專利名稱：一種多維度成像檢測儀及其數據反演方法
技術領域：
本發明涉及一種用于醫學疾病診斷和生物特征識別領域的多維度成像檢測分析裝置和檢測對象的多維度數據反演方法。
背景技術：
生物醫學成像技術在過去幾十年取得了突飛猛進的發展，使疾病診斷技術逐步走向定量化、精細化，診斷水平也取得了長足的發展。在西醫領域，廣泛使用的成像方法主要有x射線造影術、X射線斷層掃描、正電子發射層析術、磁共振、超聲成像、光學相干層析成像技術等。在這些技術中光學成像由于具有無損、非接觸、使用簡單等優點，在一些診斷領域有著廣泛的應用。而在中醫領域，應用現代科學儀器來代替視覺診斷疾病的傳統望診方法，客觀地對望診的內容進行定性、定量分析，科學地做出判斷，從中得出規律性認識，研究其診斷客觀化，是實現中醫現代化的必然途徑。隨著現代科學的進一步發展，許多新技術、新方法被逐步引入生物醫學成像研究領域。在生物特征識別領域，光學成像技術也得到了廣泛的應用。生物特征識別是近年來發展起來的一門高新技術，利用與生俱來的生理和行為特征來鑒別每個人的真實身份。與傳統的以“物”認人的個人識別技術相比，這種技術具有更好的安全性和準確性，能克服傳統方法中的丟失、盜用、復制等缺點。為確保生物識別的準確性和可靠性，要求這些生物特征具有“人各有異”、“隨身攜帶”的特點。并且要求在提取這些生物特征時對被識別對象不會造成傷害。目前研究表明同時兼具這些特點的生理特征主要有指紋、掌紋、虹膜、人臉
坐寸O隨著醫學圖像診斷和生物特征識別技術的發展，成像方式逐步由二維發展到三維成像。近年來，眾多研究者開始致力于三維生物特征檢測與識別，且主要集中于三維人臉、人舌、人耳等的識別以及這兩者的結合。雖然與二維圖像相比，三維成像檢測技術可以為醫學診斷和生物特征識別提供更為豐富的可視化信息。但是這種三維成像技術只是提供了檢測對象的空間結構信息，在疾病早期診斷和生物特征識別領域的應用仍然存在一定的局限性。

發明內容
本發明的目的是針對現有三維成像技術用于疾病診斷和生物特征識別的不足而提供的一種多維度成像檢測儀。該成像檢測儀采用了全新的多維信息獲取方式，使用該檢測儀可以同時獲取檢測對象的三維空間結構信息、色彩信息和所有檢測點的光譜維信息，并可以通過模式識別和圖像處理方法對采集的數據進行融合處理和多維信息的反演。該成像檢測儀采集的多維度數據有助于綜合利用檢測對象的三維結構信息、色彩信息以及生理、生化等臨床指標信息實現疾病的早期診斷或者對目標進行多維的生物特征識別。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種多維度成像檢測儀，它包括光源控制器、光源、動鏡、聚光透鏡組、光濾波器、勻光中繼透鏡組、數字微鏡器件(DMD)、DMD控制器、透鏡組、反射鏡、投影鏡頭組、檢測目標、成像透鏡組、光束分離器、準直透鏡、濾光單元、會聚鏡、灰度電荷耦合器件(CCD )、彩色電荷耦合器件(CCD)、動鏡控制器、光濾波控制器、濾光單元控制器、數據采集和控制單元、標準色塊、計算機。所述光源、動鏡、聚光透鏡組、光濾波器、勻光中繼透鏡組、數字微鏡器件(DMD)、透鏡組、反射鏡、投影鏡頭組依次構成結構光產生光路；所述光源、反射鏡、聚光透鏡組、勻光中繼透鏡組、動鏡、透鏡組、反射鏡、投影鏡頭組依次構成照明光路；所述成像透鏡組、光束分離器、會聚鏡、彩色電荷耦合器件(CCD)依次構成彩色圖像成像光路；所述成像透鏡組、光束分離器、準直透鏡、濾光單元、會聚鏡、灰度電荷耦合器件(CCD)依次構成高光譜圖 像數據采集光路。