CN108882881A - 图像分析设备和图像分析方法 - Google Patents

Abstract

提供一种图像分析技术，利用该技术，即使当使用散斑分析包含流体并且显示诸如脉动或心跳的运动的待成像的对象时，无论对象的运动如何，也可以分析流体。该图像分析设备设置有：光源，用于利用具有受控波长的激光照射待成像的对象；调制器，用于调制从光源发射的激光的强度；散斑图像捕获单元，用于捕获从用激光照射的对象的散射光获得的散斑图像；同步单元，用于使光源的照射和散斑图像捕获单元的图像捕获同步；以及分析单元，用于分析由散斑图像捕获单元捕获的散斑图像。

Description

图像分析设备和图像分析方法

技术领域

本技术涉及一种图像分析设备。更具体地，本技术涉及一种使用通过用光照射成像对象而生成的散斑的图像分析设备和图像分析方法。

背景技术

过去，为了掌握诸如血管或细胞的生物样本的形状、结构等，已经开发了使用光学方法的图像分析设备和图像分析方法。

另外，在将诸如血管的流动路径用作成像对象的情况下使用光学方法的成像技术中，存在各种噪声的发生可能导致检测精度恶化的担忧。作为一种噪声，散斑是众所周知的。散斑是根据照射表面的不均匀形状在照射表面上出现点状图案的现象。近年来，关于通过使用作为一种噪声的散斑对诸如血管的流动路径成像的方法，也开发了技术。

顺便提及，由于光程中的散射等，散斑是随机干涉/衍射图案。另外，散斑的大小由称为散斑对比度的指数表示，该散斑对比度是通过将强度分布的标准偏差除以强度分布的平均值而获得的值。当通过使用成像光学系统观察用相干光照射的成像对象时，在图像平面上观察到由成像对象的散射引起的散斑。当成像对象移动或形状改变时，观察到与移动或改变对应的随机散斑图案。

当观察到诸如血液的光散射流体时，散斑图案根据由流动引起的精细形状的变化在每个时刻改变。此时，当成像元件设置在图像平面上并且流体在比散斑图案的变化足够长的曝光时间内成像时，血流的部分(即，血管的一部分)的散斑对比度在时间平均上减小。可以通过使用散斑对比度的这种变化来进行血管造影。

作为使用如上所述的散斑的图像分析技术，已知专利文献1中公开的流变仪(参见专利文献1)。

该流变仪包括用于利用激光照射生物组织的血细胞的照射系统以及用于基于来自生物组织的反射光光学地存储图像信息并且以预定的时间间隔连续读取光学存储的图像信息的固态成像元件，该流变仪依次存储从固态成像元件读取的多个帧的多条图像信息，并基于每个存储的图像信号计算血细胞的血流状态，该流变仪的特征在于其被配置为以比预定时间间隔更短的时间间隔间歇地用激光进行照射。

此外，作为使用散斑的另一种图像分析技术，已知专利文献2中公开的血流图像诊断装置(参见专利文献2)。

该血流图像诊断装置是通过将分析所获得的血流图的功能添加到血流速度可视化装置中而获得的装置，该装置包括：激光束照射系统，用于利用激光束照射生物组织的具有血细胞的观察区域；光接收系统，包括光接收单元，该单元适于检测从生物组织的观察区域反射的光并包括大量像素；图像捕获单元，用于基于来自光接收单元的信号，在等于或长于一个心跳的预定时间内连续地捕获多个图像；图像存储单元，用于存储多个图像；计算单元，用于从所存储图像的对应像素的输出信号的时间变化来计算生物组织中的血流速度；以及显示单元，用于显示计算结果的二维分布，作为血流图，该血流图像诊断装置的特征在于，计算单元具有使在生物组织的观察区域的表面部分上出现的血管(表面血管)内的血流和在其周围的背景中的血流(背景血流)与关于一个或多个心跳的多条血流图数据分离的功能，显示单元具有在血流图上分别在各个部分显示血流的功能，计算单元具有计算和比较关于血流的信息(例如，每个部分的血流值、血流波形和血管直径)的功能，并且显示单元具有显示这些计算结果的功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平08-112262号公报

专利文献2：WO 2010/131550

发明内容

技术问题

然而，专利文献1中描述的图像分析技术具有如下问题：如果实际上缩短曝光时间至足以抑制散斑信号的波动，则曝光量变得非常小，这对于实际成像条件是不充分的。另外，还存在另一问题，即，用高分辨率成像元件进行成像是非常困难的，因为帧间隔非常短。此外，还存在另一问题，即，在短时间内调制激光光源的输出强度的情况下，激光振荡波长由于内部温度变化而摇摆，这降低了整个屏幕上的散斑图案的对比度。

