CN105934191A - 荧光观察装置 - Google Patents
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Abstract
提供荧光观察装置(100),其具有:光源部(3),其对被摄体(X)同时照射照明光(Lw)和具有该照明光的波段中的一部分波段的激励光(Lex);单一的摄像元件(52),其同时拍摄照明光(Lw)的来自被摄体(X)的反射光(Lw’)和通过照射激励光(Lex)而在被摄体(X)中产生的荧光(Lf);滤光器(53),其向摄像元件(52)透射除了激励光(Lex)以外的光(Lw’、Lf);以及调光部(64),其相互独立地调整来自光源部(3)的照明光(Lw)的输出强度和激励光(Lex)的输出强度。
Description
技术领域
本发明涉及荧光观察装置。
背景技术
以往,公知有如下的荧光观察装置:使用单一的光源和单一的摄像元件,利用共通的摄像元件同时拍摄来自被摄体的可见区域的照明光的反射光和荧光双方(例如参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-312830号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,在专利文献1的荧光观察装置中,当荧光和反射光的强度差较大时,较弱的光埋没在较强的光中,存在很难在图像中观察较弱的光的像的问题。例如,当反射光信号相对于荧光信号过强时,很难鲜明地观察荧光像。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,提供如下的荧光观察装置:在使用共通的摄像元件同时拍摄来自被摄体的反射光和荧光的荧光观察装置中,能够同时鲜明地观察反射光像和荧光像双方。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的,本发明提供以下手段。
本发明提供一种荧光观察装置,其具有:光源部,其具有射出照明光的照明光源和射出具有所述照明光的波段中的一部分波段的激励光的激励光源,对被摄体同时照射所述照明光和所述激励光;单一的摄像元件,其同时拍摄通过照射所述照明光而在所述被摄体中反射的反射光和通过照射所述激励光而在所述被摄体中产生的荧光;滤光器,其配置在该摄像元件的前级,截止所述激励光,使所述反射光中的除了所述激励光以外的全部或大部分透射;以及调光部,其相互独立地调整所述照明光源的所述照明光的输出强度和所述激励光源的所述激励光的输出强度。
根据本发明,通过同时对被摄体照射来自光源部的照明光和激励光而产生反射光和荧光,通过共通的摄像元件拍摄反射光和荧光双方。由此,能够在1个图像内同时观察被摄体的照明光像和荧光像。
该情况下,被摄体中产生的反射光和荧光的强度分别与照明光和激励光的强度成比例。因此,通过调光部相互独立地调整分别设置的照明光源和激励光源的输出强度,由此,适当调整这些反射光和荧光的强度比,以使得反射光和荧光的信号强度成为相同等级,能够同时鲜明地观察反射光像和荧光像双方。
在上述发明中,也可以是,所述调光部根据通过所述摄像元件拍摄所述反射光和所述荧光而取得的图像的灰度值,调整所述照明光源的输出强度和所述激励光源的输出强度。
由此,不需要用户的操作,能够自动调整各光源的输出强度。
在上述发明中,也可以是,由所述摄像元件取得的图像是彩色图像,所述调光部根据构成所述彩色图像的多个单色图像中的与所述荧光的颜色对应的单色图像的灰度值调整所述激励光源的输出强度,根据其他单色图像的灰度值调整所述照明光源的输出强度。
由此,根据排除了相互影响的图像准确地评价反射光和荧光各自的强度,能够更加适当地调整各光源的输出强度。
在上述发明中,也可以是,所述调光部根据所述图像的整体或一部分的灰度值的平均值调整所述照明光源的输出强度,根据所述图像的整体或一部分的灰度值的最大值调整所述激励光源的输出强度。
由此,通过使用图像的灰度值的平均值,能够更加准确地评价被摄体的宽范围内产生的反射光的强度。另一方面,通过使用图像的灰度值的最大值,能够更加准确地评价被摄体的局部产生的荧光的强度。
