一種多模式成像方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多模式成像方法和設(shè)備。所述方法包括：將多模式掩膜板貼合在黑白數(shù)字相機(jī)的圖像傳感器陣列表面；曝光，獲取原始成像數(shù)據(jù)；對(duì)原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行多模式圖像處理。本發(fā)明采用單相機(jī)、單次曝光成像，獲取多模式成像信息，降低了多模式成像系統(tǒng)的復(fù)雜性，使多模式成像系統(tǒng)更小型化。相比單相機(jī)多次曝光成像，本發(fā)明提高了時(shí)間分辨率，使光學(xué)多模式成像技術(shù)可以應(yīng)用到狀態(tài)變化更快的領(lǐng)域；相比多相機(jī)單次成像，本發(fā)明無(wú)需進(jìn)行后期融合處理，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并提高了后期圖像處理的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多模式成像方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多模式成像方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]多模式成像技術(shù)在生命研究、生物醫(yī)療中的光學(xué)成像領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]多模式成像技術(shù)即多種成像方式整合技術(shù)，比如多波長(zhǎng)成像計(jì)算血氧代謝率、可見(jiàn)光成像和熒光成像整合技術(shù)、多偏振態(tài)的偏振光成像技術(shù)等。多模式成像技術(shù)對(duì)多模式下的圖像進(jìn)行融合處理，得出一幀包含目標(biāo)生理特性的圖像。通常，多模式成像技術(shù)對(duì)各模式下圖像物理角度一致性、時(shí)間分辨率等要求很高。
[0004]目前，實(shí)現(xiàn)多模式成像技術(shù)的方法主要包括:
一、單相機(jī)的多次曝光成像，該方法的時(shí)間分辨率低，在成像對(duì)象或成像環(huán)境不穩(wěn)定、變化快的場(chǎng)合應(yīng)用受限。
[0005]二、多相機(jī)的單次成像，該方法在進(jìn)行圖像“融合”處理時(shí)存在缺陷，
圖像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性對(duì)最后的結(jié)果影響很大。如內(nèi)窺鏡成像，人體器官組織的自發(fā)活動(dòng)(比如腸的自發(fā)蠕動(dòng)、心跳等)會(huì)對(duì)該成像方式的處理結(jié)果造成誤差，同時(shí)相機(jī)間成像區(qū)域的差異也會(huì)影響結(jié)果。
[0006]三、高清彩色相機(jī)采用補(bǔ)色濾鏡(CMYG)掩?；虬轄枮V鏡(Bayer)掩模技術(shù)，可提取出RGB三色或CMYG四色，但是掩模的特異性不夠，應(yīng)用范圍狹窄。例如Bayer掩模板的RGB三色對(duì)波長(zhǎng)的感應(yīng)范圍過(guò)大，不適合進(jìn)行血紅蛋白濃度等臨床參數(shù)測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)多模式成像方法中，采用單相機(jī)的多次曝光成像時(shí)間分辨率低，采用多相機(jī)的單次成像系統(tǒng)復(fù)雜且處理結(jié)果準(zhǔn)確度易受影響的缺陷，提供一種時(shí)間分辨率高、降低系統(tǒng)復(fù)雜性的多模式成像方法和設(shè)備。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，提出了一種多模式成像方法，包括:
將多模式掩膜板貼合在黑白數(shù)字相機(jī)的圖像傳感器陣列表面；
曝光，獲取原始成像數(shù)據(jù)；
對(duì)原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行多模式圖像處理。
[0009]進(jìn)一步，所述多模式掩膜板包括多個(gè)成像單元，每個(gè)所述成像單元包括多個(gè)掩膜單元，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元進(jìn)行不同方式的鍍膜。
[0010]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提出了一種多模式成像設(shè)備，包括黑白數(shù)字相機(jī)，所述黑白數(shù)字相機(jī)具有圖像傳感器陣列，所述圖像傳感器陣列表面貼合有多模式掩膜板。
[0011]進(jìn)一步，所述多模式掩膜板包括多個(gè)成像單元，每個(gè)所述成像單元包括多個(gè)掩膜單元，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元具有不同方式的鍍膜。
[0012]從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):