此外，在专利文献2中描述的图像分析技术中，例如，假设脉动/搏动的生物组织和生物组织的血管的血流是成像对象，使用散斑的流体成像捕获整个屏幕的摇摆、生物组织的运动等，而流体成像是对生物组织的运动具有非常高的灵敏度的方法，结果，难以捕获血流本身。

就此而言，本技术的主要目的是提供一种图像分析技术，该技术即使在通过使用散斑来分析成像对象时，不管包括流体的成像对象的运动如何也能够分析流体并且也能够显示诸如脉动和搏动的运动。

问题的解决方案

本技术提供了一种图像分析设备，包括：光源，用具有受控波长的激光照射成像对象；调制单元，调制激光的强度；散斑图像成像单元，捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；同步单元，使激光的照射与散斑图像成像单元的成像同步；以及分析单元，分析由散斑图像成像单元捕获的散斑图像。

图像分析设备还可以包括曝光控制单元，控制成像对象的曝光时间。

此外，在图像分析设备中，光源可以被配置为在成像对象的曝光时间内用激光照射成像对象。

此外，在图像分析设备中，曝光控制单元可以采用全局快门系统。可替换地，曝光控制单元可以采用卷帘快门系统。

此外，在图像分析设备中，成像对象的曝光时间可以为32.2ms或更少。

此外，在图像分析设备中，光源可以是分布式反馈半导体激光光源或光栅反馈半导体激光光源。

此外，本技术还提供了一种图像分析方法，包括：光照射步骤，用于用具有受控波长的激光照射成像对象；调制步骤，用于调制激光的强度；同步步骤，用于使激光的照射与散斑图像成像单元的成像同步；散斑图像成像步骤，用于捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；以及分析步骤，用于分析由散斑图像成像单元捕获的散斑图像。

发明的有益效果

根据本技术，即使在使用散斑分析成像对象时，不管包括流体的成像对象的运动如何也可以分析流体，并且能够显示诸如脉动和搏动的运动，并且因此提高分析成像对象的状态的精度。

注意，本文中描述的效果不必受限制，并且可以是旨在在本技术中描述的任何效果。

附图说明

图1是示意性地示出根据本技术的图像分析设备的第一实施方式的概念的示意性概念图。

图2是示出图1所示的图像分析设备的细节的方框图。

图3是示出图1所示的第一实施方式的图像分析设备的第一变形例的示意图。

图4是示出图1所示的第一实施方式的图像分析设备的第二变形例的示意图。

图5是图1所示的图像分析设备的时序图。

图6是示出成像对象的散斑对比度、对象速度和曝光时间之间的关系的曲线图代替图。

图7是示意性地示出根据本技术的图像分析设备的第二实施方式的概念的示意性概念图。

图8是示出图7所示的第二实施方式的图像分析设备的第一变形例的示意图。

图9是示出图7所示的第二实施方式的图像分析设备的第二变形例的示意图。

图10是图7所示的图像分析设备的时序图的第一示例。

图11是图7所示的图像分析设备的时序图的第二示例。

图12是示意性地示出根据本技术的图像分析设备的第三实施方式的概念的示意性概念图。

图13是图12所示的图像分析设备的时序图。

图14是根据本技术的第一实施方式的图像分析方法的流程图。

图15是根据本技术的第二实施方式的图像分析方法的流程图。

具体实施方式

下面，将参考附图描述用于实现本技术的合适实施方式。下面将描述的每个实施方式示出了本技术的代表性实施方式的示例，使得本技术的范围不会被实施方式狭义地解释。注意，将按以下顺序进行描述。

1、根据第一实施方式的图像分析设备

(1)光源

(2)调制单元

(3-1)曝光控制单元

(3)散斑图像成像单元

(4)同步单元

(4-1)同步单元的变形例

(5)分析单元

(6)存储单元

(7)显示单元

(8)成像对象

2、根据第二实施方式的图像分析设备

(1)根据第二实施方式的图像分析设备的变形例

3、根据第三实施方式的图像分析设备

(1)曝光时间改变单元

4、根据第一实施方式的图像分析方法

(1)调制步骤

(2)同步步骤

(3)光照射步骤

(4)散斑图像成像步骤

(5)分析步骤

(6)存储步骤

(7)显示步骤

5、根据第二实施方式的图像分析方法

(1)曝光时间改变步骤

<1、根据第一实施方式的图像分析设备>

将参考图1至图6描述根据本技术的图像分析设备的第一实施方式。

在图1和图2所示的图像分析设备1至少包括光源11、调制单元12、散斑图像成像单元13、同步单元14和分析单元15。此外，根据需要，图像分析设备1还可以包括存储单元16、显示单元17等。下面将详细描述每个部件。

(1)光源

光源11用相干光照射成像对象O。

从光源11发射的相干光表示光，其中，光通量中的任意两点处的光波之间的相位关系在时间上是不变并且恒定的，并且因此，即使在通过任意方法划分光通量之后提供大的光程差并再次叠加划分的光通量的情况下，也表现出完美的相干性。

