一种旋转式光学层析成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术属于光学成像领域，具体地讲涉及一种旋转式光学层析成像系统及成像方法，所述系统包括沿着待测物待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜和阵列探测器；所述阵列探测器连接计算机。相应地，本发明专利技术还提供了一种旋转式光学层析成像方法。本发明专利技术的系统具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。

A rotating optical tomography system and imaging method

The invention belongs to the field of optical imaging, in particular relates to a rotary optical tomographic imaging system and imaging method, the system includes the analyte to be measured along the front direction are sequentially arranged and dove prism array detector; the array detector is connected with the computer. Correspondingly, a rotating optical tomography method is also provided. The system of the invention has a rotating device of a single, relatively simple structure, overcomes the effect of rotating eccentric conical scanning and optical system defocus effect, reduces the reconstruction algorithm when the correction difficulty, and enhance the stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转式光学层析成像系统及成像方法
本专利技术属于光学成像领域，具体地讲涉及一种旋转式光学层析成像系统及成像方法。
技术介绍
随着光学技术的发展以及人们对图像质量的要求越来越高，各种新的成像系统也在不断出现。但是目前现有的成像方法主要是利用圆锥扫描式光学层析系统进行成像，圆锥扫描式光学层析系统主要是将圆锥扫描后的图像经过调制盘进行分割从而获得层析信号，该系统结构比较复杂，所需的光学元器件较多，加上受到圆锥扫描时的旋转偏心和光学系统离焦的作用，使后期图像重构时的算法和修正难度较大，系统的稳定性较差。由于存在上述缺陷，现有的利用圆锥扫描式光学层析系统的成像系统显然已经不能满足人们对成像的需求。因此，提出一种结构简单、系统稳定的光学成像系统很有必要。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一是提供了一种旋转式光学层析成像系统，本系统采用旋转式光学系统，具有单一的旋转装置，结构比较简单，克服了圆锥扫描时的旋转偏心作用和光学系统离焦作用，减小了后期算法重构时的算法修正难度，提升了系统的稳定性。本专利技术采用以下技术方案：一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于，包括沿着待测物待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜和阵列探测器；所述阵列探测器连接计算机。优选的，所述道威棱镜以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机电连接；所述待测物和阵列探测器视场的中心点均位于道威棱镜的光轴所在直线上。进一步优选的，所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜转动一个所述周期角度，所述阵列探测器获取道威棱镜位于转动后的位置时的待测物的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器通过信号同步控制器实现同步。更进一步优选的，所述阵列探测器设置为面阵工作模式。进一步优选的，所述阵列探测器设置为线阵工作模式时，所述道威棱镜和阵列探测器之间设有柱面镜。更进一步优选的，所述柱面镜采用平凸柱面透镜；所述柱面镜的凸面正对道威棱镜，所述柱面镜的平面垂直于所述光轴，所述柱面镜的中心点位于道威棱镜的光轴所在直线上；所述柱面镜的所有焦点均位于阵列探测器的靶面上。相应地，本专利技术还提供了一种采用前述旋转式光学层析成像系统的成像方法,包括如下步骤：S1，需要得到待测物待测面分辨率为n*n的图像时，将分辨率为n*n、黑底白点的标的图像置于待测物的位置，标的图像表示为S(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点S(x,y)表示第x行、第y列的像素点；电机带动道威棱镜绕其光轴旋转一个α角度，所述α角度小于180°且180/α为整数，使标的图像在光照下产生的反射光射入道威棱镜，经过道威棱镜后所射出的光线射在阵列探测器的靶面上形成另一个图像投影，阵列探测器采集图像投影信息，获得标的图像的图像投影数据；然后继续使道威棱镜转动α角度，直至道威棱镜旋转180°，此时得到180/α个图像投影，图像投影表示为Si(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜旋转180°所需的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Si(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；S2，找出步骤S1中获得的标的图像的180/α个图像投影Si(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(xi,yi)，i＝1,2,3…,180/α，其中第一张标的图像的图像投影S1(x,y)中白点的质心坐标为(x1,y1)；然后通过采样拟合圆曲线方法对180/α个质心坐标(xi,yi)拟合成圆，得到拟合圆的圆心(A,B)，拟合圆的半径为R；S3，以步骤S2中得到的(A,B)为圆心，以质心坐标(x1,y1)为起始点将其围绕圆心旋转360°，每2α角度采集一次图像信息，共得到180/α张质心坐标(x1,y1)的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α，点Hi(corrxi,corryi)表示第i张旋转图像质心的坐标，具体公式如下：corrxi＝[(x1-A)cos(2ai)-(y1-B)sin(2ai)]corryi＝[(x1-A)sin(2ai)-(y1-B)cos(2ai)]S4，对步骤S2中获得的180/α个图像投影Si(x,y)中的质心坐标(xi,yi)和步骤S3中得到的拟合圆圆心的图像Hi(corrxi,corryi)，通过以下公式求差：Vector(i,1)＝corrxi-xiVector(i,2)＝corryi-yi其中，Vector(i,1)和Vector(i,2)分别表示第i张图像在水平方向和垂直方向上的平移矢量；S5，将步骤S1中的标的图像换成待测物，待测物的待测面表示为U(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点U(x,y)表示第x行、第y列的像素点，重复步骤S1，获得待测物(10)的180/α个图像投影，表示为Ui(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜(20)旋转180°的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Ui(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；S6，将待测物(10)待测面的180/α个图像投影Ui(x,y)均在水平方向上平移Vector(i,1)、在垂直方向上平移Vector(i,2)，得到校正后的180/α个图像投影Vi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α；S7，对步骤S6中获得的待测物待测面的多个图像投影Vi(corrxi,corryi)进行滤波处理，得到多个经过修正的线投影，再将此修正后的线投影做反投影运算，即进行反投影重建，得到多个投影图像，将此多个投影图像整合重建成最终的重构图像。优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：S11，对标的图像的多个图像投影Si(x,y)分别进行二值化，得到二值化图像，对于任意一个图像投影Si(x,y)，每个二值化图像通过下述公式可求质心坐标(xi,yi)，公式如下：其中，点(x,y)是二值化图像中灰度值为1的像素点，N表示二值化图像中灰度值为1的像素点的总个数；S12，设拟合圆的圆心为(A,B)，拟合圆的半径为R，则各个质心坐标(xi,yi)到圆心的距离di表示为：di2＝(xi-A)2+(yi-B)2各个质心坐标(xi,yi)到圆心(A,B)的距离的平方与半径R平方的差表示为：δi＝di2-R2＝xi2+yi2-2Axi-2Byi+A2+B2-R2取a＝-2A,b＝-2B,c＝A2+B2-R2,得到：δi＝di2-R2＝xi2+yi2+axi+byi+cS13，令Q(a,b,c)为δi的平方和,表示为：Q(a,b,c)＝∑δi2＝∑[(xi2+yi2+axi+bxi+c)]2求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值最小。Q(a,b,c)对a,b,c求偏导，令偏导等于0，得到极值点，比较所有极值点的函数值即可得到Q(a,b,c)的最小值。解此方程组,得到参数a,b,c。通过公式A＝a/-2、B＝b/-2、也就得到A、B、R的估计拟合值，即求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：包括沿着待测物(10)待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜(20)和阵列探测器(40)；所述阵列探测器(40)连接计算机(50)。