由于采用的是單相機(jī)、單次曝光成像，本發(fā)明降低了多模式成像系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得多模式成像系統(tǒng)更加小型化。相對(duì)于單相機(jī)多次曝光成像，本發(fā)明提高了時(shí)間分辨率，使光學(xué)多模式成像技術(shù)可以應(yīng)用到狀態(tài)變化更快的領(lǐng)域；相對(duì)于多相機(jī)單次成像，本發(fā)明無(wú)需對(duì)圖像信息進(jìn)行后期“融合”處理，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和算法的復(fù)雜性，提高了后期圖像處理的準(zhǔn)確性；相對(duì)于采用高清彩色相機(jī)進(jìn)行多模式成像，本發(fā)明可以控制每個(gè)像素單元對(duì)應(yīng)的掩豐旲的通帶范圍，從而提聞相機(jī)波長(zhǎng)精度。
[0013]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1是本發(fā)明一種多模式成像方法的流程圖；
圖2a是本發(fā)明中多模式掩膜板的示意圖；
圖2b是本發(fā)明中圖像傳感器陣列的示意圖；
圖3是本發(fā)明中多模式掩膜板的一舉例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合本發(fā)明中的說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]實(shí)施例一
本發(fā)明實(shí)施例一提供了 一種多模式成像方法，包括:
101:將多模式掩膜板貼合在黑白數(shù)字相機(jī)的圖像傳感器陣列表面。
[0016]如圖2a所示，在本實(shí)施例中，所述的多模式掩膜板I包括多個(gè)成像單元2，每個(gè)所述成像單元2包括多個(gè)掩膜單元3，一個(gè)成像單元2內(nèi)的不同掩膜單元3進(jìn)行不同方式的鍍膜。將多模式掩膜板I貼合在黑白數(shù)字相機(jī)(圖未示出)的圖像傳感器陣列4 (如圖2b所示)上，所述的多模式掩膜板I的尺寸與所述圖像傳感器陣列4的尺寸一致并對(duì)應(yīng)貼合，所述成像單元2中單個(gè)掩膜單元3的尺寸與圖像傳感器陣列4中的單個(gè)像元5的尺寸一致并對(duì)應(yīng)貼合。
[0017]所述的多模式掩膜板1，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行特征性制作，所述的實(shí)際應(yīng)用指的是不同的應(yīng)用場(chǎng)景，例如內(nèi)窺鏡的自發(fā)熒光成像領(lǐng)域、偏振光成像領(lǐng)域、多波長(zhǎng)成像領(lǐng)域，是不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，多模式掩膜板I進(jìn)行不同方式的成像單元?jiǎng)澐?，例如根?jù)實(shí)際應(yīng)用，一個(gè)成像單元2可包括多個(gè)2X2陣列、或者2X3陣列、或者1X4陣列、或者3 X 3陣列的掩膜單元3，所述一個(gè)成像單元2內(nèi)的不同掩膜單元3根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行不同種類(lèi)的鍍膜，每一種類(lèi)的鍍膜對(duì)應(yīng)一種成像模式。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3所示，成像單元2包括2X2陣列的掩模單元3，一個(gè)成像單元2中，四個(gè)掩膜單元3分別被鍍上紅、綠、藍(lán)、紫色波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的濾膜。
[0018]所述相機(jī)的圖像傳感器可采用CXD傳感器、CMOS傳感器等陣列式圖像傳感器，亦可采用非陣列圖像傳感器結(jié)合掃描裝置進(jìn)行成像的圖像傳感組件。
[0019]102:曝光，獲取原始成像數(shù)據(jù)。
[0020]相機(jī)的圖像傳感器陣列4表面貼合了多模式掩膜板I后，圖像傳感器曝光后獲取的圖像信息是包括多個(gè)成像模式下成像數(shù)據(jù)的原始成像數(shù)據(jù)。
[0021]103:對(duì)原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行多模式圖像處理。[0022]分別提取原始成像數(shù)據(jù)中鍍膜特性一致的像元，獲取各模式的圖像信息，生成各模式下的圖像，用于后期的多模式圖像處理，完成多模式成像。
[0023]需要說(shuō)明的是，獲取的原始成像數(shù)據(jù)是從黑白數(shù)字相機(jī)圖像傳感器陣列對(duì)應(yīng)像元分離出來(lái)的，各個(gè)模式圖像間的空間和時(shí)間差異都很微小，不需要進(jìn)行后期配準(zhǔn)工作，所以，可直接進(jìn)行多模式成像數(shù)據(jù)處理。所述的圖像處理可以包括現(xiàn)有技術(shù)中各種可能用到的圖像處理方法。
