本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中通過光對物體內(nèi)部進(jìn)行成像，特別是對人體內(nèi)部進(jìn)行成像，具有無損無創(chuàng)無輻射的突出優(yōu)點(diǎn)，但至今尚未有能夠進(jìn)入臨床使用的成像光系統(tǒng)，其原因在于現(xiàn)有的成像光系統(tǒng)精度低、信息量較小，無法滿足實(shí)際應(yīng)用中的需要。

為了提高圖像測量質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號為CN 104811617 A，公告日為2015年7月29的專利申請利用三角波作為激勵信號來提高成像質(zhì)量。

發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足：

由于現(xiàn)有的成像系統(tǒng)無一例外地均采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在靠近輸入極限(最大或最小幅值)時存在顯著的非線性，特別是輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號電平越低，得到的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的不確定度越大。

因此，采用純凈三角波作為激勵信號時，在三角波的低電平部分得到的數(shù)字信號的信噪比就很低，從而影響了圖像的總體信噪比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，本發(fā)明通過將三角波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的三角波，提高了圖像的總體信噪比，詳見下文描述：

一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：在樣品的一側(cè)成均勻分布一組預(yù)設(shè)波長的n×n個單色光源，對側(cè)在單色光源的軸線上設(shè)置CCD攝像頭，單色光源和CCD攝像頭聚焦在樣品的表面；CCD攝像頭外接計(jì)算機(jī)；

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源中的各個單色光源，CCD攝像頭中每個像素接收到單色光源中每個光源透過樣品的單色光組合；

在CCD攝像頭采集圖像的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，三角波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段，CCD攝像頭獲取到圖像的信噪比，進(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合的精度；

計(jì)算機(jī)對單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離得到各個單色光源對單色光組合的貢獻(xiàn)，據(jù)此對樣品進(jìn)行成像。

其中，作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的高電平部分，提高了CCD攝像頭獲取到圖像的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為CCD攝像頭采集的圖像動態(tài)范圍一半以上最佳。

其中，所述單色光源呈正方形均勻分布。

其中，所述單色光源為激光二極管；或，所述單色光源為單色二極管。

其中，所述單色光源為單色濾波片對白光濾波后的單色光。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波驅(qū)動單色光源，對CCD攝像頭檢測到的單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個單色光源對CCD攝像頭的貢獻(xiàn)，據(jù)此對樣品進(jìn)行高精度圖像重建。相較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104811617 A，公告日為2015年7月29的專利申請，本發(fā)明顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，改善了CCD攝像頭獲取到圖像的質(zhì)量；進(jìn)而提高了輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合的精度，計(jì)算機(jī)對單色光組合進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個單色光源對單色光組合的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對樣品進(jìn)行成像。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高速度、大信息的高精度測量，且具有結(jié)構(gòu)和電路簡單、器件和工藝要求低、調(diào)試容易、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的單色光源、樣品和CCD攝像頭相對位置示意圖；

圖3為不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的三角波激勵信號的示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

1：單色光源；2：樣品；

3：CCD攝像頭。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，參見圖1、圖2和圖3，所述成像光測量系統(tǒng)包括：一組n×n個單色光源1(用LD表示)和一個CCD攝像頭3，n≥3且為奇數(shù)(n為奇數(shù)，則最中間的光源或光敏器件可作為中線，便于對準(zhǔn)排布，其中，n的具體取值與樣品2的橫截面積相關(guān)，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制)。即在樣品2的一側(cè)成均勻分布一組預(yù)設(shè)波長的n×n個單色光源1，對側(cè)在單色光源1的軸線上設(shè)置CCD攝像頭3，單色光源1和CCD攝像頭3聚焦在樣品2的表面。

其中，優(yōu)選單色光源1呈正方形均勻分布；該成像系統(tǒng)還包括與CCD攝像頭3外接的計(jì)算機(jī)(圖中未示出)。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色光源，CCD攝像頭3中每個像素lm接收到單色光源1中每個光源透過樣品2的單色光組合I_lm。

本發(fā)明實(shí)施例抬高預(yù)設(shè)電平后，在CCD攝像頭3采集圖像的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，三角波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比；相較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104811617 A，公告日為2015年7月29的以純凈三角波作為激勵信號的專利申請，本發(fā)明實(shí)施例顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而改善了CCD攝像頭3獲取到圖像的質(zhì)量。

另外，由于抬高預(yù)設(shè)電平，噪聲水平?jīng)]有變化，在三角波信號的高電平部分，三角波信號相較于噪聲也有一定的改善，提高了在三角波信號高電平段的圖像的信噪比。

