CN105263392A - 用于使对象成像的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在临床检查中使对象成像的装置和方法。用于使对象成像的装置，包括：多个用于照明所述对象内的感兴趣区域的光源(20)，至少一部分的光源(20)被划分为组并被分组致动，每组被致动光源(20)提供具有预定持续时间的照明闪光，并且不同组的光源(20)以不同的角度照明所述感兴趣区域；以及光探测器(40)，所述光探测器用于在所述光探测器(40)的每个成像周期接收由所述对象反射的光以为所述感兴趣区域形成一帧图像，并且所述照明闪光的所述预定持续时间短于所述成像周期，足以使不同组的光源能够在每个成像周期在所述成像周期内的不同时刻照明所述感兴趣区域。根据该装置，实时地减少了感兴趣区域的图像中的闪烁。

Description

用于使对象成像的装置和方法
技术领域
本发明总体上涉及成像，并具体涉及用于进行临床检查的医学成像技术。
背景技术
宫颈癌是全球女性最常见的癌症之一。由于侵袭性疾病是以癌前宫颈上皮内瘤样病变(CIN)为先导，如果及早发现和适当治疗，可普遍避免宫颈癌。因此，及早发现癌变和癌前病变对防止病情发展尤为重要。
阴道镜检查涉及目测检查具有一定先前异常迹象的患者的宫颈。该过程通常利用阴道镜完成。阴道镜通常包括用来照亮对象内部的感兴趣区域(例如，患者的子宫颈)的光源，以及用来获取感兴趣区域的图像的图像传感器(例如电荷耦合装置探测器，即CCD探测器)。获得的图像将提供给临床医生。这种阴道镜检查可由临床医生用来识别和排序病变的严重程度，因此如有必要，可以对表示最高等级异常的宫颈组织进行活组织采样检查。
为了可靠地评估阴道镜检查的特征，影像必须有高的视觉质量。导致宫颈影像不好的一个因素是镜面反射(即，闪烁)。通常，闪烁是不合需要的，因为它有效地消除了图像中的颜色信息(颜色信息可以表示组织结构并且对于检测癌前病变是重要的)。减少图像中的闪烁量有益于产生用于诊断目的的高质量图像。
发明内容
期望的是提供一种阴道镜或其它医疗仪器以便有效地产生在抑制闪烁的同时保持图像清晰度的高质量图像。
简单地说，光源朝着对象内的感兴趣区域(例如，患者的宫颈)提供照明闪光。是本发明的发明人首先意识到，可以通过控制照明闪光的持续时间和光探测器的成像周期来有效地减少闪烁。特别地，如果照明闪光的持续时间比光探测器的成像周期(如CCD探测器的曝光时间)短很多，即足以使不同的光源能够以不同的角度对感兴趣的区域分别提供照明闪光，则在成像周期内光探测器可以接收来自不同光源的反射光的混合。由于不同的光源在不同的角度照亮对象，在基于反射光混合的基础上形成的一帧图像中，闪烁可以被有效地减少。
本文描述了一种用于在一个对象内的感兴趣区域(如宫颈)的图像中减少闪烁的技术。
在一方面，本发明提供了一种用于使对象成像的装置(100、200、300)，包括：多个用于照明所述对象内的感兴趣区域的光源(20)，至少一部分的光源(20)被划分为组并被分组致动，每一组被致动光源(20)提供具有预定持续时间的照明闪光，并且不同组的光源(20)以不同的角度照明所述感兴趣区域；以及光探测器(40)，所述光探测器(40)用于在所述光探测器(40)的每个成像周期接收由所述对象反射的光以为所述感兴趣区域形成一帧图像，并且所述照明闪光的所述预定持续时间短于所述成像周期，足以使不同组的光源能够在每个成像周期在所述成像周期内的不同时刻照明所述感兴趣区域。
在另一方面，本发明提供了一种使对象成像的方法，包括：通过多个光源(20)照明所述对象内的感兴趣区域，至少一部分的光源(20)被划分成组并被分组致动，每一组被致动光源(20)提供具有预定持续时间的照明闪光，并且不同组的光源(20)以不同的角度照明所述感兴趣区域；以及在所述光探测器(40)的每个成像周期由光探测器(40)接收光以为所述感兴趣区域形成一帧图像，所述光由所述对象反射，并且所述照明闪光的预定持续时间短于所述成像周期，足以使不同组的光源能够在每个成像周期在所述成像周期内的不同时刻照明所述感兴趣区域。