在上述发明中,也可以是,所述光源部连续地对所述被摄体照射所述照明光,并且,间歇地对所述被摄体照射所述激励光,所述摄像元件在对所述被摄体照射所述激励光和所述照明光双方时取得第1图像,在对所述被摄体仅照射所述照明光时取得第2图像,所述调光部根据所述第2图像的灰度值调整所述照明光源的输出强度,根据从所述第1图像减去所述第2图像而得到的第3图像的灰度值调整所述激励光源的输出强度。
由此,通过使用仅包含反射光像的第2图像,能够更加准确地评价反射光的强度。另一方面,通过使用仅包含荧光像的第3图像,能够更加准确地评价荧光的强度。
发明效果
根据本发明,发挥如下效果:在使用共通的摄像元件同时拍摄来自被摄体的反射光和荧光的荧光观察装置中,能够同时鲜明地观察反射光像和荧光像双方。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的荧光观察装置的整体结构图。
图2是示出(a)白色光、(b)激励光、(c)来自光源单元的输出光和(d)阻挡滤光器的波长特性的曲线图。
图3是示出(a)荧光色素、(b)荧光、(c)反射光和(d)入射到摄像元件的入射光的波长特性的曲线图。
图4是本发明的第2实施方式的荧光观察装置的整体结构图。
图5是示出图4的荧光观察装置的变形例的整体结构图。
图6是本发明的第3实施方式的荧光观察装置的整体结构图。
图7是示出图6的荧光观察装置的旋转滤光器所具有的三色的滤光器(R、G、B)各自的波长特性的曲线图。
图8是说明图6的荧光观察装置的作用的图,是示出(a)、(b)第1步骤、(c)、(d)第2步骤和(e)、(f)第3步骤中的来自光源单元的输出光((a)、(c)、(e))和入射到摄像元件的入射光((b)、(d)、(f))的波长特性的曲线图。
具体实施方式
(第1实施方式)
下面,参照图1~图3对本发明的第1实施方式的荧光观察装置100进行说明。
本实施方式的荧光观察装置100是内窥镜装置,如图1所示,具有***到体内的细长的***部2、光源单元(光源部)3、从***部2的前端2a朝向活体组织(被摄体)X照射来自该光源单元3的白色光(照明光)Lw和激励光Lex的照明单元4、设置在***部2的前端2a并取得活体组织X的图像信息S的摄像单元5、对图像信息S进行处理的图像处理器6、显示由该图像处理器6生成的图像A的显示部7。
光源单元3具有白色光源(照明光源)31、激励光源32、对从这2个光源31、32射出的白色光Lw和激励光Lex进行合波的分色镜33、使由该分色镜33合波的光会聚的耦合透镜34。
白色光源31例如是使用氙灯的光源,如图2(a)所示,射出在可见区域整体(具体而言为400nm~650nm)范围内具有波长的白色光Lw。
激励光源32例如是使用射出窄带光的激光二极管的光源,如图2(b)所示,射出蓝色(具体而言为波长480nm~490nm)的激励光Lex。
分色镜33反射激励光Lex并使白色光Lw透射,由此,如图2(c)所示,输出重叠了白色光Lw和激励光Lex的光。
照明单元4具有配置在***部2的长度方向的大致全长范围内的光导纤维41、以及设置在***部2的前端2a上的照明光学***42。光导纤维41对由耦合透镜34会聚后的光进行引导。照明光学***42使由光导纤维41引导的白色光Lw和激励光Lex扩散,对与***部2的前端2a对置的活体组织X进行照射。
摄像单元5具有使来自活体组织X的光成像的物镜单元51、拍摄由该物镜单元51成像的光的摄像元件52、以及配置在物镜单元51与摄像元件52之间的阻挡滤光器(滤光器)53。
摄像元件52例如是彩色CCD或彩色CMOS,对由物镜单元51成像的光进行彩色拍摄。
如图2(d)所示,阻挡滤光器53具有遮断激励光Lex的波长区域的光并使除此以外的波段的光透射的光学特性。
图像处理器6具有根据由摄像元件52取得的图像信息S生成彩色图像A的图像生成部61。图像生成部61将所生成的图像A输出到显示部7。
