CN205336416U - 一种影像扫描系统及影像扫描模块 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种影像扫描系统及影像扫描模块，其中系统包括：影像板和影像扫描装置，影像扫描装置包括：中央控制模块以及与其电性连接的影像板传动模块、影像扫描模块以及图像处理模块；影像板传动模块包括影像板传送机构，用于带动影像板移动；影像扫描模块用于在中央控制模块的控制下扫描影像板，包括用于发射激光的激光器、激光调整光路以及用于带动激光调整光路旋转的电机；激光调整光路至少包括与电机转子连接的无源分光装置，用于对激光进行分光以获得N路激光，N≥2；N路激光位于同一平面内且分时扫描影像板的不同行以获得每行的数字信号流；中央控制模块用于发送数字信号流至图像处理模块以便生成数字图像。

Description

一种影像扫描系统及影像扫描模块

技术领域

本实用新型属于X射线计算机摄影成像领域，尤其是使用激光对影像板记录的影像信息进行扫描的系统及影像扫描模块。

背景技术

当X射线穿透成像物体，入射到含有光激励荧光粉的影像板(ImagingPlate,IP)上，会产生一帧潜影(LatentImage)，并存储在影像板中。用一定波长的激光激励影像板，影像板会发射出强度和潜影能量分布一致的荧光，这些荧光被收集、转换成电信号并数字化，从而将潜影转换成可以传输和存储的二维数字图像。

传统的影像板扫描装置，包括使用旋转电机带动激光光路旋转，沿着圆柱形表面对影像板进行逐行扫描，但是这种扫描方式会存在比较大的数据读取间隙。尤其在牙医领域，大多使用尺寸较小的影像板，因此仅能沿着圆柱表面很小的角度区域布置影像板，造成激光光束会在大部分读取时间里扫描不到影像板，导致影像读取时间较长。实际应用中，大约仅有10％的读取时间段激光光束会扫描到影像板上。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种影像扫描系统及影像扫描模块，能够对图像进行高速扫描，避免大多数时候激光都在空扫的状态。

为实现上述目的，本实用新型实施例一方面一种影像扫描系统，包括：影像板和对所述影像板进行扫描以获得图像的影像扫描装置，所述影像扫描装置包括：中央控制模块以及与所述中央控制模块均电性连接的影像板传动模块、影像扫描模块以及图像处理模块；

所述影像板传动模块包括影像板传送机构，用于在中央控制模块的控制下带动所述影像板由所述影像扫描模块的进片口向所述影像扫描模块的出口移动；

所述影像扫描模块用于在中央控制模块的控制下扫描所述影像板，包括用于发射激光的激光器、激光调整光路以及用于带动所述激光调整光路旋转的电机；

所述激光调整光路至少包括与所述电机转子连接的无源分光装置，用于对所述激光进行分光以获得至少N路激光，所述N≥2；所述N路激光位于同一平面内且用于分时扫描所述影像板的不同行以获得每行的数字信号流；

所述中央控制模块用于发送所述数字信号流至所述图像处理模块；

所述图像处理模块用于根据所述数字信号流生成数字图像。

优选的，所述N路激光的光强度相同。

优选的，所述N路激光的相邻两激光之间的夹角θ相等且不小于所述影像板在行扫描方向上的扫描夹角θ1。

优选的，所述Nθ＝360°。

优选的，所述激光调整光路还包括与所述激光器连接的聚光透镜组，所述聚光透镜组包括用于限束的光阑以及用于对限束后的激光进行聚焦的至少一个透镜。

优选的，所述无源分光装置包括相互连接的无源光耦合器以及光分路器，

所述光耦合器用于将所述透镜聚焦后的光耦合到光纤中；

所述光分路器用于将所述光纤中的光分配到N个光纤中。

优选的，所述无源分光装置包括光分路器，

所述光分路器用于将所述光纤中的光分配到N个光纤中；

所述激光调整光路还包括光纤旋转连接器，所述连接器的定子与所述透镜机械连接且所述连接器的转子与所述光分路器机械连接。

优选的，所述激光调整光路还包括分别设于所述N个光纤的出光口处的聚光透镜组。

优选的，所述光分路器的最大分光光纤束数量N_max＝floor(2πR/w+0.5)–1；所述R为扫描半径，所述w为所述影像板的行扫描方向的长度，所述的π为圆周率常数，所述的函数floor()表示截断取整数操作。