其中，光源控制器的控制輸出端連接到光源的控制輸入端，控制光源的工作；光濾波控制器的控制輸出端連接到光濾波器上，控制光濾波器對白光進行濾波，分時輸出紅、綠、藍三色光；動鏡控制器的控制輸出端連接到動鏡的控制輸入端，控制動鏡的偏轉，用于切換照明光路；濾光單元控制器的控制輸出端連接到濾光單元的輸入端上，控制其分時工作于不同波長；數據采集和控制單元的控制輸出端連接至光源控制器的控制輸入端，控制光源的工作；數據采集和控制單元的控制輸出端連接至光濾波控制器的控制輸入端，控制光濾波器的工作；數據采集和控制單元的控制輸出端連接至DMD控制器的控制輸入端，控制DMD工作于不同狀態，按照軟件設定生成平行或特定圖案組成的結構光光條；數據采集和控制單元的控制輸出端連接至動鏡控制器的控制輸入端，控制動鏡的偏轉；數據采集和控制單元的控制輸出端連接至濾光單元控制器的控制輸入端，控制濾光單元的工作；灰度電荷耦合器件(CCD)、彩色電荷耦合器件(CCD)的數據輸出端連接到數據采集和控制單元的數據輸入端，上傳采集到的圖像數據并進行預處理和存儲；數據采集和控制單元的數據通信接口與計算機通信端口連接，一方面將采集的多維度圖像數據傳輸到計算機進行后續處理分析，另一方面接收計算機數據采集軟件的控制指令，對系統的光源控制器、光濾波控制器、動鏡、濾光單元控制器進行控制，使其協同工作采集出高質量多維度圖像數據。該數據既包含了目標的空間結構信息，也包含了每一象素點的光譜信息。通過對這些數據進行綜合分析，結合一定的智能識別算法，可以進一步提高對目標識別分析的精度，為疾病診斷和生物特征識別提供更為豐富的可用信息。在實際進行目標的多維度數據采集時，光源發出的白光經過動鏡反射后到達聚光透鏡組，然后經光濾波器、勻光中繼透鏡組照射到數字微鏡器件上，數字微鏡器件在DMD控制器的控制下與光濾波器配合，調制形成平行或特定圖案組成的彩色和灰度結構光條，經過透鏡組和反射鏡反射后，使用投影鏡頭組將結構光照射到被檢測目標上，檢測目標在結構光照射下的反射光經過成像透鏡組后被光束分離器分為兩路，一路經過會聚鏡后成像到彩色CCD上，用于采集結構光照射下目標的彩色圖像；另一路經過準直透鏡后，在濾光單元的工作下進行單波段選擇并經會聚鏡成像到灰度CXD上，經過連續采集，獲得結構光照明下的高光譜圖像數據。采集完成后動鏡進行光路切換，光源的白光經過反射鏡反射后到達聚光透鏡組，經勻光中繼透鏡組和動鏡反射后進入透鏡組和反射鏡，最后經投影鏡頭組照射到目標和標準色塊上，再分別使用彩色CCD和灰度CCD采集白光照射下目標的兩維彩色圖像和高光譜圖像數據。通過使用數據反演算法對這些數據進行處理，即可以反演出包含三維結構信息、色彩信息和光譜信息的目標多維度數據。本發明可以同時獲取檢測目標的三維空間結構信息和每一點對應的光譜信息，為疾病的早期診斷和生物特征識別提供了更為豐富的多維度信息，可以提高相關應用的識別分析精度，在相關領域具有良好的應用前景。


圖I為本發明系統結構示意 圖2為本發明多維度數據反演融合流程圖。
具體實施方式
實施例

下面以圖I為實施例，說明本發明的結構特征，技術性能和效果。本實施例中，光源2、動鏡301、聚光透鏡組401、光濾波器5、勻光中繼透鏡組601、數字微鏡器件(DMD )7、動鏡302、透鏡組9、反射鏡1002、投影鏡頭組11依次成光路連接，組成結構光產生光路，用于產生平行或特定圖案組成的彩色和灰度結構光條并照射到檢測目標12和標準色塊24上；光源2、動鏡301、聚光透鏡組402、勻光中繼透鏡組602、動鏡302、透鏡組9、反射鏡1002、投影鏡頭組11依次構成白光照明光路，對檢測目標12和標準色塊24進行白光照明；成像透鏡組13、光束分離器14、會聚鏡1702、彩色電荷耦合器件(CXD)19依次構成彩色圖像成像光路，用于采集檢測目標12和標準色塊24在結構光照射下的彩色圖像數據；成像透鏡組13、光束分離器14、準直透鏡15、濾光單元16、會聚鏡1701、灰度電荷耦合器件(CCD) 18依次構成高光譜成像光路，采集檢測目標12和標準色塊24在結構光照射下的高光譜圖像數據。