图像处理器6具有能够由用户进行输入操作的白色光量输入按钮62和激励光量输入按钮63、以及根据针对这些按钮62、63的输入而相互独立地控制白色光源31和激励光源32的输出强度的调光部64。
白色光量输入按钮62和激励光量输入按钮63设置在图像处理器6的壳体的前表面。白色光量输入按钮62能够输入白色光Lw的强度,将所输入的强度发送到调光部64。激励光量输入按钮63能够输入激励光Lex的强度,将所输入的强度发送到调光部64。
调光部64根据从白色光量输入按钮62接收到的强度,调整白色光源31的输出强度。调光部64根据从激励光量输入按钮63接收到的强度,调整激励光源32的输出强度。
接着,对这样构成的荧光观察装置100的作用进行说明。
在使用本实施方式的荧光观察装置100观察活体组织X时,预先对活体组织X投放例如聚集在病变部的荧光色素。在本实施方式中,如图3(a)所示,假设在470nm~490nm具有激励波长λex、在510nm~530nm具有荧光波长λem的荧光色素。
首先,将***部2***到体内,使其前端2a与活体组织X对置配置,通过光源单元3的工作,从***部2的前端2a对活体组织X同时照射白色光Lw和激励光Lex。在活体组织X中,白色光Lw在活体组织X的表面反射而产生反射光Lw’(参照图3(c)。)。与此同时,通过照射激励光Lex而产生波长510nm~530nm的荧光Lf(参照图3(b)。)和波长480~490nm的激励光的反射光Lex’这2个成分。
白色光和激励光的反射光Lw’、Lex’以及荧光Lf这些光中的一部分返回到***部2的前端2a,入射到物镜单元51。然后,激励光的反射光Lex’被阻挡滤光器53遮断,白色光的反射光Lw’和荧光Lf入射到摄像元件52(参照图3(d)。)。
这样,通过共通的摄像元件52同时拍摄反射光Lw’和荧光Lf并作为图像信息S而取得。接着,在图像处理器6内的图像生成部61中,根据图像信息S生成图像A,在显示部7中显示所生成的图像A。该图像A是重叠了活体组织X的反射光像和荧光像的图像。
这里,图像A内的反射光像和荧光像的明亮度分别与对活体组织X照射的白色光Lw和激励光Lex的强度成比例。在本实施方式中,用户一边观察显示部7中显示的图像A,一边操作白色光量输入按钮62和激励光量输入按钮63,相互独立地调整各光源31、32的输出强度,由此,能够相互独立地调整图像A内的反射光像和荧光像的明亮度。因此,例如,使用按钮62、63调整各光源31、32的输出强度,以使得在图像A内以相互大致相同的明亮度显示反射光像和荧光像,由此,具有能够鲜明地观察反射光像和荧光像双方的优点。
在本实施方式中,优选调光部64针对激励光源32的输出强度设定与白色光源31的输出强度对应的上限。
当从近距离对活体组织X照射较强的激励光Lex时,可能产生活体组织X受到热的影响、或产生自发荧光这样的问题。另一方面,当一律将激励光Lex的强度限制为较低以使得即使从近距离照射激励光Lex也不会产生上述问题时,在从远距离观察的情况下,可能无法充分激励荧光色素。
这里,通常,观察距离(活体组织X与***部2的前端2a之间的距离)越近,则入射到摄像元件52的反射光Lw’的入射光量越增加,所以,将白色光源31的输出强度设定为较弱。因此,白色光源31的输出强度越低,则将激励光源32的输出强度的上限设定为越低,由此,能够防止从近距离对活体组织X照射较强的激励光Lex。
例如,设为能够以“1”~“10”这10个阶段变更各光源31、32的输出强度。其中,“1”最弱,“10”最强。即使白色光源31的输出强度和激励光源32的输出强度的等级值相同,其绝对值也不同。例如,即使等级值相同为“10”,激励光源32的输出强度的绝对值也是白色光源31的输出强度的绝对值的100倍。
在从远距离观察活体组织X的情况下,用户将白色光源31的输出强度设定为“10”。此时,调光部64将激励光源32的输出强度的上限设定为“10”,能够在“1”~“10”的范围内变更激励光源32的输出强度。另一方面,在从近距离观察活体组织X的情况下,假设用户将白色光源31的输出强度设定为“3”。此时,调光部64将激励光源32的输出强度的上限设定为“3”,能够在“1”~“3”的范围内变更激励光源32的输出强度。