实验结果表明，根据本文所描述的技术，在对象内的感兴趣区域(如器官或组织)的图像中的闪烁可以实时地减少，从而提高了在对象内的诊断相关特征的可视化程度。
以下进一步详细描述本发明的各个方面和特征。并且参照结合附图所做出的描述，本发明的其它目的和优点将变得更加明显且容易理解。
附图说明
下文会结合技术方案并参照附图更详细地描述和解释本发明，其中：
图1是根据本发明的教导的装置的一种设计的示意图；
图2是根据本发明的教导的光源的概念前视图；
图3是根据本发明的教导的装置的另一种设计的示意图；
图4A和图4B是根据本发明的教导的光源的概念前视图；
图5A、图5B和图5C是根据本发明的教导的光源的概念前视图；
图6是根据本发明的教导的装置的又一种设计的示意图；
图7是由根据本发明的一种设计的装置执行的过程的流程图。
图中相同的附图标记指示类似或相应的特征和/或功能。
具体实施方式
将针对特定的技术方案并参考某些附图描述本发明，但本发明并不限于此，而是仅由权利要求限定。所描述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。
图1示出了根据本发明的教导的装置(由附图标记100指示)的一种设计的示意图。装置100包括托架10、多个设置在托架10上的光源20。每一个光源20可被致动，以在对象内的感兴趣区域S(在本示例中是患者体内的宫颈区域)提供照明。当照明光线与感兴趣区域相互作用时，光线由对象反射。装置100进一步包括光探测器40，该光探测器40用于接收由对象所反射的光以使感兴趣区域成像。例如，光探测器40可以是用于提供感兴趣区域的图片的黑白CCD探测器或彩色CCD探测器。
在一种设计中，托架10是环形板。在优选的设计中，如图2所示，光源20等角地安装在托架10上以便围绕托架10的检测孔12。在优选的设计中，检测孔12是圆形的，其中检测孔12的中心轴线14与用于查看感兴趣区域的光轴重合。每个被致动的光源(例如光源19)可被控制以发出一道入射在感兴趣区域S上的照明光(即照明闪光)。如果照明闪光的持续时间比光探测器40的成像周期短得多，那么光探测器40在成像周期内可以接收由不同的被致动光源所产生的反射光。在一种示例设计中，光探测器40是CCD探测器并且成像周期是光探测器40的曝光时间(即快门速度)。利用光探测器40每一成像周期所接收的反射光来形成感兴趣区域的一帧图像。由于被致动光源位于环形板上的不同位置，从不同光源发出的照明闪光以不同角度朝着感兴趣区域导向。因此，图像帧中的闪烁被有效地减少了。也就是说，由于光探测器40在成像周期内可以接收来自不同光源20以不同的角度照亮对象的反射光混合，在基于反射光混合形成的图像帧里，闪烁可以被有效地抑制。
在优选的设计中，在成像期间，每个光源被致动一次，并且所有的光源20促成用来形成一帧图像的反射光混合。在另一示例设计中，在成像期间，一些光源20被致动以提供光照而其它光源20不被致动；因此，只有被致动的光源20促成用来形成一帧图像的反射光混合。在另一示例设计中，在成像期间，所有的光源20被致动一次，但一些光源20根据预定序列被额外致动，例如被致动两次；因此，所有被致动的光源20(即每次它们被致动)促成用来形成一帧图像的反射光混合。
在一种设计中，光源20是LED(发光二极管)。LED的使用有几个好处。一个好处是，LED是由驱动电流驱动，从而可以容易地实现单个LED或LED组合的致动。为LED提供驱动电流的驱动电路(未示出)可设置于托架10上，例如按照优选的设计一体成形于托架10上。第一控制器通过有线或无线连接联接到驱动电路。第一控制器为驱动电路提供第一控制信号以使驱动电路能够致动LED。第一控制器可设置于托架10上，或者可替代地，可以脱离托架10设置。
