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)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)。

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臨床使用的面陣成像光測量系統(tǒng)，其原因在于現(xiàn)有的面陣成像光測量系統(tǒng)精度低、信息量較小，無法滿足實際應(yīng)用中的需要。

為了提高圖像測量質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號為CN 104849215 A，公告日為2015年8月19的專利申請利用三角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，采用純凈三角波作為激勵信號時，在三角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：

為了改進現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，本發(fā)明通過將三角波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的三角波，實現(xiàn)了高速度、大信息的面陣成像光的高精度測量，滿足了實際應(yīng)用中的需要，詳見下文描述：

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，所述面陣光敏器件成像系統(tǒng)包括：一組單色光源中的每個單色光源構(gòu)成n×n個面陣光源，實現(xiàn)對不同光源的編碼；一組光敏器件中的每個光敏器件構(gòu)成n×n個面陣光源接收器件，n≥3且為奇數(shù)；

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源中的各個單色光源，一組光敏器件中每個光敏器件接收到每個單色光源透過樣品的單色光組合；

在光敏器件采集光電信號的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，三角波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段，光敏器件獲取到光電信號的信噪比，進而提高了輸入到計算機中的光電信號的精度；

計算機對單色光組合進行解調(diào)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)對樣品的成像。

其中，作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的高電平部分，提高了光敏器件獲取到光電信號的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為光敏器件采集的光電信號動態(tài)范圍一半以上最佳。

其中，每個單色光源以及每個每個光敏器件均均勻、對等排列。

其中，所述單色光源為激光二極管，所述光敏器件為光敏二極管。

另一實施例，所述單色光源為單色二極管，所述光敏器件為光敏二極管。

另一實施例，所述單色光源為對白光濾波后的單色濾波片，所述光敏器件為光敏二極管。

另一實施例，所述單色光源為激光二極管，所述光敏器件為光電倍增管。

另一實施例，所述單色光源為單色二極管，所述光敏器件為光電倍增管。

另一實施例，所述單色光源為對白光濾波后的單色濾波片，所述光敏器件為光電倍增管。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用2倍頻率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波驅(qū)動單色光源，對光敏器件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，據(jù)此可以對樣品進行成像；較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104849215 A，公告日為2015年8月19的專利申請，本發(fā)明顯著地提高了在三角波信號低電平段的光電信號的信噪比，改善了光敏器件獲取到光電信號的質(zhì)量；進而提高了輸入到計算機中的光電信號的精度，計算機對光電信號進行分離可以得到各個單色光源對該光敏器件的貢獻，據(jù)此可以對樣品進行成像。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。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的單色光源、樣品和光敏器件相對位置示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵信號示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：一組單色光源； 2：樣品；

3：一組光敏器件。

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)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，所述面陣光敏器件成像系統(tǒng)包括：一組n×n個單色光源1(LD₁…LD_n)和一組n×n個光敏器件3(PD₁…PD_n)，n≥3且為奇數(shù)(n為奇數(shù)，則最中間的光源或光敏器件可作為中線，便于對準排布，其中，n的具體取值與樣品2的橫截面積相關(guān)，本發(fā)明實施例對此不做限制)；一組單色光源1分布在樣品2的一面，一組光敏器件3分布在樣品2的另一面；

其中，一組單色光源1中的每個單色光源LD₁…LD_n均勻、對等排列，構(gòu)成面陣光源；一組光敏器件3中的每個光敏器件PD₁…PD_n均勻、對等排列，構(gòu)成面陣光源接收器件。該面陣光敏器件成像系統(tǒng)還包括與一組光敏器件3外接的計算機(圖中未示出)。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色光源LD_ij，一組光敏器件3中每個光敏器件PD_ij接收到每個單色光源LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij。

本發(fā)明實施例抬高預(yù)設(shè)電平后，在光敏器件3采集光電信號的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，三角波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段的光電信號的信噪比；相較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104849215 A，公告日為2015年8月19的以純凈三角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三角波信號低電平段的光電信號的信噪比，進而改善了光敏器件3獲取到光電信號的質(zhì)量。

另外，由于抬高預(yù)設(shè)電平，噪聲水平?jīng)]有變化，在三角波信號的高電平部分，三角波信號相較于噪聲也有一定的改善，提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比。

進而，由于光敏器件3獲取到的光電信號的信噪比整體增強，進而提高了輸入到計算機中的光電信號的精度，計算機對光電信號進行分離可以得到各個單色光源對該光敏器件的貢獻。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值優(yōu)選光敏器件3采集的光電信號動態(tài)范圍一半以上時，信號大于等于1/2動態(tài)范圍，通過光敏器件3采集到的光電信號失真小、質(zhì)量高。