优选的，所述激光调整光路还包括由至少一个弧面镜组成的荧光收集光路。

优选的，所述影像板传动模块还包括位置传感器，用于对行扫描进行定位并将定位信息发给中央控制模块；

所述中央控制模块，用于将所述行扫描的定位信息发给图像处理模块；

所述图像处理模块，用于根据所述数字信号流和所述行扫描的定位信息进行图像拼接以生成数字图像。

本实用新型第二方面还提供了一种如上所述的影像扫描模块。

本实用新型通过使用光分路器，将激光器发出的激光分成N路，并分时扫描影像板的不同行，使得电机带动光分路器旋转一周，可以对影像板的N行进行扫描，相比现有技术，电机旋转一周扫描的行数增加，提高了扫描速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是扫描系统结构图；

图2是影像扫描装置结构图；

图3是影像传动模块结构图；

图4是影像扫描模块结构图；

图5是激光调整光路结构示意图；

图6是图5中的聚光透镜组结构示意图；

图7是4路激光结构示意图；

图8是带有透镜组的4路激光结构示意图；

图9是现有技术扫描示意图；

图10是本实用新型4路激光扫描示意图；

图11是利用现有技术扫描得到的信号流示意图；

图12是利用本实用新型4路激光扫描得到的信号流示意图；

图13是本实用新型实施例中华的扫描示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本实用新型涉及一种用于计算机X射线的影像扫描系统。如图1所示，该系统包括记录有已曝光潜像的影像板(ImagingPlate，也称IP板)、通过使用激光连续快速扫描该影像板、对激发的荧光进行收集、光电转换、A/D转换并将记录在影像板上的潜像转换成数字信息后合成一幅二维图像的影像扫描装置。

进一步的该系统还可以包括用于接收影像扫描装置输出的图像的工作台。该工作台可以为人机交互平台，通过软件的支持，可以进行扫描对象注册，启动影像扫描，浏览、分析、保存图像等功能。具体的，该工作台可以与扫描装置通过有线(如串口线、USB线、RJ45网线等)或者无线(如蓝牙、wifi、3G/4G等)的方式进行连接。当然该工作台还可以接受用户的指令对影像扫描装置进行控制。

如图2所示，上述的影像扫描装置主要由影像板传动模块1、影像扫描模块2、图像处理模块3以及中央控制模块4组成。当然进一步的还可以根据需要设置网络驱动模块、电源模块等，此处对此不做具体介绍。

需要注意的是，图2中的影像板并非影像扫描装置的有机组成部分，只是作为插入的待扫描对象用于示意。

以下对上述各模块做具体描述：

影像板传动模块1

影像板传动模块主要功能是，对插入到扫描模块入口处的影像板的上下端面进行感应；判断影像板插入到入口后，启动电机#1带动影像板向前(扫描模块入口至出口的方向)慢速移动，直至影像板移出扫描模块；在激光开启过程中，通过对激光束位置的采样，间接对扫描影像进行定位以用于后续图像处理模块拼接图像。

如图3所示，为影像板传动模块结构示意图，其中影像板传动机构包括传送带、主动轮、从动轮、张紧轮、支撑结构、电机#1，以及电机驱动和控制电路#1。其中，其中，主动轮、从动轮、张紧轮用于带动和紧固传送带；影像板张紧轮用于紧固影像板和影像板弧面塑形(柔性影像板)。电机#1与传送带一起工作，带动影像板持续向前移动。所述的电机驱动及控制电路#1，用于驱动电机#1运行，并提供速度精度控制。

位置检测单元包括位置传感器以及位置检测电路。所述的位置传感器由多组光电对管或者光敏二极管构成，不仅能够检测到影像板是否插入或者移出扫描模块，还能对每行影像扫描进行初始零定位。所述的位置检测电路，用于驱动位置传感器工作，并进行有效信号检测。

影像扫描模块2

主要功能是，启动激光器至输出稳定功率的激光光束，光经过聚焦至一定的光斑大小后，垂直入射到影像板上某个很小的区域上，在该区域激发出与潜像灰度值成比例关系的荧光信号。激发的荧光信号经过光路收集，并经过光电转换、A/D转换等步骤，被等比例转换为数字信号流。

