CN100510700C - 线偏振光成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种线偏振光成像方法及装置，用线偏振光对生物组织进行面照明，通过旋转照明的线偏振光的偏振角，并探测不同偏振角的出射光，获得样品全面的偏振信息。计算机处理得到样品照明区域的偏振图像关于照明线偏振光的偏振角和探测偏振器件的偏振角两个变量的函数关系，从而定量得到样品的纤维走向、各向异性度、散射性质等信息，用伪彩色图像进行显示，比较直观。

Description

线偏振光成像方法及装置
技术领域
本发明涉及一种线偏振光成像方法及装置，尤其是基于线偏振光照明的生物组织成像方法和装置，属于光学成像检测技术领域。
技术背景
近年来，光学检测方法因为具有高分辨力，对检测对象无损伤，并易于实现等优点，在生物医学领域得到广泛应用。但光和生物组织之间强烈的散射作用极大降低了光学检测方法的成像深度和对比度，于是人们开始研究偏振光成像方法，一方面，该方法可以减弱散射对成像的影响，另一方面，它可以反映生物组织浅表层的结构信息。
曾有人提出用偏振光对组织浅表层成像，获得组织浅表层的双折射信息，并将偏振光成像方法应用于皮肤诊断成像(Journal of BiomedicalOptics，July 2002，Vol.7No.3)；也有人观察了在不同波长的偏振光照射下，正常细胞和癌变细胞的偏振图像，从而提出了用偏振成像方法识别癌变细胞的可能(in Spring Topical Meetings，Optical Society of America，Orlando，FL(8-11 March 1998))；近年来，偏振成像被应用到皮肤，血管等人体组织。
但上述的偏振成像方法都采用单一偏振角度的线偏振光照明，因此难以获得生物组织全面的偏振信息，而且上述成像方法只能对生物组织的偏振信息进行定性的评估。
发明内容
本发明就是为了解决难以获得生物组织全面的偏振信息的问题，提出一种线偏振光成像装置。
为此，本发明的线偏振光成像装置包括入射臂、出射臂、样品台以及图像处理用计算机；所述入射臂依次包括光源、第一偏振器件，设置于样品台的一侧；出射臂依次包括第二偏振器件和光电探测装置，位于样品台的另一侧出射光光路上；光电探测装置输出端与计算机的相应输入端连接；其特征在于：还包括偏振角调节装置，用于调节第一和第二偏振器件的偏振角。
根据本发明的实施例，本发明还可以包括如下特征：
所述光电探测装置为二维光电探测装置。
还包括产生一条平行光束的光学系统，位于第一偏振器件之后，所述平行光束以固定角度照射在样品表面。
所述样品台是一个可三维移动的平台。
所述光源为单波长光源。
本发明还包括线偏振光成像装置的制作方法，其特征是包括如下步骤：a、用具有特定偏振角的线偏振光照射在检测样品表面上；b、由光电探测装置采集由样品反射、散射或透射的具有特定偏振角的线偏振光，即出射偏振光；c、调节入射偏振光和出射偏振光的偏振角，重复步骤a、b，从而得到一系列偏振图像，每一幅图像对应一个入射偏振角和一个探测偏振角；d、计算机对获得的所有偏振图像进行运算、处理，得到信息检测样品的信息。
根据本发明的实施例，本发明的方法还可以包括如下特征：
所述步骤c中调节入射偏振光和出射偏振光的偏振角是从第一角度以固定间隔扫描至第二角度，第二角度与第一角度相差180以上。
所述步骤d中，计算机对获得的所有偏振图像进行运算、处理，得到信息检测样品的信息的步骤包括如下步骤：S2、取其中两幅图片，它们具有相同的入射偏振角，但探测偏振角相差90度；S3、用探测偏振角大的图像减去探测偏振角小的图像，得到该入射偏振角下的偏振差图像；S4、判断是否处理完所有图片；S5、如处理完，则获得了一系列对应不同入射偏振角的偏振差图像；S6、对所有偏振差图像，取出同一点的值；S7、拟和出偏振差关于入射偏振角和探测偏振角的函数关系，提取函数关系中的三个特定参数；S8、判断是否处理完所有点；S9、如处理完，则将每一点提取的三个特定参数作为该点的三个颜色分量值，生成一幅伪彩色图像。
所述步骤S7、S9中，所述的三个特定参数为：生物组织的纤维走向、各向异性度、散射性质。
本发明提出的方案优势如下：
用线偏振光对生物组织进行面照明，通过旋转照明的线偏振光的偏振角，并探测不同偏振角的背向散射光，获得样品全面的偏振信息。
计算机处理得到样品照明区域的偏振图像关于照明线偏振光的偏振角和探测偏振器件的偏振角两个变量的函数关系，从而定量得到样品的纤维走向、各向异性度、散射性质等信息，用伪彩色图像进行显示，比较直观。
附图说明
图1是本发明实施例一装置示意图。
图2是本发明实施例一计算机计算、处理获得的所有偏振图像信息的流程图。
图3是本发明实施例二装置示意图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例的旋转偏振角线偏振光扫描成像装置主要包括：入射臂、反射臂、样品台以及图像处理用计算机。
如图1所示，所述样品台4是一个可三维移动的平台，用于放置样品；所述入射臂设置于样品台的一侧，它依次包括单波长光源1、第一偏振器件2及产生一条平行光束的光学系统3(本例中采用透镜)，所述平行光束以固定角度照射在样品表面；所述反射臂依次包括第二偏振器件6和二维光电探测装置8(本例中用CCD相机，在其前面还可以加透镜7)；二维光电探测装置的输出端与计算机的相应输入端连接，二维光电探测装置检测的每一幅样品照明区域的偏振图像信息均传输到计算机存贮、处理，并生成一幅包含生物组织的纤维走向、各向异性度、散射性质等信息的伪彩色图像。图1中，5为吸光板。
本发明旋转偏振角线偏振光成像方法包括如下步骤：
A.将单波长光源发出的光束通过第一偏振器件2转化线偏振光光束，再将线偏振光光束转化为平行光束，使所述平行光束照射在检测样品表面上，将背向散射和反射光通过第二偏振器件6，选择具有特定偏振角的线偏振光，由二维光电探测器8采集，获得样品照明区域的偏振图像信息，然后传输到计算机存储，处理；
B.将第一和第二偏振器件2、8的偏振角从0度以固定间隔扫描至180度，对应两个偏振器件的偏振角的每一种组合，用二维光电探测器8采集一副样品照明区域的偏振图像。此步骤对应于图2中的步骤——
S1、二维光电探测装置连续采集，得到一系列偏振图像，每一幅图像对应一个入射偏振角和探测偏振角。
C.计算机对获得的所有偏振图像进行运算、处理，得到包含生物组织的纤维走向，各向异性度，散射性质等信息的伪彩色图像。如图2所示，此步骤具体包括如下步骤：
S2、取其中两幅图片，它们具有相同的入射偏振角，但探测偏振角相差90度；
S3、用探测偏振角大的图像减去探测偏振角小的图像，得到该入射偏振角下的偏振差图像；
S4、判断是否处理完所有图片；
S5、如处理完，则获得了一系列对应不同入射偏振角的偏振差图像；
S6、对所有偏振差图像，取出同一点的值；
S7、拟和出偏振差关于入射偏振角和探测偏振角的函数关系，提取函数关系中的三个特定参数；
S8、判断是否处理完所有点；
S9、如处理完，则将每一点提取的三个特定参数作为该点的三个颜色分量值，生成一幅伪彩色图像。
伪彩色图像的生成原理如下：偏振差关于入射偏振角和探测偏振角的函数关系由几个三角函数组成，经过实验研究，我们发现三角函数的幅值、相位以及两个三角函数的幅值之比分别表征了组织的各项异性度、纤维角度、散射系数，因此我们将它们作为特定参数，分别作为颜色空间中三个分量RGB，生成一幅伪彩色图像。(但颜色空间也可以选择除RGB以外的其他颜色空间，如YUV等)
实施例二：
如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，它不是象实施例一那样采用背向探测模式，收集样品背向反射光和散射光，而是前向探测模式，即收集透过样品的透射光，其它处理方法和实验方法都不变。
以上本发明的实施方式并非穷举，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。例如：光源1不仅可为单波长光源，也可以为宽光谱光源；入射偏振光和反射偏振光的偏振角不限制为0度到180度，可以是A度到B度，只要B—A超过180度(一个周期)就行，比如30度到300度。等等。

