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(jìn)行成像,特別是對人體內(nèi)部進(jìn)行成像,具有無損無創(chuàng)無輻射的突出優(yōu)點(diǎn),但至今尚未有能夠進(jìn)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(shí)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(lì)信號來提高成像質(zhì)量。
發(fā)明人在實(shí)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(diǎn)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(shí)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(lì)信號時(shí),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(shí)現(xiàn)要素:
為了改進(jìn)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(shí)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(shí)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(gè)單色光源構(gòu)成n×n個(gè)面陣光源,實(shí)現(xiàn)對不同光源的編碼;一組光敏器件中的每個(gè)光敏器件構(gòu)成n×n個(gè)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(gè)單色光源,一組光敏器件中每個(gè)光敏器件接收到每個(gè)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(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號的精度;
計(jì)算機(jī)對單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離得到單色光組合中的各個(gè)單色光源的貢獻(xiàn),據(jù)此實(shí)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(gè)單色光源以及每個(gè)每個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行分離可以得到單色光組合中的各個(gè)單色光源的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品進(jìn)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(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號的精度,計(jì)算機(jī)對光電信號進(jìn)行分離可以得到各個(gè)單色光源對該光敏器件的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品進(jìn)行成像。本發(fā)明實(shí)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(diǎn)。
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(lì)信號示意圖。
附圖中,各標(biāo)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(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
實(shí)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(gè)單色光源1(LD1…LDn)和一組n×n個(gè)光敏器件3(PD1…PDn),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(zhǔn)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(shí)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(gè)單色光源LD1…LDn均勻、對等排列,構(gòu)成面陣光源;一組光敏器件3中的每個(gè)光敏器件PD1…PDn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(jì)算機(jī)(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(gè)單色光源LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光敏器件PDij接收到每個(gè)單色光源LDij透過樣品2的單色光組合Iij。
本發(fā)明實(shí)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(lì)信號的專利申請,本發(fā)明實(shí)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(jìn)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(jìn)而,由于光敏器件3獲取到的光電信號的信噪比整體增強(qiáng),進(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號的精度,計(jì)算機(jī)對光電信號進(jìn)行分離可以得到各個(gè)單色光源對該光敏器件的貢獻(xiàn)。
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(shí),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(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色光源LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
即,根據(jù)每個(gè)正對單色光源的光敏器件3接收到的光強(qiáng),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(qiáng)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(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色光源LDij的貢獻(xiàn)的步驟具體為:
1)假設(shè)以驅(qū)動單色光源的LDj最高頻率fmax(在上述情況下fmax=f1)的4M倍速度對光電信號進(jìn)行采樣fs=4M×fmax,獲取采樣信號x(m),其中M為大于等于1的正整數(shù);
2)計(jì)算機(jī)將分別對各個(gè)波長對應(yīng)的每個(gè)三角波周期內(nèi)的正、負(fù)半個(gè)周期內(nèi)的采樣信號進(jìn)行累加,累加結(jié)果進(jìn)行求差運(yùn)算;
即,將一定時(shí)間(整數(shù)個(gè)三角波周期)內(nèi)的每個(gè)三角波的正半個(gè)周期的采樣值累加得到累加和,每個(gè)三角波的負(fù)半個(gè)周期的采樣值累加得到累加和,這兩個(gè)累加和相減。
3)將上述各個(gè)波長的差值進(jìn)行k個(gè)周期或整數(shù)倍k個(gè)周期累加,即可得到每個(gè)波長的光譜值。其中:
式中:fmin為激勵(lì)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/fmin為下抽樣的周期;fn為所處理波長的三角波激勵(lì)頻率。
對幅值為x的被采樣值,如果在一定的時(shí)間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點(diǎn)并進(jìn)行平均,得到的平均值是
其中,[x]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x進(jìn)行量化,也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。xi是第i點(diǎn)的幅值,[xi]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對xi進(jìn)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(gè)比較“干凈”的信號采樣多次進(jìn)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Δxi。
如果對幅值為x的被采樣鋸齒波,同樣在一定的時(shí)間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點(diǎn)并進(jìn)行平均,得到的平均值是
其中,xi=mi+Δxi,mi=[xi]。也即是圓整得到正整數(shù),而是被四舍五入后丟去的“隨機(jī)”誤差。
(4)式可以進(jìn)一步利用等差級數(shù)求和公式得到:
(5)式中的前一項(xiàng)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(gè)數(shù)據(jù)的精度并不因乘以一個(gè)固定非零常數(shù)而改變。但后面一項(xiàng)中是零均值的隨機(jī)數(shù),相比(3)式中的要降低倍,因此,對鋸齒波或三角波激勵(lì)信號進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以激光二極管作為單色光源LD1…LDn,光敏二極管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)激光二極管LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光敏器件PDij接收到每個(gè)激光二極管LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)激光二極管LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)激光二極管LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
本發(fā)明實(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以單色二極管作為單色光源LD1…LDn,光敏二極管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)單色二極管LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光敏二極管PDij接收到每個(gè)單色二極管LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色二極管LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色二極管LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
本發(fā)明實(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以對白光濾波后的單色濾波片作為單色光源LD1…LDn,光敏二極管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)單色濾波片LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光敏二極管PDij接收到每個(gè)單色濾波片LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色濾波片LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色濾波片LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
本發(fā)明實(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以激光二極管作為單色光源LD1…LDn,光電倍增管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)激光二極管LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光電倍增管PDij接收到每個(gè)激光二極管LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)激光二極管LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)激光二極管LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
本發(fā)明實(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以單色二極管作為單色光源LD1…LDn,光電倍增管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)單色二極管LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光電倍增管PDij接收到每個(gè)單色二極管LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色二極管LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色二極管LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
本發(fā)明實(shí)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(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
實(shí)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(shí)施例以對白光濾波后的單色濾波片作為單色光源LD1…LDn,光電倍增管作為光敏器件PD1…PDn為例進(jìn)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(gè)單色濾波片LDij,一組光敏器件3中每個(gè)光電倍增管PDij接收到每個(gè)單色濾波片LDij透過樣品2的單色光組合Iij;計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色濾波片LDij的貢獻(xiàn),據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
其中,計(jì)算機(jī)對單色光組合Iij進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合Iij中的各個(gè)單色濾波片LDij的貢獻(xiàn)的步驟與實(shí)施例1相同,本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。
綜上所述,由于本發(fā)明實(shí)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(jìn)而提高了整個(gè)電平段的光電信號信噪比,使得輸入到計(jì)算機(jī)中的光電信號有較高的精度,據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。
本發(fā)明實(shí)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(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖,上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述,不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。