CN104144274B - 激光扫描成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种激光扫描成像系统及方法，用以实现对激光扫描成像流程进行简化，以及更快速、准确进行激光扫描。该系统包括：内置PC，控制卡，光学系统，二维扫描平台，高速采集卡，以及至少一个激光器和光电转换器；其中，内置PC将输入的扫描指令发送给控制卡；控制卡根据扫描指令，触发激光器、光电转换器、高速采集卡、二维扫描平台；激光器发射的激发光通过光学系统激发仪器载物台上的目标物品，并将激发产生的散射荧光传送至光电转换器；光电转换器将接收到的光信号转换成模拟信号；高速采集卡将采集的模拟信号转换为数字信号，并发送至内置PC；内置PC将接收到的数字信号经过一系列软件算法，生成目标物品图像。

Description

激光扫描成像系统及方法

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种激光扫描成像系统及方法。

背景技术

现阶段中，非特定相同技术领域的激光扫描成像技术采用的扫描成像的流程方式大致相同，即激光扫描器将激光打到样品上，由激光扫描探测器接收散射回的光，激光扫描探测器将输出的信号发送至低噪声前置放大器，低噪声前置放大器将处理后的信号发送至信号调理电路，由信号调理电路对信号进行处理，然后将处理后的信号发送至模拟信号与数字信号转换模块，模拟信号与数字信号转换模块的输出端信号输出的信号与数字信号处理模块相连接，数字信号处理模块将输出的数字信号传送给图像采集卡，图像采集卡把处理好适合图像显示的信号传送给上位机。

综上所述，现有技术中的激光扫描成像系统中的信号处理流程繁琐，并且处理速度及准确性无法提高。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光扫描成像系统及方法，用以简化激光扫描成像流程，实现对目标物品进行更快速、准确的激光扫描成像。

本发明实施例提供的一种激光扫描成像系统，用于对目标物品进行扫描成像，该系统包括：内置计算机PC，控制卡，光学系统，二维扫描平台，高速采集卡，以及至少一个激光器和光电转换器，所述的光学系统包括扫描探头和用于传输光的链路；其中，

内置PC接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡；

所述控制卡根据所述内置PC发送的扫描指令，选择激光器、光电转换器，并触发选择的激光器和光电转换器、以及二维扫描平台和高速采集卡；

所述激光器根据所述控制卡的触发，发射预设波长的激发光；

所述二维扫描平台根据所述控制卡的触发，按照所述控制卡发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统的扫描探头移动，其中，所述光学系统的扫描探头固定在所述二维扫描平台上；

通过所述光学系统的链路传输所述激光器发射的激发光并将所述激发光聚焦到所述扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并通过所述链路将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器；

所述光电转换器根据所述控制卡的触发，将接收到所述链路传输的散射荧光的光信号转换成模拟电信号；

所述高速采集卡根据所述控制卡的触发，采集所述光电转换器转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡转换的数字电信号发送至内置PC；

所述内置PC根据所述高速采集卡发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像。

通过该系统，采用高速采集卡，从而简化了对激光扫描成像系统流程，通过在激光扫描成像系统中增设控制卡，控制系统中各部件及时的工作，从而缩短了激光扫描成像的时间，提升了激光扫描成像的效率，实现了对目标物品进行更快速、准确的激光扫描成像。

较佳地，所述光学系统为光纤光路；通过光纤光路中的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到光纤光路末端的扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并将激发目标物品产生的散射荧光通过光纤光路中的链路传送至光电转换器。