光源控制器I、DMD控制器8、、動鏡控制器2001、動鏡控制器2002、光濾波控制器21、濾光單元控制器22、數據采集和控制單元23、計算機25構成了系統的數據采集處理和控制部分，用于控制系統協調工作、采集目標多維度數據并進行多維數據的反演融合。數據采集和控制單元23的控制輸出端連接到光源控制器I的控制輸入端，控制光源2的工作；數據采集和控制單元23的控制輸出端連接到動鏡控制器2001、2002的控制輸入端，動鏡控制器2001、2002的控制輸出端連接到動鏡301、302的控制輸入端，控制動鏡301、302的翻轉，用以切換照明光路；數據采集和控制單元23的控制輸出端連接到光濾波控制器21的控制輸入端，光濾波控制器21的控制輸出端連接到光濾波器5的控制輸入端,控制光濾波器5工作于紅綠藍不同的波長；數據采集和控制單元23的控制輸出端連接到DMD控制器8的控制輸入端，DMD控制器8的控制輸出端連接到數字微鏡器件(DMD) 7的控制輸入端，控制數字微鏡器件(DMD)7的翻轉，在光濾波器5的配合下形成不同的平行或特定圖案組成的結構光光條；數據采集和控制單元23的控制輸出端連接到濾光單元控制器22的控制輸入端，濾光單元控制器22的控制輸出端連接到濾光單元16的控制輸入端，控制濾光單元16連續工作于不同的波長，實現對檢測目標12和標準色塊24的高光譜圖像數據采集；灰度電荷耦合器件(CCD) 18、彩色電荷耦合器件(CCD) 19的數據輸出端連接到數據采集和控制單元23的數據輸入端，實現彩色和高光譜數據的采集；數據采集和控制單元23的通信端口連接到計算機25的通信接口上，接收計算機25上應用軟件對采集參數的設置并將采集的數據上傳到計算機25。計算機25上運行的數據采集和處理軟件可以對采集的各項參數進行設置，并使用一定的算法反演所采集的多維度數據。基于該成像檢測儀的多維度數據反演流程圖如圖2所示，動鏡301、302在動鏡控制器2001、2002的控制下實現光路的分時切換，經過光濾波器5和數字微鏡器件7的調制分時產生彩色結構光條、灰度結構光條以及白光照明光源；當結構光或者白光照射到檢測目標12上后，成像光路分時使用灰度電荷耦合器件18和彩色電荷耦合器件19分別采集檢測目標12和標準色塊24的彩色結構光圖像、灰度結構光圖像、單波段光條圖像以及白光照 明下的彩色圖像和高光譜圖像，使用標準色塊24的數據對采集結果進行校正處理，利用彩色結構光圖像、灰度結構光圖像、單波段光條圖像重構目標的三維結構信息數據，與校正后的彩色圖像和高光譜圖像進行融合，最后反演出檢測目標的多維度數據信息。
權利要求
1.一種多維度成像檢測儀，其特征在于該檢測儀包括光源控制器(I)、光源(2)、第一動鏡(301)、第二動鏡(302)、第一聚光透鏡組(401)、第二聚光透鏡組(402)、光濾波器(5)、第一勻光中繼透鏡組(601)、第二勻光中繼透鏡組(602)、數字微鏡器件(7)、數字微鏡器件控制器(8)、透鏡組(9)、第一反射鏡(1001)、第二反射鏡(1002)、投影鏡頭組(11)、檢測目標(12)、成像透鏡組(13)、光束分離器(14)、準直透鏡(15)、濾光單元(16)、第一會聚鏡(1701)、第二會聚鏡(1702)、灰度電荷耦合器件(18)、彩色電荷耦合器件(19)、第一動鏡控制器(2001)、第二動鏡控制器(2002)、光濾波控制器(21)、濾光單元控制器(22)、數據采集和控制單元(23)、標準色塊(24)及計算機(25)，所述光源(2)、第一動鏡(301)、第一聚光透鏡組(401)、光濾波器(5 )、第一勻光中繼透鏡組(601)、數字微鏡器件(7 )、第二動鏡(302 )、透鏡組(9)、第二反射鏡(1002)、投影鏡頭組(11)依次構成結構光產生光路；光源(2)、第一動鏡(301)、第一反射鏡(1001)、第二聚光透鏡組(402)、第二勻光中繼透鏡組(602)、第二動鏡(302)、透鏡組(9)、第二反射鏡(1002)、投影鏡頭組(11)依次構成白光照明光路；成像 透鏡組(13)、光束分離器(14)、第二會聚鏡(1702)、彩色電荷耦合器件(19)依次構成彩色圖像成像光路；成像透鏡組(13)、光束分離器(14)、準直透鏡(15)、濾光單元(16)、第一會聚鏡(1701)、灰度電荷耦合器件(18)依次構成高光譜成像光路；數據采集和控制單元(23)的控制輸出端分別連接到光源控制器(I)的控制輸入端、第一動鏡控制器(2001)的控制輸入端、第二動鏡控制器(2002)的控制輸入端、光濾波控制器(21)的控制輸入端、數字微鏡器件控制器(8 )的控制輸入端、濾光單元控制器(22 )的控制輸入端；光源控制器(I)的控制輸出端連接到光源(2)的控制輸入端；第一動鏡控制器(2001)的控制輸出端及第ニ動鏡控制器(2002)的控制輸出端分別連接到第一動鏡(301)的控制輸入端和第二動鏡(302)的控制輸入端；光濾波控制器(21)的輸出端連接到光濾波器(5)的控制輸入端；數字微鏡器件控制器(8)的控制輸出端連接到數字微鏡器件(7)的控制輸入端；濾光單元控制器(22)的控制輸出端連接到濾光單元(16)的控制輸入端；灰度電荷耦合器件(18)及彩色電荷耦合器件(19)的數據輸出端連接到數據采集和控制單元(23)的數據輸入端；數據采集和控制單元(23)的通信端ロ連接到計算機(25)的通信接口上。
2.根據權利要求I所述的多維度成像檢測儀，其特征在于所述光濾波器(5)和數字微鏡器件(DMD) (7)的分時調制產生投影用彩色和灰度結構光條。
3.根據權利要求I所述的多維度成像檢測儀，其特征在于所述濾光單元(16)是聲光調諧濾波器或液晶可調諧濾波器。
4.ー種使用權利要求I所述檢測儀實現檢測目標多維度數據的反演方法，其特征在于該方法是根據分時采集的檢測目標彩色結構光圖像、灰度結構光圖像、高光譜光條圖像反演檢測目標的三維結構信息，并與白光照明下的檢測目標彩色圖像和高光譜圖像進行融合，最后反演出檢測目標的多維度數據信息。
全文摘要
本發明公開了一種多維度成像檢測儀及其數據反演方法，該檢測儀包括光源控制器、光源、動鏡、聚光透鏡組、光濾波器、勻光中繼透鏡組、數字微鏡器件、DMD控制器、透鏡組、反射鏡、投影鏡頭組、檢測目標、成像透鏡組、光束分離器、準直透鏡、濾光單元、會聚鏡、灰度電荷耦合器件、彩色電荷耦合器件、動鏡控制器、光濾波控制器、濾光單元控制器、數據采集和控制單元、標準色塊及計算機。該成像檢測儀通過分時調制產生彩色結構光條、灰度結構光條以及光路切換實現白光照明，使用灰度電荷耦合器件配合濾光單元采集目標高光譜圖像數據和使用彩色電荷耦合器件采集目標結構光數據，通過融合所采集到的圖像和光譜信息反演出檢測目標的多維度信息，提高對檢測目標結構和功能上的識別分析精度。
文檔編號G06T5/50GK102846312SQ20121036761
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者李慶利, 王依婷, 劉洪英 申請人:華東師范大學