使用LED作为光源20的另一个好处在于可以通过控制施加到LED的驱动电流来把LED照明闪光的持续时间(即LED的闪光持续时间)设定为很短的时间。例如，预定的LED闪光持续时间可设定在10ns(纳秒)到100ns的范围内。然而，光探测器的成像周期(例如CCD探测器的曝光时间)通常设为1/1s(秒)、1/2s、1/6s、1/25s、1/50s、1/75s、1/100s…1/10000s(例如索尼FCB-EX系列总共提供了25级)中的一个。众所周知1s(秒)＝1000000000ns(纳秒)。因此，如果使用LED作为光源20，每个LED的闪光持续时间会比CCD探测器的曝光时间短得多，足以使以不同角度导向到感兴趣区域的不同的被致动LED能够在CCD的曝光时间内照亮该对象。第二控制器提供第二控制信号给驱动电路以使驱动电路能够驱动LED。第二控制器通过有线或无线连接联接到驱动电路。第二控制器可设置于托架10上，或者可替代地，可以脱离托架10设置。
此外，每个LED的闪光持续时间可以通过控制施加到LED的驱动电流来调节。第二控制器可以用来为驱动电路提供控制信号以调节LED的闪光持续时间。
第一控制器和第二控制器可以是单独的元件或一个组件，其可以提供对应于第一控制信号和/或第二控制信号的功能的一个或多个控制信号。在一个例子中，该组件是通过存储器加处理器来实现的，其中处理器执行存储在存储器中的软件程序以提供一个或多个控制信号。
由于比低强度LED有更高的通量和发光密度，LED优选地是高强度LED(如1-5瓦特)。由于高强度的LED牵引更多的电流，它们产生的热量比低强度LED要大得多。托架10优选地由诸如铜的良导热材料制成。LED具有与托架10紧密热接触的散热器。此外，托架10可设有多个散热片(未示出)以改善热传导和散热。
进一步的好处是，LED可以容易地安装在托架10上，其可以在感兴趣区域提供均匀的照明光。图3是根据本发明的教导的装置200的另一设计的示意图。如图3所示，每个LED相对于环形板的竖直面呈角度α安装，从而在感兴趣区域实现所需的照明区域。在优选的设计中，每个LED的角度α可基于LED在环形板上的位置而变化以便在感兴趣区域提供实质上均匀的照明场。
如图2所示，等角度地设置在环形板上的光源沿顺时针方向一个接一个地被致动。每个被致动光源为对象提供照明闪光。此外，两个或更多的光源可以被同时致动以在感兴趣区域提供更高的照明亮度。
图4A是根据本发明的教导的光源的概念前视图。如图4A所示，光源20设置在环绕检测孔12的中心的环上。光源被分组。在一个设计中，在环上并排设置的光源组合成一组。例如，光源19和光源21组合成一组。如图4A所示的装置包括六组光源，每组包含两个光源。一组中的光源(例如作为第一组的光源19和光源21，作为第二组的光源23和光源25，作为第三组的光源27和光源29)通过控制每组光源的驱动电流来被同时致动，从而在感兴趣区域提供具有合适的亮度的照明区域。在一个示例设计中，第三控制器用于根据如图4A所示的光源划分成组来提供第三控制信号。第三控制信号控制驱动电路以在预定持续时间内为每组中的光源同时提供驱动电流，并且驱动电路以顺时针方向分组地为光源提供驱动电流。也就是说，在第一持续时间内，第一组的光源19和光源21被同时致动以为感兴趣区域提供第一照明闪光；在第二持续时间内，第二组的光源23和光源25被同时致动以为感兴趣区域提供第二照明闪光；在第三持续时间内，第三组的光源27和光源29被同时致动以为感兴趣区域提供第三照明闪光，等等。由于不同的照明闪光以不同角度导向到感兴趣区域，其中，闪光持续时间比成像周期短得多，光探测器40可以在成像周期内接收来自不同组光源的反射光混合，并且在基于反射光混合形成的图像中，闪烁可以被有效地抑制。第三控制器可设置于托架10上，或脱离托架10设置，并且第三控制器通过有线或无线连接联接到驱动电路。
图4B是根据本发明的教导的光源的另一概念前视图。如图4B所示，并排设置在环上的光源可以组合成一组，例如光源19、光源21和光源23。如图4B所示的装置包括四组光源，每组包含三个光源。这四组光源被分组致动，并且每组中的光源(例如光源19、21和23)被同时致动以在感兴趣区域提供具有合适亮度的照明闪光。第四控制器是用来根据如图4B所示的光源划分为组来提供第四控制信号。第四控制信号控制驱动电路在预定持续时间内为每组中的光源同时提供驱动电流，并且驱动电路以顺时针方向分组地为光源提供驱动电流。