[0024]具體地，以三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景為例進(jìn)行說(shuō)明:
應(yīng)用場(chǎng)景一
當(dāng)本發(fā)明的多模式成像方法應(yīng)用在內(nèi)窺鏡中的自發(fā)熒光成像領(lǐng)域，所述多模式掩膜板的一個(gè)成像單元內(nèi)的一個(gè)掩模單元被鍍上自發(fā)熒光對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的濾膜，另一些與上述掩膜單元相鄰的掩模單元分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RGB三色鍍膜。
[0025]具體地，所述多模式掩膜板的每個(gè)成像單元?jiǎng)澐譃榘?X2陣列的掩模單元，一個(gè)成像單元中的三個(gè)掩模單元被分別鍍上標(biāo)準(zhǔn)R、G、B鍍膜，用于生成白光圖像；剩下的一個(gè)掩膜單元被鍍上自發(fā)熒光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的濾膜。
[0026]參見(jiàn)圖2a，如果自發(fā)熒光波段在可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)，則對(duì)圖2a多模式掩膜板的a、b、c三種掩膜單元對(duì)應(yīng)位置分別鍍上R、G、B濾模，對(duì)d掩膜單元對(duì)應(yīng)位置鍍上自發(fā)熒光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的濾膜，即鍍上能透過(guò)自發(fā)熒光波長(zhǎng)(比如膠原蛋白的熒光波長(zhǎng)為390nm)的濾膜。一次可見(jiàn)光成像通過(guò)a、b、c掩模單元對(duì)應(yīng)獲取的像元計(jì)算出白光圖像，第二次激發(fā)光成像，計(jì)算出自發(fā)熒光圖像，從而實(shí)現(xiàn)使用單個(gè)圖像傳感器，不增加成像次數(shù)的自發(fā)熒光內(nèi)窺鏡多模式成像。
[0027]如果自發(fā)熒光波段在可見(jiàn)光波段范圍外，則只需進(jìn)行一次成像，從一幀黑白圖像中可以分別計(jì)算出白光圖像和自發(fā)熒光圖像。
[0028]需要說(shuō)明的是，所述多模式成像方法還包括:去馬賽克計(jì)算，從而計(jì)算出白光圖；進(jìn)行電子放大，從而獲取和相機(jī)像素一致的圖像。
[0029]應(yīng)用場(chǎng)景二
當(dāng)本發(fā)明的多模式成像方法應(yīng)用在偏振光成像領(lǐng)域，所述的多模式掩膜板的一個(gè)成像單元內(nèi)不同的掩模單元被鍍上不同偏振態(tài)的濾膜。
[0030]具體地，所述多模式掩膜板的每個(gè)成像單元?jiǎng)澐譃榘?X2陣列的掩模單元，四個(gè)掩模單元被鍍上不同偏振態(tài)的濾膜。
[0031]參見(jiàn)圖2a，對(duì)多模式掩膜板的a、b、c、d四種掩膜單元對(duì)應(yīng)位置分別鍍上不同偏振態(tài)的濾膜，使用四個(gè)不同偏振態(tài)的光源同時(shí)照射成像，就可以一次獲取四個(gè)偏振態(tài)的圖像，從而簡(jiǎn)化偏振光成像過(guò)程。如果采用高分辨的黑白數(shù)字相機(jī)，可以不進(jìn)行電子放大，而獲得高性能的多模式成像結(jié)果。
[0032]應(yīng)用場(chǎng)景三
當(dāng)本發(fā)明的多模式成像方法應(yīng)用在多波長(zhǎng)成像領(lǐng)域，所述的多模式掩膜板的一個(gè)成像單元內(nèi)不同的掩膜單元被鍍上不同透射波長(zhǎng)的濾膜。
[0033]具體地，所述多模式掩膜板的每個(gè)成像單元?jiǎng)澐譃榘?X2陣列的掩膜單元，四個(gè)掩膜單元被鍍上不同透射波長(zhǎng)的濾膜。
[0034]例如，在血氧代謝率檢測(cè)應(yīng)用中，入射光是去近紅外的白光和近紅外激光，參見(jiàn)圖2a，對(duì)多模式掩膜板的a、b、c三種掩模單元分別鍍上標(biāo)準(zhǔn)R、G、B濾膜，從相機(jī)紅、綠、藍(lán)濾膜對(duì)應(yīng)的像元，可以分離出紅、綠、藍(lán)可見(jiàn)光圖像信息，用于血紅蛋白濃度變化的測(cè)量；d掩膜單元鍍上近紅外濾膜，對(duì)應(yīng)的像元可分離出激光圖像，用于計(jì)算血流速度。從而通過(guò)單相機(jī)、單次曝光獲取圖像信息來(lái)實(shí)現(xiàn)血氧代謝率的計(jì)算。
[0035]需要說(shuō)明的是，鍍膜技術(shù)的高速發(fā)展，為本發(fā)明產(chǎn)品的低成本、產(chǎn)業(yè)化提供了極大便利。本發(fā)明中的特征性多模式微型掩膜板I，其鍍膜和貼合工藝可利用現(xiàn)有技術(shù)中的鍍膜和貼膜技術(shù)獲得。
[0036]實(shí)施例二
本發(fā)明另一實(shí)施例提供了一種多模式成像設(shè)備，包括黑白數(shù)字相機(jī)，所述黑白數(shù)字相機(jī)具有圖像傳感器陣列，所述圖像傳感器陣列表面貼合有多模式掩膜板。
