CN104811617A - Ccd摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，所述成像光测量系统包括：一组n×n个单色光源、一个CCD摄像头，以及与CCD摄像头外接的计算机，在样品的一侧成均匀分布一组预设波长的n×n个单色光源，对侧在单色光源的轴线上设置CCD摄像头，单色光源和CCD摄像头聚焦在样品的表面；采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源中的各个单色光源，CCD摄像头中每个像素接收到单色光源中每个光源透过样品的单色光组合，计算机对单色光组合进行解调分离得到各个单色光源对单色光组合的贡献，据此对样品进行成像。本发明实现了高速度、大信息成像光的高精度测量，具有结构和电路简单、器件和工艺要求低等优点。

Description

CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统

技术领域

本发明涉及成像光测量系统领域，尤其涉及一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统。

背景技术

现有技术中通过光对物体内部进行成像，特别是对人体内部进行成像，具有无损无创无辐射的突出优点，但至今尚未有能够进入临床使用的成像光测量系统，其原因在于现有的成像光测量系统精度低、信息量较小，无法满足实际应用中的需要。

发明内容

本发明提供了一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，本发明实现了高速度、大信息的成像光的高精度测量，满足了实际应用中的需要，详见下文描述：

一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，所述成像光测量系统包括：一组n×n个单色光源、一个CCD摄像头，以及与CCD摄像头外接的计算机，

在样品的一侧成均匀分布一组预设波长的n×n个单色光源，对侧在单色光源的轴线上设置CCD摄像头，单色光源和CCD摄像头聚焦在样品的表面；

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源中的各个单色光源，CCD摄像头中每个像素接收到单色光源中每个光源透过样品的单色光组合，计算机对单色光组合进行解调分离得到各个单色光源对单色光组合的贡献，据此对样品进行成像。

其中，所述单色光源呈正方形均匀分布。

其中，所述单色光源为激光二极管。

另一实施例，所述单色光源为单色二极管。

另一实施例，所述单色光源为单色滤波片对白光滤波后的单色光。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明采用不同频率且成2倍比率关系三角波驱动单色光源，对CCD摄像头检测到的单色光组合进行解调分离可以得到各个单色光源对CCD摄像头的贡献，据此对样品进行高精度图像重建。本发明实现了高速度、大信息的成像光的高精度测量，且具有结构和电路简单、器件和工艺要求低、调试容易、可靠性高等优点。

附图说明

图1为CCD摄像头的位置三角波频率编码激励的成像光测量系统结构示意图；

图2为本发明提供的单色光源、样品和CCD摄像头相对位置示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：单色光源；               2：样品；

3：CCD摄像头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，参见图1和图2，所述成像光测量系统包括：一组n×n个单色光源1(用LD表示)和一个CCD摄像头3，n≥3且为奇数(n为奇数，则最中间的光源或光敏器件可作为中线，便于对准排布，其中，n的具体取值与样品2的横截面积相关，本发明实施例对此不做限制)。即在样品2的一侧成均匀分布一组预设波长的n×n个单色光源1，对侧在单色光源1的轴线上设置CCD摄像头3，单色光源1和CCD摄像头3聚焦在样品2的表面。

其中，优选单色光源1呈正方形均匀分布；该成像光测量系统还包括与CCD摄像头3外接的计算机(图中未示出)。

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源1中的各个单色光源，CCD摄像头3中每个像素lm接收到单色光源1中每个光源透过样品2的单色光组合I_lm，计算机对单色光组合I_lm进行解调分离可以得到各个单色光源对单色光组合I_lm的贡献，据此可以对样品2进行成像。即，根据CCD摄像头3中每个像素lm接收到的光强，反投影重建获得样品2的透射图像，根据图像分析样品2中的组织信息，确定样品组织的散射程度信息。该具体操作为本领域成熟的技术，本发明实施例对此不作赘述。

其中，计算机对单色光组合I_lm进行解调分离可以得到单色光组合I_lm中的各个单色光源的贡献的步骤具体为：

1)假设以驱动单色光源的最高频率f_max的4M倍速度对光电信号进行采样f_s＝4M×f_max，获取采样信号x(m)，其中M为大于等于1的正整数；

$x\left(m\right)=\underset{i=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}x(4\mathrm{lm}+i),l=\mathrm{0,1,2},......\left(1\right)$

