CN106361291A - 抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统 - Google Patents

抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，所述成像系统包括：采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动各个单色光源，摄像头接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本的单色光组合；在摄像头采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交正弦波信号由于抬高了预设电平，在正交正弦波信号的低电平部分，正交正弦波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交正弦波信号低电平段，摄像头获取到图像的信噪比，进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度；计算机对单色光组合进行分离得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。

Description

抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统
技术领域
本发明涉及成像测量系统领域，尤其涉及一种抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，该光谱成像系统可以应用在乳腺组织样本的检测中。
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家庭使用的乳腺透射成像光测量系统用于经常性的肿瘤自检，其原因在于现有乳腺成像系统的成本高、运算复杂、精度有限，无法满足实际应用中的乳腺自检需要。
为了提高图像测量质量，现有技术中的公告号为CN 104799821A，公告日为2015年7月29的专利申请利用正交正弦波作为激励信号来提高成像质量。
发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术中至少存在以下缺点和不足：
由于现有的成像系统无一例外地均采用模数转换器，模数转换器在靠近输入极限(最大或最小幅值)时存在显著的非线性，特别是输入模数转换器的模拟信号电平越低，得到的数字转换结果的不确定度越大。
因此，采用纯净正交正弦波作为激励信号时，在正交正弦波的低电平部分得到的数字信号的信噪比就很低，从而影响了图像的总体信噪比。
发明内容
为了改进现有技术中的不足，本发明提供了一种抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，本发明通过将正交正弦波调整为抬高预设电平的正交正弦波，提高了图像的总体信噪比，详见下文描述：
一种抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，所述成像系统包括：一组单色光源和摄像头分别分布在乳腺组织样本的两侧，每个单色光源成线性排列，采用透镜汇聚成一束光，构成光源；一个摄像头构成光源接收器件；
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动各个单色光源，摄像头接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本的单色光组合；
在摄像头采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交正弦波信号由于抬高了预设电平，在正交正弦波信号的低电平部分，正交正弦波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交正弦波信号低电平段，摄像头获取到图像的的信噪比，进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度；
计算机对单色光组合进行分离得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。
进一步地，在正交正弦波信号的高电平部分，提高了摄像头获取到图像的信噪比。
其中，优选预设电平的取值为摄像头采集的图像动态范围一半以上最佳。
其中，所述单色光源、所述摄像头在乳腺组织样本两面对称设置。
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，所述摄像头为手机摄像头。
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抬高预设电平的正交正弦波驱动单色光源，对检测到的光电信号进行分离可以得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，进而实现对乳腺组织样本的成像，相较于背景技术中的公告号为CN104799821A，公告日为2015年7月29的专利申请，本发明显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，进而改善了摄像头获取到图像的质量；进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。本发明实现了高速度、大信息的高精度测量，且本发明提供的系统具有成本低、应用方便等优点，适宜于家庭自检。
附图说明
图1为本发明提供的一种抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统的结构示意图；本发明均已应用于乳腺组织样本为例进行说明。
图2为本发明提供的单色光源、乳腺组织样本和摄像头相对位置示意图；
图3为本发明提供的抬高预设电平的正交正弦波示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：一组单色光源； 2：透镜；
3：乳腺组织样本； 4：一个摄像头。
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
一种应用于乳腺的抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，参见图1和图2，所述高光谱成像系统包括：一组n个单色光源1(LD1…LDn)和一个摄像头4(CMOS或CCD)，单色光源的波长处于600～1200nm之间，此波段为“光学窗口”，穿透深度比较深。
其中，n的具体取值与乳腺样本3对不同波长的敏感程度相关，本发明实施例对此不做限制)；一组单色光源1分布在乳腺组织样本3的一侧，一个摄像头4分布在乳腺组织样本3的另一侧；
其中，一组单色光源1中的每个单色光源LD1…LDn成线性排列，采用透镜2汇聚成一束光，构成线阵光源；一个摄像头4构成多波长光源接收器件。该高光谱成像系统还包括与一个摄像头4外接的计算机(图中未示出)。
参见图3，采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动一组单色光源1中的各个单色光源LDi，摄像头4进行采集，采集到的图像中，每个像素点为每个单色光源LDi透过乳腺组织样本3的单色光组合Iij。
本发明实施例采用抬高预设电平后，在摄像头4采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交正弦波信号由于抬高了预设电平，在正交正弦波信号的低电平部分，正交正弦波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比。相较于背景技术中的公告号为CN 104799821A，公告日为2015年7月29的专利申请，以纯净正交正弦波作为激励信号的专利申请，本发明实施例显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，进而改善了摄像头4获取到图像的质量。
另外，由于抬高预设电平，噪声水平没有变化，在正交正弦波信号的高电平部分，正交正弦波信号相较于噪声也有一定的改善，提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比。
进而，由于摄像头4获取到的图像(其中，摄像头4接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本3的单色光组合)的信噪比整体增强，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度。
其中，本发明实施例中的预设电平的取值优选摄像头采集的图像动态范围一半以上时，信号大于等于1/2图像动态范围，通过摄像头4采集到的信号的失真小、图像质量最高。
计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个单色光源LDi的贡献，构成各波长下的透射图像。根据各波长下乳腺组织样本3中正常组织、肿瘤组织等的光学特性不同，进行乳腺的透射光成像测量，实现肿瘤的早期检测。
其中，计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个单色光源LDi的贡献的步骤具体为：
该步骤具体为：
1、假设摄像头4以驱动发光二极管1的最高频率fmax的4M倍速度对数字信号进行采样fs＝4M×fmax，获取采样信号x(m)，其中M为大于等于1的正整数；
x ( m ) = Σ i = 0 M - 1 x ( 4 l m + i ) , l = 0 , 1 , 2 , ......
2、微处理将采样频率fs＝4M×fmax下抽样M倍到4×fmax；
3、根据采样信号x(m)、微处理器1产生的正交参考序列ys(k)和yc(k)计算两个正交分量Rs和RC；
R s = 1 Q Σ m = 0 N - 1 [ x ( 4 m + 1 ) - x ( 4 m + 3 ) ] ;
R C = 1 Q Σ m = 0 N - 1 [ x ( 4 m ) - x ( 4 m + 2 ) ] ;
也即分离出最高频率fmax的两个抬高预设电平的正交正弦波调制的透射光信号。
4、对采样信号x(m)下抽样2倍；
5、重复执行第3步和第4步，继续计算频率低一半信号的两个正交分量Rs和RC，直到计算、分离完全部频率的透射光信号。
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。
综上所述，由于本发明实施例相对于背景技术中的申请文件，显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，且也提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比，进而提高了整个电平段的图像信噪比，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度，进而提高了高光谱图成像的质量。
实施例2
一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，参见图1和图2，该实施例以激光二极管作为单色光源LD1…LDn为例进行说明。
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动一组单色光源1中的各个激光二极管LDi，一个摄像头4中每个像素点接收到每个激光二极管LDi透过乳腺组织样本3的单色光组合Iij；计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个激光二极管LDi的贡献，据此可以对乳腺组织样本3进行透射高光谱图成像。
本实施例中的计算机处理步骤均与实施例1相同，本实施例在此不再赘述。
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。
综上所述，由于本发明实施例相对于背景技术中的申请文件，显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，且也提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比，进而提高了整个电平段的图像信噪比，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度，进而提高了高光谱图成像的质量。
实施例3
一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，参见图1和图2，该实施例以单色二极管作为单色光源LD1…LDn为例进行说明。
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动一组单色光源1中的各个单色二极管LDi，一个摄像头4中每个像素点接收到每个单色二极管LDi透过乳腺组织样本3的单色光组合Iij；计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个单色二极管LDi的贡献，据此可以对乳腺组织样本3进行透射高光谱图成像。
本实施例中的计算机处理步骤均与实施例1相同，本实施例在此不再赘述。
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。
综上所述，由于本发明实施例相对于背景技术中的申请文件，显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，且也提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比，进而提高了整个电平段的图像信噪比，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度，进而提高了高光谱图成像的质量。
实施例4
一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，参见图1和图2，该实施例以激光二极管作为单色光源LD1…LDn，手机摄像头作为摄像头为例进行说明。
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动一组单色光源1中的各个激光二极管LDi，一个手机摄像头4中每个像素点接收到每个激光二极管LDi透过乳腺组织样本3的单色光组合Iij；计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个激光二极管LDi的贡献，据此可以对乳腺组织样本3进行透射高光谱图成像。
本实施例中的计算机处理步骤均与实施例1相同，本实施例在此不再赘述。
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。
综上所述，由于本发明实施例相对于背景技术中的申请文件，显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，且也提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比，进而提高了整个电平段的图像信噪比，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度，进而提高了高光谱图成像的质量。
实施例5
一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，参见图1和图2，该实施例以单色二极管作为单色光源LD1…LDn，手机摄像头作为摄像头为例进行说明。
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动一组单色光源1中的各个单色二极管LDi，一个手机摄像头4中每个像素点接收到每个单色二极管LDi透过乳腺组织样本3的单色光组合Iij；计算机对单色光组合Iij进行分离可以得到单色光组合Iij中的各个激光二极管LDi的贡献，据此可以对乳腺组织样本3进行透射高光谱图成像。
本实施例中的计算机处理步骤均与实施例1相同，本实施例在此不再赘述。
综上所述，由于本发明实施例相对于背景技术中的申请文件，显著地提高了在正交正弦波信号低电平段的图像的信噪比，且也提高了在正交正弦波信号高电平段的图像的信噪比，进而提高了整个电平段的图像信噪比，使得输入到计算机中的单色光组合有较高的精度，进而提高了高光谱图成像的质量。
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 (7)

