CN118175277A - 基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪，属于医用光学领域。该舌象形质三维结构检测仪包括：激光器，该激光器被配置成用于提供入射激光的光源；SLM调控单元，该SLM调控单元被配置成用于将入射激光调制成与该受试者的舌面的尺寸相匹配的投影图案，并将该投影图案映射至该受试者的舌面上；图像检测单元，该图像检测单元被配置成用于获取受试者的舌面上的光强度分布；FTP重建模块，该FTP重建模块被配置成基于投影图案和光强度分布通过傅里叶变换轮廓术对受试者的舌面进行三维重建，以获得受试者的舌面三维形貌分布图。

Description

基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪

技术领域

本发明涉及医用光学领域，特别涉及基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪。

背景技术

基于图像的智能化舌象判断主要借助于信息科学、人工智能等多学科技术。当前，通过二维图像技术对舌象的颜色特征实现了可测量、数据化，但舌象形质特征量化仍是舌象分析难点，以往两维可见光RGB图像信息缺乏深度信息，无法精确表征多样性、复杂性的舌象图像形质特征。

有鉴于此，确有必要提供一种能够运用光电传感技术和人工智能方法来实现3D舌象形质特征的3D重建与测量分析的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪，能够至少部分地实现能够运用光电传感技术和人工智能方法来实现3D舌象形质特征的3D重建与测量分析。所述技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪，其中，

所述舌象形质三维结构检测仪包括：

激光器，所述激光器被配置成用于提供入射激光的光源；

SLM调控单元，所述SLM调控单元被配置成用于将所述入射激光调制成与受试者的舌面的尺寸相匹配的投影图案，并将所述投影图案映射至所述受试者的舌面上；

图像检测单元，所述图像检测单元被配置成用于获取所述受试者的舌面的光强度分布；和

FTP重建模块，所述FTP重建模块被配置成基于所述投影图案和所述光强度分布通过傅里叶变换轮廓术对所述受试者的舌面进行三维重建，以获得所述受试者的舌面三维形貌分布图。

具体地，所述SLM调控单元包括在所述激光器与所述受试者之间依次设置的空间光调制器和投影单元，所述空间光调制器用于将所述激光器发出的激光调制成所述投影图案，所述投影单元将所述投影图案垂直投影至所述受试者的舌面。

优选地，所述投影图案至少部分地覆盖所述舌面，且所述投影单元的投影镜头与所述舌面之间的投影距离的范围设置为15cm～20cm。

进一步地，所述SLM调控单元还包括起偏器、准直器和验偏器，所述起偏器和准直器依次设置在所述激光器与所述图像检测单元之间，

所述起偏器用于将所述激光器发出的入射激光调制为与所述空间光调制器的晶向成45°夹角的线偏振光，

所述准直器用于将所述线偏振光耦合至所述空间光调制器，

所述验偏器设置在所述空间光调制器与所述投影单元之间，将所述空间光调制器调制后的投影图案进行光筛选，以获得灰度调制图案，所述灰度调制图案为所述投影图案。

进一步地，所述SLM调控单元调制所述入射激光的相位，所述相位的范围设置为[-π,π]，且将所述入射激光的光强度离散化，离散间隔为1/255，以获得所述投影图案。

具体地，所述图像检测单元包括成像模块和面阵探测器，所述成像模块用于将所述受试者的舌面的三维的图案强度分布成像至所述面阵探测器，所述面阵探测器将所述图案强度分布转换成所述舌面的光强度分布。

具体地，所述成像模块与所述舌面之间的成像距离范围设置为15cm～30cm，

所述成像模块的主光轴与所述舌面之间形成的夹角的角度范围设置为20°～30°，

所述成像模块的主光轴与所述投影单元的主光轴之间夹角范围设置为20°～28°。

进一步地，所述图像检测单元还包括用于隔绝背景光的滤光片，所述滤光片设置在所述受试者与所述成像模块之间的滤光片，所述滤光片与所述成像模块的镜头平行设置，

所述滤光片保留了与所述入射激光波长相同的光以保证所述成像镜头所采集的图像强度分布来自于所述舌面。

进一步地，所述图像检测单元还包括同步控制模块，所述同步控制模块分别与所述空间光调制器和所述面阵探测器通信连接，所述同步控制模块对所述空间光调制器输出经自身调制后的投影图案与所述面阵探测器采集所述图像强度分布进行同步控制。

具体地，所述FTP重建模块包括至少与所述图像检测单元通信连接的舌面三维形貌重建模块，所述舌面三维形貌重建模块基于调制所述投影图案的相位和所述舌面的光强度分布通过傅里叶变换轮廓术进行舌面三维形貌信号重建，以获得所述舌面三维形貌分布图。

具体地，FTP重建模块包括投影信息提供模块，所述投影信息提供模块预存储用于调制所述入射激光的相位和用于离散化所述入射激光的离散间隔，

所述投影信息提供模块将所述相位和离散间隔提供至所述空间光调制器，所述空间光调制器基于所述相位和离散间隔调制所述入射激光以生成所述投影图案。

进一步地，所述舌面三维形貌重建模块基于所述投影信息提供模块提供的相位或所述空间光调制器提供的投影图案与所述舌面的光强度分布进行舌面三维形貌信号重建，以获得所述舌面三维形貌分布图。

