CN107314742B - 一种旋转式光学层析成像系统及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学成像领域，具体地讲涉及一种旋转式光学层析成像系统及成像方法，所述系统包括沿着待测物待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜和阵列探测器；所述阵列探测器连接计算机。相应地，本发明还提供了一种旋转式光学层析成像方法。本发明的系统具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光学成像领域，具体地讲涉及一种旋转式光学层析成像系统及成像方法。
背景技术
随着光学技术的发展以及人们对图像质量的要求越来越高，各种新的成像系统也在不断出现。但是目前现有的成像方法主要是利用圆锥扫描式光学层析系统进行成像，圆锥扫描式光学层析系统主要是将圆锥扫描后的图像经过调制盘进行分割从而获得层析信号，该系统结构比较复杂，所需的光学元器件较多，加上受到圆锥扫描时的旋转偏心和光学系统离焦的作用，使后期图像重构时的算法和修正难度较大，系统的稳定性较差。
由于存在上述缺陷，现有的利用圆锥扫描式光学层析系统的成像系统显然已经不能满足人们对成像的需求。因此，提出一种结构简单、系统稳定的光学成像系统很有必要。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种旋转式光学层析成像系统及成像方法，本系统采用旋转式光学系统，具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。
本发明采用以下技术方案：
一种旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于，包括沿着待测物待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜和阵列探测器；所述阵列探测器连接计算机；所述道威棱镜以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机电连接；所述待测物和阵列探测器视场的中心点均位于道威棱镜的光轴所在直线上；所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜转动一个所述周期角度，所述阵列探测器获取道威棱镜位于转动后的位置时的待测物的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器通过信号同步控制器实现同步；所述阵列探测器设置为面阵工作模式；成像方法包括如下步骤：
S1，需要得到待测物待测面分辨率为n*n的图像时，将分辨率为n*n、黑底白点的标的图像置于待测物的位置，标的图像表示为S(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点S(x,y)表示第x行、第y列的像素点；电机带动道威棱镜绕其光轴旋转一个α角度，所述α角度小于180°且180/α为整数，使标的图像在光照下产生的反射光射入道威棱镜，经过道威棱镜后所射出的光线射在阵列探测器的靶面上形成另一个图像投影，阵列探测器采集图像投影信息，获得标的图像的图像投影数据；然后继续使道威棱镜转动α角度，直至道威棱镜旋转180°，此时得到180/α个图像投影，图像投影表示为Si(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜旋转180°所需的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Si(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S2，找出步骤S1中获得的标的图像的180/α个图像投影Si(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(xi,yi)，i＝1,2,3…,180/α，其中第一张标的图像的图像投影S1(x,y)中白点的质心坐标为(x1,y1)；然后通过采样拟合圆曲线方法对180/α个质心坐标(xi,yi)拟合成圆，得到拟合圆的圆心(A,B)，拟合圆的半径为R；
S3，以步骤S2中得到的(A,B)为圆心，以质心坐标(x1,y1)为起始点将其围绕圆心旋转360°，每2α角度采集一次图像信息，共得到180/α张质心坐标(x1,y1)的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α，Hi(corrxi,corryi)表示第i张旋转图像的坐标，具体公式如下：
corrxi＝[(x1-A)cos(2ai)-(y1-B)sin(2ai)]
corryi＝[(x1-A)sin(2ai)-(y1-B)cos(2ai)]
S4，对步骤S2中获得的180/α个图像投影Si(x,y)中的质心坐标(xi,yi)和步骤S3中得到的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，通过以下公式求差：
Vector(i,1)＝corrxi-xi
Vector(i,2)＝corryi-yi
其中，Vector(i,1)和Vector(i,2)分别表示第i张图像在水平方向和垂直方向上的平移矢量；
