CN108344738B - 用于羟磷灰石的成像方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光谱成像领域，尤其是一种用于羟磷灰石的成像方法及其装置，用于羟磷灰石的成像方法通过如下步骤实现，步骤一：将样品制作成厚度为2‑4mm的切片，步骤二：激光器在关闭状态下，由摄像机对切片完成第一次成像，步骤三：打开激光器，由摄像机对切片完成第二次成像，步骤四：把两次的图像相减，得到减影图像，成像装置，它包括计算机、摄像装置、支撑装置和激光器，所述摄像装置与计算机通过信号连接，摄像装置安装在支撑装置的顶部，所述激光器安装在支撑装置的底部，激光器的轴线与摄像装置的轴线重合，本方案可以方便准确的用于羟磷灰石的成像，节约时间，提高工作效率。

Description

用于羟磷灰石的成像方法及其装置
技术领域
本发明涉及光谱成像领域，尤其是一种用于羟磷灰石的成像方法及其装置。
背景技术
光谱成像技术，也称为成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量已经具有较大规模，已经在食品领域、农牧领域、环境保护、物理领域、地址领域、石油领域、化学高分子领域等得到广泛的应用。
从光学分光原理角度，光谱成像技术分为棱镜色散型光谱成像技术、光栅衍射型光谱成像技术、干涉型光谱成像技术以及编码孔径光谱成像技术，不同的光谱成像技术应用到不同的领域。
现在还没有一种用于羟磷灰石的成像方法，即对羟磷灰石的形状进行成像处理的方法，只能是确定样品中含有羟磷灰石，确定羟磷灰石的多少，但是对于羟磷灰石的成像，羟磷灰石分布形状范围都不能确定，看不到图像整体的形状和大小，因此急需一种能准确对羟磷灰石的成像的方法和设备。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种用于羟磷灰石的成像方法及其装置，所述方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：准备切片和装置，将样品制作成厚度为2-4mm的切片，把切片放置在载物台上，移动摄像机镜头对准切片，调整激光器位置，使位于切片下方的激光器对准切片。
步骤二：一次成像，激光器在关闭状态下，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像机上的截止深度为OD6滤光器过滤后，穿透滤光器的光波投射到CMOS图像传感器上，再送到数字信号处理芯片上加工处理，完成第一次成像。
步骤三：二次成像，打开激光器，激光器发出的光波透过切片，切片及周围环境散射的光波信号，通过摄像机上的截止深度为OD6的滤光器过滤，穿透滤光器的光波信号通过摄像机再次转换成数字信号传输到计算机上，并在显示器上显示图像，完成第二次成像。
步骤四：生成减影图像，把两次的图像在计算机中进行图像相减，即在两幅图像之间对应像素做减法运算，得到有容差值的减影图像，减影图像为切片样本中存在的羟磷灰石。
进一步的，它还包括步骤五：减影图像边缘锐化，设置计算机中的参数值，即数量值在130%-170%范围内，半径值在0.5-1像素范围内，阈值在1.5-2.5色阶范围内，再经过滤镜自动调节，调节减影图像的清晰度。
进一步的，步骤四中减影图像的容差值在10-40像素范围内。
进一步的，激光器发出光波的波长范围为660nm-830nm。
进一步的，数量值设置为150%，半径设置为0.7像素,阈值设置为2.0色阶。
进一步的，容差值设置为30像素。
进一步的，波长为 785nm。
一种能够实现上述成像方法的成像装置，它包括计算机、摄像装置、支撑装置和激光器，所述摄像装置与计算机信号连接，摄像装置安装在支撑装置的顶部，所述激光器安装在支撑装置的底部，激光器的轴线与摄像装置的轴线重合。
进一步的，摄像装置包括CMOS摄像机、摄像机镜头和滤光器，且滤光器的轴线与摄像机镜头的轴线重合，所述滤光器安装在摄像机镜头上。
进一步的，支撑装置包括支架和载物台，所述载物台安装在支架的底部。
进一步的，它还包括暗室，所述暗室安装在支撑装置的底部，且暗室内设置有载物台、摄像机镜头和激光器。
进一步的，它还包括吸热装置，所述吸热装置安装在激光器上，且吸热装置与激光器内的发热部件连接。
