多光谱成像内窥检测系统和检测方法

摘要

一种多光谱成像内窥检测系统和检测方法，检测系统由设备外壳、半透半反镜、光源部、光纤、微透镜、滤光单元、CCD摄像头、计算机和单片机构成，本发明结合多光谱成像技术和光谱分光技术，解决了检测人体内部复杂环境下快速得获得彩色图像和多通道光谱信息的问题，采用时间信息融合和自适应曝光的方法，最终获得内窥环境下的光谱成像图，反映人体内部组织形貌特征和物质光谱信息。

主权项

一种利用多光谱成像内窥检测装置进行检测的方法，该多光谱成像内窥检测装置包括：设备外壳(1)、半透半反镜(2)、光源部(3)、光纤(4)、微透镜(5)、滤光单元(7)、CCD摄像头(8)、计算机(9)和单片机(10)，上述元部件的位置关系如下：所述的设备外壳(1)上设有串口(1‑1)、电源接口(1‑2)、光纤插口(1‑3)和隔板(1‑4)，所述的隔板(1‑4)位于所述的设备外壳(1)的上部并与设备外壳(1)的底平行，所述的串口(1‑1)位于设备外壳(1)的左上壁，在所述的隔板(1‑4)上设置所述的单片机(10)，该单片机(10)经所述的串口(1‑1)与所述的计算机(9)相连，所述的电源接口(1‑2)位于设备外壳(1)的左下壁，该电源接口通过导线与所述的光源部(3)、CCD摄像头(8)和旋转马达(7‑1)相连；所述的光纤插口(1‑3)位于所述的设备外壳(1)右壁上，所述的光源部(3)设置在所述的设备外壳(1)左壁上，所述的光纤插口(1‑3)和所述的光源部(3)处于同一水平线上，所述的半透半反镜(2)置于所述的设备外壳(1)的左壁和底之间并与左壁成45°夹角位于所述的光纤插口(1‑3)和光源部(3)之间，所述的光纤(4)插入所述的光纤插口(1‑3)，所述的CCD摄像头(8)固定在所述的隔板(1‑4)的中心，镜头朝向下方；光源部(3)发出的光经所述的半透半反镜(2)照射在所述的光纤插口(1‑3)中的光纤(4)的一端，该光纤(4)的另一端连接一个微透镜(5)；所述的滤光单元(7)在同一圆周上具有等间距的m个通孔，m为大于2的正整数，每个通孔上各镶嵌一个具有不同中心波长的干涉滤光片(7‑3)，所述的滤光单元(7)通过固定支架(7‑2)和旋转马达(7‑1)固定在所述的隔板(1‑4)上，所述的滤光单元(7)的中心固定在所述的旋转马达(7‑1)的旋转轴上，所述的滤光单元(7)调整时，所述的干涉滤光片(7‑3)的中心可位于所述的CCD摄像头(8)和所述的半透半反镜(2)中点的连线上，所述微透镜(5)接收人体内器官的反射光由所述的光纤(4)传输经所述的半透半反镜(2)反射后，经所述的滤光单元(7)的干涉滤光片(7‑3)由所述的CCD摄像头(8)采集，所述的CCD摄像头(8)的输出端与所述的计算机(9)相连；所述的单片机(10)的输出端分别与所述的CCD摄像头(8)和旋转马达(7‑1)的控制端相连，所述的单片机(10)另一端通过数据线与所述的计算机(9)连接，其特征在于，该方法包括下列步骤：①启动设备，打开光源部(3)和单片机(10)，调整所述的旋转马达(7‑1)至初始位置，此位置对应所述的滤光单元(7)的中心波长最短的干涉滤光片恰好置于所述的半透半反镜(2)反射光的光路中；②光源部(3)发出的光透过所述的半透半反镜(2)，经所述的光纤插口(1‑3)、光纤(4)和微透镜(5)射入体内，人体待检测部位反射的散射光由所述微透镜(5)收集，并通过光纤(4)经由所述的半透半反镜(2)反射，通过滤光单元(7)，散射光被过滤为单色光，所述的CCD摄像头(8)在预设的曝光时间t下获得第一幅单色图像；③调整曝光时间：CCD摄像头(8)采集到单色图像后，传输给计算机(9)，通过曝光调节过程调节实际的曝光时间t→t+Δt：首先计算机对第一幅单色图像进行处理：计算目标单色图像的平均灰度值MBI：所有像素点的灰度值相加，最后除以总的像素点数；图像灰度中值PBI：所有像素点灰度值中的中值；再计算出两者的差值DMP＝|MBI‑PBI|；光控制系统的误差信号E由三部分组成：平均灰度值误差信号e_m、灰度中值误差信号e_p、平均差值误差信号e_d：e_m＝f_dstm‑MBLe_p＝f_dstp‑PBLe_d＝DMP其中，f_dstm和f_dstp分别为预设平均灰度值、预设灰度中值，E＝ae_m+be_p+ce_d，其中，a、b、c分别是e_m、e_p和e_d的权值系数，是变化可调的，a+b+c＝1且a‑c＝b+c，最终得到曝光时间调整量：Δt＝±E²，然后计算机将调整后的时间信息反馈给所述的CCD摄像头(8)，所述的CCD摄像头(8)调节实际的曝光时间t+Δt再一次曝光，送所述的计算机(9)存储，完成了第一中心波长的单色图像IMG1采集；④调整所述的旋转马达(7‑1)顺时针旋转360°/m，使所述的滤光单元(7)的第二中心波长的干涉滤光片旋转至①所述的光路中；所述的CCD摄像头(8)在预设的曝光时间t下获得第二幅单色图像；利用③中所述的方法，由所述的计算机计算得到第二中心波长的实际曝光时间t+Δt，然后计算机将调整后的时间信息反馈给所述的CCD摄像头(8)，所述的CCD摄像头(8)调节实际的曝光时间t+Δt再一次曝光，送所述的计算机(9)存储，完成了第二中心波长的单色图像IMG2采集；⑤继续调整所述的旋转马达(7‑1)顺时针旋转360°/m，与④中所述步骤对应，共重复m－2次，完成第三中心波长～第m中心波长的单色图像IMG3～IMGm的采集；⑥采用归一化离散小波变换方法处理所述的IMG1～IMGm获得光谱成像图。