图5A是根据本发明的教导的光源的又一概念前视图。如图5A所示，多个光源20分为两个阵列的光源。两个阵列的光源设置在环绕检测孔12的中心的两个环上。两个阵列中的光源设置在两个环上的相同的切向位置并且在一个相同的切向位置的光源组合成一组，例如光源19和光源22。如图5A所示的装置包括十二组光源，每组包含两个光源。十二组的光源被分组致动，并且每组中的光源(例如一对光源19和22)被同时致动以在感兴趣区域提供明亮的照明闪光。第五控制器是用来根据如图5A所示的光源划分为组来提供第五控制信号。第五控制信号控制驱动电路在预定持续时间内为每组中的光源同时提供驱动电流，并且驱动电路以顺时针方向分组地为光源提供驱动电流。
图5B是根据本发明的教导的光源的再一个概念前视图。如图5B所示，多个光源20分为两个阵列的光源。两个阵列的光源分别设置在环绕检测孔12的中心的两个环上。两个阵列中的光源设置在两个环上的相同的切向位置，并且在两个相同且毗连的切向位置的光源组合成一组。例如，光源19和光源22是在环上相同的切向位置，而光源21和光源24是与光源19和光源22的切向位置毗连在环上的相同的切向位置。因此，这些光源(即环上的一对光源19和22连同一对光源21和24)组合成一组。如图5B所示的装置包括六组光源，每组包含四个光源。这六组光源被分组致动，并且每组中的光源(例如光源19、22、21和24)被同时致动以在感兴趣区域提供具有合适亮度的照明闪光。第六控制器用于根据如图5B所示的光源划分为组来提供第六控制信号。第六控制信号控制驱动电路在预定持续时间内为每组中的光源(例如光源19、22、21和24)同时提供驱动电流，并且驱动电路以顺时针方向分组地为光源提供驱动电流。
图5C是根据本发明的教导的光源的再一个概念前视图。类似于图5B中的光源，由于光源19和光源22、光源21和光源24、光源23和光源26相应地设置在两个环形上的相同的切向位置并且在三个相同且毗连的切向位置的光源组合成一组，这些光源(即一对光源19和22、一对光源21和24连同一对光源23和26)组合成一组。如图5C所示的装置包括四组光源，每组包含六个光源。该四组光源被分组地驱动。每组中的光源(例如光源19、22、21、24、23、26)被同时致动以在感兴趣区域提供具有合适亮度的照明闪光。第七控制器用于根据如图5C所示的光源划分为组来提供第七控制信号。第七控制信号控制驱动电路在预定持续时间内为每组中的光源(例如光源19、22、21、24、23、26)同时提供驱动电流，并且驱动电路以顺时针方向分组地为光源提供驱动电流。
根据临床检查的实际需要，可以预先确定光源组的数量和每个组中光源的数量。然而，对临床医生来说更加期望的是选择或调节每个组中光源的数量，从而为不同对象的感兴趣区域(如器官或组织)提供具有合适亮度的照明区域。
图6是根据本发明的教导的装置300的另一设计的示意图。装置300中的组件与装置100中的组件几乎相同，除了装置300中设有控制器50和分组元件60。
分组元件60设置用于将光源划分为组。在一个示例设计中，临床医生根据诊断检查的临床需要(例如感兴趣区域的合适亮度的照明区域)确定划分方法，即组的数量和每个组中光源的数量。例如，临床医生可以从如图5A、图5B和图5C所示的划分方法中选择一种划分方法并将该选择提供到分组元件60。基于该选择，分组元件60发送与该划分方法相关的分组指令到控制器50。根据分组指令，控制器50生成致动控制信号。响应于致动控制信号，驱动电路相应地使光源致动。
在一个设计中，分组元件60包括一组供临床医生选择的按钮，每个按钮对应一个划分方法。在本设计中分组元件60优选地设置在托架10上。在另一个设计中，分组元件60在显示器上提供了一列划分方法，临床医生可以从中做出选择，并且分组元件60优选地脱离托架10设置。