进一步的，吸热装置内设置有石墨烯纳米片，所述石墨烯纳米片设置在切片和滤光器之间。
本发明可以方便准确的对羟磷灰石成像，可以观察到羟磷灰石的形状大小，实时的成像羟磷灰石，使羟磷灰石的分布更直观的呈现，对羟磷灰石的研究更加的方便简单。
附图说明
图1为本发明的用于羟磷灰石的成像装置结构示意图；
图2为本发明的实施例2用于羟磷灰石的成像装置结构示意图；
图3为本发明的实施例3用于羟磷灰石的成像装置结构示意图。
图例：1.计算机，2.摄像装置，21. CMOS摄像机，22.摄像机镜头，23.滤光器，3.支撑装置，31.支架，32.载物台，4.激光器,5.暗室，6.吸热装置，61.石墨烯纳米片，7.切片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：本方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：准备切片和装置，将样品制作成厚度为2-4mm的切片，把切片放置在载物台上，移动摄像机镜头对准切片，且能覆盖切片的大小，能够接收到切片散射的所有光波，调整激光器位置，使位于切片下方的激光器对准切片，光波透过切片后能更好的进入摄像机镜头内。
步骤二：一次成像，激光器在关闭状态下，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像机上的滤光器，滤光器的滤光片截止深度为OD6，中心波长为960nm，截止深度为OD6的滤光片的截止带透过率为0.0001%，截止深度越大，透过率越小，噪声越小，OD6为最大截止深度，经滤光器过滤后，穿透滤光器的光波波长在960nm附近，穿透滤光器的光波投射到CMOS图像传感器表面上，CMOS图像传感器把光波信号转为电信号，经数模转换后变成数字图像信号，再把数字图像信号送到数字信号处理芯片上加工处理，处理后经由USB接口传输到计算机上，并在显示器上显示图像，完成第一次成像，图像是以红外成像的方式显示摄像机拍摄到的影像，因为关闭激光器的状态下样品及周围环境有散射出波长960nm的光波，所以在显示器上显示的红外图像是杂乱无章的分布，这些图像都是杂波生成的热噪。
步骤三：二次成像，打开激光器，激光器发出的光波透过切片，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像机上的滤光器过滤，穿透滤光器的光波信号通过摄像机再次转换成数字信号传输到计算机上，并在显示器上显示图像，完成第二次成像，因为激光器发出的激光照射到切片上，经羟磷灰石散射后的光波波长主要是960nm，且相对突出，切片及周围环境散射出的光波和在激光器关闭的状态下基本一致，经滤光器过滤后的光波主要是羟磷灰石散射的，所以显示的红外图像基本是羟磷灰石的图像，但是羟磷灰石的边缘不清晰，且羟磷灰石的图像内含有在关闭激光器的状态下样品及周围环境产生的红外图像。
步骤四：生成减影图像，把两次的红外图像在计算机中进行图像相减，即在两幅图像之间对应像素做减法运算，得到有容差值的减影图像，若切片中无羟磷灰石，则减影图像显示黑色图像，若切片中有羟磷灰石，则减影图像显示的是黑白两色的图像，白色部分是羟磷灰石。
它还包括步骤五：减影图像边缘锐化，设置计算机中的参数值，即数量值在130%-170%范围内，数值越大锐化效果的强度越大，半径值在0.5-1像素范围内，随着数值增大图像的分辨率越高，阈值在1.5-2.5色阶范围内，随着数值增大锐化处理后的斑点越少，数量值、半径值和阈值之间要相互协调设置，才能使图像显示的最好，再经过滤镜自动调节，调节减影图像的清晰度。
步骤四中减影图像的容差值在10-40像素范围内,容差值的范围是相对于白色选取的，随着数值的增大选取相近颜色的能力就越大，即选取的范围就越大。
激光器发出光波的波长范围为660nm-830nm，是红外和近红外激光，可以使样品中发出的荧光减少。
优选的，计算机中的数量值设置为150%，半径值设置为0.7像素,阈值设置为2.0色阶，此时得到的减影图像是最佳的减影图像，再经滤镜在自动调节的下，使减影图像中羟磷灰石显示的更清晰，能更好的观察羟磷灰石。
优选的，容差值设置为30像素，可以使羟磷灰石显示的更全，使羟磷灰石大小显示的更准确,但又不影响边缘锐化的效果。