激光作为相干光是有利的。作为发射激光的光源11，例如，可以使用氩离子(Ar)激光、氦-氖(He-Ne)激光、染料激光、氪(Cr)激光、分布式反馈(DFB)或光栅反馈半导体激光器等。其中，使用其中要输出的波长受控的半导体激光器是有利的。

此外，从光源11输出的光强度的调制频率不受特别限制，但是调制频率需要足以用于散斑成像。例如，为了将散斑呈现为运动图像，24Hz或更高的调制频率是有利的。为了使用户感知足够平滑的运动图像，120Hz或更高的调制频率更有利。

此外，例如，成像对象O通过光源11的光照射而暴露在光下的时间仅需要被设置成使得可以抑制在流体背景中示出的成像对象的脉动/搏动，并且可以进行流体分析。

在此，已知散斑对比度根据成像对象O的运动的存在/不存在而改变，并且在成像对象O静止的状态下增加，并且在成像对象O正在移动的状态下减小。为此，如图6所示，在成像对象O的速度高并且曝光时间的数值(例如，66.6ms)大的情况下，散斑对比度的数值也减小。

例如，在成像对象O是诸如脉动/搏动的心脏的生物样本并且使用散斑分析生物样本的血管状态的情况下，通常理解的是，小动脉具有约50mm/s的血流速度，而脉动/搏动具有约1到5mm/s。

因此，在根据本技术的图像分析设备中，成像对象O的曝光时间有利地设置为32ms或更小，更有利地，16.6ms或更小，并且进一步有利地，3.33ms或更小(参见图6)。

(2)调制单元

根据本技术的图像分析设备1包括调制单元12，该调制单元12调制从光源11发射的激光的强度。

由调制单元12调制强度的方法不受特别限制。例如，举例说明通过将半导体激光器用作光源11来改变供应至光源的电流的大小的方法(直接强度调制方法)、在外部向从作为光源11的半导体激光器输出的激光添加调制的方法(外部调制方法)等。

注意，图2至图4中所示的图像分析设备各自具有采用外部调制方法的配置，在该配置中，调制单元12与光源11分开设置。

换言之，对于根据本技术的调制单元12的配置，可以想到包含在光源11中的配置和设置在光源11外部的配置。

对于调制单元12包含在光源11中的配置，例如，举例说明上述分布式反馈(DFB)或光栅反馈半导体激光器。

同时，对于调制从光源11输出的激光的配置，例如，举例说明MEMS(微机电系统)、AOM(声光调制器)、EOM(电光调制器)、液晶快门、机械快门、斩波器等。

(3)散斑图像成像单元

在散斑图像成像单元13中，基于从用每个光源11的激光照射的成像对象O获得的散射光，来执行出现在成像对象O的表面上的散斑的成像。

该散斑图像成像单元13包括：成像光学系统，形成从成像对象O获得的散射光的图像；以及成像系统，接收由成像光学系统形成的图像的光。成像光学系统包括诸如CCD传感器或CMOS传感器的成像元件、成像透镜等。在CMOS传感器中，全局快门系统和卷帘快门系统是已知的，并且在根据本技术的图像分析设备1中，可以采用任何系统。

(3-1)曝光控制单元

在根据本技术的图像分析设备1中，散斑图像成像单元13包括控制成像对象O的曝光时间的曝光控制单元113。具体地，散斑图像成像单元13具有当要捕获散斑图像时调整成像元件中的所有像素暴露于光线下的状态的配置。更具体地，举例说明全局快门系统的CMOS传感器和卷帘快门系统的CMOS传感器。

换言之，在本技术中，散斑图像成像单元13的成像元件对应于曝光控制单元113。

只要本技术的效果不受损害，由散斑图像成像单元13执行的成像方法就不受特别限制，并且可以选择并且自由地组合使用一种或两种或更多种已知的成像方法。例如，可以举例说明使用上述成像元件的成像方法。

在散斑图像成像单元13中，例如，生成其中基于散斑映射伪血液流过的伪血管的图像等。由于散斑是如上所述的随机干涉/衍射图案，当诸如血液的光散射流体随时间移动或变化时，散斑也随时间变化。因此，可以观察流体与其他部分之间的边界。

注意，为了更清楚地阐明出现散斑的部分，散斑图像成像单元13可以具有一种配置，其中，例如，通过使用多个散斑图像来执行均衡，以减少散斑图像的不规则性。

此外，散斑图像成像单元13可以包括阻挡外部光的滤波器，以便能够积极地吸收来自成像对象O的散射光。

(4)同步单元

根据本技术的图像分析设备1包括同步单元14。在同步单元14中，使光源11的激光照射时间和散斑图像成像单元的成像时间彼此一致。

具体地，图1和图2所示的图像分析设备1的同步单元14向光源11和散斑图像成像单元13输出同步信号，同步信号用于使光源11的激光照射时间和散斑图像成像单元的成像时间彼此一致。结果，在光源11和散斑图像成像单元13中，基于输入的同步信号，同时执行激光照射和散斑图像的捕获。

