基于智能手机的空间频域单次快照成像装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于智能手机的空间频域单次快照成像装置及其方法，它包括设置在手机背面的组合基座，所述组合基座包括主基座，所述主基座底部中空形成倒U型的卡槽，所述卡槽内配套卡合有卡座，所述卡座开孔端开设有聚光透镜安装孔，所述卡座开孔端延伸设置有延长基座，所述延长基座的延长端开设有摄像头透光孔，所述主基座的顶面开设有聚光透镜透光孔，所述主基座开孔端设置有中空的安装台，且安装台另一端与主基座表面形成插槽，所述安装台的安装孔上安装有安装座，所述安装座上安装有调焦部件。本发明专利技术以智能手机为基础，采用单次快照成像算法，极大简化了成像装置和步骤，可实现空间频域成像的便携化，有助于空间频域成像技术的推广使用。技术的推广使用。技术的推广使用。

【技术实现步骤摘要】
基于智能手机的空间频域单次快照成像装置及其方法


[0001]本专利技术涉及光学与测量领域，具体涉及一种基于智能手机的空间频域单次快照成像装置及其方法。

技术介绍

[0002]空间频域成像技术通过将具有一定空间频率的结构光投射到待测组织样本上，由相机采集经组织散射后的漫反射光照度图像，利用特定的光传输模型来反演组织体的光学特性参量分布。该技术具有无接触、检测面积大、有一定检测深度等优势，已被用于疾病诊断和农产品品质检测等方面。
[0003]传统的空间频域成像需要由电脑产生具有周期性分布的图案(如亮暗条纹)，由DLP投影仪将图案光投射在组织体上，由CCD相机拍摄图像。投影仪与组织体之间安装有中性密度滤光片和偏振片，CCD相机前安装有偏振片。此外，传统的空间频域成像采用三相移法进行解调，即需要采集同一调制频率下3个不同相位的漫反射图像，因此，需要电脑控制投影仪周期性的产生不同相位的图案光，同时控制CCD相机周期性的拍摄图像，增加了系统的复杂性，制约了检测的实时性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了及一种基于智能手机的空间频域单次快照成像装置及方法，本专利技术利用手机闪光灯照射幻灯片产生具有一定空间频率的结构光，利用手机摄像头拍摄图像；采用单次快照成像算法，降低了常规空间频域成像对实验装置的高要求，极大简化了成像装置和步骤，有助于空间频域成像技术的推广使用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计一种基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，它包括设置在手机背面的组合基座，所述组合基座包括主基座，所述主基座底部中空形成倒U型的卡槽，所述卡槽内配套卡合有卡座，所述卡座开孔端开设有聚光透镜安装孔，所述卡座开孔端延伸设置有延长基座，所述延长基座的延长端开设有摄像头透光孔，所述主基座的顶面开设有聚光透镜透光孔，卡座卡合在主基座的卡槽内时，聚光透镜透光孔位于聚光透镜安装孔正上方，且它们间形成安装聚光透镜的安装腔；
[0006]所述主基座开孔端设置有中空的安装台，且安装台另一端与主基座表面形成插槽，所述安装台的安装孔上安装有安装座，所述安装座上安装有调焦部件，所述聚光透镜安装孔、聚光透镜透光孔、插槽和安装台的安装孔和安装座由下至上构成透光通孔，使调焦部件与聚光透镜对应设置。
[0007]进一步地，所述主基座、卡座和延长基座底部均铺设有遮光胶垫(以防止闪光灯的光从缝隙中漏出，影响成像效果)。
[0008]再进一步地，所述插槽内同时插入有幻灯片和投影线性偏振片，且投影线性偏振片位于幻灯片上方。
[0009]再进一步地，所述幻灯片表面打印有等宽度、等间距的黑色条纹(经投影后可产生
具有特定空间频率的结构光；换用打印有不同宽度、间距条纹的幻灯片，可产生具有不同空间频率的结构光)。
[0010]再进一步地，所述摄像头透光孔前安装有成像线性偏振片(成像线性偏振片和所述的投影线性偏振片的偏振化方向相互垂直，以消除组织体表面直接反射光)。
[0011]再进一步地，所述调焦部件为装有投影透镜的套筒，所述套筒的外螺纹与安装座上的内螺纹相匹配(利用螺纹压圈将投影透镜固定在套筒中；通过旋转螺纹安装在安装座上，使所述的投影透镜和聚光透镜的光轴重合；套筒可以投影透镜的光轴为轴线转动，达到调焦的目的)。
[0012]再进一步地，所述延长基座上表面低于卡座。
[0013]本专利技术还提供了一种空间频域单次快照成像和数据处理方法，包括以下步骤：
[0014]1)将成像装置固定在手机背面，使装置上的聚光透镜位于手机闪光灯的正前方，延长基座上摄像头透光孔位于手机摄像头的正前方；
[0015]2)将幻灯片和投影线性偏振片插入插槽内，使手机闪光灯发出的光经聚光透镜后依次经过幻灯片和投影线性偏振片；
[0016]3)在较暗的环境下打开手机闪光灯，转动调焦部件，调节投影的距离和投影区域的大小，产生清晰的条纹状调制光；根据需要调节闪光灯亮度；
[0017]4)将待测组织体放在投影区域，打开手机摄像头，拍摄待测组织体的漫反射光照度分布图像；
[0018]5)将手机拍摄的图像上传至电脑，使用MATLAB软件进行图像数据处理，利用Hough变换识别图像中条纹的倾斜角，旋转、纠正图像使条纹的方向与图像的y轴方向平行；截取图像中的感兴趣区域(ROI)，作为需后续处理的图像I(x,y)；
