例進行說明。

采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個激光二極管LD_i，一個攝像頭4中每個像素點接收到每個激光二極管LD_i透過乳腺組織樣本3的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_i的貢獻，據(jù)此可以對乳腺組織樣本3進行透射高光譜圖成像。

本實施例中的計算機處理步驟均與實施例1相同，本實施例在此不再贅述。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比，進而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度，進而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實現(xiàn)了對乳腺組織樣本的檢測。

實施例3

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n為例進行說明。

采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管LD_i，一個攝像頭4中每個像素點接收到每個單色二極管LD_i透過乳腺組織樣本3的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色二極管LD_i的貢獻，據(jù)此可以對乳腺組織樣本3進行透射高光譜圖成像。

本實施例中的計算機處理步驟均與實施例1相同，本實施例在此不再贅述。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比，進而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度，進而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實現(xiàn)了對乳腺組織樣本的檢測。

實施例4

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n，手機攝像頭作為攝像頭為例進行說明。

采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管LD_i，一個手機攝像頭4中每個像素點接收到每個激光二極管LD_i透過乳腺組織樣本3的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_i的貢獻，據(jù)此可以對乳腺組織樣本3進行透射高光譜圖成像。

本實施例中的計算機處理步驟均與實施例1相同，本實施例在此不再贅述。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比，進而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度，進而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實現(xiàn)了對乳腺組織樣本的檢測。

實施例5

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n，手機攝像頭作為攝像頭為例進行說明。

采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的正交方波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管LD_i，一個手機攝像頭4中每個像素點接收到每個單色二極管LD_i透過乳腺組織樣本3的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_i的貢獻，據(jù)此可以對乳腺組織樣本3進行透射高光譜圖成像。

本實施例中的計算機處理步驟均與實施例1相同，本實施例在此不再贅述。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在正交方波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交方波信號高電平段的圖像的信噪比，進而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計算機中的單色光組合有較高的精度，進而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實現(xiàn)了對乳腺組織樣本的檢測。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。