本发明专利技术公开了一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统及成像方法，属于内窥镜领域，该系统包括：相位板，置于光学系统的孔径光阑处，用于对进入光学系统的光波波前进行编码；图像探测器，设置于光学系统的焦平面处，用于对通过光学系统光波进行光电转换，并输出不同通道的中间图像；解码器，对不同通道的中间图像进行与编码相应的解码处理，分别获得不同通道的数字图像，并根据不同的使用模式对不同通道的数字图像进行融合，得到检测图像。该系统扩大了摄像头的景深，使其在使用过程中无需频繁调焦，减小由于离焦引入的各类像差，解决了不同通道难以同时取得相同清晰程度图像的问题，减少了光学元件的数目使摄像头尺寸变小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内窥镜领域，尤其涉及一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统及成像方法。
技术介绍
1、荧光内窥镜主要由激发光源、特制的光导、内镜系统、光学多通道采集以及图像处理系统组成。其工作原理为：利用注入人体内的荧光染料(吲哚菁绿icg)有选择性地在病变部位富集的特性，让光源发出特定波长的近红外光，使荧光染料被激发，引起电子由低能级(基态)跃迁至高能级(激发态)，激发态是不稳定的，因此电子又会由高能级释放能量回到低能级。能量以一定频率光波的形式被释放，产生的光波为荧光(815～850nm)。荧光染料发出的荧光被内镜系统接收后，通过光学多通道采集系统进行光电转换，然后经图像处理系统进行处理，得到荧光图像，最后将荧光图像与白光图像融合，实现对病变组织的荧光标记。实时显示病变区域荧光图像，可以帮助外科医生对病变区域的形状等特征进行判别，将其与正常健康组织区分，达到精准治疗的目的。
2、白光的波长范围为400～780nm，而荧光的波长范围为815～850nm，这就要求荧光内窥镜的摄像系统在宽光谱范围内(400～850nm)矫正像差，尤其是色差。通常，为了矫正色差，会使用双胶合消色差透镜，或三胶合复消色差透镜，并采用冕牌玻璃和火石玻璃的组合对色差进行补偿，或者使用有空气隔层的双镜片消色差透镜。采用这些方法矫正像差会增加摄像光学系统的复杂程度，并且重量和外形尺寸也会随之增大。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统及成像方法。</p>2、本专利技术提供一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，包括摄像头光学系统，用于使进入摄像头的光线在图像探测器处会聚成像，还包括：相位板，置于所述光学系统的孔径光阑处，用于对进入光学系统的光波波前进行编码；图像探测器，设置于所述光学系统的焦平面处，用于对通过光学系统光波进行光电转换，并输出不同通道的中间图像，所述不同通道包括红、绿、蓝和荧光通道；解码器，对不同通道的中间图像进行与编码相应的解码处理，分别获得不同通道的数字图像，并根据不同的使用模式对不同通道的数字图像进行融合，得到检测图像。
3、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述解码器具体用于：在白光模式下，根据预设的第一光学传递函数对红光通道的中间图像进行解码处理，根据预设的第二光学传递函数对绿光通道的中间图像进行解码处理，以及根据预设的第三光学传递函数对蓝光通道的中间图像进行解码处理，得到红、绿和蓝光通道的数字图像，并将到红、绿和蓝光通道的数字图像进行融合，形成白光检测图像；在荧光模式下，根据预设的第四光学传递函数对荧光通道的中间图像进行解码处理，得到荧光通道的数字图像，并将所述白光检测图像与荧光通道的数字图像进行融合，形成荧光检测图像；其中，所述第一光学传递函数根据加入相位板后的红光通道点扩散函数得到，所述第二光学传递函数根据加入相位板后的绿光通道点扩散函数得到，所述第三光学传递函数根据加入相位板后的蓝光通道点扩散函数得到，所述第四光学传递函数根据加入相位板后的荧光通道点扩散函数得到。
4、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述相位板的面型参数使红、绿、蓝和荧光通道的像面位置均处于光学系统的焦深范围内。
5、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述相位板的面型参数还使不同视场、不同通道调制传递函数一致。
6、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述相位板面型包括：
7、
8、其中，α为待确定的景深扩展因子，λ为不同通道的光波长，n为相位板材料的折射率，r为实际通光孔径的大小，x、y和z分别是x、y平面和轴向z的坐标。
9、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述光学系统的后端设有激发光过滤膜。
10、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统中，所述解码器采用维纳滤波法对每个通道的中间图像进行解码，解码后的图像根据下式确定：
11、
12、其中，f(u,v)为解码后图像的傅里叶变换，u,v为频域的二维坐标，|h(u,v)|2＝h*(u,v)·h(u,v)，h(u,v)为光学系统各通道的光学传递函数，h*(u,v)为h(u,v)的复共轭，sn(u,v)为噪声的功率谱，sf(u,v)为未退化图像的功率谱，g(u,v)为各通道中间图像的傅里叶变换。
