CN103808735B - Oct扫描显示珍珠内部结构及珍珠外径测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种OCT扫描主观显示珍珠内部结构的方法，包括如下步骤：扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；计算机将显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像处理成显示有珍珠内部结构的第一OCT图像。本发明还公布了一种利用OCT计算珍珠外径的方法。通过显示还原珍珠的内部结构的第一OCT图像，分析第一OCT图像，从而可以测量珍珠的外径、珠核直径和珍珠内部不规则缺陷的大小等重要参数，判定珍珠质量的好坏。
Description
技术领域
本发明涉及到珍珠检测方法，具体涉及到一种OCT扫描显示珍珠内部结构的方法以及利用OCT测珍珠外径的方法。
背景技术
目前利用OCT技术对珍珠进行断层成像的方法采用固定珍珠，通过振镜控制光线的移动，扫描出珍珠一段弧线的OCT结构图像。设定直线扫描为M条线，每一条扫描线构成一幅图像的一列数据，设定一列数据的长度为N，即获得像素宽M、深度为N的一幅珍珠的矩形OCT图像。矩形OCT图像只能直观的测出珍珠珠层的厚度以及珍珠的部分图像，或者说是一段弧长，而不能测量珍珠外径的大小，没法直观看出珍珠的大小，也不能直观的观察到珠层厚度和珍珠外径之间的比例关系，也不能判定珍珠内部不规则缺陷。再者，观察不同珍珠的矩形OCT图像时，有时候观察到的不同的珠层厚度一样，但是所测珍珠大小外径不一样，用矩形OCT图像就没法直观的看出来，不利于评价珍珠质量的好坏，例如：对于同样厚度的珍珠层的珍珠，珍珠外径大的显然没有珍珠外径小的品质优良。
发明内容
本发明提供了一种OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，其目的在于解决因为无法还原珍珠内部结构而造成的珍珠的外径测试不准、无法测珍珠珠核外径以及无法判定珍珠内部缺陷的问题。
本发明的技术方案是这样的：
一种OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，包括：
扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；
计算机将所述第二OCT图像处理成显示有珍珠内部结构的第一OCT图像。
进一步地：所述扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像的方法具体为:
固定所述扫描装置的OCT探头的扫描点，珍珠转动一周，扫描装置扫描转动一圈的珍珠并得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据并得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；所述第二OCT图像由W列扫描线、每列扫描线的纵向像素数H构成。
进一步地：所述计算机所述第二OCT图像处理成显示有珍珠内部结构的第一OCT图像的步骤为：
定义显示有珍珠内部结构的第一OCT图像有扫描线w列,每列扫描线的纵向像素数h；所述第一OCT图像包括若干第一像素；定义任意所述第一像素的第一像素坐标(x,y)和第一像素值f(x,y),第一OCT图像中的珍珠的第一球心坐标(x0,y0)；所述第二OCT图像包括若干第二像素，定义任意所述第二像素的第二像素值F(X,Y)以及第二像素坐标(X,Y)；
计算任意所述第一像素值f(x,y)到所述第一球心坐标(x0,y0)的第一距离为
建立所述第二像素值F(X,Y)和与所述第二像素值F(X,Y)对应的所述第一像素值f(x,y)的对应关系，将第二像素值F(X,Y)转化成第一像素值f(x,y)。
进一步地：所述建立第二像素值F(X,Y)和与所述第二像素值F(X,Y)对应的第一像素值f(x,y)的对应关系的具体方法为：
定义所述第一像素值f(x,y)和所述第一球心坐标(x0,y0)的连线与设定的过第一球心坐标(x0,y0)的参考线的夹角弧度为α，其值为2π*X/W；