在另一个设计中，分组元件60可从传感器接收划分方法的信息。该传感器基于例如对不同的对象的感兴趣区域(如器官或组织)的环境的检测，来确定组数和每组中光源的数量。
此外，有时期望的是调节光探测器的成像频率，即成像周期。在一个示例的设计中，按照原来的划分方法，如图5A所示，光源20分成十二组并且每组包括两个光源。第一调节器(未示出)设置用于调节光探测器的成像周期。例如，新的成像周期是原成像周期的一半以提高成像频率。由于调节了成像周期，原来的划分方法可能不得不被新的划分方法(例如如图5B所示的划分方法，光源20分为六组并且每组包括四个光源)所取代。分组元件60发送与新的划分方法相关的分组指令到控制器50。根据分组指令，控制器50生成致动控制信号。响应于致动控制信号，驱动电路相应地使光源致动。
众所周知，在摄影中，一旦光探测器的成像周期(如CCD探测器的曝光时间)被调节，CCD探测器的孔径可能不得不发生相应的变化来补偿CCD探测器曝光时间的调节。因此，可以相应地产生一帧具有可以接受的分辨率和合适的周期的图像。本领域技术人员可以调节CCD探测器孔径以使所调节的曝光时间和所调节的CCD探测器孔径相一致。可替代地，根据其中提供了曝光时间和CCD探测器孔径之间的关系的映射表，所调节的曝光时间和所调节的CCD探测器孔径可以互相匹配。
此外，在某些情况下，更加期望的是调节每组的光源所提供的闪光的持续时间。在一个示例设计中，使用LED作为光源。第二调节器(未示出)设置用于通过控制施加到LED的驱动电流来调节闪光的持续时间。一旦调节了闪光持续时间，将光源划分为组的划分方法可能不得不相应地调节。例如，如果闪光持续时间延长，光源组数可能不得不减少以便不同组的光源可以在不同角度为感兴趣区域提供照明闪光，并且光探测器可以在成像周期内接收来自不同组的光源的反射光混合。响应于划分方法的变化，分组元件60发送与变化的划分方法相关的分组指令到控制器50。根据分组指令，控制器50生成致动控制信号。响应于该致动控制信号，驱动电路相应地使光源致动。
图7是由根据本发明的一种设计的装置执行的过程的流程图。在步骤10中，每组光源(例如如图5A所示的光源19和光源22)利用照明闪光对对象内感兴趣区域照明，其中光源20划分成组并且这些光源组被分组致动，每组被致动光源在预定持续时间内提供照明闪光并且不同组的光源在不同角度对感兴趣区域照明。在步骤20中，光探测器40在光探测器40的成像周期内接收对象所反射的光以为感兴趣区域形成一帧图像，其中照明闪光的持续时间应当短于成像周期，以使不同组的光源在每一成像周期照亮感兴趣区域。
在临床检查中用于使对象成像的装置的结构不应局限于上述装置的结构。可在离开这些具体细节的其它示例中实施要求保护的本发明的各个方面，这对本领域技术人员来说是明显的。
如上述设计所述，光源20按顺时针方向被致动。光源20也可以按逆时针方向被致动。
此外，在一个示例设计中，光源20可被依次致动(例如如图2所示，光源15、17、19…被接连地致动)；在另一个示例的设计中，光源20可被间隔地致动(例如如图2所示，光源15和19…被隔一个地致动)。
此外，如图5A、图5B和图5C所示，光源20设置在环绕检测孔12中心的两个环上。光源20可设置在环绕检测孔12中心的多于两个的环上。每一套中相应地平行设置在环上的光源可组合成一组。
此外，控制器50和分组元件60可以使用电子硬件、计算机软件或它们的任意组合来实现。控制器50和分组元件60可以是分开的元件。可替代地，控制器50和分组元件60可以组合成一个组件，例如存储器加处理器，其中处理器执行存储在存储器中的软件程序。此外，在上述设计中所描述的所有控制器的功能可由存储器和处理器组成的组件实现。控制器50可设置于托架10上，或者可替代地，可以脱离托架10设置。此外，对于一些光源，电流电路也可以脱离托架10设置。