在本技术中，同步单元的配置不限于上述配置，并且可以采用已知的配置。此外，图1和图2中所示的图像分析设备1具有一种配置，其中，从同步单元14向光源11和散斑图像成像单元13输出同步信号，但是获取同步信号的方法没有特别限制。下面将参考图3和图4描述该方法的另一示例。

(4-1)同步单元的变形例

图3是示出图1所示的第一实施方式的图像分析设备的第一变形例的示意图。从图3可以理解，在该图像分析设备101中，同步单元14从散斑图像成像单元13获取同步信号并且进一步将同步信号输出到光源11。

同时，图4是示出图1所示的第一实施方式的图像分析设备的第二变形例的示意图。在根据第二变形例的该图像分析设备102中，同步单元14从调制单元12获取同步信号并且进一步将同步信号输出到散斑图像成像单元13。

在根据本技术的图像分析设备中，同步单元14使得光源11的照射时间和散斑图像成像单元13的成像时间能够彼此一致，并且因此，可以增强使用散斑的分析精度。

(5)分析单元

根据第一实施方式的图像分析设备1包括分析单元15，该分析单元15基于由散斑图像成像单元13捕获的散斑图像来分析成像对象O的状态。

在该分析单元15中，例如，在由散斑图像成像单元13捕获的散斑图像中测量散斑的强度分布。

使用测量结果，测量散斑对比度，该散斑对比度是通过将强度分布的标准偏差除以强度分布的平均值而获得的值。通过散斑对比度的这种测量，在假定成像对象O是作为光散射流体的血管的情况下，可以通过使用散斑对比度的变化来执行血管造影。此外，由于散斑随时间变化，因此还可以分析血流速度。

注意，在这种情况下，只要不损害本技术的效果，测量散斑的强度分布或散斑对比度的方法不受特别限制，并且可以选择并自由地组合使用一种或两种或更多种已知的测量方法。

(6)存储单元

根据本技术的成像设备1可进一步包括存储单元16，存储单元16根据需要存储由散斑图像成像单元13捕获的散斑图像、由分析单元15测量的散斑对比度、分析单元15的分析结果等。

该存储单元16不一定包括在根据本技术的图像分析设备中，但是图像分析设备可以连接到例如外部存储装置，以存储散斑图像等。

(7)显示单元

根据本技术的图像分析设备可进一步包括显示单元17，显示单元17显示由散斑图像成像单元13捕获的散斑图像、分析单元15的分析结果等。该显示单元17不一定包括在根据本技术的图像分析设备中，并且例如，也可以使用外部显示器等。

(8)成像对象O

尽管根据本技术的图像分析设备可以将各种对象用作成像对象，但是图像分析设备可以适当地用于对包含例如作为成像对象的流体的对象进行成像。由于散斑的性质，不容易从流体生成散斑。为此，当通过使用根据本技术的图像分析设备1对包含流体的对象成像时，可以获得流体与其他部分之间的边界、流体的流速等。

更具体地，可以举例说明生物样本作为成像对象O，并且可以举例说明血液作为流体。例如，当根据本技术的成像设备1安装在手术显微镜、手术内窥镜等上时，可以在识别血管位置的同时进行手术。因此，可以进行更安全和高度精确的手术，并且因此，可以有助于医疗技术的进一步发展。

在此，在假定成像对象O是诸如脉动/搏动的心脏的内部器官并且通过使用散斑来分析在内部器官的血管中流动的血液的情况下，存在使用散斑的流体成像也捕获内部器官的脉动/搏动等的可能性，结果，可能难以捕获血流。

与上述相反，在根据本技术的图像分析设备1中，可以通过同步单元14的配置来呈现流体的运动，而不管成像对象O的脉动/搏动。

在下文中，将参考图5描述基于同步单元14的根据本技术的图像分析设备1的驱动序列的示例。

图5是图1所示的图像分析设备1(具体地，外部调制方法的图像分析设备1)的时序图，其中，调制单元12与光源11分开设置，并且其中，曝光控制单元113是全局快门系统的CMOS。

注意，在图5中，(a)示出了散斑图像成像单元13的成像时间，(b)示出了光源11的照明强度，(c)示出了调制单元12的强度调制时间，并且(d)示出调制结果的激光照明强度。

在此，在全局快门系统的CMOS用作曝光控制单元113的情况下，在所有像素中同时发生曝光开始的定时和曝光结束的时间，并且生成在曝光结束后的一定时间内禁用曝光的时间(图5中的“曝光禁用时间”)。

为此，在根据本技术的图像分析设备1中，例如，从光源11(b)恒定地发射激光，并且通过使用调制单元12(c)来调制激光的强度。结果，如图5所示，用强度被调制的激光照射成像对象O，并且同时，在成像对象O可以暴露在光线下的时间内，进行散斑图像成像单元13的成像。

