[发明专利]一种旋转式光学层析成像系统及成像方法

摘要

本发明属于光学成像领域，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，本发明还提供了一种旋转式光学层析成像方法。本发明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。

主权项

1.一种旋转式光学层析成像系统的成像方法，其特征在于，旋转式光学层析成像系统包括沿着待测物(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)；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；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；所述阵列探测器(40)设置为面阵工作模式；成像方法包括以下步骤：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S_i(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S_i(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S_i(x,y)中白点的圆心，即白点的质心，质心坐标表示为(x_i,y_i)，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(x_i,y_i)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H_i(corrx_i,corry_i)，i＝1,2,3…,180/α，H_i(corrx_i,corry_i)表示第i张旋转图像的坐标，具体公式如下：corrx_i＝[(x₁‑A)cos(2ai)‑(y₁‑B)sin(2ai)]corry_i＝[(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(x_i,y_i)和步骤S3中得到的旋转图像H_i(corrx_i,corry_i)，通过以下公式求差：Vector(i,1)＝corrx_i‑x_iVector(i,2)＝corry_i‑y_i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(10)，待测物(10)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U_i(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U_i(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U_i(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V_i(corrx_i,corry_i)，i＝1,2,3…,180/α；S7，对步骤S6中获得的待测物(10)待测面的多个图像投影V_i(corrx_i,corry_i)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。