基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置，所述裝置包括計(jì)算機(jī)、雙路函數(shù)發(fā)生器、混頻器、激光器和紅外相機(jī)，計(jì)算機(jī)控制雙路函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率不同的正弦調(diào)制信號(hào)；雙路函數(shù)發(fā)生器將兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)輸入至混頻器；混頻器的輸出端一路控制激光器產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光對(duì)檢測(cè)樣件進(jìn)行激勵(lì)，另一路觸發(fā)紅外相機(jī)進(jìn)行圖像序列的同步采集；紅外相機(jī)將采集的圖像序列反饋至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將采集到的圖像序列與兩個(gè)頻率的差頻信號(hào)Δf做鎖相運(yùn)算，來(lái)獲取檢測(cè)樣件的光熱輻射信號(hào)幅值圖與相位圖。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)牙齒早期齲損的高分辨率及高信噪比檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程完全無(wú)損傷、非接觸，大大提高了檢測(cè)效率及準(zhǔn)確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外熱波成像檢測(cè)裝置，適用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中牙齒組織的缺陷識(shí)別與檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，齲齒是一種高發(fā)性疾病，通常認(rèn)為是由細(xì)菌、環(huán)境、宿主及時(shí)間等因素導(dǎo)致的牙齒硬組織動(dòng)態(tài)時(shí)進(jìn)性病損，若不及時(shí)診斷與治療，齲齒將繼續(xù)發(fā)展形成齲洞，最終使牙齒喪失。因此，找到一種檢測(cè)速度快、檢測(cè)分辨率高及無(wú)損傷的檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)牙齒齲損的檢測(cè)至關(guān)重要。在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，紅外熱波成像檢測(cè)具有非接觸、無(wú)損傷、直觀(guān)、探測(cè)面積大及效率高等優(yōu)勢(shì)，因此，紅外熱波成像檢測(cè)方法在醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]紅外相機(jī)是紅外熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)核心部件，而由于紅外相機(jī)采集頻率的限制，傳統(tǒng)的紅外熱波成像檢測(cè)方法只能采用較低頻率的調(diào)制激勵(lì)熱源對(duì)樣件激勵(lì)，造成熱波的熱擴(kuò)散長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使得傳統(tǒng)的紅外熱波成像檢測(cè)方法對(duì)牙齒早期齲損檢測(cè)分辨率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服目前紅外熱成像檢測(cè)方法對(duì)牙齒早期齲損檢測(cè)分辨率較低的不足，提供了一種基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置，包括計(jì)算機(jī)、雙路函數(shù)發(fā)生器、混頻器、激光器和紅外相機(jī)，其中:
所述計(jì)算機(jī)控制雙路函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率不同的正弦調(diào)制信號(hào)；
所述雙路函數(shù)發(fā)生器將兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)輸入至混頻器；
所述混頻器的輸出端一路控制激光器產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光對(duì)檢測(cè)樣件進(jìn)行激勵(lì)，另一路觸發(fā)紅外相機(jī)進(jìn)行圖像序列的同步采集；
所述紅外相機(jī)將采集的圖像序列反饋至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將采集到的圖像序列與兩個(gè)頻率的差頻信號(hào)A /做鎖相運(yùn)算，來(lái)獲取檢測(cè)樣件的光熱輻射信號(hào)幅值圖與相位圖。
[0006]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、可以實(shí)現(xiàn)牙齒早期齲損的高分辨率及高信噪比檢測(cè)；
2、檢測(cè)過(guò)程完全無(wú)損傷、非接觸，大大提高了檢測(cè)效率及準(zhǔn)確度；