計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色光源LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

即，根據(jù)每個正對單色光源的光敏器件3接收到的光強，反投影重建獲得樣品2的透射圖像，而其他位置的光敏器件3獲得該波長的信息作為輔助，強化圖像信息。根據(jù)圖像分析樣品2中的組織信息，確定樣品組織的散射程度信息。

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

1)假設(shè)以驅(qū)動單色光源的LD_j最高頻率f_max(在上述情況下f_max＝f₁)的4M倍速度對光電信號進行采樣f_s＝4M×f_max，獲取采樣信號x(m)，其中M為大于等于1的正整數(shù)；

2)計算機將分別對各個波長對應(yīng)的每個三角波周期內(nèi)的正、負半個周期內(nèi)的采樣信號進行累加，累加結(jié)果進行求差運算；

即，將一定時間(整數(shù)個三角波周期)內(nèi)的每個三角波的正半個周期的采樣值累加得到累加和，每個三角波的負半個周期的采樣值累加得到累加和，這兩個累加和相減。

3)將上述各個波長的差值進行k個周期或整數(shù)倍k個周期累加，即可得到每個波長的光譜值。其中：

式中：f_min為激勵三角波中的最低頻率；a為預(yù)設(shè)常數(shù)，取值為大于或等于1的正整數(shù)，a/f_min為下抽樣的周期；f_n為所處理波長的三角波激勵頻率。

對幅值為x的被采樣值，如果在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點并進行平均，得到的平均值是

其中，[x]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x進行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。x_i是第i點的幅值，[x_i]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x_i進行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。

(3)式表明，對一個比較“干凈”的信號采樣多次進行平均，并不能提高其精度，所得到的平均值的誤差與單次采樣的誤差相同，為Δx_i。

如果對幅值為x的被采樣鋸齒波，同樣在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點并進行平均，得到的平均值是

其中，x_i＝m_i+Δx_i，m_i＝[x_i]。也即是圓整得到正整數(shù)，而是被四舍五入后丟去的“隨機”誤差。

(4)式可以進一步利用等差級數(shù)求和公式得到：

(5)式中的前一項是量化后的值，雖然比(3)式的結(jié)果小了一半，但按照誤差理論，一個數(shù)據(jù)的精度并不因乘以一個固定非零常數(shù)而改變。但后面一項中是零均值的隨機數(shù)，相比(3)式中的要降低倍，因此，對鋸齒波或三角波激勵信號進行過采樣后同樣可以得到提高精度的效果，且不需要另外加高頻擾動信號。

其中，本發(fā)明實施例對一組單色光源1和一組光敏器件3的形狀不做限定，通常為正方形。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例2

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n，光敏二極管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個激光二極管LD_ij，一組光敏器件3中每個光敏器件PD_ij接收到每個激光二極管LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例3

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n，光敏二極管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管LD_ij，一組光敏器件3中每個光敏二極管PD_ij接收到每個單色二極管LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色二極管LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色二極管LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例4

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以對白光濾波后的單色濾波片作為單色光源LD₁…LD_n，光敏二極管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色濾波片LD_ij，一組光敏器件3中每個光敏二極管PD_ij接收到每個單色濾波片LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色濾波片LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色濾波片LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例5

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n，光電倍增管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個激光二極管LD_ij，一組光敏器件3中每個光電倍增管PD_ij接收到每個激光二極管LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個激光二極管LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例6

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n，光電倍增管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管LD_ij，一組光敏器件3中每個光電倍增管PD_ij接收到每個單色二極管LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色二極管LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色二極管LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

實施例7

一種抬高預(yù)設(shè)電平的三角波頻率編碼的面陣光敏器件成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，該實施例以對白光濾波后的單色濾波片作為單色光源LD₁…LD_n，光電倍增管作為光敏器件PD₁…PD_n為例進行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色濾波片LD_ij，一組光敏器件3中每個光電倍增管PD_ij接收到每個單色濾波片LD_ij透過樣品2的單色光組合I_ij；計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色濾波片LD_ij的貢獻，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

其中，計算機對單色光組合I_ij進行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_ij中的各個單色濾波片LD_ij的貢獻的步驟與實施例1相同，本發(fā)明實施例對此不做贅述。

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，顯著地提高了在三角波低電平段的光電信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的光電信號的信噪比，進而提高了整個電平段的光電信號信噪比，使得輸入到計算機中的光電信號有較高的精度，據(jù)此可以對樣品2進行成像。

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。

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)。