计算任意所述第二像素值F(X,Y)到所述第二OCT图像中的珍珠的第二球心的第二距离为D*Y/H+d,所述第二距离D*Y/H+d和所述第一距离对应；其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d为所述第二OCT图像底端到所述第二球心的垂直距离，d＝B-D；其中,B为所述第二OCT图像的顶端到所述第二球心的垂直距离，B＝B0-C，其中BO为OCT探头在初始位置时采集得到的第三OCT图像顶端到所述第二球心的垂直距离；C为夹持珍珠的夹持机构或者OCT探头的移动距离。
进一步地：所述第二OCT图像中的每列扫描线的像素均是由入射光线垂直入射所述珍珠表面获得。
一种利用OCT计算珍珠外径的方法，包括如下步骤：
将包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像沿长度方向均分为W列扫描线；
设定第二OCT图像中任一列的扫描线的外层珍珠珠层坐标(Xi,Yi)；
根据公式计算出珍珠的半径平均值，求出珍珠的外径；
其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d为所述第二OCT图像底端到珍珠的第二球心的垂直距离，d＝B-D；其中,B为所述第二OCT图像的顶端到所述第二球心的垂直距离，B＝B0-C,其中BO为OCT探头在初始位置时采集得到的第三OCT图像顶端到所述第二球心的垂直距离；C夹持珍珠的夹持机构或者所述OCT探头的移动距离。
进一步地：所述第二OCT图像中的每列扫描线的像素均是由入射光线垂直入射所述珍珠表面获得。
本发明的有益效果：珍珠转动一圈，扫描探头扫描珍珠一圈，计算机采集了珍珠这一圈的扫描数据，得到包括整段的矩形珍珠珠层的第二OCT图像。该第二OCT图像由W列扫描线、每列扫描线的纵向像素数H组成。将第二OCT图像处理成显示珍珠内部结构的第一OCT图像。通过分析珍珠的第一OCT图像，可以测量出珍珠的外径、珍珠珠核外径和珍珠珠层厚度，直观的看出珍珠珠层厚度和珍珠大小的关系，也可以分析并量化珍珠内部的不规则缺陷，例如：珍珠珠层内部的裂纹的深度或宽度，从而判定珍珠品质的好坏。
说明书附图
图1为本发明中还原珍珠第一OCT图像的流程图；
图2为图1中S102的分解流程图；
图3为图2中S203的分解流程图；
图4为显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；
图5为包含有显示珍珠内部结构的第一OCT图像；
图6为第二OCT图像的图像底端到第二球心L3的距离d的计算推导示意图，图中各字母或零件序号对应的名字分别为:2为夹持珍珠的左夹持机构；3为夹持珍珠的右夹持机构；5、OCT探头；10、珍珠。
图7为本发明中扫描装置测试珍珠的系统装置示意图，图7中各零件序号和名称分别为：1、检测系统，它包括：11、光源；12、探测器；13、处理器；14、分束器；15、准直镜；16、移动反射镜；17、光纤探头。20.第二OCT图像；30、第三OCT图像。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图7，本发明中的扫描装置，相当于扫描检测系统1，由光源11、探测器12、处理器13、分束器14、准直镜15、移动反射镜16以及光纤探头17组成。光源11、探测器12、准直镜15以及光纤探头17分别连接至分束器14，处理器13与探测器12相连接，移动反射镜16与准直镜15相连接。通过球体自动旋转装置(未图示)，使珍珠10绕着其球心旋转。这样不仅保证了每束光都通过珍珠10的球心，探测到的信号增强，且所得到的OCT断层图像表面无需进行折射率校正。扫描装置1然后开始对珍珠10进行扫描检测。珍珠10先绕竖直轴线均匀旋转360°，其速度和角度可控，扫描装置1完成对球体两个经度(相错180°)的扫描后，再水平旋转一角度，其速度和角度同样可控；然后再绕垂直轴线均匀旋转360°，再水平旋转一角度。依次类推，直到完成整个球体的全部扫描。
参考图1，本发明中OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，包括如下步骤：
S101:扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；
S102:计算机将所述第二OCT图像处理成包含有显示珍珠内部结构的第一OCT图像。