这样,针对激励光源32的输出强度Iex设定上限,以使得激励光源32的输出强度Iex相对于白色光源31的输出强度Iw的比例Iex/Iw成为规定值以下,由此,能够在适当范围内调整对活体组织X照射的激励光Lex的强度。
(第2实施方式)
接着,参照图4和图5对本发明的第2实施方式的荧光观察装置200进行说明。
在本实施方式中,主要对与第1实施方式不同的结构进行说明,对与第1实施方式相同的结构标注相同标号并省略说明。
在第1实施方式中,用户手动调整对活体组织X照射的白色光Lw和激励光Lex。与此相对,本实施方式与第1实施方式的不同之处在于,自动调整白色光Lw和激励光Lex。
具体而言,在本实施方式的荧光观察装置200中,如图4所示,图像处理器6代替白色光量输入按钮62和激励光量输入按钮63而具有白色光测定部65和激励光测定部66。
图像生成部61将构成彩色图像A的三色的单色图像(即R图像、G图像和B图像)中的与荧光Lf呈现的颜色对应的单色图像发送到激励光测定部66,将另一个单色图像发送到白色光测定部65。在本实施方式中,由于荧光Lf为绿色,所以将G图像发送到激励光测定部66,由于活体组织X为包含较多红色成分的颜色,所以,将R图像发送到白色光测定部65。
白色光测定部65计算从图像生成部61接收到的R图像的灰度值的代表值(例如平均值或中央值),将所得到的代表值发送到调光部64。在R图像的代表值与白色光Lw的强度之间存在正相关关系。因此,白色光测定部65能够根据R图像的代表值测定对活体组织X照射的白色光Lw的强度。
激励光测定部66计算从图像生成部61接收到的G图像的灰度值的代表值(例如平均值或中央值),将所得到的代表值发送到调光部64。在G图像的代表值与激励光Lex的强度之间存在正相关关系。因此,激励光测定部66能够根据G图像的代表值测定对活体组织X照射的激励光Lex的强度。
调光部64根据从白色光测定部65接收到的代表值对白色光源31的输出强度进行控制,以使得该代表值成为规定值。调光部64根据从激励光测定部66接收到的代表值对激励光源32的输出强度进行控制,以使得该代表值在规定值内。
对这样构成的荧光观察装置200的作用进行说明。
根据本实施方式的荧光观察装置200,当在图像生成部61中生成活体组织X的彩色图像A时,将构成彩色图像A的三色的单色图像中的R图像发送到白色光测定部65,将G图像发送到激励光测定部66。然后,在白色光测定部65中,根据R图像的明亮度测定对活体组织X照射的白色光Lw的强度,通过调光部64对白色光源31进行反馈控制,以使得该白色光Lw的强度成为规定值。另一方面,在激励光测定部66中,根据G图像的明亮度测定对活体组织X照射的激励光Lex的强度,通过调光部64对激励光源32进行反馈控制,以使得该激励光Lex的强度成为规定值。
这样,根据本实施方式,自动控制各光源31、32的输出强度,以使得始终以适当的一定的明亮度分别显示彩色图像A内的反射光像和荧光像,由此,具有用户不进行调光用的操作也能够始终鲜明地观察反射光像和荧光像双方的优点。并且,在由于观察距离的变动等而使对活体组织X照射的白色光Lw和激励光Lex的强度变动时,能够迅速地适当地调整它们的强度。因此,具有能够防止对活体组织X照射必要程度以上的较强的白色光Lw和激励光Lex的优点。
并且,R图像是几乎不会被活体组织X(特别是血液)吸收的红色的反射光的图像,最稳定地取得。通过使用这种R图像,具有能够准确地测定对活体组织X照射的白色光Lw的强度、能够适当控制白色光源31的输出强度的优点。另一方面,G图像是反射光Lw’的影响较小、最鲜明地拍摄荧光Lf的图像。通过使用这种G图像,具有能够准确地测定对活体组织X照射的激励光Lex的强度光Lw的强度、能够适当控制激励光源32的输出强度的优点。
在本实施方式中,与第1实施方式同样,优选调光部64针对激励光源32的输出强度设定与白色光源31的输出强度对应的上限。