S5，将步骤S1中的标的图像换成待测物，待测物的待测面表示为U(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点U(x,y)表示第x行、第y列的像素点，重复步骤S1，获得待测物(10)的180/α个图像投影，表示为Ui(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜(20)旋转180°的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Ui(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S6，将待测物(10)待测面的180/α个图像投影Ui(x,y)均在水平方向上平移Vector(i,1)、在垂直方向上平移Vector(i,2)，得到校正后的180/α个图像投影Vi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α；
S7，对步骤S6中获得的待测物待测面的多个图像投影Vi(corrxi,corryi)进行滤波处理，得到多个经过修正的线投影，再将此修正后的线投影做反投影运算，即进行反投影重建，得到多个投影图像，将此多个投影图像整合重建成最终的重构图像。
优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S11，对标的图像的多个图像投影Si(x,y)分别进行二值化，得到二值化图像，对于任意一个图像投影Si(x,y)，每个二值化图像通过下述公式可求质心坐标(xi,yi)，公式如下：
其中，点(x,y)是二值化图像中灰度值为1的像素点，N表示二值化图像中灰度值为1的像素点的总个数；
S12，设拟合圆的圆心为(A,B)，拟合圆的半径为R，则各个质心坐标(xi,yi)到圆心的距离di表示为：
di 2＝(xi-A)2+(yi-B)2
各个质心坐标(xi,yi)到圆心(A,B)的距离的平方与半径R平方的差表示为：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2-2Axi-2Byi+A2+B2-R2
取a＝-2A,b＝-2B,c＝A2+B2-R2,得到：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2+axi+byi+c
S13，令Q(a,b,c)为δi的平方和,表示为：
Q(a,b,c)＝∑δi 2＝∑[(xi 2+yi 2+axi+bxi+c)]2
求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值最小。Q(a,b,c)对a,b,c求偏导，令偏导等于0，得到极值点，比较所有极值点的函数值即可得到Q(a,b,c)的最小值。
解此方程组,得到参数a,b,c。通过公式A＝a/-2、B＝b/-2、
也就得到A、B、R的估计拟合值，即求得拟合圆的圆心(A,B)和拟合圆的半径R。
优选的，步骤S1中所述道威棱镜绕其光轴旋转180°所需的次数为不小于75次的奇数次。
本发明的优点和有益效果在于：
1)本发明由待测物、道威棱镜、阵列探测器和计算机组成，本系统采用基于阵列探测器的旋转式光学层析成像技术得到待测物待测面的多个图像投影，并对多个图像投影进行图像重构，实现对待测物待测面的成像。由于本系统采用旋转式光学系统，具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。
2)本发明采用了图像为黑色背景、内有一个便于识别的白点的标的图像，由于黑色不反射可见光，而白色可以反射可见光，因此利用仅有的一个白点的反射光，通过采样拟合圆曲线方法可以简单、便捷的获取拟合圆圆心，即可对投影中心进行标定。
3)本发明通过采样拟合圆曲线方法对标的图像的多个投影图像进行拟合，得到拟合圆的圆心，再以拟合圆的圆心为圆心，对初始状态下标的图像的白点图像投影进行旋转，得到白点的多个投影图像集合，再将得到的白点的多个投影图像坐标对应地减去标的图像的多个投影图像坐标，得到差值；再对待测物的多个投影图像按照所述差值进行平移补偿，即可达到很好的成像效果，整个过程均通过计算机完成，无需对系统中的阵列探测器和道威棱镜进行调整，具有操作便捷、成像效果好的优点。
4)本发明利用了道威棱镜绕其光轴旋转180°就可得到360°图像的特点，整个物体成像过程中只需对道威棱镜旋转180°，节省了时间，降低了工作强度；且道威棱镜绕其光轴旋转180°所需的次数为奇数次，避免了同一个像素点相对投影中心对称的位置上产生了相同的投影结果，也就避免了采样冗余，使成像效果达到最佳。
附图说明
图1为本发明实施例一的系统结构示意图。
图2为本发明实施例二的系统结构示意图。
图3a表示飞机模型原图，图3b、图3c、图3d、图3e分别表示道威棱镜旋转180°所需的次数为75、90、150和225时通过本发明的方法所成的图像。
图4为本发明标的图像的示意图。
图5表示平移后右下角的图像信息边缘缺失的图像。
图6a、图6b、图6c分别表示飞船模型的原始图像、对原始图像直接进行滤波反投影运算的重构图、对原始图像通过上述成像方法得到的重构图。
附图标记：