较佳地，所述激光器为毫瓦mw级激光器。

较佳地，所述mw级激光器为mw级固体激光器。

较佳地，所述光电转换器为光电倍增管或者雪崩二极管。

较佳地，所述控制卡在当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像之后，还用于：

向选择的激光器和光电转换器、以及所述二维扫描平台发送复位指令。

较佳地，所述控制卡在所述光电转换器根据所述控制卡的触发之前，在所述控制卡选择激光扫描器与光电转换器之后，还用于：

调节所述光电转换器的控制电压。

较佳地，所述内置PC，还用于：

在所述内置PC接收用户输入的扫描指令之后，向所述高速采集卡发送等待指令；

在所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕之后，向所述高速采集卡发送关闭指令。

本发明实施例提供的一种激光扫描成像的方法，该方法包括：

内置PC接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡；

所述控制卡根据所述内置PC发送的扫描指令，选择激光器、光电转换器，并触发选择的激光器和光电转换器、以及二维扫描平台和高速采集卡；

所述激光器根据所述控制卡的触发，发射预设波长的激发光；

所述二维扫描平台根据所述控制卡的触发，按照所述控制卡发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统的扫描探头移动，其中，所述光学系统的扫描探头固定在所述二维扫描平台上；

通过所述光学系统的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到所述扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并通过所述链路将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器；

所述光电转换器根据所述控制卡的触发，将接收到所述链路传输的散射荧 光的光信号转换成模拟电信号；

所述高速采集卡根据所述控制卡的触发，采集所述光电转换器转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡转换的数字电信号发送至内置PC；

所述内置PC根据所述高速采集卡发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像。

通过该方法，采用高速采集卡，从而简化了对激光扫描成像系统流程，通过在激光扫描成像系统中增设控制卡，控制系统中各部件及时的工作，从而缩短了激光扫描成像的时间，提升了激光扫描成像的效率，实现了对目标物品进行更快速、准确的激光扫描成像。

较佳地，所述用户输入的扫描指令包括：激光器的型号、光电转换器的型号以及控制电压、二维扫描平台的移动范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种激光扫描成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光扫描成像系统实施步骤的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种激光扫描成像的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种激光扫描成像系统中的光学系统中各模块之间的具体连接关系示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种激光扫描成像系统及方法，采用高速采集卡，从而简化了对激光扫描成像系统流程，通过新增设控制卡，控制系统中各部件及 时的工作，从而缩短了激光扫描成像的时间，提升了激光扫描成像的效率，实现了对目标物品进行更快速、准确的激光扫描成像。

本发明实施例提出的技术方案，通过增设的控制卡，根据用户的扫描命令，预热激光器和光电转换器，并及时控制激光扫描成像系统中各部件有序的执行扫描命令，从而提高了激光扫描成像系统扫描的速度；通过采用高速采集卡，简化了光电信号转换后的处理流程，实现了对光电转换器输出信号的采集，以及模拟电信号向数字电信号的转换，提高了电信号处理的速度。

参见图1，本发明实施例提供了一种激光扫描成像系统，用于对目标物品进行扫描成像，包括：内置计算机PC101，控制卡102，光学系统103，二维扫描平台104，高速采集卡105，以及至少一个激光器106和光电转换器107，参见图4，所述的光学系统103包括扫描探头108和用于传输光的链路109；其中，

内置PC101接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡102；

所述控制卡根据所述内置PC101发送的扫描指令，选择激光器106与光电转换器107，并触发选择的激光器106和光电转换器107、以及二维扫描平台104和高速采集卡105；

所述激光器106根据所述控制卡102的触发，发射预设波长的激发光；

所述二维扫描平台104根据所述控制卡102的触发，按照所述控制卡102发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统103中的扫描探头108移动，其中，所述光学系统103中的扫描探头108固定在所述二维扫描平台104上；

通过所述光学系统103中的链路109传输所述激光器106发射的激发光，并将所述激光器106发射的激发光聚焦到所述扫描探头108，由所述扫描探头108对仪器载物台上的目标物品进行激发，并通过所述链路109将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器107；

所述光电转换器107根据所述控制卡102的触发，将接收到所述链路109传输的散射荧光的光信号转换成模拟电信号；

所述高速采集卡105根据所述控制卡102的触发，采集所述光电转换器107转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡105转换的数字电信号发送至内置PC101；