优选的，激光波长为 785nm，在拉曼光谱中干扰因素有荧光，荧光干扰表现为一个典型的倾斜宽背景，因此，荧光对激光的影响主要为基线的偏离和信噪比下降，荧光的波长和强度取决于荧光物质的种类和浓度，与拉曼散射相比，荧光通常是一种量子效率更高的过程，甚至很少量不纯物质的荧光也可以导致显著的拉曼信号降低，使用波长785nm的激光，可以使荧光显著减弱。
一种能够实现上述成像方法的成像装置，它包括计算机1、摄像装置2、支撑装置3和激光器4，所述摄像装置2与计算机1信号连接，使摄像机把光波信号转化成的电信号传输到计算机1中，保证信号不失真，摄像装置2安装在支撑装置3的顶部，激光器4安装在支撑装置3的底部，激光器4的轴线与摄像装置2的轴线重合，这样可以保证激光器4发出的光波散射后能够尽可能多的进入摄像装置2内，激光器4发出的光波照射到切片上，呈面状，能完全覆盖切片，这样可以完整的呈现羟磷灰石的大小和形状。
摄像装置2包括CMOS摄像机21、摄像机镜头22和滤光器23，滤光器23安装在摄像机镜头22上，且滤光器23的轴线与摄像机镜头22的轴线重合，那么透过滤光器23的光波能顺利的进入摄像机镜头22内，摄像机镜头22使用光圈值为f64的镜头，此光圈值的摄像机的灵敏度很高，对于羟磷灰石的成像相对光圈值低的摄像机成像容易准确，摄像机镜头22安装在CMOS摄像机21上，CMOS摄像机21使用CMOS传感器大小为3/4英寸的摄像机，此尺寸的CMOS传感器的摄像机的成像更清晰，激光透过滤光器23后随即进入到摄像机镜头22内，然后立即进入CMOS摄像机内，这样可以保证进入摄像机镜头22内的光波都是经过滤光器23过滤后的光波，减少杂波的影响，使成像的效果更好。
支撑装置3包括支架31和载物台32，所述载物台32安装在支架31的底部，且载物台32在激光器4上方，使激光器4发出的光波能顺利照射到载物台32上，载物台的面积大于激光器4发出光波的横截面积，那么在调整激光器4的位置时，调整范围大，对准切片更容易方便，缩短准备时间，提高工作效率。
实施例2
如图2所示，本实施例技术方案可以参考实施例1，但与实施例1不同点在于，本实施例增加了一个暗室5，暗室5安装在支撑装置3的底部，且暗室5内设置有载物台32、摄像机镜头22和激光器4，此暗室把样品、载物台32、摄像机镜头22和激光器4与其他周围环境隔开，去除了其他周围环境散射的光波对红外成像的影响，使减影后的红外图像更清晰，效果更好，减小了边缘锐化的难度，使操作更加方便，结果更准确。
实施例3
如图3所示，本实施例技术方案可以参考实施例1，但与实施例1不同点在于，本实施例增加了一个吸热装置6，吸热装置6安装在激光器4上，且与激光器4内的发热部件连接，激光器4在发光的时候会产生热能，而热能会以不同波长的红外线向外界进行辐射，这其中就有波长能够通过滤波片的红外线，因此这部分波长的红外线会对测试有影响，这也就是通常所提到的热噪，吸热装置6由金刚石薄片和铜片制作的导热器件，金刚石的导热率是自然界中最高的，金刚石薄片与激光器4内的发热部件连接，铜片与金刚石薄片连接，且铜片远离激光器4，避免铜片产生的热燥影响摄像机的成像，造成最后的羟磷灰石的红外图像不准确，当打开激光器4后，激光器4产生的热量通过金刚石薄片快速传导到铜片上，使激光器4内的温度保持在一个低的范围，从而降低激光器4自身发热产生的热燥对成像的影响，热能还以热辐射的形式传递，透过滤光器23和镜头进入到摄像机里，从而影响羟磷灰石的成像，热辐射会通过电磁波形式传递热量，若有一种透明导电材料能降低热能的传递，就可以降低热燥的影响，传统的透明导电材料铟锡金属氧化物，有很好的导电性和透明性，但是只能透射可见光，而阻断红外的透射，单层或少层的石墨烯是非常好的红外透光材料和导电材料，在吸热装置6内设置有石墨烯纳米片61，石墨烯纳米片61设置在切片7和滤光器23之间，且光波透过石墨烯纳米片61后再透过滤光器23，石墨烯纳米片61为1-5层结构，此石墨烯纳米片61有良好的透光性和透射红外的性能，透光率为93%以上，同时导电性极好，能够很好的吸收电磁波，当热辐射是以电磁波形式传递到石墨烯纳米片61上后，石墨烯纳米片61吸收部分电磁波，使传递的热能减少，热量尽可能少的传到摄像机内，减小热量对羟磷灰石成像的影响，使摄像机完成的图像更准确，降低边缘锐化的难度，结果更准确。
实施例4
