【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生命科学和医学影像设备，尤其涉及一种3d光学成像系统及方法。
技术介绍
1、生物光学成像由于其检测仪器发展成熟、灵敏度高、对比度高、分辨率高、成像直观、成像速度快和无损探测等优点被广泛应用。其在探寻疾病的发病机理、临床表现、基因病变，了解相应的生理学和病理学信息，疾病诊断和新的医疗手段的开发等方面具有重要的实践意义和应用前景。
2、生物光学成像是指利用光学的探测手段结合化学发光或激发荧光机制对分子、细胞、组织、生物体等进行成像，是一种获得生物学信息的重要方法。依据探测方式的不同，生物光学成像可分为分子荧光成像、生物发光成像、光声成像、光学断层层析成像等。
3、结构光成像通过投射特定的结构光（例如条纹、格子等）到拍摄对象表面上，然后利用相机记录下这些结构光在物体表面的形变情况，从而推算出物体表面的三维形状信息。结构光成像通常由三个主要部分组成：投影系统、相机和计算机处理系统。投影系统通常通过投射光栅或条纹图案来照射被测物体，这些光栅或条纹的形状和大小可以根据实际需要进行调整。相机用于记录被测物体表面的结构光图案，并将其转换成数字图像。相机的分辨率和采集速度对成像精度和实时性都有很大影响。计算机处理系统用于处理采集到的图像数据，并根据结构光形变信息来重建被测物体的三维形状。这个过程通常包括图像预处理、相机标定、三维重建和数据可视化等步骤。结构光成像技术具有非接触、高精度、高效率等优点，广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护以及虚拟现实等领域。
4、目前的生物光学成像系统中利用生物光学
5、因此，亟需提供一种3d光学成像系统及方法，相对于现有技术，实现生物光学信号在生物体内的三维空间分布。
技术实现思路
1、本专利技术解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种3d光学成像系统及方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种3d光学成像方法，包括以下步骤：
4、s1、通过ccd相机获取成像目标的二维生物光学图像，所述二维生物光学图像采用生物发光图像或分子荧光图像；
5、s2、通过s1步骤所述的ccd相机再结合结构光获取成像目标的三维表面轮廓图像；
6、s3、将s1步骤得到的二维生物光学图像与s2步骤得到的三维表面轮廓图像进行配准；
7、s4、对获取的三维表面轮廓图像通过填充具有不同光学属性的生物组织得到三维实体结构，再结合基于s3步骤配准后得到的数据，三维重建出三维生物发光图像或三维分子荧光图像。
8、进一步地，s2具体包括以下步骤：
9、s201、开启投影仪，将调制好的条纹图案结构光投射到成像目标表面，使用ccd相机拍摄成像目标表面的条纹；
10、s202、将条纹进行处理，得到成像目标表面的相位分布图；
11、s203、得到几何标定后的相位-坐标关系，使用经过几何标定后得到的相位-坐标关系，将相位分布转换为三维坐标；
12、s204、调整成像支架与成像系统之间的角度，并重复s201-s203步骤；
13、s205、通过调整角度来获得成像目标的多角度三维坐标，从而得到成像目标的三维表面轮廓图像。
14、更进一步地，通过下述方法得到成像目标表面的相位分布图：每次拍摄的图像包含不同相位的条纹图像，通过对条纹图像进行代数运算和拼接操作，得到条纹的包裹相位分布，然后根据条纹的空间顺序信息，将包裹相位进行空间相位展开，得到成像目标表面的相位分布图。
15、更进一步地，相位-坐标关系的几何标定方法为：已知相位和ccd相机图像坐标，将ccd相机图像坐标通过相机参数转化为ccd相机坐标系三维坐标，再将ccd相机坐标系三维坐标根据投影仪与ccd相机的相对参数转化为投影仪坐标系三维坐标，再根据投影仪参数将投影仪坐标系三维坐标转化为投影仪图像坐标，根据相位与投影仪图像坐标一一对应关系，得到相位-坐标关系。
16、进一步地，分子荧光图像的获取方法为：开启激光源，激光源发出激光照射成像目标，激发成像物体携带的荧光分子，产生发射荧光；产生的发射荧光经过反射镜反射与滤波片之后，或，产生的发射荧光不经过反射，只经过滤波片之后，被ccd相机采集处理后获取二维生物光学图像。
17、进一步地，生物发光图像的获取方法为：成像物体内部发生化学反应，释放出生物发光信号，发出的生物发光信号经过反射镜与滤波片之后，被ccd相机采集处理后获取二维生物光学图像；或，产生的生物发光不经过反射，只经过滤波片之后，被ccd相机采集处理后获取二维生物光学图像；或，产生的生物发光既不经过反射也不需要经过滤波片，直接被ccd相机采集处理后获取二维生物光学图像。
18、进一步地，s4步骤中所述的基于s3步骤配准后得到的数据包括二维生物光学图像上的每一点与三维表面轮廓图像上的点的对应关系和对应的光学信号强度。
19、一种3d光学成像系统，使用上述任一所述的一种3d光学成像方法，所述系统包括成像支架和成像系统，所述成像系统包括激光源和ccd相机，所述成像支架上固定成像目标，所述激光源和所述ccd相机分别设置在所述成像目标两侧；
20、所述成像目标一侧设有投影仪。