[0037]所述多模式掩膜板包括多個(gè)成像單元，每個(gè)所述成像單元包括多個(gè)掩膜單元，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元具有不同方式的鍍膜。
[0038]所述多模式掩膜板的尺寸與所述圖像傳感器陣列尺寸一致。
[0039]所述掩膜單元的尺寸和所述圖像傳感器陣列中的像元尺寸一致。
[0040]本實(shí)施例的設(shè)備中，多模式掩膜板的具體結(jié)構(gòu)，以及在各種應(yīng)用場(chǎng)景下的區(qū)別，可以參照本發(fā)明實(shí)施例一中相應(yīng)部分的描述。
[0041]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的設(shè)備而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。
[0042]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的多模式成像方法，可以應(yīng)用到各種需要利用光學(xué)成像原理形成影像并使用底片記錄影像的場(chǎng)合，本發(fā)明的多模式成像設(shè)備包括但不限于普通照相攝像器材、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、天文觀測(cè)設(shè)備，本發(fā)明所述的相機(jī)，可包括各種需要利用光學(xué)成像原理形成影像的裝置。
[0043]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種多模式成像方法和設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多模式成像方法,其特征在于,包括: 將多模式掩膜板貼合在黑白數(shù)字相機(jī)的圖像傳感器陣列表面； 曝光，獲取原始成像數(shù)據(jù)； 對(duì)原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行多模式圖像處理。
2.如權(quán)利要求1所述的多模式成像方法，其特征在于，所述多模式掩膜板包括多個(gè)成像單元，每個(gè)所述成像單元包括多個(gè)掩膜單元，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元進(jìn)行不同方式的鍍膜。
3.如權(quán)利要求2所述的多模式成像方法，其特征在于，所述多模式掩膜板的尺寸與所述圖像傳感器陣列尺寸一致。
4.如權(quán)利要求2所述的多模式成像方法，其特征在于，所述掩膜單元的尺寸和所述圖像傳感器陣列中的像元尺寸一致。
5.如權(quán)利要求2所述的多模式成像方法，其特征在于，所述一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元進(jìn)行不同方式的鍍膜具體為: 當(dāng)應(yīng)用在內(nèi)窺鏡自發(fā)熒光成像領(lǐng)域，一個(gè)成像單元內(nèi)的一些掩膜單元被鍍上與自發(fā)熒光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的濾膜，另 一些掩膜單元進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RGB三色鍍膜； 或者，當(dāng)應(yīng)用在偏振光成像領(lǐng)域，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元被鍍上不同偏振態(tài)的濾膜； 或者，當(dāng)應(yīng)用在多波長(zhǎng)成像領(lǐng)域，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元被鍍上與不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的濾膜。
6.如權(quán)利要求1所述的多模式成像方法，其特征在于，所述對(duì)原始成像數(shù)據(jù)進(jìn)行多模式圖像處理包括:分別提取原始成像數(shù)據(jù)中鍍膜特性一致的像元，獲取各模式的圖像信息。
7.一種多模式成像設(shè)備，包括黑白數(shù)字相機(jī)，所述黑白數(shù)字相機(jī)具有圖像傳感器陣列，其特征在于，所述圖像傳感器陣列表面貼合有多模式掩膜板。
8.如權(quán)利要求7所述的多模式成像設(shè)備，其特征在于，所述多模式掩膜板包括多個(gè)成像單元，每個(gè)所述成像單元包括多個(gè)掩膜單元，一個(gè)成像單元內(nèi)的不同掩膜單元具有不同方式的鍍膜。
9.如權(quán)利要求8所述的多模式成像設(shè)備，其特征在于，所述多模式掩膜板的尺寸與所述圖像傳感器陣列尺寸一致。
10.如權(quán)利要求8所述的多模式成像設(shè)備，其特征在于，所述掩膜單元的尺寸和所述圖像傳感器陣列中的像元尺寸一致。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103604422SQ201310645252
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】馮能云, 陳云亮 申請(qǐng)人:深圳市開(kāi)立科技有限公司