应当注意，上述的技术方案说明了而非限制了本发明并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下能够设计替代的技术方案。在权利要求书中，置于括号内的任何附图标记不应解释为限制权利要求。“包括”一词不排除在权利要求或说明书中所没有列出的元素或步骤的存在。元件前面的词语“一”不排除多个这种元件的存在。在列举了一些单位的系统权利要求中，这些单位中的几个可以由同一软件和/或硬件体现。词语第一、第二和第三等的使用不表明任何排序。这些词语应当解释为命名。

Claims (15)

1.一种用于使对象成像的装置，包括：
多个用于照明所述对象内的感兴趣区域的光源(20)，至少一部分的光源(20)被划分为组并被分组致动，每组被致动的光源(20)提供具有预定持续时间的照明闪光，并且不同组的光源(20)以不同的角度照明所述感兴趣区域；以及
光探测器(40)，所述光探测器(40)用于在所述光探测器(40)的每个成像周期接收由所述对象反射的光以为所述感兴趣区域形成一帧图像，并且所述照明闪光的所述预定持续时间短于所述成像周期，足以使不同组的光源能够在每个成像周期在所述成像周期内的不同时刻照明所述感兴趣区域。
2.如权利要求1的装置，所述装置还包括：
托架(10)，所述光源(20)设置在所述托架(10)上以环绕所述托架(10)的检测孔(12)，所述检测孔(12)的中心轴线(14)与用于观察所述感兴趣区域的光轴重合。
3.如权利要求2的装置，其中，所述光源(20)包括两个或更多阵列的光源，所述两个或更多阵列的光源分别设置在两个或更多的围绕所述检测孔(12)的中心的环上，并且在两个或更多阵列中的光源设置在两个或更多的环上的相同的切向位置，并且在一个相同的切向位置或多个且毗邻的相同的切向位置的光源组合成一组。
4.如权利要求2的装置，其中，并排地设置在围绕所述检测孔(12)的中心的环上的光源(20)组合成一组。
5.如权利要求1的装置，所述装置还包括：
控制器(50)，所述控制器(50)用于根据所述光源(20)成组的划分向驱动单元提供控制信号用来使所述光源(20)致动。
6.如权利要求5的装置，所述装置还包括：
用于将所述光源(20)划分成组的分组元件(60)。
7.如权利要求5的装置，所述装置还包括：
用于调节所述光探测器(40)的成像周期的第一调节器；
用于基于所调节的成像周期将所述光源(20)划分成组的分组元件(60)。
8.如权利要求5的装置，所述装置还包括：
用于调节所述照明闪光的持续时间的第二调节器；
用于基于所调节的所述照明闪光的持续时间将所述光源(20)划分成组的分组元件(60)。
9.如权利要求1的装置，其中，每组光源(20)在每个成像周期被致动一次。
10.如权利要求1的装置，其中，所述光探测器(40)是CCD探测器，并且所述成像周期是所述CCD探测器的曝光时间。
11.一种使对象成像的方法，包括：
通过多个光源(20)照明所述对象内的感兴趣区域，至少一部分的光源(20)被划分成组并被分组致动，每组被致动的光源(20)提供具有预定持续时间的照明闪光，并且不同组的光源(20)以不同的角度照明所述感兴趣区域(步骤10)；以及
在所述光探测器(40)的每个成像周期由光探测器(40)接收光以为所述感兴趣区域形成一帧图像，所述光由所述对象反射，并且所述照明闪光的预定持续时间短于所述成像周期，足以使不同组的光源能够在每个成像周期在所述成像周期内的不同时刻照明所述感兴趣区域(步骤20)。
12.如权利要求11的方法，所述方法还包括：
根据所述光源(20)成组的划分向驱动单元提供控制信号用来使所述光源(20)致动。
13.如权利要求12的方法，所述方法还包括：
将所述光源(20)划分成组。
14.如权利要求12的方法，所述方法还包括：
调节所述光探测器(40)的成像周期；
基于所调节的成像周期将所述光源(20)划分成组。
15.如权利要求12的方法，所述方法还包括：
调节所述照明闪光的持续时间；
基于所调节的所述照明闪光的持续时间将所述光源(20)划分成组。
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