10-待测物，20-道威棱镜，30-柱面镜，40-阵列探测器，50-计算机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，一种旋转式光学层析成像系统，包括沿着待测物10待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜20和阵列探测器40；所述阵列探测器40连接计算机50；所述道威棱镜20以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机50电连接；所述待测物10和阵列探测器40视场的中心点均位于道威棱镜20的光轴所在直线上；所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜20转动一个所述周期角度，所述阵列探测器40获取道威棱镜20位于转动后的位置时的待测物10的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器40通过信号同步控制器实现同步。
所述道威棱镜20采用索雷博公司的PS992M型号的道威棱镜，其具备如下特性：道威棱镜20旋转一个θ角度，所成的像就会旋转2θ角度。因此整个物体成像过程中只需对道威棱镜旋转180°，道威棱镜20单次旋转角度不同，其旋转180°内获得的图像投影个数不同，成像效果也就存在差异，因此旋转角度可根据实际情况进行选择。但是必须指出的是，这里设定道威棱镜20旋转180°所需的旋转次数应为奇数，由于道威棱镜20旋转一个θ角度，所成的像就会旋转2θ角度，若为偶数，道威棱镜20则在旋转180°过程中同一个像素点相对投影中心对称的位置上产生相同的投影结果，这样就导致了采样冗余，影响成像效果。因此，道威棱镜20旋转180°所需的旋转次数应为奇数。
本实施例中，设定道威棱镜20旋转180°所需的次数为225次，即每次旋转角度为0.8°，同时设步进电机与道威棱镜20传动比为1:30，即电机旋转15周道威棱镜20转动180°，道威棱镜20转动180°获得225个不同角度下的投影。旋转台每转动0.8°，等待3s供阵列探测器40进行采集投影信息，然后再转动，不断重复上述动作，转完180°为止。如图3a、图3b、图3c、图3d、图3e所示，图3a表示飞机模型原图，图3b、图3c、图3d、图3e分别表示道威棱镜20旋转180°所需的次数为75、90、150和225次时通过本发明的方法所成的图像。通过对比可得，道威棱镜20旋转180°所需的次数为225次时，通过本发明的方法所成的图像效果最好。
所述阵列探测器40采用艾克腾视工业相机，其可以设置为面阵工作模式和线阵工作模式。通过软件接口可以自由切换，上电时默认为面阵工作模式。本实施例一中所述阵列探测器40设置为面阵工作模式。
所述待测物10置于有自然光照射的环境下，以便产生自然反射光线进行后续成像工作。同样地，所述标的图像也置于有自然光照射的环境下，该标的图像为黑色背景，背景内有一个便于识别的白点,如图4所示。
本发明实施例对各器件的型号、样式除做特殊说明的以外，其他器件的型号、样式不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
下面结合具体工作过程和附图，对本发明基于实施例一的成像系统进行成像的方法进行详细说明：
S1，需要得到待测物10待测面分辨率为n*n的图像时，将分辨率为n*n、黑底白点的标的图像置于待测物10的位置，标的图像表示为S(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点S(x,y)表示第x行、第y列的像素点；电机带动道威棱镜20绕其光轴旋转一个α角度，所述α角度小于180°且180/α为整数，使标的图像在光照下产生的反射光射入道威棱镜20，经过道威棱镜20后所射出的光线射在阵列探测器40的靶面上形成另一个图像投影，阵列探测器40采集图像投影信息，获得标的图像的图像投影数据；然后继续使道威棱镜20转动α角度，直至道威棱镜20旋转180°，此时得到180/α个图像投影，图像投影表示为Si(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜20旋转180°所需的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Si(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S2，找出步骤S1中获得的标的图像的180/α个图像投影Si(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(xi,yi)，i＝1,2,3…,180/α，其中第一张标的图像的图像投影S1(x,y)中白点的质心坐标为(x1,y1)；然后通过采样拟合圆曲线方法对180/α个质心坐标(xi,yi)拟合成圆，得到拟合圆的圆心(A,B)，拟合圆的半径为R；
步骤S2的具体包括以下步骤：
S11，对标的图像的多个图像投影Si(x,y)分别进行二值化，得到二值化图像，对于任意一个图像投影Si(x,y)，每个二值化图像通过下述公式可求质心坐标(xi,yi)，公式如下：
其中，点(x,y)是二值化图像中灰度值为1的像素点，N表示二值化图像中灰度值为1的像素点的总个数。
S12，设拟合圆的圆心为(A,B)，拟合圆的半径为R，则各个质心坐标(xi,yi)到圆心的距离di表示为：
di 2＝(xi-A)2+(yi-B)2
各个质心坐标(xi,yi)到圆心(A,B)的距离的平方与半径R平方的差表示为：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2-2Axi-2Byi+A2+B2-R2
取a＝-2A,b＝-2B,c＝A2+B2-R2,得到：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2+axi+byi+c
S13，令Q(a,b,c)为δi的平方和,表示为：
Q(a,b,c)＝∑δi 2＝∑[(xi 2+yi 2+axi+bxi+c)]2