利用如上所述配置的根据本技术的图像分析设备1，通过同步单元14的配置同时执行光源11的照射和散斑图像成像单元13的成像。为此，例如，即使当成像对象O的曝光时间被设置得短并且信号量减低时，也可以确保足够的亮度。

此外，在将成像对象O的曝光时间设置为32ms或更小的情况下，即使在脉动/搏动的生物样本用作成像对象O并且将血流作为流体来分析的情况下，没有捕获生物样本的脉动/搏动，并且只能捕获血流。

更有利的是，当成像对象O的曝光时间被设置为大约16.6ms，而散斑对比度在运动(搏动、振动)中降低时，散斑对比度没有充分降低，并且因此，可以捕获由于血流造成的对比度降低。更有利的是，当成像对象O的曝光时间被设置为3.33ms或更小时，散斑对比度几乎不会在运动(搏动、振动)时降低，并且因此，可以更可靠地捕获由于血流引起的散斑对比度的降低。

此外，在全局快门系统的CMOS用作曝光控制单元113的情况下，容易确保所有像素处于曝光状态的定时，并且可以确保整个屏幕上的均匀曝光量。

<2、根据第二实施方式的图像分析设备>

接下来，将参考图7和图8描述根据本技术的图像分析设备的第二实施方式。图7是示意性地示出第二实施方式的图像分析设备的概念的示意性概念图。此外，图8和图9是均示出图7中所示的图像分析设备的变形例的示意性概念图。

与在根据第一实施方式的图像分析设备1中一样，根据第二实施方式的图像分析设备包括光源11、调制单元12、包括曝光控制单元113的散斑图像成像单元13、同步单元14以及分析单元15。此外，根据第二实施方式的图像分析设备还可以根据需要包括存储单元16、显示单元17等。

同时，根据第二实施方式的图像分析设备与根据第一实施方式的图像分析设备1、101、102在调制单元12的配置上相同，而根据第二实施方式的图像分析设备与根据第一实施方式的图像分析设备1、101、102的不同之处在于：调制单元12包含在光源11中，即，光源11是调制光源。

注意，在以下描述中，与根据第一实施方式的图像分析设备1、101、102的配置相同的配置将由相同的附图标记表示，并且将省略其描述。

如上所述，在根据第二实施方式的图像分析设备2中，光源11包含调制单元12并且构成所谓的调制光源。因此，在根据第二实施方式的图像分析设备2中，从光源11发射强度被调制的激光。

另外，在图7所示的图像分析设备2中，由同步单元14获取的同步信号输出到光源11内的调制单元12。

此外，与在根据第一实施方式的图像分析设备1中一样，获取同步信号的方法不受限制。作为该方法的另一示例，可以想到图8和图8中所示的方法。

(1)根据第二实施方式的图像分析设备的变形例

换言之，图8是示出图7中所示的第二实施方式的图像分析设备的第一变形例的示意图。从图8中可以理解，该图像分析设备201采用同步单元14从散斑图像成像单元13获取同步信号的配置。

同时，图9是示出图7中所示的第二实施方式的图像分析设备的第二变形例的示意图。根据第二变形例的图像分析设备202采用同步单元14从调制单元12获取同步信号的配置。

在根据第二实施方式的那些图像分析设备2、201、202中，同步单元14使光源11的照射时间和散斑图像成像单元13的成像时间彼此一致，并且因此，可以增强使用散斑的分析精度。

在下文中，将参考图10和图10描述根据第二实施方式的图像分析设备2的驱动序列的示例。

图10是在根据第二实施方式的图像分析设备2中的曝光控制单元113是全局快门系统的CMOS的图像分析设备的时序图。

注意，在图10中，(a)示出了散斑图像成像单元13的成像时间，(b)示出了光源1的照明强度，并且(c)示出了调制结果的激光照明强度。

如上所述，由于光源11是根据第二实施方式的图像分析设备2中的调制光源，所以发射强度被调制的激光。另外，同步单元14使光源11的激光照射时间与散斑图像成像单元13的成像时间一致。

同时，图11是根据第二实施方式的图像分析设备2中的曝光控制单元113是卷帘快门系统的CMOS的图像分析设备的时序图。

注意，在图11中，(a)示出了散斑图像成像单元13的成像时间，(b)示出了光源1的照明强度，并且(c)示出了调制结果的激光照明强度。

在此，在卷帘快门系统的CMOS用作曝光控制单元113的情况下，各个像素的曝光开始定时在帧内逐渐地偏移。因此，所有像素处于曝光状态的时间A非常短(参见图11)。

与上述相反，在根据第二实施方式的图像分析设备2中，同步单元14使光源11的照射时间能够与散斑图像成像单元13的成像时间一致。此外，可以使光源11的照射时间和散斑图像成像单元13的成像时间与图11中所示的时间A一致。