所述内置PC101根据所述高速采集卡105发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像。

参见图2，本发明实施例提供的激光扫描成像系统具体工作流程，包括：

内置PC101将用户输入的扫描指令发送给控制卡102，其中，用户输入的扫描指令包括，扫描需要的激光器106的型号、扫描需要的光电转换器107的型号及电压、二维扫描平台104的扫描范围。

控制卡102根据内置PC101发送的扫描指令，选择激光器106与光电转换器107，并触发选择的激光器106、光电转换器107、二维扫描平台104以及高速采集卡105。

其中，控制卡102根据扫描指令中预设的激光器106的型号与预设的光电转化器107的型号，选择激光器106与光电转换器107，并根据扫描指令中预设的光电转化器107的电压，向选择的光电转换器107加载电压。

本发明实施例中可以设置至少一个固体激光器。不同的目标物品对应的激发光的波长也可能不同，如果发射的激发光的能量过强将会导致目标物品损坏，因此，用户可根据目标物品，预先设置所需要的固体激光器的型号。可应用于本发明实施例的激光器包括，低噪声、高稳定性的固体激光器，例如，473纳米(nm)毫瓦级激光器、532nm毫瓦级激光器、635nm毫瓦级激光器、近红外毫瓦级激光器、远红外毫瓦级激光器等。

本发明实施例中可以设置至少一个光电转换器。为得到最佳的目标物品图像，用户可根据目标物品以及选择的激光器的型号，确定最佳转换效果的光电转换器。可应用于本发明实施例的光电转换器包括，低噪声的光电转换器，如 集成的光电倍增管或者雪崩二极管等。

其中，控制卡102根据扫描指令中预设的扫描范围，触发二维扫描平台104，即控制卡102向二维扫描平台104中的步进电机发送需要扫描的扫描范围。

由于本发明实施例采用的是逐点扫描成像法，因此，控制卡102将根据扫描指令中的扫描范围，确定预设的扫描轨迹，并向二维扫描平台104中的步进电机依次发送脉冲串。二维扫描平台104中的步进电机每收到一次脉冲串，按照预设轨迹移动一次，从而二维扫描平台104按照控制卡102确定扫描轨迹逐点移动。由于所述光学系统103中的扫描探头108固定在所述二维扫描平台104上，因此，二维扫描平台104带动扫描探头108移动，使得激光扫描成像系统按照扫描指令中的扫描范围，对目标物品依次进行扫描。

其中，控制卡102根据扫描指令，触发高速采集卡105开启采集与转换功能，其中，采集功能为采集光电转换器107转换得到的模拟电信号，转换功能为将采集到的模拟电信号转换为数字电信号。

较佳地，在内置PC101中输入扫描指令之前，激光扫描成像系统开机触发控制卡102向二维扫描平台104发出复位指令，并由二维扫描平台104的步进电机对二维扫描平台104进行复位，使得二维扫描平台104恢复到初始位置。

较佳地，在激光扫描成像系统开机之后，内置PC101向高速采集卡105发送等待指令，使得高速采集卡105进入工作状态；当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕之后，内置PC101将向高速采集卡105发送关闭指令，使得高速采集卡105停止工作。

选择的激光器106发射预设波长的激发光，光学系统103将该激发光传输并聚焦到扫描探头108，由扫描探头108发射点状激发光对仪器载物台上的目标物品进行激发，并将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器。

其中，为了防止输入的光信号与输出的光信号的相互干扰，用光纤光路中的不同回路来传输激光器106发射的激发光，以及传输激发目标物品产生的散 射荧光。

较佳地，本发明实施例中使用光纤光路中的光传输链路对所述预设的固体激光器发射的激发光进行传输。虽然通过光学系统中的透镜的折射、反射、透射，也可以实现传输激发光的功能，但光学系统中透镜的调试以及维修操作困难，且成本高。因此，为了实现光信号的快速传输，以及简化后期的调试与维修，本发明实施例中选择了光学系统中的光纤光路。