求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值最小。Q(a,b,c)对a,b,c求偏导，令偏导等于0，得到极值点，比较所有极值点的函数值即可得到Q(a,b,c)的最小值。
解此方程组,得到参数a,b,c。通过公式A＝a/-2、B＝b/-2、也就得到A、B、R的估计拟合值，即求得拟合圆的圆心(A,B)和拟合圆的半径R。
S3，以步骤S2中得到的(A,B)为圆心，以质心坐标(x1,y1)为起始点将其围绕圆心旋转360°，每2α角度采集一次图像信息，共得到180/α张质心坐标(x1,y1)的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α，Hi(corrxi,corryi)表示第i张旋转图像的坐标，具体公式如下：
corrxi＝[(x1-A)cos(2ai)-(y1-B)sin(2ai)]
corryi＝[(x1-A)sin(2ai)-(y1-B)cos(2ai)]
S4，对步骤S2中获得的180/α个图像投影Si(x,y)中的质心坐标(xi,yi)和步骤S3中得到的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，通过以下公式求差：
Vector(i,1)＝corrxi-xi
Vector(i,2)＝corryi-yi
其中，Vector(i,1)和Vector(i,2)分别表示第i张图像在水平方向和垂直方向上的平移矢量；
S5，将步骤S1中的标的图像换成待测物10，待测物10的待测面表示为U(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点U(x,y)表示第x行、第y列的像素点，重复步骤S1，获得待测物10的180/α个图像投影，表示为Ui(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜20旋转180°的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Ui(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S6，将待测物10待测面的180/α个图像投影Ui(x,y)均在水平方向上平移Vector(i,1)、在垂直方向上平移Vector(i,2)，得到校正后的180/α个图像投影Vi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α；
需要指出的是，对待测物10待测面的多个图像投影进行平移不是简单的图像拖动，其平移结果的图像不是完整的所成的图像，是缺失某一边缘信息的图像。如图5所示，其为平移后右下角的图像信息边缘缺失的图像。
S7，对步骤S6中获得的待测物10待测面的多个图像投影Vi(corrxi,corryi)进行滤波处理，得到多个经过修正的线投影，再将此修正后的线投影做反投影运算，即进行反投影重建，得到多个投影图像，将此多个投影图像整合重建成最终的重构图像。
如图6a、图6b、图6c所示，图6a表示飞船模型的原始图像，图6b表示对原始图像直接进行滤波反投影运算得到的重构图，图6c表示对原始图像通过上述成像方法得到的重构图。从图6b和图6c的两个重构图可以看出，相比对原始图像直接进行滤波反投影运算得到的重构图，通过本发明所述成像方法得到的重构图有较好的效果，重构的图像清晰度有很大的提升。
实施例二：
如图2所示，一种旋转式光学层析成像系统，包括沿着待测物10待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜20和阵列探测器40；所述阵列探测器40连接计算机50；所述道威棱镜20以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机50电连接；所述待测物10和阵列探测器40视场的中心点均位于道威棱镜20的光轴所在直线上；所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜20转动一个所述周期角度，所述阵列探测器40获取道威棱镜20位于转动后的位置时的待测物10的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器40通过信号同步控制器实现同步。
所述道威棱镜20采用索雷博公司的PS992M型号的道威棱镜，其具备如下特性：道威棱镜20旋转一个θ角度，所成的像就会旋转2θ角度。因此整个物体成像过程中只需对道威棱镜旋转180°，道威棱镜20单次旋转角度不同，其旋转180°内获得的图像投影个数不同，成像效果也就存在差异，因此旋转角度可根据实际情况进行选择。但是必须指出的是，这里设定道威棱镜20旋转180°所需的旋转次数应为奇数，由于道威棱镜20旋转一个θ角度，所成的像就会旋转2θ角度，若为偶数，道威棱镜20则在旋转180°的过程中同一个像素点相对投影中心对称的位置上产生相同的投影结果，这样就导致了采样冗余，影响成像效果。因此，道威棱镜20旋转180°所需的旋转次数应为奇数。
本实施例中，设定道威棱镜20旋转180°所需的次数为225次，即每次旋转角度为0.8°，同时设步进电机与道威棱镜20传动比为1:30，即电机旋转15周道威棱镜20转动180°，道威棱镜20转动180°获得225个不同角度下的投影。旋转台每转动0.8°，等待3s供阵列探测器40进行采集投影信息，然后再转动，不断重复上述动作，转完180°为止。