具体地，在步骤S101中，将珍珠放置在夹持装置(未图示)上，通过夹持装置使珍珠转动一周，扫描装置的OCT探头光线的扫描点(未图示)扫描珍珠转动一圈的数据，计算机采集该扫描数据，经处理得到一幅包括有整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像。需要说明的是，扫描线扫描珍珠的这一圈，需要保证这一圈过珍珠球心，这样得到的包括整段的矩形珍珠珠层的第二OCT图像才是显示珍珠内部结构的第一OCT图像中的圆环形珍珠层外径的展开图像。因为珍珠可以认为是一个球体，若扫描线扫描的珍珠这一圈不过珍珠的球心，则得到的珍珠这一整段矩形珍珠珠层OCT图像就不能反映出珍珠的最大外径展开图像了。参考图4，包括有整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像由W列扫描线构成，每列扫描线的纵向像素数H，此处W为正整数。由于第二OCT图像是珍珠珠层的矩形展开图(见图4)，并不能真实反映图5中显示珍珠内部结构的第一OCT图像(说明：珍珠包括珍珠珠层和珠核，珍珠珠层覆盖在珠核上，当扫描装置扫描过珍珠球心的珍珠一圈时，图5中第一OCT图像中所显示的黑色的圆环形图案可以认为是珍珠珠层的OCT图案，圆环的厚度可以认为就是珍珠珠层的厚度)。因此，需要将图5中显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像处理成图4中包含有显示珍珠内部结构的第一OCT图像，即需要执行步骤S102。对于步骤S102的实现，本发明通过一系列的数据处理，实现还原第二OCT图像的目的。还原后的第一OCT图像，能直观的反应珍珠内部结构。分析第一OCT图像(见图5)，能直观的看到珍珠的内部结构，可以测得珍珠的外径、珍珠珠核外径，还可以看到珍珠内部是否存在缺陷，以及这些缺陷的大小。例如，假设珍珠内部出现裂纹缺陷，通过分析第一OCT图像，便能测出裂纹的长度或者宽度等参数，计算裂纹区域的面积，这对于判断珍珠质量的好坏，具有积极的意义。例如，对于同一外径的珍珠，珍珠珠层厚的质量好，珍珠珠层薄的质量较差。这和背景技术中提到的现有技术中只能得到珍珠一段弧线的OCT结构图像相比，具有很大的进步。这是因为，现有技术中一段弧线的OCT结构图像虽然也能测出被扫描的那一部分珍珠外径，但是无法从整体上判定珍珠品质的好坏，该图像不具备全局性，它只能反映珍珠珠层的一部分。
对于将显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像处理成包含有显示珍珠内部结构的第一OCT图像的方法，可以通过图2和图3所反映的步骤来实现。
步骤S102的具体分解步骤见图2的S201—S203.
S201：定义显示有珍珠内部结构的第一OCT图像有扫描线w列,每列扫描线的纵向像素数h；所述第一OCT图像包括若干第一像素；定义任意所述第一像素的第一像素坐标(x,y)和第一像素值f(x,y),第一OCT图像中的珍珠的第一球心坐标(x0,y0)；所述第二OCT图像包括若干第二像素，定义任意所述第二像素的第二像素值F(X,Y)以及第二像素坐标(X,Y)。这一步的目的是为了建立第二OCT图像中的第二像素值F(X,Y)和第一OCT图像中的第一像素值f(x,y)相应的技术参数，方便后续的计算。
S202：计算任意所述第一像素值f(x,y)到所述第一球心坐标(x0,y0)的第一距离
具体地，第一球心坐标设为(x0,y0)，第一像素坐标设为(x,y)，根据笛卡尔公式，第一OCT图像上任意一点的第一像素值f(x,y)到第一球心(x0,y0)的第一距离为
S203：建立所述第二像素值F(X,Y)和与所述第二像素值F(X,Y)对应的第一像素值f(x,y)的对应关系，将第二像素值F(X,Y)转化成第一像素值f(x,y)。该步骤作用在于将第二OCT图像中的若干第二像素值F(X,Y)一一处理成第一OCT图像中若干第一像素值f(x,y)。由于所有的OCT图像均是由若干像素构成，当完成由若干第二像素值F(X,Y)向若干第一像素值f(x,y)的转化后，也就完成了第二OCT图像向第一OCT图像的转化。
步骤S203具体可以分解为图3中的S301-S302，具体如下：
S301：定义所述第一OCT图像中任意一点的第一像素值f(x,y)和所述第一球心坐标(x0,y0)的连线与设定的过第一球心坐标(x0,y0)的参考线的夹角弧度为α，其值为2π*X/W；.
