CN108828770B - 一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统 - Google Patents
一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统，利用两个近红外相机，区分波段地探测环境光中的近红外光谱，然后通过算法实时消除近红外成像时背景光的影响，保证有用近红外图像的质量和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及的是一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统。
背景技术
近年来，近红外成像被广泛应用于血管成像、器官移植、整形重建、创伤护理、肿瘤边界标定等。但是，由于外界环境光，如手术灯，也存在近红外谱段，在近红外成像时会形成背景噪声，影响图像质量和灵敏度。为保证图像质量，在使用近红外成像时往往需要关闭或调暗其他灯光，调暗灯光会影响手术照明，为手术操作和诊断造成不方便。
目前，有学术文章报道利用频闪照明，通过前后帧图像的差异来消除背景光影响，获得有用近红外图像信息。但是，这种方法存在帧率低的问题，并且当被观察组织有移动时，会把前帧轮廓当做是有用信号提取出来，造成位置误判。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统，旨在解决目前还没有方案能有效解决外界环境光在近红外成像形成背景噪声，影响图像质量和灵敏度的问题。
本发明的技术方案如下：一种近红外成像系统，其中，包括透镜，二向色分光镜，第一带通滤波片，第一近红外相机，第二带通滤波片，第二近红外相机，图像处理模块；第一近红外相机和第二近红外相机分别与图像处理模块连接；
近红外光被透镜收集并聚焦，入射到二向色分光镜；其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜和第一带通滤波片后，成像于第一近红外相机；长波部分近红外光被二向色分光镜反射，并透过第二带通滤波片后成像于第二近红外相机；其中，第一近红外相机和第二近红外相机的成像画面已经过匹配，图像达到像素级重合；第一近红外相机和第二近红外相机的图像传输到图像处理模块，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像。
所述的近红外成像系统，其中，所述近红外光选取波长为800~900nm的光波。
所述的近红外成像系统，其中，第一近红外相机探测波段的波长介于800~850nm之间，第二近红外相机探测波段的波长介于850~900nm之间。
一种如上述任一项所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，具体包括以下步骤：
步骤S1：近红外光被透镜收集并聚焦，入射到二向色分光镜；
步骤S2：其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜和第一带通滤波片后，成像于第一近红外相机；长波部分近红外光被二向色分光镜反射，并透过第二带通滤波片后成像于第二近红外相机；
步骤S3：第一近红外相机和第二近红外相机的图像传输到图像处理模块7，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，所述近红外光选取波长为800~900nm的光波。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，第一近红外相机探测波段的波长介于800~850nm之间，第二近红外相机探测波段的波长介于850~900nm之间。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，所述第一近红外相机和第二近红外相机的成像画面已经经过匹配，图像达到像素级重合。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，在步骤S3中，图像处理器同时对第一近红外相机和第二近红外相机进行曝光控制。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，在步骤S3中，图像处理模块会同时根据第一近红外相机和第二近红外相机的图像分别进行曝光计算，选取两者中的较小值作为曝光设置，同时控制第一近红外相机和第二近红外相机按照曝光设置进行曝光。
所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其中，通过以下操作得到消除背景光的近红外图像：预先在单纯环境光照明下进行成像，图像处理模块通过运算获得第一近红外相机与第二近红外相机之间的相应亮度倍数关系；在正常使用过程中，第一近红外相机的图像减去相应亮度倍数的第二近红外相机的图像，再取绝对值，即可得到消除背景光的近红外图像。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种适用于近红外成像的背景光消除方法及系统，利用两个近红外相机，区分波段地探测环境光中的近红外光谱，然后通过算法实时消除近红外成像时背景光的影响，保证有用近红外图像的质量和灵敏度。
附图说明
图1是本发明中近红外成像系统的结构示意图。
图2是本发明中近红外成像系统的背景光消除方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种近红外成像系统，包括透镜1，二向色分光镜2，第一带通滤波片3，第一近红外相机4，第二带通滤波片5，第二近红外相机6，图像处理模块7；第一近红外相机4和第二近红外相机6分别与图像处理模块7连接；
近红外光被透镜1收集并聚焦，入射到二向色分光镜2；其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜2和第一带通滤波片3后，成像于第一近红外相机4；长波部分近红外光被二向色分光镜2反射，并透过第二带通滤波片5后成像于第二近红外相机6；其中，第一近红外相机4和第二近红外相机6的成像画面已经过匹配，图像达到像素级重合；第一近红外相机4和第二近红外相机6的图像传输到图像处理模块7，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像。
具体地，所述第一带通滤波片3和第二带通滤波片5的作用是对探测波段进行提纯。优选地，近红外波段选取波长为800~900nm的光波，其中，第一近红外相机4探测波段的波长介于800~850nm之间，第二近红外相机6探测波段的波长介于850~900nm之间。