光电转换器107将接收到光学系统103传输的散射荧光的光信号转换为模拟电信号。

较佳地，本发明中使用的光电转换器107为集成的光电转化器，直接输出电压信号。光电转换器107直接接入高速采集卡105即可实现光电信号的转换与采集，简化了现有技术中光电信号转换之后的处理模块繁琐的处理流程，降低了信号处理的噪声。

高速采集卡105采集光电转换器107转换的模拟电信号，将该模拟电信号转换为数字电信号。

本发明实施例中的高速采集卡集成了普通的采集卡的采集功能与模拟电信号转换为数字电信号的转换功能，不同于现有技术中的采集卡采集及转换电信号的方式，从而解决了光电信号转换后处理模块的细分以及处理流程繁琐的问题，实现了对电信号的快速采集及转换，从而提高了激光扫描成像处理速度。由于逐点扫描法所形成的目标物品图像的分辨率高达25微米um，因此应用该扫描法所形成的目标物品图像产生很大的数据量，因此，通过采用通用型的高速采集卡，实现了对光电转换器产生的电信号的快速处理。

内置PC101通过PCI插口接收高速采集卡105转换的数字电信号，并根据数字电信号与图像的线性关系，将接收到的数字电信号转换成灰度值不同的目标物品图像，并实时的显示在显示器上。

至此为止，激光扫描成像系统完成逐点扫描中关于目标物体一个点的扫描任务，以此类推，控制卡102根据内置PC101发送的扫描指令，连续触发二维 扫描平台104按照预设的扫描范围进行逐点移动。当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，显示器将显示目标物品完整的激光扫描图像。

其中，所述显示器既可以为集成到激光扫描成像系统中，也可以由激光扫描成像系统直接连接外置的显示器，从而能够减少激光扫描成像系统占用的空间。

由于现有技术中，激光扫描成像系统通过专用的处理器，将采集卡采集到的电信号处理生成图像。但是，由于该处理器需实施特定的技术方案，而该特定的技术方案的研发过程非常复杂，从而无法达到随着图像算法的升级而对处理器更新换代，处理速度也无法随着处理器性能的提高而提高。因此，本发明实施例中所述内置PC为激光扫描成像系统内部集成的电脑，主要由电脑主板、固态硬盘、内存条、CPU组成，因此，只需要加载特定的图像处理软件即可，从而缩短了激光扫描成像系统的研发周期，使激光扫描成像系统换代更加便捷，随着图像算法的完善，内置PC配置的升级，也加速了激光扫描成像系统的处理速度。

较佳地，在内置PC101向显示器发送目标物品图像后，内置PC101向控制卡102发送复位指令，关闭预设的激光器106以及光电转换器107。

参见图3，本发明实施例提供一种激光扫描成像的方法，用于对目标物品进行扫描成像，该方法包括：

S301、内置PC接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡；

S302、所述控制卡根据所述内置PC发送的扫描指令，选择激光器、光电转换器，并触发选择的激光器和光电转换器、以及二维扫描平台和高速采集卡；

S303、所述激光器根据所述控制卡的触发，发射预设波长的激发光；

S304、所述二维扫描平台根据所述控制卡的触发，按照所述控制卡发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统的扫描探头移动，其中，所述光学系统的扫描探头固定在所述二维扫描平台上；

S305、通过所述光学系统的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到所述扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并通过所述链路将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器；

S306、所述光电转换器根据所述控制卡的触发，将接收到所述链路传输的散射荧光的光信号转换成模拟电信号；

S307、所述高速采集卡根据所述控制卡的触发，采集所述光电转换器转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡转换的数字电信号发送至内置PC；