利用如上所述配置的根据本技术的图像分析设备2，通过同步单元14的配置，同时执行光源11的照射和散斑图像成像单元13的成像。因此，例如，即使当成像对象O的曝光时间被设置为短并且信号量降低时，也可以确保足够的亮度。

此外，在脉动/搏动的生物样本用作成像对象O并且血流作为流体分析的情况下，成像对象O的曝光时间设置为32ms或更小的状态下，没有捕获生物样本的搏动/脉动，并且只能捕获血流。

此外，由于卷帘快门系统的CMOS用作曝光控制单元113，所以所有像素都处于曝光状态的时间短。通过在短时间内的照明，可以捕获具有均匀照明强度的图像并且正确地捕获血流信息。

<3、根据第三实施方式的图像分析设备>

接下来，将参考图12和图13描述根据本技术的图像分析设备的第三实施方式。与在根据第一实施方式的图像分析设备1中一样，根据第三实施方式的图像分析设备3包括光源11、调制单元12、散斑图像成像单元13、同步单元14以及分析单元15。此外，图像分析设备3可以进一步根据需要包括存储单元16、显示单元17等。

同时，根据第三实施方式的图像分析设备3与根据第一实施方式的图像分析设备1、101、102的不同之处在于：图像分析设备3包括曝光时间改变单元18并且曝光控制单元113是卷帘快门系统的CMOS。

注意，在以下描述中，与根据第一实施方式的图像分析设备1、101、102的配置相同的配置将由相同的附图标记表示，并且将省略其描述。

(1)曝光时间改变单元

如上所述，在卷帘快门系统的CMOS用作曝光控制单元113的情况下，各个像素的曝光开始定时在帧内逐渐地偏移，因此，所有像素都处于曝光状态下的时间A非常短(参见图11)。

因此，根据第三实施方式的图像分析设备3包括改变成像对象O的曝光时间的曝光时间改变单元18。

具体地，如图13所示，成像对象O的曝光时间设置得长，以便延伸两个帧。当以这种方式延长曝光时间时，即使曝光控制单元113是卷帘快门系统的CMOS，也可以将用于将成像对象O暴露到光线中的时间设置为对应于一个帧。

注意，由曝光时间改变单元18改变曝光时间的方法不受特别限制，并且可以采用已知方法。

另外，如图13所示，在根据第三实施方式的图像分析设备3中，同步单元14使光源11的照射时间能够与散斑图像成像单元13的成像时间一致。此外，曝光时间改变单元18延长了曝光时间，并且因此，容易使光源11的照射时间和散斑图像成像单元13的成像时间彼此一致。

利用如上所述的根据本技术的图像分析设备3，通过同步单元14的配置，同时执行光源11的照射和散斑图像成像单元13的成像。为此，例如，即使当成像对象O的曝光时间被设置得短并且信号量降低时，也可以确保足够的亮度。

此外，在成像对象O的曝光时间被设置为32ms或更小的情况下，即使当脉动/搏动的生物样本用作成像对象O并且血流作为流体分析时，没有捕获生物样本的搏动/脉动，并且只能捕获血流。

此外，当成像对象O的曝光时间被设置为大约16.6ms，而散斑对比度在运动(搏动、振动)中降低时，散斑对比度没有充分降低，并且因此，可以捕获由于血流造成的对比度降低。

此外，当成像对象O的曝光时间被设置为3.33ms或更小时，散斑对比度在运动(搏动、振动)时几乎不降低，因此，可以更可靠地捕获由于血流引起的散斑对比度的降低。

<4、根据第一实施方式的图像分析方法>

本技术还提供了一种图像分析方法。

根据第一实施方式的图像分析方法包括调制步骤、同步步骤、光照射步骤、散斑图像成像步骤和分析步骤。图像分析方法可以根据需要包括存储步骤和显示步骤。将以实际执行图像分析方法的顺序描述这些步骤。

(1)同步步骤

根据本技术的图像分析方法包括使光源的照射时间和散斑图像的成像时间同步的同步步骤。

具体地，执行将同步信号输入到发射作为相干光的激光的光源和捕获散斑图像的成像单元的处理。

可替换地，举例说明了执行从散斑图像的成像单元获取同步信号并将同步信号输入到光源的处理的方法。可替换地，还举例说明了执行从光源获取同步信号并将同步信号输入到成像单元的处理的方法。

(2)调制步骤

根据本技术的图像分析方法包括调制激光的强度的调制步骤。

通过该调制步骤执行的处理方法不受限制。例如，举例说明通过将半导体激光器用作光源来改变供应至光源的电流的大小的方法(直接强度调制方法)、在外部向从作为光源的半导体激光器输出的激光添加调制的方法(外部调制方法)等。