進(jìn)而，由于CCD攝像頭3獲取到的圖像(其中，CCD攝像頭3接收到的圖像中每個像素點(diǎn)是每個單色光源透過樣品2的單色光組合)的信噪比整體增強(qiáng)，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值優(yōu)選CCD攝像頭3采集的圖像動態(tài)范圍一半以上時，信號大于等于1/2圖像動態(tài)范圍，通過CCD攝像頭3采集到的信號的失真小、圖像質(zhì)量高。

計(jì)算機(jī)對單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個單色光源對單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。即，根據(jù)CCD攝像頭3中每個像素lm接收到的光強(qiáng)，反投影重建獲得樣品2的透射圖像，根據(jù)圖像分析樣品2中的組織信息，確定樣品組織的散射程度信息。該具體操作為本領(lǐng)域成熟的技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例對此不作贅述。

其中，計(jì)算機(jī)對單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到單色光組合I_lm中的各個單色光源的貢獻(xiàn)的步驟具體為：

1)假設(shè)以驅(qū)動單色光源的最高頻率f_max的4M倍速度對光電信號進(jìn)行采樣f_s＝4M×f_max，獲取采樣信號x(m)，其中M為大于等于1的正整數(shù)；

2)計(jì)算機(jī)將分別對各個波長對應(yīng)的每個三角波周期內(nèi)的正、負(fù)半個周期內(nèi)的采樣信號進(jìn)行累加，累加結(jié)果進(jìn)行求差運(yùn)算；

即，將一定時間(整數(shù)個三角波周期)內(nèi)的每個三角波的正半個周期的采樣值累加得到累加和，每個三角波的負(fù)半個周期的采樣值累加得到累加和，這兩個累加和相減。

3)將上述各個波長的差值進(jìn)行k個周期或整數(shù)倍k個周期累加，其中：

式中：f_min為激勵三角波中的最低頻率；a為預(yù)設(shè)常數(shù)，取值為大于或等于1的正整數(shù)，a/f_min為下抽樣的周期；f_n為所處理波長的三角波激勵頻率。

對幅值為x的被采樣值，如果在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(＞＞1)點(diǎn)并進(jìn)行平均，得到的平均值是

其中，[x]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x進(jìn)行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。x_i是第i點(diǎn)的幅值，[x_i]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x_i進(jìn)行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。

(3)式表明，對一個比較“干凈”的信號采樣多次進(jìn)行平均，并不能提高其精度，所得到的平均值的誤差與單次采樣的誤差相同，為Δx_i。

如果對幅值為x的被采樣鋸齒波，同樣在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(＞＞1)點(diǎn)并進(jìn)行平均，得到的平均值是

其中，x_i＝m_i+Δx_i，m_i＝[x_i]。也即m_i是圓整得到正整數(shù)，而Δx_i是被四舍五入后丟去的“隨機(jī)”誤差。

(4)式可以進(jìn)一步利用等差級數(shù)求和公式得到：

(5)式中的前一項(xiàng)是量化后的值，雖然比(3)式的結(jié)果小了一半，但按照誤差理論，一個數(shù)據(jù)的精度并不因乘以一個固定非零常數(shù)而改變。但后面一項(xiàng)中是零均值的隨機(jī)數(shù)，相比(3)式中的要降低倍，因此，對鋸齒波或三角波激勵信號進(jìn)行過采樣后同樣可以得到提高精度的效果，且不需要另外加高頻擾動信號。

本發(fā)明實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對樣品的成像。

實(shí)施例2

一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以激光二極管作為單色光源1為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個激光二極管，CCD攝像頭3中每個像素lm接收到單色光源1中每個激光二極管透過樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個激光二極管對單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對樣品的成像。

實(shí)施例3

一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以單色二極管作為單色光源1為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色二極管，CCD攝像頭3中每個像素lm接收到單色光源1中每個單色二極管透過樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個單色二極管對單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對樣品的成像。

實(shí)施例4

一種CCD攝像頭的抬高預(yù)設(shè)電平三角波頻率編碼成像系統(tǒng)，參見圖1和圖2，該實(shí)施例以單色濾波片對白光濾波后的單色光作為單色光源1為例進(jìn)行說明。

采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平三角波分別驅(qū)動一組單色光源1中的各個單色濾波片對白光濾波后的單色光，CCD攝像頭3中每個像素lm接收到單色光源1中每個單色光透過樣品2的單色光組合I_lm，計(jì)算機(jī)對單色光組合I_lm進(jìn)行解調(diào)分離可以得到各個單色光對單色光組合I_lm的貢獻(xiàn)，據(jù)此可以對樣品2進(jìn)行成像。

本發(fā)明實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波信號低電平段的圖像的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的圖像的信噪比，進(jìn)而提高了整個電平段的圖像信噪比，使得輸入到計(jì)算機(jī)中的單色光組合有較高的精度，進(jìn)而提高了高光譜圖成像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對樣品的成像。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。