[发明专利]基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统，为正方体实验台；包括激光器(1)、扩束镜(2)、声子晶体透镜(3)、光声传感器阵列(4)、数据总线(5)、毛玻璃器皿(6)、数据采集模块及用于图像处理的计算机；其特征是：所述的激光器与扩束镜各有四个，所述的毛玻璃器皿放置在正方体内部底面中心位置处；四个激光器部于在正方体实验台四个垂面的底部，并与内部的毛玻璃器皿成空间垂直状态；四个扩束镜紧贴在毛玻璃器皿的外壁，空间位置与激光器相对应；声子晶体构成的声学透镜在毛玻璃器皿的正上方，光声传感器阵列位于声学透镜的正上方，在声透镜焦点位置，并且光声传感器通过数据总线与数据采集模块及计算机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统，其特征是：所述的用于图象处理的计算机含有图像处理、显示模块及图像处理软件，能够把接收到的三维光声数据进行光声图像降噪、增强处理，以得到检测样本的光吸收分布三维图像，并能够在显示器上显示二维或三维图像。

3.根据权利要求1所述的基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统，其特征是：所述的声学透镜由声子晶体组成，其中：声子晶体由直径约为0.78cm的铅球外面均匀包覆0.02cm软性的橡胶，再嵌入在环氧树脂立方体中构成。

4.一种权利要求1所述的基于声透镜和传感器阵列的三维光声成像系统的成像方法，其特征是：

(1)激光照射样本受热膨胀发射声信号：由激光照射毛玻璃容器四个侧面，使得样本均匀受热膨胀发射声信号，由时序控制电路实现激光信号发射的参数控制及时间记录；记录初始时刻t₀，由激光器同时照射容器四周的中心，使得样本受热膨胀发射声波信号；

(2)声学透镜聚焦：由声子晶体组成声透镜，接收样本发射的声波，进行聚焦；按照声透镜成像模型拟定好样本在光声传感器阵列中的成像位置，反射的光声信号由声子晶体聚焦；

(3)声信号接收、调理：光声传感器阵列并在各自光声传感器的焦点位置接收发射的光声信号，通过数据采集模块实时采集、接收和记录光声成像的三维数据；其中：

当光声传感器阵列有声波信号时，记录此时时刻为t₁，存储在计算机的数据存储器RAM中；同时光声传感器阵列将微弱的光声信号转变为电信号，电信号的值，即是反射声波的能量E；

按照声学透镜的负折射规律，即能够获得样本成像区域的二维成像数据f(x，y)；利用声波的游历时间T可以计算出检测样本声源到接收阵列的距离L，此距离L，即是样本的成像区域的第三维坐标数据z，其中：T＝t₁-t₀，L＝T*散射液体中声速，(z＝L)；利用坐标数据z结合二维成像数据f(x，y)就能够获得样本的成像区域的光声图像的三维成像数据f(x，y，z)，反射声波的能量E为样本的成像区域的光声图像的三维成像数据f(x，y，z)，即E＝f(x，y，z)；

(4)光声图像处理及显示：所述的光声图像的三维成像数据f(x，y，z)，其中二维成像数据f(x，y)由声透镜成像模型得到，另一维坐标数据f(z)由散射液体中的游历时间T决定，E为样本光声压的大小也就是光声图像的灰度值；把接收到的三维成像数据进行光声图像的增强、特征提取、分类和识别，将得到的三维成像数据输入计算机或单片机，经图像处理实现检测样本的三维显示与分析。