常规的影像板扫描装置，所述的激光光束一般会经过一个镜面反射装置，该装置会在电机带动下高速旋转，因此实现了影像板上所有区域的扫描。但是如背景技术所述，这样的装置当电机旋转一周时只能生成一行扫描图像。为了提高影像板扫描速度，本实用新型设计了一种改进的激光调整光路，上述激光器输出的激光光束，经过该激光调整光路后，能够输出多路经过聚焦的激光光束，这些光束离散分布，能够在电机带动下高速旋转，实现分时扫描影像板，电机旋转一周可以多次扫描影像板，获得多行扫描图像。改进装置的影像扫描模块结构示意图见图4。其中各结构介绍如下：

激光器以及激光器驱动电路

所述的激光器为影像扫描提供光源。激光器输出红光，光波长在600nm～700nm之间，要求单色性较好，可选择使用氦氖激光器或者特定波长的半导体激光器。所述的激光器驱动电路，为激光器提供恒流驱动，其中电流可调节，并确保激光器的温度稳定性。

激光调整光路

如图5所示，所述的激光调整光路，包括一个与激光器紧密连接的聚光透镜组，以及一套与高速电机转子固定连接的、用于激光分路的无源分光装置，用于对激光器的输出光源进行调整，确保投射到影像板上的光斑大小持续稳定在所要求的范围内，比如光斑应小于50微米。在本专利中，该激光调整光路通过增加无源分光装置(光分路器)，使得同时由多于一路的光输出，用于提高激光扫描速率。

所述的聚光透镜组，可以由光阑，一个或多个透镜，以及安装定位光阑和透镜的机械结构组成。典型的聚光透镜组如图6所示。所述激光器发出的特定波长的激光，其出射方向一般较为发散，因此可在其前端加光阑进行限束，遮挡发散角度较大的出射光。经过光缆整形的激光束，可通过一组或多组透镜对光束进行调整，使光束聚焦在图6中的F点。

上述的无源分光装置，至少包括无源的光耦合器以及光分路器，二者刚性连接在一起，并与电机#2的转子也刚性连接在一起。

所述的光耦合器，其作用是将经过上述聚光透镜组聚焦的光耦合到光纤中。在安装结构上，确保所述光耦合器的光纤端面与上述聚光透镜组的出光口尽量靠近，但是无任何形式的刚性连接。光纤端面应处于所述光耦合器的中心，并且结构安装保证光纤端面正好处在上述聚光透镜组的输出光焦点位置F处，用于将聚光透镜组输出的激光高效地耦合到光纤中。

本实用新型中，还可以不使用光耦合器，而使用光纤旋转连接器作为转接件，连接器的定子与上述聚光透镜组刚性连接，并且确保钉子的光纤端面正好处在上述聚光透镜组的输出光焦点位置F处，用于将聚光透镜组输出的激光高效地耦合到连接器定子的光纤中。连接器的转子与光分路器刚性连接，在电机#2的带动下，可以随动旋转。

所述的光分路器，实现将上述光耦合器光纤中的激光能量均匀地分配到N根光纤中。N≥2。为实现分时扫描，N路激光需要位于同一平面内。需要说明的是，为保证两路激光不会重复扫描同一行，相邻两路激光之间的夹角θ需不小于所述影像板在行扫描方向上的扫描夹角θ1。本实用新型中N路激光的出光方向在平面内可以是等角度也可以不是等角度，这就需要根据情况调整影像板的移动速度，以便实现每路激光可以扫描一行图像信号。

当然，为实现简单控制，本实用新型实施例中，还要实现对各光纤出光口位置以及光照方向的严格控制，具体要求如下：

1)各光纤的出光口以及出光方向分布在同一平面内；

2)各光纤的出光方向的反向延长线交汇于一点，即激光扫描的旋转中心点；

3)各光纤的出光方向在平面内等角度分布，Nθ＝360°。以四根分光光纤为例，则相邻两个出光方向之间夹角为90°，如图7所示。

4)各光纤的出光强度一致，并且强度足以完成一次良好的影像扫描。

N的值大于等于2且N的值有上限。假设扫描模块能够扫描的最大影像板尺寸为w×h，其中w为沿行扫描方向长度，h为沿影像板进给方向长度，扫描半径为R，则N的上限值定义为：

N_max＝floor(2πR/w+0.5)–1

上述N的上限值N_max保证了，在光分路器出光方向等角度分布情况下，当扫描激光光路在电机#2带动下高速旋转时，同一时刻只有一束激光可以照射到影像板上，不会出现重叠扫描的情况。

