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)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)應(yīng)用于乳腺組織樣本。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中通過光對(duì)物體內(nèi)部進(jìn)行成像，特別是對(duì)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)入家庭使用的乳腺透射成像光測(cè)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(yùn)算復(fù)雜、精度有限，無法滿足實(shí)際應(yīng)用中的乳腺自檢需要。

為了提高圖像測(cè)量質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104799817 A，公告日為2015年7月29的專利申請(qǐng)利用正交三角波作為激勵(lì)信號(hào)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(hào)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，采用純凈正交三角波作為激勵(lì)信號(hào)時(shí)，在正交三角波的低電平部分得到的數(shù)字信號(hào)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：

本發(fā)明提供了一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，本發(fā)明通過將正交三角波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波，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)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)應(yīng)用于乳腺組織樣本，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(gè)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(gè)攝像頭構(gòu)成光源接收器件；

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源中的各個(gè)單色光源，攝像頭接收到的圖像中每個(gè)像素點(diǎn)是每個(gè)單色光源透過乳腺的單色光組合；

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(dòng)的正交三角波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交三角波信號(hào)的低電平部分，正交三角波信號(hào)相較于噪聲改善明顯，從而提高了在正交三角波信號(hào)低電平段，攝像頭獲取到圖像的信噪比，進(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合的精度；

計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合進(jìn)行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(duì)乳腺組織樣本的透射高光譜圖成像。

其中，作為驅(qū)動(dòng)的正交三角波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交三角波信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍一半以上最佳。

所述單色光源、所述攝像頭在所述乳腺組織樣本兩面對(duì)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(jìn)一步地，所述攝像頭為手機(jī)攝像頭。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波驅(qū)動(dòng)單色光源，對(duì)攝像頭檢測(cè)到的光電信號(hào)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)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)乳腺組織樣本的成像，相較于背景技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104799817A，公告日為2015年7月29的專利申請(qǐng)，本發(fā)明顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而改善了攝像頭獲取到圖像的質(zhì)量；進(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合的精度，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)乳腺組織樣本的透射高光譜圖成像。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高速度、大信息的高精度測(cè)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)，適宜于家庭自檢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明以該成像系統(tǒng)應(yīng)用于乳腺組織樣本為例進(jìn)行說明。

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(duì)位置示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的抬高預(yù)設(shè)電平正交三角波的示意圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)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：攝像頭。

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(duì)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)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該成像系統(tǒng)應(yīng)用于乳腺組織樣本，成像系統(tǒng)包括：一組n個(gè)單色光源1(用LD表示，單色光源的波長(zhǎng)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(gè)攝像頭4，(其中，n的具體取值與乳腺組織樣本3對(duì)不同波長(zhǎng)的敏感程度相關(guān)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)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(gè)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(gè)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；攝像頭4構(gòu)成多波長(zhǎng)光源接收器件，攝像頭4為CMOS或CCD，現(xiàn)有攝像頭4已能采集近紅外波段的光。該成像系統(tǒng)還包括與攝像頭4外接的計(jì)算機(jī)(圖中未示出)。

參見圖3，采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色光源LD_i，攝像頭4進(jìn)行采集，采集到的圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)為每個(gè)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(shí)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(dòng)的正交三角波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正交三角波信號(hào)的低電平部分，正交三角波信號(hào)相較于噪聲改善明顯，從而提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比；相較于背景技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104799817 A，公告日為2015年7月29，以純凈正交三角波作為激勵(lì)信號(hào)的專利申請(qǐng)，本發(fā)明實(shí)施例顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，進(jìn)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，在正交三角波信號(hào)的高電平部分，正交三角波信號(hào)相較于噪聲也有一定的改善，提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比。

進(jìn)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(gè)像素點(diǎn)是每個(gè)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(qiáng)，使得輸入到計(jì)算機(jī)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(dòng)態(tài)范圍一半以上時(shí)，信號(hào)大于等于1/2圖像動(dòng)態(tài)范圍，通過攝像頭4采集到的信號(hào)的失真小、圖像質(zhì)量高。

計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)單色光源LD_i的貢獻(xiàn)，構(gòu)成各波長(zhǎng)下的透射圖像。根據(jù)各波長(zhǎng)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(jìn)行乳腺組織樣本3的透射光成像測(cè)量，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早期檢測(cè)。

其中，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)單色光源LD_i的貢獻(xiàn)的步驟具體為：

1)假設(shè)以驅(qū)動(dòng)單色光源的LD_j最高頻率f_max的4M倍速度對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行采樣f_s＝4M×f_max，獲取采樣信號(hào)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(duì)各個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的每個(gè)正交三角波周期內(nèi)的正、負(fù)半個(gè)周期內(nèi)的采樣信號(hào)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)正交三角波周期)內(nèi)的每個(gè)正交三角波的正半個(gè)周期的采樣值累加得到累加和，每個(gè)正交三角波的負(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(zhǎng)的差值進(jìn)行k個(gè)周期或整數(shù)倍k個(gè)周期累加，其中：

式中：f_min為激勵(lì)正交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(zhǎng)的正交三角波激勵(lì)頻率。

對(duì)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(duì)x進(jìn)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(diǎn)的幅值，[x_i]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)x_i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(duì)一個(gè)比較“干凈”的信號(hào)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Δx_i。

如果對(duì)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，x_i＝m_i+Δx_i，m_i＝[x_i]。也即m_i是圓整得到正整數(shù)，而Δx_i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(jí)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(duì)鋸齒波或正交三角波激勵(lì)信號(hào)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(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)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(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個(gè)電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺組織樣本的檢測(cè)。

實(shí)施例2

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)激光二極管LD_i，攝像頭4中每個(gè)像素點(diǎn)接收到每個(gè)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(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)激光二極管LD_i的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)乳腺組織樣本3進(jìn)行透射高光譜圖成像。

本實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)處理步驟均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)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(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個(gè)電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺組織樣本的檢測(cè)。

實(shí)施例3

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色二極管LD_i，攝像頭4中每個(gè)像素點(diǎn)接收到每個(gè)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(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)單色二極管LD_i的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)乳腺組織樣本3進(jìn)行透射高光譜圖成像。

本實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)處理步驟均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)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(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個(gè)電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺組織樣本的檢測(cè)。

實(shí)施例4

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以激光二極管作為單色光源LD₁…LD_n，手機(jī)攝像頭作為攝像頭4為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)激光二極管LD_i，手機(jī)攝像4中每個(gè)像素點(diǎn)接收到每個(gè)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(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)激光二極管LD_i的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)乳腺組織樣本3進(jìn)行透射高光譜圖成像。

本實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)處理步驟均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)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(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個(gè)電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺組織樣本的檢測(cè)。

實(shí)施例5

一種抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波頻率編碼的高光譜成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以單色二極管作為單色光源LD₁…LD_n，手機(jī)攝像頭作為攝像頭4為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系抬高預(yù)設(shè)電平的正交三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色二極管LD_i，手機(jī)攝像頭4中每個(gè)像素點(diǎn)接收到每個(gè)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(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_ij進(jìn)行分離可以得到單色光組合I_ij中的各個(gè)激光二極管LD_i的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)乳腺組織樣本3進(jìn)行透射高光譜圖成像。

本實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)處理步驟均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)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(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在正交三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在正交三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個(gè)電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺組織樣本的檢測(cè)。

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(hào)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)。