在本实施方式中,代替对单色图像进行测光,白色光测定部65和激励光测定部66也可以分别计算彩色图像A的整体或一部分的灰度值的平均值和最大值。
该情况下,图像生成部61将所生成的彩色图像A直接发送到白色光测定部65和激励光测定部66。
白色光测定部65计算彩色图像A的整体或一部分(优选为中央部分)的灰度值的平均值,将所得到的平均值发送到调光部64。
激励光测定部66计算彩色图像A的整体或一部分(优选为中央部分)的灰度值的最大值,将所得到的最大值发送到调光部64。
调光部64对白色光源31的输出强度进行控制,以使得接收到的平均值成为规定值,对激励光源32的输出强度进行控制,以使得接收到的最大值成为规定值。
由于反射光像映出在彩色图像A整体中,所以,通过使用彩色图像A的整体或一部分的灰度值的平均值,能够忽略由于荧光Lf而引起的较亮的局部的影响,能够准确地测定白色光Lw的强度。另一方面,由于荧光像仅映出在彩色图像A内的荧光色素聚集的局部,所以,通过使用彩色图像A的灰度值的最大值,能够准确地测定激励光Lex的强度。
在本实施方式中,根据重叠了反射光像和荧光像的彩色图像A对白色光源31和激励光源32进行控制,但是,取而代之,如以下说明的那样,也可以生成仅包含反射光像的图像和仅包含荧光像的图像,根据这些图像对白色光源31和激励光源32进行控制。
即,白色光源31连续地射出白色光Lw,激励光源32反复进行接通断开,从而间歇地射出激励光Lex。与摄像元件52的拍摄的定时同步地进行该激励光源32的接通断开动作。由此,根据激励光源32接通时由摄像元件52取得的图像信息S,生成重叠了荧光像和反射光像的第1彩色图像A1,根据激励光源32断开时由摄像元件52取得的图像信息S,生成仅包含反射光像的第2彩色图像A2。
如图5所示,图像生成部61将所生成的这2种彩色图像A1、A2中的第2彩色图像A2发送到白色光测定部65,将两个彩色图像A1、A2输出到荧光运算部67。荧光运算部67通过从第1彩色图像A1中减去第2彩色图像A2,生成仅包含荧光像的第3彩色图像A3,将所得到的第3彩色图像A3发送到激励光测定部66。
由此,白色光测定部65能够根据仅包含反射光像的彩色图像A2准确地测定白色光Lw的强度,而不会受到荧光Lf的影响。并且,关于反射光像,由于帧率不会降低,所以,能够像通常那样根据反射光像进行活体组织X的细致的观察。另一方面,激励光测定部66能够根据仅包含荧光像的第3彩色图像A3准确地测定激励光Lex的强度,而不会受到反射光Lw’的影响。
(第3实施方式)
接着,参照图6~图8对本发明的第3实施方式的荧光观察装置300进行说明。
在本实施方式中,主要对与第1和第2实施方式不同的结构进行说明,对与第1和第2实施方式相同的结构标注相同标号并省略说明。
在第1和第2实施方式中,采用对活体组织X照射白色光Lw并使用彩色的摄像元件52拍摄其反射光Lw’的同时方式。与此相对,本实施方式与第1和第2实施方式的不同之处在于,采用依次对活体组织X照射蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)的单色光并使用单色的摄像元件52’拍摄各单色光的反射光的面顺次方式。
具体而言,如图6所示,本实施方式的荧光观察装置300在白色光源31与分色镜33之间还具有旋转滤光器35。如图7所示,旋转滤光器35具有选择性地使蓝色、绿色和红色的光分别透射的3种滤光器,在白色光源31与分色镜33之间的光路上选择其一地依次配置这3种滤光器。由此,如图8(a)~(f)所示,荧光观察装置300反复进行第1步骤~第3步骤,依次取得B图像、G图像和R图像。
即,在第1步骤中,如图8(a)、(b)所示,对活体组织X照射蓝色光Lb,在摄像元件52中拍摄来自活体组织X的蓝色光Lb的反射光Lb’,由此生成B图像。在第2步骤中,如图8(c)、(d)所示,对活体组织X照射绿色光Lg,在摄像元件52中拍摄来自活体组织X的绿色光Lg的反射光Lg’,由此生成G图像。在第3步骤中,如图8(e)、(f)所示,对活体组织X照射红色光Lr,在摄像元件52中拍摄来自活体组织X的红色光Lr的反射光Lr’,由此生成R图像。这里,激励光源32在第2步骤中射出激励光Lex,在第1步骤和第3步骤中停止射出激励光Lex。由此,在第2步骤中,生成包含荧光像的G图像。