21、进一步地，所述成像目标与所述ccd相机之间设有反射镜，所述反射镜一侧设有投影仪。
22、进一步地，所述反射镜与所述ccd相机之间设有滤波片。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
24、本专利技术通过使用同一个ccd相机对成像目标获取二维生物光学图像和三维表面轮廓图像，再通过将二维生物光学图像和三维表面轮廓图像进行配准，使用不同光学属性的生物组织填充三维表面轮廓图像再结合配准后的数据即可得到三维生物光学图像，实现生物光学信号在生物体内的三维空间分布。
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1.一种3D光学成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，S2具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，通过下述方法得到成像目标表面的相位分布图：每次拍摄的图像包含不同相位的条纹图像，通过对条纹图像进行代数运算和拼接操作，得到条纹的包裹相位分布，然后根据条纹的空间顺序信息，将包裹相位进行空间相位展开，得到成像目标表面的相位分布图。
4.根据权利要求2所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，相位-坐标关系的几何标定方法为：已知相位和CCD相机图像坐标，将CCD相机图像坐标通过相机参数转化为CCD相机坐标系三维坐标，再将CCD相机坐标系三维坐标根据投影仪与CCD相机的相对参数转化为投影仪坐标系三维坐标，再根据投影仪参数将投影仪坐标系三维坐标转化为投影仪图像坐标，根据相位与投影仪图像坐标一一对应关系，得到相位-坐标关系。
5.根据权利要求1所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，分子荧光图像的获取方法为：开启激光源，激光源发出激光照射成像目标，激发成
6.根据权利要求1所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，生物发光图像的获取方法为：成像物体内部发生化学反应，释放出生物发光信号，发出的生物发光信号经过反射镜与滤波片之后，被CCD相机采集处理后获取二维生物光学图像；或，产生的生物发光不经过反射，只经过滤波片之后，被CCD相机采集处理后获取二维生物光学图像；或，产生的生物发光既不经过反射也不需要经过滤波片，直接被CCD相机采集处理后获取二维生物光学图像。
7.根据权利要求1所述的一种3D光学成像方法，其特征在于，S4步骤中所述的基于S3步骤配准后得到的数据包括二维生物光学图像上的每一点与三维表面轮廓图像上的点的对应关系和对应的光学信号强度。
8.一种3D光学成像系统，其特征在于，使用权利要求1-7中任一项所述的一种3D光学成像方法，所述系统包括成像支架和成像系统，所述成像系统包括激光源和CCD相机，所述成像支架上固定成像目标，所述激光源和所述CCD相机分别设置在所述成像目标两侧；
9.根据权利要求8所述的一种3D光学成像系统，其特征在于，所述成像目标与所述CCD相机之间设有反射镜，所述反射镜一侧设有投影仪。
10.根据权利要求9所述的一种3D光学成像系统，其特征在于，所述反射镜与所述CCD相机之间设有滤波片。
...【技术特征摘要】
1.一种3d光学成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种3d光学成像方法，其特征在于，s2具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种3d光学成像方法，其特征在于，通过下述方法得到成像目标表面的相位分布图：每次拍摄的图像包含不同相位的条纹图像，通过对条纹图像进行代数运算和拼接操作，得到条纹的包裹相位分布，然后根据条纹的空间顺序信息，将包裹相位进行空间相位展开，得到成像目标表面的相位分布图。
4.根据权利要求2所述的一种3d光学成像方法，其特征在于，相位-坐标关系的几何标定方法为：已知相位和ccd相机图像坐标，将ccd相机图像坐标通过相机参数转化为ccd相机坐标系三维坐标，再将ccd相机坐标系三维坐标根据投影仪与ccd相机的相对参数转化为投影仪坐标系三维坐标，再根据投影仪参数将投影仪坐标系三维坐标转化为投影仪图像坐标，根据相位与投影仪图像坐标一一对应关系，得到相位-坐标关系。
5.根据权利要求1所述的一种3d光学成像方法，其特征在于，分子荧光图像的获取方法为：开启激光源，激光源发出激光照射成像目标，激发成像物体携带的荧光分子，产生发射荧光；产生的发射荧光经过反射镜反射与滤波片之后，或，产生的发射荧光不经过反射，只经过滤波片之后，被ccd相机采集处理后获取二维...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨义瑞，
申请(专利权)人：合肥锐视医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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