如图2所示，一种如上述所述的近红外成像系统的背景光消除方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：近红外光被透镜1收集并聚焦，入射到二向色分光镜2；
步骤S2：其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜2和第一带通滤波片3后，成像于第一近红外相机4；长波部分近红外光被二向色分光镜2反射，并透过第二带通滤波片5后成像于第二近红外相机6；
步骤S3：第一近红外相机4和第二近红外相机6的图像传输到图像处理模块7，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像。
其中，为了保证图像的效果，所述第一近红外相机4和第二近红外相机6的成像画面已经经过匹配，图像达到像素级重合。
具体地，为了使第一近红外相机4和第二近红外相机6能在等同的条件下进行感光成像，在步骤S3中，图像处理器7同时对第一近红外相机4和第二近红外相机6进行曝光控制。
具体地，为防止过曝造成信息丢失，在步骤S3中，图像处理模块7会同时根据第一近红外相机4和第二近红外相机6的图像分别进行曝光计算，选取两者中的较小值作为曝光设置，同时控制第一近红外相机4和第二近红外相机6按照曝光设置进行曝光。
具体地，通过以下操作得到消除背景光的近红外图像：预先在单纯环境光照明下进行成像，图像处理模块7通过运算获得第一近红外相机4与第二近红外相机6之间的相应亮度倍数关系；在使用过程中，第一近红外相机4的图像减去相应亮度倍数的第二近红外相机6的图像，再取绝对值，即可得到消除背景光的近红外图像。具体通过以下实施例加以说明：
比如，在使用前，在手术灯下拍照，对于特定的像素点，第一近红外相机4的背景光亮度值是N1，第二近红外相机6的背景光亮度值是N2，求得N1和N2的倍数关系是：X = N1/N2；
在手术过程中，同时有手术灯和近红外信号光存在，此时，对于该像素点，第一近红外相机5的亮度值是L1，相应背景光亮度值N1’，有用近红外光亮度值F1；第二近红外相机7的亮度值是L2，相应背景光亮度值N2’，有用近红外光亮度值F2；其中：
L1=N1’+F1;
L2=N2’+F2；
由于手术灯光谱在两个相机的比例不变，所以，倍数关系不变，因此：N1’-X*N2’=0
提取出去除背景光噪声干扰的近红外信号光亮度值为：
F = |L1-X*L2|
= |N1’+F1-X*N2’-X*F2|
= |F1-X*F2|。
本技术方案利用两个近红外相机（第一近红外相机4和第二近红外相机6），区分波段地探测环境光中的近红外光谱，然后通过算法实时消除近红外成像时背景光的影响，保证有用近红外图像的质量和灵敏度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种近红外成像系统，其特征在于，包括透镜，二向色分光镜，第一带通滤波片，第一近红外相机，第二带通滤波片，第二近红外相机，图像处理模块；第一近红外相机和第二近红外相机分别与图像处理模块连接；
近红外光被透镜收集并聚焦，入射到二向色分光镜；其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜和第一带通滤波片后，成像于第一近红外相机；长波部分近红外光被二向色分光镜反射，并透过第二带通滤波片后成像于第二近红外相机；其中，第一近红外相机和第二近红外相机的成像画面已经过匹配，图像达到像素级重合；第一近红外相机和第二近红外相机的图像传输到图像处理模块，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像，其中，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像为：图像处理模块通过运算获得第一近红外相机与第二近红外相机之间的相应亮度倍数关系；在正常使用中，第一近红外相机的图像减去相应亮度倍数的第二近红外相机的图像，再取绝对值，即可得到消除背景光的近红外图像。
2.根据权利要求1所述的近红外成像系统，其特征在于，所述近红外光选取波长为800~900nm的光波。
3.根据权利要求2所述的近红外成像系统，其特征在于，第一近红外相机探测波段的波长介于800~850nm之间，第二近红外相机探测波段的波长介于850~900nm之间。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1：近红外光被透镜收集并聚焦，入射到二向色分光镜；
步骤S2：其中，短波部分近红外光透过二向色分光镜和第一带通滤波片后，成像于第一近红外相机；长波部分近红外光被二向色分光镜反射，并透过第二带通滤波片后成像于第二近红外相机；
步骤S3：第一近红外相机和第二近红外相机的图像传输到图像处理模块，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像，其中，经过算法处理后得到消除背景光的近红外图像为：图像处理模块通过运算获得第一近红外相机与第二近红外相机之间的相应亮度倍数关系；在正常使用中，第一近红外相机的图像减去相应亮度倍数的第二近红外相机的图像，再取绝对值，即可得到消除背景光的近红外图像。
5.根据权利要求4所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，所述近红外光选取波长为800~900nm的光波。
6.根据权利要求5所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，第一近红外相机探测波段的波长介于800~850nm之间，第二近红外相机探测波段的波长介于850~900nm之间。
7.根据权利要求4所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，所述第一近红外相机和第二近红外相机的成像画面已经经过匹配，图像达到像素级重合。
8.根据权利要求4所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，在步骤S3中，图像处理器同时对第一近红外相机和第二近红外相机进行曝光控制。
9.根据权利要求8所述的近红外成像系统的背景光消除方法，其特征在于，在步骤S3中，图像处理模块会同时根据第一近红外相机和第二近红外相机的图像分别进行曝光计算，选取两者中的较小值作为曝光设置，同时控制第一近红外相机和第二近红外相机按照曝光设置进行曝光。
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