CN115835030A - 一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统及方法，涉及抑制环境光干扰技术领域。包括高光谱成像设备、传感器模块、差分模块和滤波模块；传感器模块用于获得环境光成像信号，高光谱成像设备用于获得目标反射光和环境光混合的成像信号；差分模块用于将得到的环境光成像信号与得到的目标反射光和环境光混合的成像信号逐个像素点做差，得到环境光被初步抑制后的成像信号；滤波模块对初步抑制后的成像信号进行环境光噪声的二次滤除，得到最终的环境光被抑制的成像信号。本发明通过差分电路将光源与环境光产生的成像信号与环境光产生的成像信号做差，从而抑制高光谱设备在成像过程中受到的环境光干扰，提高了成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及抑制环境光干扰技术领域，尤其涉及一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
高光谱成像设备可用来检测病理切片不同波长的光谱信息，从而达到诊断或者预测预后等目的，由于使用的环境复杂多样，因此环境光条件也复杂多样。高光谱成像设备对病理切片的成像过程容易受到环境光的干扰，因此出于图像处理的目的，环境光通常被视作噪声，为提高成像质量，需要对成像过程中的环境光进行抑制。
目前用于分析病理切片的高光谱成像设备多使用暗箱进行环境光抑制，该方法所需设备体积大，使用不方便，且还会由于技术或硬件等原因导致漏光现象。还有一些方法利用深度学习等算法进行图像数据处理，以达到去除环境光噪声的目的，然而其抑制效果依赖于模型的质量，且计算过程繁琐，不能有效的保证环境光噪声的抑制效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统及方法，通过差分电路将光源与环境光产生的成像信号与环境光产生的成像信号做差，从而抑制高光谱设备在成像过程中受到的环境光干扰，从而提高成像质量。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明第一方面提供了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，包括：
高光谱成像设备、传感器模块、差分模块和滤波模块；传感器模块用于获得环境光成像信号，高光谱成像设备用于获得目标反射光和环境光混合的成像信号；差分模块用于将得到的环境光成像信号与得到的目标反射光和环境光混合的成像信号逐个像素点做差，得到环境光被初步抑制后的成像信号；滤波模块对初步抑制后的成像信号进行环境光噪声的二次滤除，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
进一步的，传感器模块包括图像传感器和带通滤光片A，带通滤光片A固定与传感器前，用于去除完全无关的波长段的环境光。
更进一步的，高光谱成像设备包括产生光源的相机和带通滤光片B，带通滤光片B设置于靠近相机镜头位置，带通滤光片B与带通滤光片A相同，以保证获得相同波段的成像信号。
更进一步的，图像传感器为CMOS图像传感器，其像素尺寸与相机相同。
更进一步的，获得环境光成像信号时，使图像传感器处于工作状态，高光谱成像设备处于待机状态。
更进一步的，获得目标反射光和环境光混合的成像信号时，使图像传感器处于待机状态，高光谱成像设备处于工作状态。
进一步的，差分模块包括差分电路，差分电路以串行方式将环境光产生的成像信号与目标检测模块混合光产生的成像信号进行逐像素点做差，输出环境光被初步抑制后的成像信号。
进一步的，滤波模块包括带有参数可变的带通滤波器的自适应滤波电路。
更进一步的，在自适应滤波电路的基础上设计一个反馈网络，通过计算滤波电路输出信号的信噪比判断当前滤波器参数是否为最优参数，若不是，通过控制信号改变滤波器参数得到更高质量的成像信号。
本发明第二方面提供了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制方法，包括以下步骤：
关闭光源，得到存在环境光时的成像信号
开启光源，得到光源光与环境光混合时的成像信号
将环境光时的成像信号以及光源光与环境光混合时的成像信号送入差分电路，得到环境光初步被抑制的成像信号；
差分电路输出的成像信号进入自适应滤波电路，进一步去除环境光所带来的影响，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明公开了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，通过对环境光物理抑制与数字抑制相结合，实现了对成像过程环境光影响的抑制，同时解决了通过暗箱抑制环境光体积大、不方便的问题。
本发明通过差分电路将光源与环境光产生的成像信号与环境光产生的成像信号做差，从而抑制高光谱设备在成像过程中受到的环境光干扰，本发明还通过滤波电路对初步得到的成像信号进一步滤除环境光噪声，从而提高成像质量。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中用于高光谱成像设备的环境光抑制工作原理图；
图2为本发明实施例一中差分模块的差分电路图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
实施例一：
本发明实施例一提供了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，包括：高光谱成像设备、传感器模块、差分模块和滤波模块，具体工作原理如图1所示。
传感器模块用于获得环境光成像信号，高光谱成像设备用于获得目标反射光和环境光混合的成像信号。
作为进一步的技术方案，传感器模块包括图像传感器和带通滤光片A，同时基于目标检测光的波长范围，传感器前固定一个400-1000nm的带通滤光片A，用于去除完全无关的波长段的环境光，提高精度。
图像传感器为CMOS图像传感器，其像素尺寸与相机相同，以保证测量的环境光成像信号与相机测量的成像信号尺寸相同。