所述阵列探测器40采用艾克腾视工业相机，其可以设置为面阵工作模式和线阵工作模式。通过软件接口可以自由切换，本实施例二中所述阵列探测器40设置为线阵工作模式。则相应地，所述道威棱镜20和阵列探测器40之间设有柱面镜30。
所述柱面镜30采用平凸柱面透镜；所述柱面镜30的凸面正对道威棱镜20，所述柱面镜30的平面垂直于所述光轴，所述柱面镜30的中心点位于道威棱镜20的光轴所在直线上；所述柱面镜30的所有焦点均位于阵列探测器40的靶面上。
所述待测物10置于有自然光照射的环境下，以便产生自然反射光线进行后续成像工作。同样地，所述标的图像也置于有自然光照射的环境下，该标的图像为黑色背景，背景内有一个便于识别的白点。
本发明实施例对各器件的型号、样式除做特殊说明的以外，其他器件的型号、样式不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
基于本发明实施例二的成像系统进行成像的方法与上述实施例一的成像方法相同，这里不再细述。
综上所述，本发明针对物体成像难题，引入了旋转式光学层析成像系统以及成像方法，由于本系统采用旋转式光学系统，具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。通过成像系统中的道威棱镜20的旋转获得不同角度下的投影，利用阵列探测器40采集投影信息，并利用计算机50通过采样拟合圆曲线方法对标的图像的多个投影图像进行拟合，得到拟合圆的圆心，再以拟合圆的圆心为圆心，对初始状态下标的图像的白点图像投影进行旋转，得到白点的多个投影图像集合，再将得到的白点的多个投影图像坐标对应地减去标的图像的多个投影图像坐标，得到差值；再对待测物10的多个投影图像按照所述差值进行平移补偿，获得了高质量的重构图像。
Claims (3)
1.一种旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于，旋转式光学层析成像系统包括沿着待测物(10)待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜(20)和阵列探测器(40)；所述阵列探测器(40)连接计算机(50)；所述道威棱镜(20)以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机(50)电连接；所述待测物(10)和阵列探测器(40)视场的中心点均位于道威棱镜(20)的光轴所在直线上；所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜(20)转动一个所述周期角度，所述阵列探测器(40)获取道威棱镜(20)位于转动后的位置时的待测物(10)的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器(40)通过信号同步控制器实现同步；所述阵列探测器(40)设置为面阵工作模式；成像方法包括以下步骤：
S1，需要得到待测物(10)待测面分辨率为n*n的图像时，将分辨率为n*n、黑底白点的标的图像置于待测物(10)的位置，标的图像表示为S(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点S(x,y)表示第x行、第y列的像素点；电机带动道威棱镜(20)绕其光轴旋转一个α角度，所述α角度小于180°且180/α为整数，使标的图像在光照下产生的反射光射入道威棱镜(20)，经过道威棱镜(20)后所射出的光线射在阵列探测器(40)的靶面上形成另一个图像投影，阵列探测器(40)采集图像投影信息，获得标的图像的图像投影数据；然后继续使道威棱镜(20)转动α角度，直至道威棱镜(20)旋转180°，此时得到180/α个图像投影，图像投影表示为Si(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜(20)旋转180°所需的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Si(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S2，找出步骤S1中获得的标的图像的180/α个图像投影Si(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(xi,yi)，i＝1,2,3…,180/α，其中第一张标的图像的图像投影S1(x,y)中白点的质心坐标为(x1,y1)；然后通过采样拟合圆曲线方法对180/α个质心坐标(xi,yi)拟合成圆，得到拟合圆的圆心(A,B)，拟合圆的半径为R；
S3，以步骤S2中得到的(A,B)为圆心，以质心坐标(x1,y1)为起始点将其围绕圆心旋转360°，每2α角度采集一次图像信息，共得到180/α张质心坐标(x1,y1)的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α，Hi(corrxi,corryi)表示第i张旋转图像的坐标，具体公式如下：
corrxi＝[(x1-A)cos(2ai)-(y1-B)sin(2ai)]
corryi＝[(x1-A)sin(2ai)-(y1-B)cos(2ai)]
S4，对步骤S2中获得的180/α个图像投影Si(x,y)中的质心坐标(xi,yi)和步骤S3中得到的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，通过以下公式求差：
Vector(i,1)＝corrxi-xi