因此，图14示出了直接强度调制方法，其中，在光照射步骤之前执行调制步骤，但是可以允许在通过外部调制方法的光照射步骤之后执行调制步骤。

(3)光照射步骤

根据第一实施方式的图像分析方法包括利用来自光源的激光照射成像对象的步骤。

在该光照射步骤中使用的光源的示例包括氩离子(Ar)激光、氦-氖(He-Ne)激光、染料激光、氪(Cr)激光、分布式反馈(DFB)或光栅反馈半导体激光器等。其中，使用其中要输出的波长受控的半导体激光器是有利的。

在光照射步骤中发射的激光中的光强度的调制频率不受特别限制，但是调制频率需要足以用于散斑成像。例如，为了将散斑呈现为运动图像，24Hz或更高的调制频率是有利的。为了使用户感知足够平滑的运动图像，120Hz或更高的调制频率更有利。

此外，仅需要设置在光照射步骤中成像对象O的曝光时间，使得可以抑制在流体背景中显示的成像对象的脉动/搏动，并且例如，可以进行流体分析。

例如，在成像对象O是诸如脉动/搏动的心脏的生物样本并且使用散斑分析生物样本的血管状态的情况下，通常理解的是，小动脉具有约50mm/s的血流速度，而脉动/搏动具有约1到5mm/s。因此，在根据本技术的图像分析设备中，成像对象O的曝光时间有利地设置为32ms或更小，更有利地，16.6ms或更小，进一步有利地，3.33ms或更小。

(4)散斑图像成像步骤

根据第一实施方式的图像分析方法包括散斑图像成像步骤，该步骤用于基于通过光照射步骤获得的散射光来捕获散斑图像。

该散斑图像成像步骤中的成像方法不受特别限制，并且可以选择并且自由地组合地使用一种或两种或更多种已知的成像方法。例如，可以举例说明使用诸如CCD(电荷耦合器件)的成像元件、全局快门系统的CMOS传感器或卷帘快门系统的CMOS传感器的成像方法。

在根据本技术的图像分析方法中，全局快门系统的CMOS传感器或卷帘快门系统的CMOS传感器用作成像元件的情况下，可以调整成像元件中的所有像素暴露在光线下的状态。

换言之，在使用全局快门系统的CMOS的情况下，可以使在所有像素中，同时发生曝光开始的定时和曝光结束的定时。同时，在使用卷帘快门系统的CMOS的情况下，各个像素的曝光开始定时在帧内逐渐地移动。因此，缩短了所有像素处于曝光状态的时间。

(5)分析步骤

在根据第一实施方式的图像分析方法的分析步骤中，例如，在由散斑图像成像单元13捕获的散斑图像中测量散斑的强度分布。使用测量结果，测量散斑对比度，该散斑对比度是通过将强度分布的标准偏差除以强度分布的平均值而获得的值。

通过散斑对比度的这种测量，在假定成像对象O是作为光散射流体的血管的情况下，可以通过使用散斑对比度的变化来执行血管造影。此外，由于散斑随时间变化，因此还可以分析血流速度。

注意，在这种情况下，只要不损害本技术的效果，测量散斑的强度分布或散斑对比度的方法不受特别限制，并且可以选择并自由地组合使用一种或两种或更多种已知的测量方法。

(6)存储步骤

根据第一实施方式的图像分析方法可以根据需要包括存储步骤。

在该存储步骤中，存储在散斑图像成像步骤中捕获的散斑图像、在分析步骤中测量的散斑对比度、在分析步骤中的分析结果等。

(7)显示步骤

根据第一实施方式的图像分析方法可以根据需要包括显示步骤。在该显示步骤中，例如，在显示器上显示在散斑图像成像步骤中捕获的散斑图像、在分析步骤中的分析结果等。

通过包括上述步骤的根据第一实施方式的图像分析方法，由于包括同步步骤，所以可以同时执行光源的照射和散斑图像的捕获。为此，例如，即使当将成像对象O的曝光时间设置得短并且信号量降低时，也可以确保足够的亮度。

此外，在成像对象O的曝光时间被设置为32ms或更小的情况下，即使在脉动/搏动的生物样本用作成像对象O并且要分析的血流作为流体的情况下，没有捕获生物样本的搏动/脉动，并且只能捕获血流。

此外，在使用全局快门系统的CMOS的情况下，容易确保所有像素处于曝光状态的时间，并且可以确保在整个屏幕上的均匀曝光量。

<5、根据第二实施方式的图像分析方法>

与在根据第一实施方式的图像分析方法中一样，根据第二实施方式的图像分析方法可以包括调制步骤、同步步骤、光照射步骤、散斑图像成像步骤和分析步骤，并且可以根据需要包括存储步骤和显示步骤。

同时，根据第二实施方式的图像分析方法与根据第一实施方式的图像分析方法的不同之处在于：根据第二实施方式的图像分析方法将卷帘快门系统的CMOS用作散斑图像成像步骤中的成像元件并包括改变成像对象O的曝光时间的曝光时间改变步骤。