高光谱成像设备包括产生光源的高光谱成像相机和带通滤光片B，带通滤光片B设置于靠近相机镜头位置，带通滤光片B与带通滤光片A相同，高光谱成像设备与图像传感器处于同一纵轴上，以保证获得相同波段的成像信号。高光谱成像设备与图像传感器处于同一纵轴上，可以通过构造一个辅助支架实现，相当于光源关闭时将传感器覆盖到高光谱成像设备镜头上，光源开启时再将传感器移开。
作为进一步的技术方案，获得环境光成像信号时，使图像传感器处于工作状态，高光谱成像设备处于待机状态。
获得目标反射光和环境光混合的成像信号时，使图像传感器处于待机状态，高光谱成像设备处于工作状态。
差分模块用于将得到的环境光成像信号与得到的目标反射光和环境光混合的成像信号逐个像素点做差，以保证最大可能去除环境光产生的噪声分量，得到环境光被初步抑制后的成像信号。
作为进一步的技术方案，差分模块包括差分电路，其电路结构如图2所示，电路的输入端是两个成像信号的差值，输出是对这两个输入信号之差的放大，差分电路以串行方式将环境光产生的成像信号与目标检测模块混合光产生的成像信号进行逐像素点做差，输出环境光被初步抑制后的成像信号。
滤波模块对初步抑制后的成像信号进行环境光噪声的二次滤除，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
作为进一步的技术方案，滤波模块包括带有参数可变的带通滤波器的自适应滤波电路。
在自适应滤波电路的基础上设计一个反馈网络，通过计算滤波电路输出信号的信噪比判断当前滤波器参数是否为最优参数，若不是，通过控制信号改变滤波器参数得到更高质量的成像信号。
作为进一步的技术方案，反馈网络的设计步骤为：首先根据滤波电路的输出计算信噪比，设定一个阈值，计算得到的信噪比高于这个阈值设定为高电平即数字信号1，低于这个阈值设定为低电平即数字信号0，将获得的数字信号作为控制信号，根据是信号1还是信号0调节滤波器的参数。
实施例二：
本发明实施例二提供了一种用于高光谱成像设备的环境光抑制方法，包括以下步骤：
步骤S1:关闭光源，得到存在环境光时的成像信号。
步骤S11、使CMOS图像传感器处于工作状态，高光谱成像设备处于待机状态，得到只存在环境光时的成像信号。
步骤S2：开启光源，得到光源光与环境光混合时的成像信号。
步骤S21、使CMOS图像传感器处于待机状态，高光谱成像设备处于工作状态，得到同时存在环境光与光源光时的成像信号。
步骤S3：将环境光时的成像信号以及光源光与环境光混合时的成像信号送入差分电路，得到环境光初步被抑制的成像信号。
步骤S31、以串行方式将环境光产生的成像信号与环境光与光源光时的成像信号进行逐像素点做差。
步骤S4：分电路输出的成像信号进入自适应滤波电路，进一步去除环境光所带来的影响，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
步骤S41、设计反馈网络来计算信噪比，按照信噪比的值通过控制器件发出控制信号进而自适应调整滤波电路的参数，以获得更好的滤波效果。
以上实施例二中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，包括：高光谱成像设备、传感器模块、差分模块和滤波模块；传感器模块用于获得环境光成像信号，高光谱成像设备用于获得目标反射光和环境光混合的成像信号；差分模块用于将得到的环境光成像信号与得到的目标反射光和环境光混合的成像信号逐个像素点做差，得到环境光被初步抑制后的成像信号；滤波模块对初步抑制后的成像信号进行环境光噪声的二次滤除，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
2.如权利要求1所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，传感器模块包括图像传感器和带通滤光片A，带通滤光片A固定与传感器前，用于去除完全无关的波长段的环境光。
3.如权利要求2所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，高光谱成像设备包括产生光源的相机和带通滤光片B，带通滤光片B设置于靠近相机镜头位置，带通滤光片B与带通滤光片A相同，以保证获得相同波段的成像信号。
4.如权利要求3所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，图像传感器为CMOS图像传感器，其像素尺寸与相机相同。
5.如权利要求2所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，获得环境光成像信号时，使图像传感器处于工作状态，高光谱成像设备处于待机状态。
6.如权利要求2所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，获得目标反射光和环境光混合的成像信号时，使图像传感器处于待机状态，高光谱成像设备处于工作状态。
7.如权利要求1所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，差分模块包括差分电路，差分电路以串行方式将环境光产生的成像信号与目标检测模块混合光产生的成像信号进行逐像素点做差，输出环境光被初步抑制后的成像信号。
8.如权利要求1所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，滤波模块包括带有参数可变的带通滤波器的自适应滤波电路。
9.如权利要求8所述的用于高光谱成像设备的环境光抑制系统，其特征在于，在自适应滤波电路的基础上设计一个反馈网络，通过计算滤波电路输出信号的信噪比判断当前滤波器参数是否为最优参数，若不是，通过控制信号改变滤波器参数得到更高质量的成像信号。
10.一种用于高光谱成像设备的环境光抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
关闭光源，得到存在环境光时的成像信号；
开启光源，得到光源光与环境光混合时的成像信号；
将环境光时的成像信号以及光源光与环境光混合时的成像信号送入差分电路，得到环境光初步被抑制的成像信号；
差分电路输出的成像信号进入自适应滤波电路，进一步去除环境光所带来的影响，得到最终的环境光被抑制的成像信号。
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