本發(fā)明涉及成像光測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)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(wú)損無(wú)創(chuàng)無(wú)輻射的突出優(yōu)點(diǎn)，但至今尚未有能夠進(jìn)入臨床使用的成像光測(cè)量系統(tǒng)，其原因在于現(xiàn)有的成像光測(cè)量系統(tǒng)精度低、信息量較小，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的需要。

為了提高信號(hào)的采集質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104792706 A，公告日為2015年7月22的專(zhuān)利申請(qǐng)利用三角波作為激勵(lì)信號(hào)來(lái)提高信號(hào)測(cè)量的質(zhì)量。

發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)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)有的采集裝置無(wú)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，采用純凈三角波作為激勵(lì)信號(hào)時(shí)，在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，從而影響了信號(hào)的采集精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)將三角波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的三角波，提高了成像光的測(cè)量精度，詳見(jiàn)下文描述：

一種抬高電平三角波頻率編碼的成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：一組n×n個(gè)單色光源、一個(gè)面陣圖像傳感器，以及與面陣圖像傳感器外接的計(jì)算機(jī)，

在樣品的一側(cè)成均勻分布一組預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的n×n個(gè)單色光源，對(duì)側(cè)對(duì)應(yīng)單色光源設(shè)置面陣圖像傳感器；

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源中的各個(gè)單色光源，面陣圖像傳感器中每個(gè)像素接收到單色光源中每個(gè)光源透過(guò)樣品的單色光組合；

在面陣圖像傳感器采集圖像的過(guò)程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動(dòng)的三角波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號(hào)的低電平部分，三角波信號(hào)相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號(hào)低電平段，面陣圖像傳感器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)行解調(diào)分離得到各個(gè)單色光源對(duì)單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)樣品進(jìn)行成像。

其中，作為驅(qū)動(dòng)的正弦波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在正弦波信號(hào)的高電平部分，提高了面陣CCD獲取到圖像的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為面陣CCD采集的圖像動(dòng)態(tài)范圍一半以上最佳。

其中，所述單色光源呈矩形均勻分布。

其中，所述單色光源為激光二極管。

另一實(shí)施例，所述單色光源為單色二極管。

另一實(shí)施例，所述單色光源為單色濾波片對(duì)白光濾波后的單色光。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率抬高預(yù)設(shè)電平的三角波驅(qū)動(dòng)單色光源，對(duì)面陣圖像傳感器檢測(cè)到的單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)單色光源對(duì)面陣圖像傳感器的貢獻(xiàn)，據(jù)此對(duì)樣品進(jìn)行高精度圖像重建。相較于背景技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104792706 A，公告日為2015年7月22的專(zhuān)利申請(qǐng)，本發(fā)明顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，改善了面陣圖像傳感器獲取到圖像的質(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，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)單色光源對(duì)單色光組合的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)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(cè)量，且具有結(jié)構(gòu)和電路簡(jiǎn)單、器件和工藝要求低、調(diào)試容易、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的單色光源、樣品和面陣圖像傳感器相對(duì)位置示意圖。

圖3為本發(fā)明提供的不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波激勵(lì)信號(hào)的示意圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1：?jiǎn)紊庠矗? 2：樣品；

3：面陣圖像傳感器。

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

一種抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1和圖2，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：一組n×n個(gè)單色光源1(用LD表示)和一個(gè)面陣圖像傳感器3，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(duì)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(duì)此不做限制)。即在樣品2的一側(cè)成均勻分布一組預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的n×n個(gè)單色光源1，對(duì)側(cè)對(duì)應(yīng)單色光源1設(shè)置面陣圖像傳感器3，單色光源1和面陣圖像傳感器3緊貼樣品2安裝。

其中，優(yōu)選單色光源1呈矩形均勻分布；該成像光測(cè)量系統(tǒng)還包括與面陣圖像傳感器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)電平的三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色光源，面陣圖像傳感器3中第lm個(gè)像素接收到單色光源1中每個(gè)光源透過(guò)樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)單色光源對(duì)單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)樣品2進(jìn)行成像。

即，根據(jù)面陣圖像傳感器3中第lm個(gè)像素接收到的光強(qiáng)，反投影重建獲得樣品2的透射圖像，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。該具體操作為本領(lǐng)域成熟的技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作贅述。

本發(fā)明實(shí)施例抬高預(yù)設(shè)電平后，在面陣圖像傳感器3采集圖像的過(guò)程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動(dòng)的三角波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號(hào)的低電平部分，三角波信號(hào)相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號(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 104792706 A，公告日為2015年7月22，以純凈三角波作為激勵(lì)信號(hào)的專(zhuān)利申請(qǐng)，本發(fā)明實(shí)施例顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而改善了面陣圖像傳感器3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，在三角波信號(hào)的高電平部分，三角波信號(hào)相較于噪聲也有一定的改善，提高了在三角波信號(hào)高電平段的圖像的信噪比。

進(jìn)而，由于面陣圖像傳感器3獲取到的圖像(其中，面陣圖像傳感器3接收到的圖像中每個(gè)像素點(diǎn)是每個(gè)單色光源透過(guò)樣品2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)選面陣圖像傳感器3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(guò)面陣圖像傳感器3采集到的信號(hào)的失真小、圖像質(zhì)量高。

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

1)假設(shè)以驅(qū)動(dòng)單色光源的最高頻率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)抬高預(yù)設(shè)電平的三角波周期內(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)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(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)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)鋸齒波或三角波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)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(shuō)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，顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號(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)樣品的成像。

實(shí)施例2

一種抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1和圖2，該實(shí)施例以激光二極管作為單色光源1為例進(jìn)行說(shuō)明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)激光二極管，面陣圖像傳感器3中每個(gè)像素lm接收到單色光源1中每個(gè)激光二極管透過(guò)樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)激光二極管對(duì)單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)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，顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號(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)樣品的成像。

實(shí)施例3

一種抬高電平三角波頻率編碼的成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1和圖2，該實(shí)施例以單色二極管作為單色光源1為例進(jìn)行說(shuō)明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色二極管，面陣圖像傳感器3中每個(gè)像素lm接收到單色光源1中每個(gè)單色二極管透過(guò)樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)單色二極管對(duì)單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)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，顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號(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)樣品的成像。

實(shí)施例4

一種抬高電平三角波頻率編碼成像光面陣圖像傳感器測(cè)量系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1和圖2，該實(shí)施例以單色濾波片對(duì)白光濾波后的單色光作為單色光源1為例進(jìn)行說(shuō)明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波分別驅(qū)動(dòng)一組單色光源1中的各個(gè)單色濾波片對(duì)白光濾波后的單色光，面陣圖像傳感器3中每個(gè)像素lm接收到單色光源1中每個(gè)單色光透過(guò)樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對(duì)單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個(gè)單色光對(duì)單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對(duì)樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)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，顯著地提高了在三角波信號(hào)低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號(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)樣品的成像。

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)。