具体地，参考图5，第一像素值f(x,y)和第一球心坐标(x0,y0)的连线和参考线L1的夹角为α，弧度范围为0到2π。需要说明的是，参考线L1不一定是水平线，它可以是图5中的圆周内任意一条过第一球心的直线。因此，夹角α相当于第一像素值f(x,y)相对于参考线L1的相对位置，其大小为2π*X/W。
S302：计算任意所述第二像素值F(X,Y)到第二OCT图像珍珠的第二球心L3的第二距离为D*Y/H+d,所述第二距离D*Y/H+d和第一距离对应；其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d为所述第二OCT图像底端到珍珠的第二球心的垂直距离，d＝B-D；其中,B为所述第二OCT图像的顶端到所述第二球心的垂直距离；所述B＝B0-C,，其中BO为OCT探头在初始位置时采集得到的第三OCT图像顶端到所述第二球心的垂直距离；C为夹持机构夹持珍珠后，夹持机构或者OCT探头的移动距离。
具体地，参考图4和图6。图4为显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像。第二OCT图像由W列扫描线组成，每列扫描线的纵向像素数为H。D为第二OCT图像顶端到图像底端的距离，第二OCT图像底端距离珍珠的第二球心L3的距离为d。
定义第二OCT图像中任意一点的第二像素坐标为(X,Y)，第二像素值为F(X,Y)。为了将第二OCT图像处理成第一OCT图像，必然要把第二OCT图像的若干第二像素值F(X,Y)转化成第一OCT图像中的若干第一像素值f(x,y)。因此，需要建立若干第二像素坐标(X,Y)和与若干第一像素坐标(x,y)的对应关系。
图5中夹角α的弧度范围为0到2π，图4中第二OCT图像的任一点的第二像素的第二像素值F(X,Y)相对于其参考线L2的水平偏移距离就相当于夹角α的值，即第二像素值F(X,Y)离L2水平距离越远，则α的弧度越大。它们之间的对应关系为：α＝2π*X/W,即α和2π*X/W可以互相转化。在图4中，任意一点第二像素值F(X,Y)到珍珠的第二球心L3的第二距离为D*Y/H+d，该第二距离为垂直距离，这个距离相当于图5中任意一点的第一像素f(x,y)到第一球心(x0,y0)的第一距离
结合图4、图6并参考步骤S302，图6为第二OCT图像20的图像底端到第二球心L3的距离d的计算推导示意图。图中2,3的实线结构示意图分别为左夹持机构和右夹持机构的夹持珍珠10时所处位置，其虚线示意图表示未夹持珍珠10时左夹持机构2和右夹持机构3所处的初始位置；OCT探头5的实线示意图表示调整准确后的采集到的第二OCT图像20时所处的位置，OCT探头5的虚线示意图表示初始时所处的位置；30表示OCT探头5处于初始状态时采集到的珍珠10不合格的第三OCT图；B0为第三OCT图30的图像顶端到珍珠10球心(相当于图4中的珍珠的第二球心L3)的垂直距离；在图4和图6中，D表示第二OCT图像20的图像顶端到图像底端的距离，d为第二OCT图像20的图像底端到珍珠10球心的垂直距离。C为左夹持机构2和右夹持机构3由初始位置到夹持珍珠10后的各自的移动距离；同时，C也表示OCT探头5移动的距离。因此，左夹持机构2和右夹持机构3和OCT探头5移动的距离相等。此外，由于OCT探头5移动的距离为C,由它移动前后分别得到的第三OCT图像30(第三OCT图像为OCT探头初始采集的虚拟图像，事实上，该图像并不存在；而在本篇专利中，需要做还原处理的是第二OCT图像20)和第二OCT图像20的下移距离也为C。根据图4和图6，容易得到d＝B-D,而B＝B0-C；因此，d＝B0-C-D,因为BO,C,D均可以由系统测得，所以，最后就求出了d。将求得的d值代入公式(D*Y/H+d)，得到珍珠的第二球心L3的第二距离：D*Y/H+d。
通过上述的转化关系，将第二OCT图像的若干第一像素值处理成了第一OCT图像的若干第一像素值，完成了第二OCT图像向第一OCT图像的转化,恢复了珍珠内部本来的结构图。
本发明还公布了利用OCT测量珍珠外径的一种方法，该方法是：
将所述包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像沿长度方向均分为W列扫描线；
设定第二OCT图像中任一列的外层珍珠珠层坐标(Xi,Yi)；
根据公式计算出珍珠的半径值，求出珍珠的外径；
其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d的求法和上面一样，在此不在累述。
具体地，参考图4，定义珍珠珠层外层边界的任一点的坐标为(Xi,Yi),利用公式得到珍珠的半径平均值，进而求得珍珠的外径。由公式可知，该方法是采用的分割算法求得的珍珠外径。例如：通过计算第二OCT图像中W条扫描线的第一条扫描线的珍珠层的外层边界点到第二OCT图像底端的纵向距离为Y1；然后再计算第二条扫描线的珍珠层的外层边界点到第二OCT图像20底端的纵向距离为Y2…….如此类推，直到求出第W条扫描线的珍珠层的外层边界点第二OCT图像底端的纵向距离为Yi，此时，W等于i且均为正整数，最后根据求出珍珠的平均半径，最后得到珍珠的外径。由于第二OCT图像20的珍珠层是由扫描装置扫描珍珠转动一圈得到后得到的图像，所以求得的珍珠外径平均值能精确的反应珍珠外径的大小。