Claims (8)

1、一种线偏振光成像装置，包括入射臂、出射臂、样品台以及图像处理用计算机；所述入射臂依次包括光源(1)、第一偏振器件(2)，设置于样品台的一侧；出射臂依次包括第二偏振器件(6)和光电探测装置(8)，位于样品台的另一侧出射光光路上；光电探测装置(8)输出端与计算机的相应输入端连接；其特征在于：还包括偏振角调节装置，用于以扫描方式调节第一和第二偏振器件(2、6)的偏振角。
2、如权利要求1所述的线偏振光成像装置，其特征在于，所述光电探测装置(8)为二维光电探测装置。
3、如权利要求1或2所述的线偏振光成像装置，其特征在于，还包括产生一条平行光束的光学系统(3)，位于第一偏振器件(2)之后，所述平行光束以固定角度照射在样品表面。
4、如权利要求3所述的线偏振光成像装置，其特征是：所述样品台(4)是一个可三维移动的平台。
5、如权利要求1或2所述的线偏振光成像装置，其特征在于，所述光源(1)为单波长光源。
6、一种线偏振光成像方法，其特征是包括如下步骤：
a、用具有特定偏振角的线偏振光照射在检测样品表面上；
b、由光电探测装置采集由样品反射、散射或透射的具有特定偏振角的线偏振光，即出射偏振光；
c、以扫描方式调节入射偏振光和出射偏振光的偏振角，重复步骤a、b，从而得到一系列偏振图像，每一幅图像对应一个入射偏振角和一个探测偏振角；
d、计算机对获得的所有偏振图像进行运算、处理，得到检测样品的信息。
7、根据权利要求6所述的线偏振光成像方法，其特征是，所述步骤c中调节入射偏振光和出射偏振光的偏振角是从第一角度以固定间隔扫描至第二角度，第二角度与第一角度相差180以上。
8、根据权利要求6或7所述的线偏振光成像方法，其特征是，所述步骤d中，计算机对获得的所有偏振图像进行运算、处理，得到信息检测样品的信息的步骤包括如下步骤：
S2、取其中两幅图片，它们具有相同的入射偏振角，但探测偏振角相差90度；
S3、用探测偏振角大的图像减去探测偏振角小的图像，得到该入射偏振角下的偏振差图像；
S4、判断是否处理完所有图片；
S5、如处理完，则获得了一系列对应不同入射偏振角的偏振差图像；
S6、对所有偏振差图像，取出同一点的值；
S7、拟和出偏振差关于入射偏振角和探测偏振角的函数关系，提取函数关系中的三个特定参数；
S8、判断是否处理完所有点；
S9、如处理完，则将每一点提取的三个特定参数作为该点的三个颜色分量值，生成一幅伪彩色图像。
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