[发明专利]一种基于空间频域成像测量组织体形貌和光学参数的方法及测量装置

权利要求书

1.一种基于空间频域成像测量组织体形貌和光学参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)上位机生成一张空间频率为f_x的二维正弦波调制灰度图片，控制投影仪投影该图片，产生正弦调制光，正弦调制光在x方向光强度呈正弦变化；

(2)选取标准漫反射板置于参考平面，将正弦波调制灰度图片投影到标准漫反射板上，由CCD相机采集标准漫反射板上的参考光场光照度分布图像信号I₀(x,y)，上位机接收CCD相机的信号I₀(x,y)显示条纹图像，其中x、y为图像信号的坐标，y方向与x方向垂直，表示参考光场内的条纹方向；

(3)将待测组织体置于参考平面，将正弦调制光投影到待测组织体上，由CCD相机采集经组织体散射后的变形光场光照度分布图像信号I(x,y)，上位机接收CCD相机的信号I(x,y)显示变形条纹图像；

(4)上位机对信号I(x,y)沿图像信号中y方向对每行数据逐行进行傅里叶变换，通过选取带通滤波器滤出受待测组织体表面高度调制的变形光场漫反射光照度分布图像信号I(x,y)的基频分量，得到变形光场的基频分布g₁(x,y)，其中

(5)上位机对步骤(2)中的信号I₀(x,y)也进行步骤(4)的处理，得到原始光场的基频分布其中r₀(x,y)是标准漫反射板的反射率，是条纹图像的相位分布；

A是谐波的振幅，r(x,y)是待测组织体表面的非均匀反射率，是变形条纹图像的相位分布,r₀(x,y)是标准漫反射板的反射率，是条纹图像的相位分布；

(6)上位机由变形光场的基频分布g₁(x,y)和参考光场的基频分布g₀(x,y)根据公式计算：

*表示共轭运算；

(7)上位机根据步骤(6)获得的s(x,y)的虚部，计算由待测组织体高度引起的相位调制值

Im[s(x,y)]表示取复数的虚部，Re[s(x,y)]取复数的实部；

(8)上位机根据经相位展开后可得到真实的相位函数

(9)上位机再由相位值转换得到待测组织体高度值分布h(x,y)：

其中d为投影仪中心与CCD相机中心的距离，H为CCD相机到参考平面的垂直距离，f_x为二维正弦波调制光的空间频率；

(10)上位机根据待测组织体的高度值分布h(x,y)，对步骤(3)中获得的信号I(x,y)进行修正，得到待测组织体表面的漫反射光强分布信号I_surf(x,y)：

其中θ(x,y)为组织体表面法线方向与CCD光轴的夹角，可根据其三维面形和空间几何关系求得；

(11)根据正弦调整光的光强分布I_cos(x,y)和受待测组织体表面高度影响的实际光强分布I_real(x,y)对I_surf(x,y)进行修正，得到修正后的信号I_corrected(x,y)：

其中和分别表示逆傅里叶变化和傅里叶逆变换：

(12)上位机对信号I_corrected(x,y)逐行进行傅里叶变换，采用滤波器分解直流分量和交流分量，再对直流分量和交流分量分别进行傅里叶逆变换，求得直流DC频谱图像信号I_corrected,DC(x,y)和交流AC频谱图像信号I_corrected,AC(x,y)；

(13)按照步骤(12)的方法，对步骤(2)中的信号I₀(x,y)逐行进行处理，求得直流DC频谱图像信号I_0,DC(x,y)和交流AC频谱图像信号I_0,AC(x,y)；

根据调制深度公式输入步骤(12)和(13)获得的信号：I_corrected,DC(x,y)、I_corrected,AC(x,y)、I_0,DC(x,y)、I_0,AC(x,y)，求各信号的直流DC频谱调制深度MTF_DC(x,y)和交流AC频谱调制深度MTF_AC(x,y)：

其中r₀(x,y)是标准漫反射板的反射率，为已知值；

(14)在步骤(1)前根据待测组织体的光学参数范围，对待测组织体的光学参数范围内的吸收系数和约化散射系数进行离散，组合吸收系数和约化散射系数得到若干组光学参数；利用蒙特卡洛模拟获得每一组光学参数对应的组织体模型在无限窄垂直光束激励下的漫反射光的空间分布；根据空间域与频域之间的傅里叶变换关系，计算所有组织体模型对应的调制传递函数(MTF)，建立数据库；

(15)步骤(13)中的调制深度与数据库中的模型匹配拟合，得到吸收系数和约化散射系数。

2.一种基于权利要求1所述基于空间频域成像测量组织体形貌和光学参数测量装置，其特征在于，该装置由数字投影仪、CCD相机、偏振片、上位机、标准漫反射板组成，其连接关系是：上位机与投影仪之间有信号线连接，上位机控制投影仪投射图案，产生具有空间频率的正弦调制光；标准漫反射板位于参考平面，投影仪和CCD相机位于参考平面上方的同一高度，投影仪光轴垂直于参考平面，CCD相机的光轴与参考平面的法线方向相交形成夹角A，使投影仪投射的影像在参考平面清晰投影，同时CCD相机完整采集参考平面上的影像；上位机与CCD相机之间有信号线连接，上位机接收CCD相机拍摄的图片并对图像数据进行处理。