13、本专利技术还提供一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法，包括：获取光学系统输出的不同通道的中间图像，所述中间图像经由置于所述光学系统孔径光阑处的相位板进行波前编码，所述不同通道包括红、绿、蓝和荧光通道；根据包括相位板在内整个光学系统的传递函数，结合所述中间图像的傅里叶变换，确定每个通道解码后图像的傅里叶变换，并根据每个通道解码后图像的傅里叶变换，确定每个通道的数字图像；根据不同的使用模式对不同通道的数字图像进行融合，得到检测图像。
14、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法中，所述根据包括相位板在内整个光学系统的传递函数，结合所述中间图像的傅里叶变换，确定每个通道解码后图像的傅里叶变换，包括根据下式确定解码图像的傅里叶变换：
15、
16、其中，f(u,v)为解码后图像的傅里叶变换，u,v为频域的二维坐标，|h(u,v)|2＝h*(u,v)·h(u,v)，h(u,v)为光学系统各通道的光学传递函数，h*(u,v)为h(u,v)的复共轭，sn(u,v)为噪声的功率谱，sf(u,v)为未退化图像的功率谱，g(u,v)为各通道中间图像的傅里叶变换。
17、在本专利技术的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法中，所述根据不同的使用模式对不同通道的数字图像进行融合，得到检测图像，包括：在白光模式下，将红、绿、蓝通道采集的数字图像进行融合，形成白光检测图像；在荧光模式下，将所述白光图像与荧光通道数字图像进行融合，形成荧光检测图像。
18、本专利技术产生的有益效果是：1、通过相位板对进入光学系统的光波波前进行编码，扩大了摄像头的景深，使其在使用过程中无需频繁调焦；2、能够明显改善由于内窥镜普遍存在较大视场而导致的各类像差，减小视场边缘和视场中央的像质差异；3、本专利技术中的荧光摄像头与传统荧光摄像头相比，对于宽工作波段引入的色差容忍度较高，在不使用复杂的光学镜片和结构的情况下，通过增加相位板对荧光通道进行编码和解码，从而使得荧光通道和其他通道均能获取清晰程度一致的图像，解决了传统荧光摄像头难以同时取得四幅相同清晰程度图像的问题，便于进行图像融合，提高了荧光标记的准确性；4、扩大光学系统的焦深，减小不同波长光通道、温度以及安装误差对系统产生的影响；5、在不使用复杂的光学镜片和结构的情况下，通过光学系统和解码系统共同承担获取高质量图像的任务，从而减少了光学元件的数目，使摄像头尺寸变小，重量变轻，成本降低。
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【技术保护点】
1.一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，包括摄像头光学系统，用于使进入摄像头的光线在图像探测器处会聚成像，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述解码器具体用于：
3.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板的面型参数使红、绿、蓝和荧光通道的像面位置均处于光学系统的焦深范围内。
4.根据权利要求3所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板的面型参数还使不同视场、不同通道的调制传递函数一致。
5.根据权利要求3或4所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板面型包括：
6.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述光学系统的后端设有激发光过滤膜。
7.根据权利要求1或2所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述解码器采用维纳滤波法对每个通道的中间图像进行解码，解码后的图像根据下式确定：
8.一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法，其特征在于，所述根据包括相位板在内整个光学系统的传递函数，结合所述中间图像的傅里叶变换，确定每个通道解码后图像的傅里叶变换，包括根据下式确定解码图像的傅里叶变换：
10.根据权利要求8所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统成像方法，其特征在于，所述根据不同的使用模式对不同通道的数字图像进行融合，得到检测图像，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，包括摄像头光学系统，用于使进入摄像头的光线在图像探测器处会聚成像，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述解码器具体用于：
3.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板的面型参数使红、绿、蓝和荧光通道的像面位置均处于光学系统的焦深范围内。
4.根据权利要求3所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板的面型参数还使不同视场、不同通道的调制传递函数一致。
5.根据权利要求3或4所述的基于波前编码技术的荧光内窥镜摄像系统，其特征在于，所述相位板面型包括：
6.根据权利要求1所述的基于波前编码技术的荧光内窥...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁周，毛军刚，任玲玲，
申请(专利权)人：卓外上海医疗电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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