3、通過(guò)對(duì)檢測(cè)樣件進(jìn)行主動(dòng)式熱波激勵(lì)可實(shí)現(xiàn)缺陷類(lèi)型及位置的高分辨率識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是基于外差法紅外熱波成像檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是經(jīng)混頻器混頻后的調(diào)制信號(hào)示意圖； 圖3是檢測(cè)樣件光學(xué)圖片；
圖4是最終檢測(cè)缺陷結(jié)果示意圖，a)相位圖，b)幅值圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0009]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，本實(shí)施方式提供的基于外差法紅外熱波成像檢測(cè)裝置包括計(jì)算機(jī)1、雙路函數(shù)發(fā)生器5、混頻器6、激光器8、光纖9、準(zhǔn)直鏡10、樣件三維移動(dòng)臺(tái)
12、準(zhǔn)直鏡光學(xué)支架13、紅外相機(jī)14、紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)15，其中:
所述計(jì)算機(jī)I通過(guò)USB連接線(xiàn)2控制雙路函數(shù)發(fā)生器5產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率不同的正弦調(diào)制信號(hào)；
所述雙路函數(shù)發(fā)生器5經(jīng)第一 BNC連接線(xiàn)3和第二 BNC連接線(xiàn)4將兩個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)輸入至混頻器6，混頻器6的輸出端一路通過(guò)第三BNC連接線(xiàn)7控制激光器8產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光對(duì)固定在樣件三維移動(dòng)臺(tái)12上的檢測(cè)樣件11進(jìn)行激勵(lì)，另一路通過(guò)第四BNC連接線(xiàn)16控制紅外相機(jī)14、紅外相機(jī)14根據(jù)采集指令進(jìn)行圖像序列的同步采集；
所述紅外相機(jī)14固定在紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)15上，紅外相機(jī)14將采集的圖像序列通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)17反饋至計(jì)算機(jī)I，計(jì)算機(jī)I將采集到的圖像序列與兩個(gè)頻率的差頻信號(hào)△/做鎖相運(yùn)算，來(lái)獲取檢測(cè)樣件11的光熱輻射信號(hào)幅值圖與相位圖，進(jìn)而判斷出檢測(cè)樣件11的缺陷類(lèi)型及位置；
重復(fù)改變檢測(cè)樣件11的位置，通過(guò)獲取檢測(cè)樣件11各區(qū)域的光熱輻射信號(hào)的幅值與相位信息來(lái)對(duì)缺陷位置進(jìn)行識(shí)別與檢測(cè)。
[0010]本發(fā)明是基于外差法的光熱輻射測(cè)量原理，計(jì)算機(jī)I經(jīng)USB連接線(xiàn)2控制雙路函數(shù)發(fā)生器5產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率不同的正弦調(diào)制信號(hào);雙路函數(shù)發(fā)生器5經(jīng)第一 BNC連接線(xiàn)3和第二 BNC連接線(xiàn)4將兩個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)輸入至混頻器6，混頻器的輸出端一路通過(guò)第三BNC連接線(xiàn)7控制激光器8產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光，通過(guò)光纖1、經(jīng)準(zhǔn)直鏡9匯聚到檢測(cè)樣件11表面對(duì)檢測(cè)樣件11進(jìn)行激勵(lì)，調(diào)制變化的激光照射到檢測(cè)樣件11后由于存在光熱效應(yīng)，檢測(cè)樣件11出現(xiàn)溫度漲落與紅外輻射，光熱輻射信號(hào)與檢測(cè)樣件光熱特性參數(shù)相關(guān)，信號(hào)被紅外相機(jī)14采集，生成圖像序列，獲取的圖像序列與兩個(gè)正弦信號(hào)頻率的差頻A參考信號(hào)做鎖相運(yùn)算，此方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣件11表面缺陷的高分辨率與高信噪比檢測(cè)。
[0011]具體實(shí)施步驟如下:
步驟1、確定要測(cè)量的檢測(cè)樣件11，將檢測(cè)樣件11放置到樣件三維移動(dòng)臺(tái)12上；
步驟2、開(kāi)啟基于外差法紅外熱波成像檢測(cè)裝置，此步驟包括計(jì)算機(jī)1、雙路函數(shù)發(fā)生器
5、混頻器6、激光器8、紅外相機(jī)14等設(shè)備的開(kāi)啟；
步驟3、通過(guò)觀(guān)察計(jì)算機(jī)I判斷紅外相機(jī)14對(duì)焦是否合理，通過(guò)調(diào)節(jié)樣件三維移動(dòng)臺(tái)12及紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)15使圖像成像清晰；
