[发明专利]基于空间光编码器联结的契伦科夫内窥镜系统

权利要求书

1.一种基于空间光编码器联结的契伦科夫内窥镜系统的图像处理方法，其特征在于，包括：

步骤一，白光信号和契伦科夫荧光信号传递到空间光编码器；

步骤二，设计空间光编码器的编码模式，使通过空间光编码器的白光信号和契伦科夫荧光信号的每个像元具有各自的编码规律，编码模式随时间变化而变化；

步骤三，使用信号探测模块的高灵敏度单点微弱光信号探测器接收得到的时间序列白光信号和契伦科夫荧光信号，并传递至控制与计算模块；

步骤四，根据空间光编码的物理实现过程，建立空间光编码的数学模型；

步骤五，基于压缩感知理论，采用稀疏重建策略进行二维图像恢复，建立目标函数；其中，所述目标函数为：

；

式中，是正则化因子，表示一维列向量，表示高灵敏度单点微弱光信号探测器测量值，表示编码权重矩阵，和分别表示1范数和2范数；

步骤六，利用优化算法对步骤五的目标函数进行求解，获取所采集的契伦科夫荧光图像；

所述基于空间光编码器联结的契伦科夫内窥镜系统包括：

信号收集模块，采用高透光率的透镜组组成，用于收集生物体内靶向目标的白光信号和契伦科夫荧光信号；

信号传输模块，一端与信号收集模块相连接，采用高透光率的光纤传像束组成，用于传输白光信号和契伦科夫荧光信号；

信号连接模块，与信号传输模块另一端相连接，用于连接信号连接模块与信号探测模块，对光纤传像束传输的白光信号以及契伦科夫荧光信号进行空间位置编码；其中，所述信号连接模块包括隔光保护套、空间光编码器；隔光保护套完全包裹空间光编码器，一端与信号传输模块耦合，另一端与信号探测模块耦合；空间光编码器将从光纤传像束接收到的白光信号和契伦科夫荧光信号进行空间编码后，传输至信号探测模块；

信号探测模块，使用大数值孔径收集透镜收集经信号连接模块空间位置编码过的白光信号以及契伦科夫荧光信号，使用高放大倍率的光电倍增管作为高灵敏度单点微弱光信号探测器采集经信号连接模块编码过的白光信号以及契伦科夫荧光信号，并传输至控制与计算模块；

控制与计算模块，与信号探测模块连接，用于控制所述信号连接模块的空间光编码器的编码模式和信号探测模块的信号收集，以及对编码过的白光信号以及契伦科夫荧光信号进行解码并恢复出图像；

所述步骤四具体包括：

（1）将二维白光图像和契伦科夫荧光图像标记为二维矩阵形式，并将二维矩阵按规律转化为一维列向量X；

（2）按照空间光编码器的编码模式对一维列向量X中的每个元素进行加权标记，用于描述该处光信号的透过情况；单一时刻的权重值标记为一维行向量；

（3）被空间光编码器加权计算的白光图像与契伦科夫荧光图像通过大数值孔径收集透镜，传递至高灵敏度单点微弱光信号探测器，获得单一时刻的测量值；变化空间光编码器的编码模式，建立高灵敏度单点微弱光信号探测器测量值与编码权重矩阵、原始待恢复图像之间的矩阵关系式：

；

式中，N是契伦科夫荧光图像像素个数，n是空间光编码器编码模式变换数量；n≤N/2；

（4）待恢复白光与契伦科夫荧光图像与编码权重矩阵W、高灵敏度单点微弱光信号探测器测量值R间的数学关系式：

；

式中编码权重矩阵W通过变化空间光编码器的编码模式确定。