1.一种抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，所述成像系统应用于乳腺组织样本的检测中，包括：一组单色光源和摄像头分别分布在乳腺组织样本的两侧，每个单色光源成线性排列，采用透镜汇聚成一束光，构成光源；一个摄像头构成光源接收器件；其特征在于，
采用不同频率抬高预设电平的正交正弦波分别驱动各个单色光源，摄像头接收到的图像中每个像素点是每个单色光源透过乳腺组织样本的单色光组合；
在摄像头采集图像的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交正弦波信号由于抬高了预设电平，在正交正弦波信号的低电平部分，正交正弦波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交正弦波信号低电平段，摄像头获取到图像的信噪比，进而提高了输入到计算机中的单色光组合的精度；
计算机对单色光组合进行分离得到单色光组合中的各个单色光源的贡献，据此实现对乳腺组织样本的透射高光谱图成像。
2.根据权利要求1所述的抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，作为驱动的正交正弦波信号由于抬高了预设电平，在正交正弦波信号的高电平部分，提高了摄像头获取到图像的信噪比。
3.根据权利要求1所述的抬高预设电平的正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，预设电平的取值为摄像头采集的图像动态范围一半以上最佳。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，所述单色光源、所述摄像头在乳腺组织样本两面对称设置。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，所述单色光源为激光二极管。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，所述单色光源为单色二极管。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于乳腺抬高预设电平正交正弦波频率编码高光谱成像系统，其特征在于，所述摄像头为手机摄像头。
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