S308、所述内置PC根据所述高速采集卡发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

S309、当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像。

综上所述，本发明提出的方案通过增设的控制卡，预先选择激光器与光电转化器，并有序的控制系统中各部件执行扫描命令，从而提高了系统扫描目标物品的速度；通过控制卡控制选择激光器，从而达到系统能快速自动切换不同波长的激发光；通过采用集成化的光电转换器，直接输出电压信号，不再进行复杂的转换电路，从而降低了输出信号噪声，同时也缩小了光电转换器占用的面积；通过采用高速采集卡，实现了对光电转换器输出信号的采集，以及模拟电信号向数字电信号的转换，提升了扫描样品图像的品质，提高了信号处理的速度；通过利用内置PC，缩短了激光扫描成像系统的研发周期，更加便于加入完善的图像算法，同时也便于更换高性能的内置PC部件，从而加速了激光扫描成像系统的处理速度，也优化了激光扫描图像的品质；通过将目标物品显示器外置，从而缩小了激光扫描成像系统的占地面积。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种激光扫描成像系统，用于对目标物品进行扫描成像，其特征在于，该系统包括：内置计算机PC，控制卡，光学系统，二维扫描平台，高速采集卡，以及至少一个激光器和光电转换器，所述的光学系统包括扫描探头和用于传输光的链路；其中，

内置PC接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡；

所述控制卡根据所述内置PC发送的扫描指令，选择激光器、光电转换器，并触发选择的激光器和光电转换器、以及二维扫描平台和高速采集卡；

所述激光器根据所述控制卡的触发，发射预设波长的激发光；

所述二维扫描平台根据所述控制卡的触发，按照所述控制卡发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统的扫描探头移动，其中，所述光学系统的扫描探头固定在所述二维扫描平台上；

通过所述光学系统的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到所述扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并通过所述链路将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器；

所述光电转换器根据所述控制卡的触发，将接收到所述链路传输的散射荧光的光信号转换成模拟电信号；

所述高速采集卡根据所述控制卡的触发，采集所述光电转换器转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡转换的数字电信号发送至内置PC；

所述内置PC根据所述高速采集卡发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像；

所述控制卡在当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像之后，还用于：

向选择的激光器和光电转换器、以及所述二维扫描平台发送复位指令。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学系统为光纤光路；通过光纤光路中的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到光纤光路末端的扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并将激发目标物品产生的散射荧光通过光纤光路中的链路传送至光电转换器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器为毫瓦mw级激光器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述mw级激光器为mw级固体激光器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电转换器为光电倍增管或者雪崩二极管。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制卡在所述光电转换器根据所述控制卡的触发之前，在所述控制卡选择激光器与光电转换器之后，还用于：

调节所述光电转换器的控制电压。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内置PC，还用于：

在所述内置PC接收用户输入的扫描指令之后，向所述高速采集卡发送等待指令；

在所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕之后，向所述高速采集卡发送关闭指令。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的系统进行激光扫描成像的方法，其特征在于，该方法包括：

内置PC接收用户输入的扫描指令，并发送给控制卡；

所述控制卡根据所述内置PC发送的扫描指令，选择激光器、光电转换器，并触发选择的激光器和光电转换器、以及二维扫描平台和高速采集卡；

所述激光器根据所述控制卡的触发，发射预设波长的激发光；

所述二维扫描平台根据所述控制卡的触发，按照所述控制卡发送的扫描指令进行移动，从而带动所述光学系统的扫描探头移动，其中，所述光学系统的扫描探头固定在所述二维扫描平台上；

通过所述光学系统的链路传输所述激光器发射的激发光，并将所述激发光聚焦到所述扫描探头，由所述扫描探头对目标物品进行激发，并通过所述链路将激发目标物品产生的散射荧光传送至光电转换器；

所述光电转换器根据所述控制卡的触发，将接收到所述链路传输的散射荧光的光信号转换成模拟电信号；

所述高速采集卡根据所述控制卡的触发，采集所述光电转换器转换的模拟电信号，转换为数字电信号，并将所述高速采集卡转换的数字电信号发送至内置PC；

所述内置PC根据所述高速采集卡发送的数字电信号，实时生成所述扫描范围内的目标物品图像；

当所述内置PC接收所述高速采集卡发送的数字电信号完毕时，生成目标物品完整图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述用户输入的扫描指令包括：激光器的型号，光电转换器的型号，控制电压以及二维扫描平台的移动范围。