步驟4、計(jì)算機(jī)I經(jīng)USB連接線(xiàn)2控制雙路函數(shù)發(fā)生器5產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率分別為?和Λ的正弦調(diào)制信號(hào);雙路函數(shù)發(fā)生器5經(jīng)第一 BNC連接線(xiàn)3和第二 BNC連接線(xiàn)4將兩個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)輸入至混頻器6;
步驟5、混頻器6的輸出端一路通過(guò)第三BNC連接線(xiàn)7控制激光器8產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光對(duì)檢測(cè)樣件11進(jìn)行激勵(lì)，同時(shí)另一路通過(guò)第四BNC連接線(xiàn)16觸發(fā)紅外相機(jī)14進(jìn)行圖像序列米集；
步驟6、紅外相機(jī)14采集的圖像序列通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)17反饋至計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)I將采集到的圖像序列與兩個(gè)頻率的差頻信號(hào)A /做鎖相運(yùn)算，來(lái)獲取檢測(cè)樣件的光熱輻射信號(hào)幅值圖與相位圖，進(jìn)而判斷出檢測(cè)樣件11的缺陷類(lèi)型及位置；
步驟7、調(diào)整樣件三維移動(dòng)臺(tái)12使檢測(cè)樣件11至另一檢測(cè)位置；
步驟8、重復(fù)步驟3?步驟7，完成采用基于外差法紅外熱波成像檢測(cè)裝置對(duì)樣件的檢測(cè)過(guò)程。
[0012]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式中，檢測(cè)樣件11選擇表面無(wú)明顯齲損與裂紋的人類(lèi)牙齒組織。將其某一位置用牙齒酸蝕劑酸蝕5min后，進(jìn)行基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)，其中，兩個(gè)頻率的正弦調(diào)制信號(hào)分別設(shè)置為/i=Asin(2Ji/it) ,72=^2sin(23i/>i)，經(jīng)混頻器混頻后的調(diào)制彳目號(hào)為7=」1為/2[(308(/1+/2)-(308(/1-/2)]?；祛l后的調(diào)制?目號(hào)如圖2所不。圖2中?=1 ； Zi=I1Hz ； A=10Hz。每次進(jìn)行測(cè)試前需預(yù)熱5分鐘。試件檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。
[0013]由圖3可知，通過(guò)牙齒齲損樣件的光學(xué)圖片很難識(shí)別診斷出齲損部位，但由圖4中牙齒齲損樣件的幅值圖與相位圖可知，基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置可以高分辨率高信噪比地檢測(cè)出牙齒早期齲損。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置，其特征在于所述裝置包括計(jì)算機(jī)、雙路函數(shù)發(fā)生器、混頻器、激光器和紅外相機(jī)，其中: 所述計(jì)算機(jī)控制雙路函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)幅值與偏置相同、頻率不同的正弦調(diào)制信號(hào)； 所述雙路函數(shù)發(fā)生器將兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)輸入至混頻器； 所述混頻器的輸出端一路控制激光器產(chǎn)生含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光對(duì)檢測(cè)樣件進(jìn)行激勵(lì)，另一路觸發(fā)紅外相機(jī)進(jìn)行圖像序列的同步采集； 所述紅外相機(jī)將采集的圖像序列反饋至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將采集到的圖像序列與兩個(gè)頻率的差頻信號(hào)A /做鎖相運(yùn)算，來(lái)獲取檢測(cè)樣件的光熱輻射信號(hào)幅值圖與相位圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置，其特征在于所述裝置還包括準(zhǔn)直鏡，含有混頻調(diào)制信號(hào)的激光經(jīng)準(zhǔn)直鏡匯聚到檢測(cè)樣件表面對(duì)檢測(cè)樣件進(jìn)行激勵(lì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外差法的紅外熱波成像檢測(cè)裝置，其特征在于所述裝置還包括樣件三維移動(dòng)臺(tái)和紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)，檢測(cè)樣件固定在樣件三維移動(dòng)臺(tái)，紅外相機(jī)固定在紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)，通過(guò)調(diào)節(jié)樣件三維移動(dòng)臺(tái)及紅外相機(jī)三維移動(dòng)臺(tái)使圖像成像清晰。
【文檔編號(hào)】A61C19/04GK105943183SQ201610262929
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】劉俊巖, 楊珺涵, 袁會(huì)敏, 王揚(yáng)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)