因此，通过上述方法，可以精确测到珍珠的外径，解决了用其他测量工具测珍珠外径得到的数据不准确的缺陷。
在本发明中，第二OCT图像20中的每列扫描线均是由入射光线垂直入射珍珠表面获得的OCT数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，其特征在于，包括：
扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据；计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像；
计算机将所述第二OCT图像转变成显示有珍珠内部结构的第一OCT图像，具体步骤为：定义所述第二OCT图像由W列扫描线构成，每列扫描线的纵向像素数为H；所述第二OCT图像包括若干第二像素，定义任意所述第二像素的第二像素值F(X,Y)以及第二像素坐标(X,Y)；
定义第一OCT图像的扫描线为w列,每列扫描线的纵向像素数为h；所述第一OCT图像包括若干第一像素；定义任意所述第一像素的第一像素坐标(x,y)和第一像素值f(x,y),所述第一OCT图像中的珍珠的球心坐标(x0,y0)为第一球心坐标；
计算任意所述第一像素值f(x,y)到所述第一球心坐标(x0,y0)的第一距离为
建立所述第二像素值F(X,Y)与所述第一像素值f(x,y)的对应关系，将第二像素值F(X,Y)转化成第一像素值f(x,y)。
2.如权利要求1所述的OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，其特征在于：所述扫描装置扫描经过珍珠球心的一圈得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据，得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像的方法具体为:
固定所述扫描装置的OCT探头的扫描点，珍珠转动一周，扫描装置扫描转动一圈的珍珠并得到扫描数据，计算机处理所述扫描数据并得到显示有包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像。
3.如权利要求1所述的OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，其特征在于：所述建立第二像素值F(X,Y)与所述第一像素值f(x,y)的对应关系的具体方法为：
定义所述第一像素值f(x,y)和所述第一球心坐标(x0,y0)的连线与设定的过所述第一球心坐标(x0,y0)的参考线的夹角弧度为α，其值为2π*X/W；
计算任意所述第二像素值F(X,Y)到所述第二OCT图像中的珍珠的第二球心的第二距离为D*Y/H+d,所述第二距离D*Y/H+d和所述第一距离对应；其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d为所述第二OCT图像的底端到所述第二球心的垂直距离，d＝B-D；其中,B为所述第二OCT图像的顶端到所述第二球心的垂直距离，B＝B0-C，其中B0为OCT探头在初始位置时采集得到的OCT图像顶端到所述第二球心的垂直距离；C为夹持珍珠的夹持机构或者OCT探头的移动距离；所述第二球心为所述第一球心在所述第二OCT图像中对应的虚拟球心。
4.如权利要求1-3中任一项所述的OCT扫描显示珍珠内部结构的方法，其特征在于：所述第二OCT图像中的每列扫描线的像素均是由入射光线垂直入射所述珍珠的表面获得。
5.一种利用OCT计算珍珠外径的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将包含整段矩形珍珠珠层的第二OCT图像沿长度方向均分为W列扫描线，每列扫描线的纵向像素数为H；
设定所述第二OCT图像中任一列的扫描线的外层珍珠珠层坐标(Xi,Yi)；
根据公式计算出珍珠的半径平均值，求出珍珠的外径；
其中，D为所述第二OCT图像的顶端到底端的距离；d为所述第二OCT图像的底端到珍珠的第二球心的垂直距离，d＝B-D；其中,B为所述第二OCT图像的顶端到所述第二球心的垂直距离，B＝B0-C,其中B0为OCT探头在初始位置时采集得到的OCT图像顶端到所述第二球心的垂直距离；C为夹持珍珠的夹持机构或者所述OCT探头的移动距离，Yi为所述第二OCT图像中任一列扫描线所对应的珍珠珠层外层边界上的点到所述第二OCT图像底端的纵向距离；所述第二OCT图像是由扫描装置扫描经过珍珠球心一圈得到的扫描数据，计算机处理所述扫描数据得到的；所述第二球心为权利要求1-3中任意一项所述的第一球心在所述第二OCT图像中对应的虚拟球心。
6.如权利要求5所述的利用OCT计算珍珠外径的方法，其特征在于：所述第二OCT图像中的每列扫描线的像素均是由入射光线垂直入射所述珍珠的表面获得。
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