2)计算机将分别对各个波长对应的每个三角波周期内的正、负半个周期内的采样信号进行累加，累加结果进行求差运算；

即，将一定时间(整数个三角波周期)内的每个三角波的正半个周期的采样值累加得到累加和，每个三角波的负半个周期的采样值累加得到累加和，这两个累加和相减。

3)将上述各个波长的差值进行k个周期或整数倍k个周期累加，其中：

$k=\frac{a\frac{1}{f_{\min }}}{\frac{1}{f_n}}---\left(2\right)$

式中：f_min为激励三角波中的最低频率；a为预设常数，取值为大于或等于1的正整数，a/f_min为下抽样的周期；f_n为所处理波长的三角波激励频率。

对幅值为x的被采样值，如果在一定的时间内均匀采样N(>>1)点并进行平均，得到的平均值是

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[x_i\right]=\frac{1}{N}N\left(\right[x]+{\mathrm{\Δx}}_i)=\left[x\right]+{\mathrm{\Δx}}_i---\left(3\right)$

其中，[x]是模数转换器对x进行量化，也即按四舍五入圆整得到的正整数。x_i是第i点的幅值，[x_i]是模数转换器对x_i进行量化，也即按四舍五入圆整得到的正整数。

(3)式表明，对一个比较“干净”的信号采样多次进行平均，并不能提高其精度，所得到的平均值的误差与单次采样的误差相同，为Δx_i。

如果对幅值为x的被采样锯齿波，同样在一定的时间内均匀采样N(>>1)点并进行平均，得到的平均值是

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[x_i\right]=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[m_i+{\mathrm{\Δx}}_i]---\left(4\right)$

其中，x_i＝m_i+Δx_i，m_i＝[x_i]。也即m_i是圆整得到正整数，而Δx_i是被四舍五入后丢去的“随机”误差。

(4)式可以进一步利用等差级数求和公式得到：

$\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i+\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δx}}_i=\frac{1}{N}\frac{1}{2}(0+[x\left]\right)N+\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δx}}_i\\ =\frac{1}{2}\left[x\right]+\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δx}}_i\end{array}---\left(5\right)$

(5)式中的前一项是量化后的值，虽然比(3)式的结果小了一半，但按照误差理论，一个数据的精度并不因乘以一个固定非零常数而改变。但后面一项中是零均值的随机数，相比(3)式中的要降低倍，因此，对锯齿波或三角波激励信号进行过采样后同样可以得到提高精度的效果，且不需要另外加高频扰动信号。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例2

一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，参见图1和图2，该实施例以激光二极管作为单色光源1为例进行说明。

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源1中的各个激光二极管，CCD摄像头3中每个像素lm接收到单色光源1中每个激光二极管透过样品2的单色光组合I_lm，计算机对单色光组合I_lm进行解调分离可以得到各个激光二极管对单色光组合I_lm的贡献，据此可以对样品2进行成像。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例3

一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，参见图1和图2，该实施例以单色二极管作为单色光源1为例进行说明。

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源1中的各个单色二极管，CCD摄像头3中每个像素lm接收到单色光源1中每个单色二极管透过样品2的单色光组合I_lm，计算机对单色光组合I_lm进行解调分离可以得到各个单色二极管对单色光组合I_lm的贡献，据此可以对样品2进行成像。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例4

一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，参见图1和图2，该实施例以单色滤波片对白光滤波后的单色光作为单色光源1为例进行说明。

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源1中的各个单色滤波片对白光滤波后的单色光，CCD摄像头3中每个像素lm接收到单色光源1中每个单色光透过样品2的单色光组合I_lm，计算机对单色光组合I_lm进行解调分离可以得到各个单色光对单色光组合I_lm的贡献，据此可以对样品2进行成像。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，所述成像光测量系统包括：一组n×n个单色光源、一个CCD摄像头，以及与CCD摄像头外接的计算机，其特征在于，

在样品的一侧成均匀分布一组预设波长的n×n个单色光源，对侧在单色光源的轴线上设置CCD摄像头，单色光源和CCD摄像头聚焦在样品的表面；

采用不同频率且成2倍比率关系三角波分别驱动一组单色光源中的各个单色光源，CCD摄像头中每个像素接收到单色光源中每个光源透过样品的单色光组合，计算机对单色光组合进行解调分离得到各个单色光源对单色光组合的贡献，据此对样品进行成像。

2.根据权利要求1所述的一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，其特征在于，所述单色光源呈正方形均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，其特征在于，所述单色光源为激光二极管。

4.根据权利要求1所述的一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，其特征在于，所述单色光源为单色二极管。

5.根据权利要求1所述的一种CCD摄像头的位置三角波频率编码激励成像光测量系统，其特征在于，所述单色光源为单色滤波片对白光滤波后的单色光。