[0019]6)对I(x,y)进行二维傅里叶变换得到F(n,m)；分别选用二维矩形带通窗口W
Rect,bandpass
(n,m)和二维矩形高通窗口W
Rect,highpass
(n,m)对F(n,m)进行滤波；对滤波结果再进行二维傅里叶逆变换，分别得到解调的直流(DC)频谱图像和交流(AC)频谱图像；其中，二维矩形带通窗口W
Rect,bandpass
(n,m)和二维矩形高通窗口W
Rect,highpass
(n,m)函数分别为：
[0020][0021][0022]其中，f
x
是空间调制光的空间频率，单位：mm
‑1，
[0023]f
c
是滤波窗口的截止频率，单位：mm
‑1，
[0024]f
max
是F(n,m)的最大频率，单位：mm
‑1，
[0025]d是ROI视场大小，单位：mm；
[0026]n和m是频谱图像F(n,m)的坐标；
[0027]W
Rect,bandpass
(n,m)和W
Rect,highpass
(n,m)分别是二维矩形带通窗口和矩形高通窗口函
数；
[0028]7)采用常规的空间频域成像的数据处理方法求解得到待测组织体各处的吸收系数μ
a
和约化散射系数μ
’
s
的分布。
[0029]作为优选方案，所述步骤7)中，求解具体方法如下：
[0030]a.预先根据待测组织体的光学参数范围，对范围内的吸收系数μ
a
和约化散射系数μ
’
s
值进行离散化，组合得到若干组光学参数(μ
a
,μ
’
s
)；
[0031]b.利用Monte Carlo模拟计算每一组(μ
a
,μ
’
s
)对应的组织体的漫反射值，建立数据库；
[0032]c.根据上述步骤6)解调获得的解调的直流频谱图像和交流频谱图像，与数据库中的模型进行拟合，得到待测组织体各处的吸收系数μ
a
和约化散射系数μ
’
s
。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]本专利技术以智能手机为基础，利用手机闪光灯照射幻灯片产生具有一定空间频率的结构光，手机摄像头拍摄图像，并采用单次快照成像算法，极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：它包括设置在手机背面的组合基座，所述组合基座包括主基座(1)，所述主基座(1)底部中空形成倒U型的卡槽(1.1)，所述卡槽(1.1)内配套卡合有卡座(2)，所述卡座(2)开孔端开设有聚光透镜安装孔(2.1)，所述卡座(2)开孔端延伸设置有延长基座(3)，所述延长基座(3)的延长端开设有摄像头透光孔(3.1)，所述主基座(1)的顶面开设有聚光透镜透光孔(1.2)，卡座(2)卡合在主基座(1)的卡槽(1.1)内时，聚光透镜透光孔(1.2)位于聚光透镜安装孔(2.1)正上方，且它们间形成安装聚光透镜(4)的安装腔；所述主基座(1)开孔端设置有中空的安装台(5)，且安装台(5)另一端与主基座(1)表面形成插槽(6)，所述安装台(5)的安装孔上安装有安装座(7)，所述安装座(7)上安装有调焦部件(8)，所述聚光透镜安装孔(2.1)、聚光透镜透光孔(1.2)、插槽(6)和安装台(5)的安装孔和安装座(7)由下至上构成透光通孔，使调焦部件(8)与聚光透镜(4)对应设置。2.根据权利要求1所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述主基座(1)、卡座(2)和延长基座(3)底部均铺设有遮光胶垫(9)。3.根据权利要求1所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述插槽(6)内同时插入有幻灯片(10)和投影线性偏振片(11)，且投影线性偏振片(11)位于幻灯片(10)上方。4.根据权利要求3所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述幻灯片(10)表面打印有等宽度、等间距的黑色条纹。5.根据权利要求1所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述摄像头透光孔(3.1)前安装有成像线性偏振片(12)。6.根据权利要求1所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述调焦部件(8)为装有投影透镜(13)的套筒，所述套筒的外螺纹与安装座(7)上的内螺纹相匹配。7.根据权利要求1所述基于智能手机的空间频域单次快照成像装置，其特征在于：所述延长基座(3)上表面低于卡座(2)。8.一种空间频域单次快照成像和数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将成像装置固定在手机背面，使装置上的聚光透镜位于手机闪光灯的正前方，延长基座上摄像头透光孔位于手机摄像头的正前方；2)将幻灯片和投影线性偏振片插入插槽内，使手机闪光灯发出的光经聚光透镜后依次经过幻灯片和投影线性偏振片；3)在较暗的环境下打开手机闪光灯，转动调焦部件，调节投影的距离和投影区域的大小，产生清晰的条纹状调制光；根据需要调节闪光灯亮度；4)将待测组织体放在投影区域，打开手机摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁驰竹，谭佐军，程其娈，刘越，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：