Vector(i,2)＝corryi-yi
其中，Vector(i,1)和Vector(i,2)分别表示第i张图像在水平方向和垂直方向上的平移矢量；
S5，将步骤S1中的标的图像换成待测物(10)，待测物(10)的待测面表示为U(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点U(x,y)表示第x行、第y列的像素点，重复步骤S1，获得待测物(10)的180/α个图像投影，表示为Ui(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜(20)旋转180°的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Ui(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；
S6，将待测物(10)待测面的180/α个图像投影Ui(x,y)均在水平方向上平移Vector(i,1)、在垂直方向上平移Vector(i,2)，得到校正后的180/α个图像投影Vi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α；
S7，对步骤S6中获得的待测物(10)待测面的多个图像投影Vi(corrxi,corryi)进行滤波处理，得到多个经过修正的线投影，再将此修正后的线投影做反投影运算，即进行反投影重建，得到多个投影图像，将此多个投影图像整合重建成最终的重构图像。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S11，对标的图像的多个图像投影Si(x,y)分别进行二值化，得到二值化图像，对于任意一个图像投影Si(x,y)，每个二值化图像通过下述公式可求质心坐标(xi,yi)，公式如下：
其中，点(x,y)是每个二值化图像中灰度值为1的像素点，N表示二值化图像中灰度值为1的像素点的总个数；
S12，设拟合圆的圆心为(A,B)，拟合圆的半径为R，则各个质心坐标(xi,yi)到圆心的距离di表示为：
di 2＝(xi-A)2+(yi-B)2
各个质心坐标(xi,yi)到圆心(A,B)的距离的平方与半径R平方的差δi表示为：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2-2Axi-2Byi+A2+B2-R2
取a＝-2A,b＝-2B,c＝A2+B2-R2,得到：
δi＝di 2-R2＝xi 2+yi 2+axi+byi+c
S13，令Q(a,b,c)为δi的平方和,表示为：
Q(a,b,c)＝∑δi 2＝∑[(xi 2+yi 2+axi+bxi+c)]2
求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值最小，Q(a,b,c)对a,b,c求偏导，令偏导等于0，得到极值点，比较所有极值点的函数值即可得到Q(a,b,c)的最小值；
解此方程组,得到参数a,b,c，通过公式A＝a/-2、B＝b/-2、得到A、B、R的值，即求得拟合圆的圆心(A,B)和拟合圆的半径R。
3.根据权利要求1所述的一种旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于：步骤S1中所述道威棱镜(20)绕其光轴旋转180°所需的次数为不小于75次的奇数次。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654820A (en) * | 1992-05-08 | 1997-08-05 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Optoelectronic system for implementation of iterative computer tomography algorithms |
| CN1766532A (zh) * | 2005-12-09 | 2006-05-03 | 北京理工大学 | 空间调制干涉型计算层析成像光谱仪 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654820A (en) * | 1992-05-08 | 1997-08-05 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Optoelectronic system for implementation of iterative computer tomography algorithms |
| CN1766532A (zh) * | 2005-12-09 | 2006-05-03 | 北京理工大学 | 空间调制干涉型计算层析成像光谱仪 |
| CN105659825B (zh) * | 2012-06-28 | 2014-09-03 | 北京航天飞行控制中心 | 一种交会对接目标灯形心与质心偏差标定方法 |
| CN104915963A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于plcc元件的检测与定位方法 |
| CN106023186A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种基于机器视觉的毛坯轮毂钻孔中心精确定位方法 |
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