【技术特征摘要】
1.一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：包括沿着待测物(10)待测面的正面方向依次顺序布置的道威棱镜(20)和阵列探测器(40)；所述阵列探测器(40)连接计算机(50)。2.根据权利要求1所述的一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：所述道威棱镜(20)以其光轴为旋转轴，由电机带动旋转，所述电机与计算机(50)电连接；所述待测物(10)和阵列探测器(40)视场的中心点均位于道威棱镜(20)的光轴所在直线上。3.根据权利要求2所述的一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：所述电机采用步进的控制方式，电机每转动一个设定的周期角度即带动道威棱镜(20)转动一个所述周期角度，所述阵列探测器(40)获取道威棱镜(20)位于转动后的位置时的待测物(10)的图像投影数据；所述电机和所述阵列探测器(40)通过信号同步控制器实现同步。4.根据权利要求3所述的一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：所述阵列探测器(40)设置为面阵工作模式。5.根据权利要求3所述的一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：所述阵列探测器(40)设置为线阵工作模式时，所述道威棱镜(20)和阵列探测器(40)之间设有柱面镜(30)。6.根据权利要求5所述的一种旋转式光学层析成像系统，其特征在于：所述柱面镜(30)采用平凸柱面透镜；所述柱面镜(30)的凸面正对道威棱镜(20)，所述柱面镜(30)的平面垂直于所述光轴，所述柱面镜(30)的中心点位于道威棱镜(20)的光轴所在直线上；所述柱面镜(30)的所有焦点均位于阵列探测器(40)的靶面上。7.一种根据权利要求4或6所述的旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，需要得到待测物(10)待测面分辨率为n*n的图像时，将分辨率为n*n、黑底白点的标的图像置于待测物(10)的位置，标的图像表示为S(x,y)，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点S(x,y)表示第x行、第y列的像素点；电机带动道威棱镜(20)绕其光轴旋转一个α角度，所述α角度小于180°且180/α为整数，使标的图像在光照下产生的反射光射入道威棱镜(20)，经过道威棱镜(20)后所射出的光线射在阵列探测器(40)的靶面上形成另一个图像投影，阵列探测器(40)采集图像投影信息，获得标的图像的图像投影数据；然后继续使道威棱镜(20)转动α角度，直至道威棱镜(20)旋转180°，此时得到180/α个图像投影，图像投影表示为Si(x,y)，i＝1,2,3…,180/α，180/α表示道威棱镜(20)旋转180°所需的次数，x、y分别表示水平方向和垂直方向上的坐标，x＝1,2,3…,n，y＝1,2,3…,n，点Si(x,y)表示旋转第i次获得图像投影的第x行、第y列的像素点；S2，找出步骤S1中获得的标的图像的180/α个图像投影Si(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(xi,yi)，i＝1,2,3…,180/α，其中第一张标的图像的图像投影S1(x,y)中白点的质心坐标为(x1,y1)；然后通过采样拟合圆曲线方法对180/α个质心坐标(xi,yi)拟合成圆，得到拟合圆的圆心(A,B)，拟合圆的半径为R；S3，以步骤S2中得到的(A,B)为圆心，以质心坐标(x1,y1)为起始点将其围绕圆心旋转360°，每2α角度采集一次图像信息，共得到180/α张质心坐标(x1,y1)的旋转图像Hi(corrxi,corryi)，i＝1,2,3…,180/α，点Hi(corrxi,corryi)表示第i张旋转图像质心的坐标，具体公式如下：corrxi＝[(x1-A)cos(2ai)-(y1-B)sin(2ai)]corryi＝[(x1-A)sin(2ai)-(y1-B)cos(2ai)]S4，对步骤S2中获得的180/α个图像投影Si(x,y)中的质心坐标(xi,yi)和步骤S3中得到的拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保生，权靓，岳翔，王易诚，刘善林，陶晓杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34