在以下描述中，将省略与根据第一实施方式的图像分析方法的步骤共同的步骤的描述。

(1)曝光时间改变步骤

在根据第二实施方式的图像分析方法中，在光照射步骤中发射激光之后，执行改变成像对象O的曝光时间的曝光时间改变步骤。

在此，如上所述，在使用卷帘快门系统的CMOS的情况下，各个像素的曝光开始定时在帧内逐渐地移动，并且因此，所有像素都处于暴露状态的时间变短。

因此，在曝光时间改变步骤中，例如，执行将成像对象O的曝光时间设置得长以便延伸两个帧的处理。当以这种方式延长曝光时间时，可以将成像对象O暴露于光线中的时间设置为对应于一个帧。

通过如上所述的根据第二实施方式的图像分析方法，可以通过同步步骤同时执行光源的照射和散斑图像的捕获。

因此，例如，即使当将成像对象O的曝光时间设置得短并且信号量降低时，也可以确保足够的亮度。

此外，在将成像对象O的曝光时间设置为32ms或更小的情况下，即使在脉动/搏动的生物样本用作成像对象O并且血流作为流体分析的情况下，没有捕获生物样本的搏动/脉动，并且只能捕获血流。

更有利的是，当成像对象O的曝光时间被设置为约16.6ms，而散斑对比度在运动(搏动、振动)中降低时，散斑对比度没有充分降低，并且因此，可以捕获由于血流造成的对比度降低。更有利的是，当成像对象O的曝光时间被设置为3.33ms或更小时，散斑对比度在运动(搏动、振动)时几乎不降低，并且因此，可以更可靠地捕获由于血流引起的散斑对比度的降低。

注意，根据本技术的图像分析设备还可以具有以下配置。

(1)一种图像分析设备，包括：

光源，用具有受控波长的激光照射成像对象；

调制单元，调制激光的强度；

散斑图像成像单元，捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；

同步单元，使激光的照射与散斑图像成像单元的成像同步；以及

分析单元，分析由散斑图像成像单元捕获的散斑图像。

(2)根据(1)所述的图像分析设备，进一步包括：曝光控制单元，控制成像对象的曝光时间。

(3)根据(1)或(2)所述的图像分析设备，其中，光源在成像对象的曝光时间内辐射激光。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的图像分析设备，其中，曝光控制单元采用全局快门系统。

(5)根据(1)至(3)中任一项所述的图像分析设备，其中，曝光控制单元采用卷帘快门系统。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的图像分析设备，其中，成像对象的曝光时间为32.2ms或更少。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的图像分析设备，其中，光源是分布式反馈半导体激光光源或光栅反馈半导体激光光源。

(8)一种图像分析方法，包括：

光照射步骤，用于用具有受控波长的激光照射成像对象；

调制步骤，用于调制激光的强度；

同步步骤，用于使激光的照射与散斑图像成像单元的成像同步；

散斑图像成像步骤，用于捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；以及

分析步骤，用于分析由散斑图像成像单元捕获的散斑图像。

符号的说明

1、101、102、2、201、202、3 图像分析设备

11 光源

12 调制单元

13 散斑图像成像单元

14 同步单元

15 分析单元

16 存储单元

17 显示单元

18 曝光时间改变单元

113 曝光控制单元

O 成像对象。

Claims (8)

1.一种图像分析设备，包括：

光源，用具有受控波长的激光照射成像对象；

调制单元，调制所述激光的强度；

散斑图像成像单元，捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；

同步单元，使激光的照射与所述散斑图像成像单元的成像同步；以及

分析单元，分析由所述散斑图像成像单元捕获的散斑图像。

2.根据权利要求1所述的图像分析设备，进一步包括：

曝光控制单元，控制所述成像对象的曝光时间。

3.根据权利要求2所述的图像分析设备，其中，

所述光源在成像对象的曝光时间内辐射激光。

4.根据权利要求3所述的图像分析设备，其中，

所述曝光控制单元采用全局快门系统。

5.根据权利要求3所述的图像分析设备，其中，

所述曝光控制单元采用卷帘快门系统。

6.根据权利要求4或5所述的图像分析设备，其中，

所述成像对象的曝光时间为32.2ms或更少。

7.根据权利要求6所述的图像分析设备，其中，

所述光源是分布式反馈半导体激光光源或光栅反馈半导体激光光源。

8.一种图像分析方法，包括：

光照射步骤，用具有受控波长的激光照射成像对象；

调制步骤，调制所述激光的强度；

同步步骤，使激光的照射与散斑图像成像单元的成像同步；

散斑图像成像步骤，捕获从用激光照射的成像对象的散射光获得的散斑图像；以及

分析步骤，分析由所述散斑图像成像单元捕获的散斑图像。