实际应用中，应根据影像读出速度要求、无源分光光路工艺实现的难易程度、以及电路延时等各种情况，优选N的取值。

优选地，为保证输出的激光仍是聚焦的，并且聚焦的焦点能够落在影像板上，还可以在各分光光纤的出光口设置额外的聚光透镜组，如图8所示。理想情况下各分光光束的经过聚光透镜组的会聚焦点应正好落在影像板位置。所述的聚光透镜组组成可以与激光器出口处的类似，也可以有所不同，只要实现既定的功能即可。

荧光收集光路

激光光束投射到影像板相应位置上，会瞬间激发出一定波长的荧光，荧光的强度与影像板上记录的潜像信息存在比例关系。荧光按照一定的角度分布规律向外散射，由荧光收集光路进行收集。荧光收集光路由一个弧面镜，或一组弧面镜拼接组成，目的是将从影像板表面散射出来的荧光，通过一次或多次发射，尽可能多地收集到光电转换器件的光收集窗口中。

所述的激发荧光的峰值波长在390nm左右。

所述的弧面镜应做内胆镀膜，确保良好的光反射特性，减少光的入射损耗。并且所述的弧面镜，不管其位置如何安装，应不能阻挡入射到影像板上的激光光束，必要时须在弧面镜上阻挡激光光束的位置开有空隙。

光电转换器件

用于收集进入器件窗口的荧光信号，并有效放大，按比例转换成一定强度的电流信号。典型地，激光扫描装置采用光电倍增管(PMT)进行光信号放大和光电转换的工作。

优选地，在荧光信号进入光电转换器件的光收集窗口之前，应先通过一个滤光透镜，该透镜能够允许上述峰值波长在390nm左右的荧光信号几乎无衰减的通过，却能够阻挡大部分其他波长的光信号，尤其是波长在600-700nm的入射激光的散射光。

信号采集控制电路

一方面为光电转换器件提供驱动和控制，另一方面实现电信号的A/D采样，将电流信号转换为数字信号。采样方式、采样率等参数由中央控制器设定。

电机#2，以及电机驱动和控制电路#2

电机#2，用于带动激光调整光路，尤其是带动其中的无源分光装置旋转，使得激光能够持续、匀速地沿圆周进行扫描。所述的电机驱动及控制电路#2，用于驱动电机#2运行，并提供速度精度控制。

图像处理模块3

图像处理模块，主要是在中央控制模块的调度下，完成从采集的信号流中将影像板潜影信息提取出来，并且准确无误地拼成一幅二维矩形图像。

所述的图像处理模块可以与中央控制模块集成在一起，也可以由单独的硬件构成，比如FPGA、DSP等。

由于在影像扫描模块的激光调整光路中使用了无源分光装置，因此电机#2旋转一周，激光光路完成了N行图像扫描。因此，图像处理模块需要能够准确地定位每行图像的起始点和结束点，确保拼接出来的二维图像准确无误。

需要说明的是对于获取到的图像可以采用同日申请的名称为“一种影像扫描装置及扫描方法”的专利中介绍的方法进行精确处理。

中央控制模块4

中央控制模块用于连接和控制外围各个执行功能模块，控制整个扫描装置的有序运行。中央控制单元可以是ARM+FPGA平台，可以是FPGA+DSP平台，也可以是单独的FPGA模块。

基于上述设计的影像板扫描装置，其扫描控制原理，以及与不使用光分路器的影像板扫描装置相比的优势，描述如下。

图9所示的影像板扫描平面示意图，其中的激光调整光路未使用光分路器，则电机#2旋转一周，只有一束光路L₁扫描影像板，形成一行图像。图像信号如图11所示。图中，A点为激光扫描的行扫描定位点，激光束L₁扫描到该点时，触发一行图像的扫描。B点、C点分别为一行影像的起始和结束边界。一般地，B点在A点之后被扫描到。

图10所示的影像板扫描平面示意图，其中的激光调整光路使用了光分路器，激光器入射的激光信号被分为N束，相邻激光束的夹角相同，均为θ，则有Nθ＝360°。电机#2旋转一周，则有N束光路L₁，L₂，…，L_N先后扫描影像板，形成N行图像，如图12所示。同样地，假设A点为激光扫描的行扫描定位点，B点、C点分别为一行影像的起始和结束边界，则形成的图像信号如图13所示。