本实施例技术方案可以参考实施例1，但与实施例1不同点在于，本实施例使用的滤光片是中心波长为960nm的窄带滤光片，带宽为9nm，经此滤光器过滤后的光波范围更窄，那么样品和周围环境散射的960nm附近的光波形成的红外图像更弱，对羟磷灰石的红外图像影响更小，使红外图像显示的更准确，减影图像边缘锐化的工作更简便，最终显示的羟磷灰石的形状大小更准确，节省时间，加快工作效率。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：所述方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：准备切片和装置，将样品制作成厚度为2-4mm的切片，把切片放置在载物台上，移动摄像机镜头对准切片，调整激光器位置，使位于切片下方的激光器对准切片，所述激光器发出光波的波长为785nm；
步骤二：一次成像，激光器在关闭状态下，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像机上的截止深度为OD6的滤光器过滤后，穿透滤光器的光波投射到CMOS图像传感器上，再送到数字信号处理芯片上加工处理，完成第一次成像；
步骤三：二次成像，打开激光器，激光器发出的光波透过切片，切片及周围环境散射的光波信号，通过摄像机上的截止深度为OD6的滤光器过滤，穿透滤光器的光波信号通过摄像机再次转换成数字信号传输到计算机上，并在显示器上显示图像，完成第二次成像；
步骤四：生成减影图像，把两次的图像在计算机中进行图像相减，即在两幅图像之间对应像素做减法运算，得到有容差值的减影图像，减影图像为切片样品中存在的羟磷灰石。
2.根据权利要求1所述的用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：它还包括步骤五：减影图像边缘锐化，设置计算机中的参数值，即数量值在130%-170%范围内，半径值在0.5-1像素范围内，阈值在1.5-2.5色阶范围内，再经过滤镜自动调节，调节减影图像的清晰度。
3.根据权利要求1所述的用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：所述步骤四中减影图像的容差值在10-40像素范围内。
4.根据权利要求2所述的用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：所述数量值设置为150%，半径值设置为0.7像素,阈值设置为2.0色阶。
5.根据权利要求1所述的用于羟磷灰石的成像方法，其特征在于：所述容差值设置为30像素。
6.一种能够实现权利要求1-5中任意一项所述的成像方法的成像装置，其特征在于：它包括计算机（1）、摄像装置（2）、支撑装置（3）和激光器（4），所述摄像装置（2）与计算机（1）连接，摄像装置（2）安装在支撑装置（3）的顶部，所述激光器（4）安装在支撑装置（3）的底部，激光器（4）的轴线与摄像装置（2）的轴线重合，所述激光器（4）发出光波的波长范围为785nm，在关闭状态下，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像装置（2）完成第一次成像；打开激光器（4），激光器（4）发出的光波透过切片，切片及周围环境散射的光波信号通过摄像装置（2）再次转换成数字信号传输到计算机上，并在显示器上显示图像，完成第二次成像；所述计算机（1）把两次的图像在计算机中进行图像相减，即在两幅图像之间对应像素做减法运算，得到有容差值的减影图像，减影图像为切片样品中存在的羟磷灰石。
7.根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于：所述摄像装置（2）包括CMOS摄像机（21）、摄像机镜头（22）和滤光器（23），所述滤光器（23）安装在摄像机镜头（22）上，且滤光器（23）的轴线与摄像机镜头的轴线（22）重合，所述摄像机镜头（22）安装在CMOS摄像机（21）上。
8.根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于：所述支撑装置（3）包括支架（31）和载物台（32），所述载物台（32）安装在支架（31）的底部。
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