本发明专利技术涉及一种单次快照多频解调的方法，在时间域或空间域对由一个或多个原始成分经不同频率调制相加得到的调制图像、尤其是包含有多个不同频率成分的调制图像，首先依次提取出每个像素点的各个频率交流(AC)和直流(DC)分量值，进而得到相应各个频率交流(AC)和直流(DC)的原始成分图像。该方法可以用于时域或空域中，利用一次测量就能分解出多个频率成分图像，具有速度快、解调精度更高以及去噪效果很好的优点，满足了一次性获取多个频率信息量的需求，克服了多次测量中不能避免的误差问题。同时，也可以利用该解调方法一次性传输多幅图像信息，实现在通讯领域多信息并行实时传输。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间频域成像、实时多成分成像、时空域实时信号调制解调技术及多 组分图像信息传输，更具体地，涉及一种用于非接触式成像技术中涉及的单次快照多频解 调方法。
技术介绍
在生物医学成像领域中，新兴的空间频域成像（Spatial Frequency Domain Imaging，SFDI)作为一种新颖的非接触式成像技术，具有独一无二的空间上同时解析光学 吸收和散射参数的能力，允许宽视场量化组织光学参数分布。通过入射不同空间频率的空 间调制图案到样品区域并用CCD相机捕捉反射图像来获取样品的调制传递函数（MTF)。MTF 包含了重要的光学特性信息一一吸收系数（μ J和衰减散射系数（μ s'）。基于蒙特卡罗或 各种散射模型，通过非线性最小二乘法拟合或查表方法，由MTF数据可以反演计算出生物 组织的吸收系数与衰减散射系数的二维分布图。最后，通过光学参数的变化可以反推出组 织结构和组织成分的改变，进而做出相应疾病的诊断。 根据 Essex T. J. H.，Byrne R 0· A laser Doppler scanner for imaging blood flow in skin· Medical engineering and physics，1991，13(3) :189-194 的记载，假设 入射到样品的结构光强用函数表示为： 这里S。代表光源强度，M。是入射调制深度，f )!是空间频率，α是空间相位，X是空 间坐标。 从样品反射出来被CCD照相机捕获的光可以分解为直流DC部分和交流AC部分： I = Iac+Idc (2) 样品反射光的AC部分可以用函数表示为： Iac= M Ac (X，fx) X cos (2 π X+a ) (3) 这里表征散射光子密度波的调制，此因子在混沌介质中依赖于组织的光学特 性，目前的主流作法是基于扩散理论或蒙特卡罗的光传输方法进行建模。为了得出，必 须对信号进行解调，传统的标准作法是三相移法（在文献Neil MAA，Juskaitis R，Wilson T. Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope. Opt. Lett 1997 ;22 (24) :1905 - 1907. 中提 到）。即若样品是在一个特定频率正弦波的三个相位差a = 0,2 31/3,4 31/3处进行光照， 测得三幅光强图像L、12、I3，则Mac因子可以用式（4)解调方程来计算。 为了进一步得到组织的光学参数，ΜΑε需要在不同空间频率使用三个相位投影来测 量。首先，多种频率的光投射到样品，这种方式是以多个相位投影到样品并用方程（4)进行 解调。然后，漫反射在每一个空间频率都使用硅校准模型的已知光学参数来进行校准，从而 矫正MTF值。最后在图像上的每一个像素点使用一个逆模型得出各独立波长的光学参数。 总的来说，传统的SFDI的成像步骤及光学参数的获得步骤如下： a)将包含多种频率fx的调制光投影到样品上，并通过C⑶相机采集从样品反射回 的光强； b)每一个光照频率在三个相位点成像，然后用解调公式（4)进行解调，并由公式 (5)得出每一个像素点的反射率R，其中MTF systeni由已知光学参数校准模型在同一条件下测 量获得： Mac(X1) = I0MTFsysten(X1)XR(X1) (5) c)每一个像素点的R值利用光传输模型的蒙特卡罗方法或查表获得吸收系数μ a 和衰减散射系数μ^的二维映射分布。 由上可知，三相移标准法，即给定三个不同初始相位（0°，120°，240° )，通过 公式求解出交流分量和直流分量，该方法被公认为解调交流/直流分量的"金标准"，但该 方法在实际成像中需要至少三次成像才能够解调出交流分量，限制了成像时间和成像次 数。除此之外，根据 Nadeau，Κ. Ρ.，Durkin，A. J.，Tromberg，Β. J. · Advanced demodulation technique for the extraction of tissue optical properties and structural orientation contrast in the spatial frequency domain. Journal of Biomedical Optics，2014,19 (5) :056013.的记载，还可以利用Hilbert变换法在单个相位的条件下解 调出交流分量，这能够大大提高光学参数测量效率，但其仅能实现单个相位的交流分量解 调，并且噪声抑制效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供了一种单次快照多频解调 法，该方法可以快速解调出多个不同频率的交流成分幅值和直流分量。 为达到上述目的，本专利技术采取的解决方案为： -种单次多频快照解调法，其包括：在时间域或空间域中，对于包含有一个或多个 频率的调制图像，首先依次提取出每个像素点的各个频率交流（AC)和直流（DC)分量值，进 而得到相应于各个频率AC和DC的原始成分图像。 进一步地，对于具有一种频率或两种以上不同频率的交流分量的调制图像，首先， 取一 T1XTJ^矩阵作为基核（Kernel)，其中T ρ T2分别为各交流分量周期的横向和纵向分 量最小公倍数；然后在图像中，按照预定顺序依次以每个像素点为矩阵左上角选取基核大 小的基核单兀，并分别与相对应的基核图案作积分求和处理。 进一步地，其中积分求和处理进一步包括：图像中的每个基核单元分别与同频率、 同方向的余弦及正弦基核图案作乘法处理后，再进行积分求和，从而得到与原始图像尺寸 大小相同的余弦调制和正弦调制图案。 进一步地，其中对于具有不同频率f\、f2、…的交流分量的调制图像，各分量关系 如公式（6)所示： 其中，k彡1为交流调制分量个数，4、仁和A分别为各交流成分幅值、频率和空间 初始相位，HI 1G 、nie 共同决定了交流调制条纹的方向，且需满足公式（7)， B为直流分量，X、y为空间坐标。 其中，进一步利用公式（8)解调出调制图案的交流成分幅值，利用公式（9)解调出 直流成分： 其中，σ为图像中每个像素点对应的基核单元。1\、T2分别为各交流分量周期的 横向和纵向分量最小公倍数； 其中，进一步地，对于基核图案，提取图像的不同频率或方向的交流成分时，基核 图案也不相同，并且基核图案与提取交流调制图案具有相同的频率和方向。 其中，进一步地，所述预定顺序为以图像左上角为起点，依次从左到右、从上到下 的顺序。 此外，还提供了一种空间频域成像方法，其包括将包含一种或多种频率的调制光 投影到样品上，并通过CCD相机采集从样品反射回的光强、透射出光强或激发出的荧光光 强；其中所述CCD相机采集的光分解为直流（DC)部分和交流（AC)部分，其特征在于所述 CCD相机采集的光采用前面所述的单次多频快照解调法进行解调。 此外还提供了一种信号传输方法，其中包括前述的空间频域信息的调制及解调方 法。 由此可见，本专利技术提出一种单次快照多频解调法，在空间域由一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单次多频快照解调方法，其包括：在时间域或空间域中，对于包含有一个或多个频率的调制图像，首先依次提取出每个像素点的各个频率交流(AC)和直流(DC)分量值，进而得到相应于各个频率AC和DC的原始成分图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏，曾碧新，曹自立，林维豪，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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