假设所述的光分路器使用N束光纤(2≤N≤N_max)。则与图10所示的不使用光分路器的扫描光路相比，如图12所示的使用N路光分路器的扫描光路，在电机#2旋转一周时，有N束激光先后扫过影像板，可以获得N行扫描图像，而不使用光分路器的扫描光路，电机#2旋转一周只能获得一行扫描图像。

当电机#1同时带动影像板持续移动时，则N束激光扫描到影像板的位置有所不同。如图12所示。可以看出，各束激光均对影像板进行了有效的扫描，相应的信号均是有效的图像行信号。

显然地，使用N束激光扫描影像板时，扫描影像板的速度是使用单束激光的N倍。相应地，在像素物理尺寸指标不变的情况下，使用N束激光扫描时，电机#1带动影像板移动的速度也应是使用单束激光的N倍。这是本实用新型能够提高扫描速度的根本原因。

本实用新型使用光分路器，确保扫描平面内有等角度分布的N束扫描激光存在，则带动光路旋转的电机#2旋转一周，可以在影像板上扫描N行图像，其扫描速度是只有一束激光的扫描方法的N倍。

相应的本实用新型还提供了一种上述所述的影像扫描模块。

需要说明的是，上述系统及影像扫描模块具体可应用在牙科中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (12)

1.一种影像扫描系统，其特征在于，所述系统包括：影像板和对所述影像板进行扫描以获得图像的影像扫描装置，所述影像扫描装置包括：中央控制模块以及与所述中央控制模块均电性连接的影像板传动模块、影像扫描模块以及图像处理模块；

所述影像板传动模块包括影像板传送机构，用于在中央控制模块的控制下带动所述影像板由所述影像扫描模块的进片口向所述影像扫描模块的出口移动；

所述影像扫描模块用于在中央控制模块的控制下扫描所述影像板，包括用于发射激光的激光器、激光调整光路以及用于带动所述激光调整光路旋转的电机；

所述激光调整光路至少包括与所述电机转子连接的无源分光装置，用于对所述激光进行分光以获得N路激光，所述N≥2；所述N路激光位于同一平面内且用于分时扫描所述影像板的不同行以获得每行的数字信号流；

所述中央控制模块用于发送所述数字信号流至所述图像处理模块；

所述图像处理模块用于根据所述数字信号流生成数字图像。

2.如权利要求1所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述N路激光的光强度相同。

3.如权利要求1所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述N路激光的相邻两激光之间的夹角θ相等且不小于所述影像板在行扫描方向上的扫描夹角θ1。

4.如权利要求3所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述Nθ＝360°。

5.如权利要求4所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述激光调整光路还包括与所述激光器连接的聚光透镜组，所述聚光透镜组包括用于限束的光阑以及用于对限束后的激光进行聚焦的至少一个透镜。

6.如权利要求5所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述无源分光装置包括相互连接的无源光耦合器以及光分路器，

所述光耦合器用于将所述透镜聚焦后的光耦合到光纤中；

所述光分路器用于将所述光纤中的光分配到N个光纤中。

7.如权利要求5所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述无源分光装置包括光分路器，

所述光分路器用于将所述光纤中的光分配到N个光纤中；

所述激光调整光路还包括光纤旋转连接器，所述连接器的定子与所述透镜机械连接且所述连接器的转子与所述光分路器机械连接。

8.如权利要求5所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述激光调整光路还包括分别设于所述N个光纤的出光口处的聚光透镜组。

9.如权利要求4所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述光分路器的最大分光光纤束数量N_max＝floor(2πR/w+0.5)–1；所述R为扫描半径，所述w为所述影像板的行扫描方向的长度，所述的π为圆周率常数，所述的函数floor()表示截断取整数操作。

10.如权利要求1所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述激光调整光路还包括由至少一个弧面镜组成的荧光收集光路。

11.如权利要求1所述的一种影像扫描系统，其特征在于，所述影像板传动模块还包括位置传感器，用于对行扫描进行定位并将定位信息发给中央控制模块；

所述中央控制模块，用于将所述行扫描的定位信息发给图像处理模块；

所述图像处理模块，用于根据所述数字信号流和所述行扫描的定位信息进行图像拼接以生成数字图像。

12.一种如权利要求1-11所述的影像扫描模块。