图像生成部61根据3个单色图像合成彩色图像A,将所得到的图像A输出到显示部7。
在使用尺寸和像素数相同的摄像元件52、52’的情况下,一般而言,与同时方式相比,在面顺次方式中,图像A的分辨率较高。这是因为得到分辨率更高的单色图像。即,根据本实施方式的荧光观察装置300,通过采用面顺次方式,具有能够使用比摄像元件52小的摄像元件52’生成与第1和第2实施方式相同的分辨率的图像A的优点。其他效果与第1和第2实施方式相同,所以省略说明。
在本实施方式中,也可以代替输入按钮62、63而具有第2实施方式中说明的白色光测定部65和激励光测定部66。该情况下,优选白色光测定部65和激励光测定部66根据R图像和G图像测定各光Lw’、Lf的强度。
在同时方式中,不仅G图像,在R图像中也观察到荧光Lf。与此相对,在面顺次方式中,取得完全排除了荧光Lf的R图像。因此,通过使用这种R图像,能够更加准确地测定白色光Lw的强度。
在本实施方式中,与绿色光Lg同时对活体组织X照射激励光Lex,但是,取而代之,也可以与蓝色光Lb或红色光Lr同时对活体组织X照射激励光Lex,还可以与双色或三色的光同时(即,在第1步骤~第3步骤中的2个以上的步骤中)照射激励光Lex。
标号说明
100、200、300:荧光观察装置;2:***部;3:光源单元(光源部);31:白色光源(照明光源);32:激励光源;33:分色镜;34:耦合透镜;35:旋转滤光器;4:照明单元;41:光导纤维;42:照明光学***;5:摄像单元;51:物镜单元;52、52’:摄像元件;53:阻挡滤光器;6:图像处理器;61:图像生成部;62:白色光量输入按钮;63:激励光量输入按钮;64:调光部;65:白色光测定部;66:激励光测定部;67:荧光运算部;X:活体组织(被摄体);Lw:白色光(照明光);Lw’:反射光;Lex:激励光;Lf:荧光。
Claims (5)
1.一种荧光观察装置,其具有:
光源部,其具有射出照明光的照明光源和射出具有所述照明光的波段中的一部分波段的激励光的激励光源,对被摄体同时照射所述照明光和所述激励光;
单一的摄像元件,其同时拍摄通过照射所述照明光而在所述被摄体中反射的反射光和通过照射所述激励光而在所述被摄体中产生的荧光;
滤光器,其配置在该摄像元件的前级,截止所述激励光,使所述反射光中的除了所述激励光以外的全部或大部分透射;以及
调光部,其相互独立地调整所述照明光源的所述照明光的输出强度和所述激励光源的所述激励光的输出强度。
2.根据权利要求1所述的荧光观察装置,其中,
所述调光部根据通过所述摄像元件拍摄所述反射光和所述荧光而取得的图像的灰度值,调整所述照明光源的输出强度和所述激励光源的输出强度。
3.根据权利要求2所述的荧光观察装置,其中,
由所述摄像元件取得的图像是彩色图像,
所述调光部根据构成所述彩色图像的多个单色图像中的与所述荧光的颜色对应的单色图像的灰度值调整所述激励光源的输出强度,根据其他单色图像的灰度值调整所述照明光源的输出强度。
4.根据权利要求2所述的荧光观察装置,其中,
所述调光部根据所述图像的整体或一部分的灰度值的平均值调整所述照明光源的输出强度,根据所述图像的整体或一部分的灰度值的最大值调整所述激励光源的输出强度。
5.根据权利要求2所述的荧光观察装置,其中,
所述光源部连续地对所述被摄体照射所述照明光,并且,间歇地对所述被摄体照射所述激励光,
所述摄像元件在对所述被摄体照射所述激励光和所述照明光双方时取得第1图像,在对所述被摄体仅照射所述照明光时取得第2图像,
所述调光部根据所述第2图像的灰度值调整所述照明光源的输出强度,根据从所述第1图像减去所述第2图像而得到的第3图像的灰度值调整所述激励光源的输出强度。
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