进一步地，所述FTP重建模块还包括分别与所述SLM调控单元和所述图像检测单元通信连接的数据包存储模块，所述数据包存储模块存储所述SLM调控单元的投影图案和所述图像检测单元的光强度分布。

根据本发明实施例的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪具有以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪能够通过空间光调制器、面阵探测器以及舌面三维形貌重建模块的配合实现对舌面三维特征的提取与重建，从而获得了受试者的舌面三维形貌分布图；

(2)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪所提供的舌面三维形貌分布图保留了受试者之间的个体差异，因此能够反映出每个受试者舌象形质特征内在的细微差异，从而有助于临床中医证候的分级判断与量化；

(3)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪能够实现自动化提取舌面形貌特征(例如，纹理深度特征)；

(4)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪通过相位调制能够实现利用单次投影方式快速形成256阶灰度变化正弦条纹，并在受试者的舌体处于在非理想的静态条件下所采集的舌面三维特征依然具有较高精度，并保证了FTP重建模块重建获得的舌面三维形貌分布图的精准度；

(5)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪通过同步控制模块的同步控制，使得空间光调制器与面阵探测器和/或投影信息提供模块彼此之间形成同步操作，从而在FTP重建模块中舌面三维形貌重建模块的所获得的舌面的光强度分布与投影图案或用于调制该投影图案的相位大体为同一时刻的，从而提高了FTP重建模块的重建获得的舌面三维形貌分布图的准确性。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪的原理图；

图2是图1所示的舌象形质三维结构检测仪的结构示意图；

图3是图1所示的FTP重建模块重建生成的舌面三维形貌分布图的示意图；

图4是图1所示的舌象形质三维结构检测仪根据实验一的实验条件重建生成的舌面三维形貌分布图的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

参见图1，示出了根据本发明的一个实施例的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪100。舌象形质三维结构检测仪100包括激光器1、SLM调控单元20、图像检测单元30以及FTP重建模块40。激光器1被配置成舌象形质三维结构检测仪100的光源，以用于提供入射激光。SLM调控单元20被配置成用于将入射激光调制成与受试者7的舌面的面积尺寸相匹配的投影图案，并将该投影图案映射至受试者7的舌面上。图像检测单元30被配置成用于获取受试者7的舌面上的光强度分布。FTP重建模块被配置成基于投影图案和光强度分布通过傅里叶变换轮廓术对受试者7的舌面进行三维重建，以获得受试者7的舌面三维形貌分布图。

在一个示例中，舌象形质表示舌体的形态特征。例如，、舌面纹理特征等。

在一个示例中，舌面应当广义地理解为舌体的靠近上颚的一侧的表面，其包括了舌苔部分。

在一个示例中，舌面三维形貌分布图能够反映受试者的舌体中舌面纹理特征。例如，当受试者的舌体表现出裂纹舌时，在该受试者对应的舌面三维形貌分布图中能够看到该受试者的舌面呈现高低不平的地图样纹理和/或放射状纹理等。当然，本领域技术人员可以明白，舌面上的纹理类型(例如，网状纹理)可以对应不同的疾病类型，当受试者的舌面表现出例如，裂纹纹理、锯齿纹理等的病态纹理特征时，表明了该受试者为非健康状态，例如处于疾病状态。当裂纹纹理较深时，表明疾病较为严重。也就是说，纹理的深度能够反映出疾病程度。通过舌面三维形貌分布图可以辅助临床医生判断受试者的健康状态和/或疾病程度。因此本发明所提供的舌面三维形貌分布图能够实现对舌象的辅助判断。

在一个示例中，由于舌面三维形貌分布图中保留了受试者之间的个体差异，从而能够反映出每个受试者舌象形质特征内在的细微差异(例如，地图样纹理分布的密度、纹理深度、纹理方向等纹理特征)，从而有助于临床中医证候的分级判断与量化。

在一个示例中，中医证候分级量化判断是指通过对中医证候进行细致的分析和量化评估，将受试者的症状和体征按照一定的标准进行分类和评分，以便更准确地判断疾病的严重程度和病情变化。在本发明中，本领域技术人员可以通过通过舌面三维形貌分布图对受试者的舌象形质的特征进行量化，例如，纹理深度可以辅助判断病情的严重程度，由此可以达到对证候的分级判断和量化的目的。

在一个示例中，激光器1、SLM调控单元20、受试者7的舌面以及图像检测单元30之间通过光的传输在彼此之间形成了光路，从而能够使图像检测单元30得到由光表达的舌面的特征，并输出能够通过FTP重建模块识别和计算的光强度分布，以此保留了每个受试者7因个体差异性而在舌面表现的细微不同。且，FTP重建模块40与图像检测单元30之间通信连接，使得FTP重建模块40能够根据接收到的光强度分布和投影图案对该受试者的重建得到舌面三维形貌分布图(例如，点云三维图)。

在一个示例中，在检测时，为了能够充分采集到受试者7的舌面的三维特征，使受试者7的舌体尽可能地充分伸出口腔，并以能够肉眼看到舌根为止。

在一个实例中，如图2所示，SLM调控单元20包括空间光调制器4和投影单元6。空间光调制器4和投影单元6依次设置在激光器1与受试者7之间。空间光调制器4用于将激光器1发出的激光调制成投影图案，投影单元6将投影图案垂直投影至受试者7的舌面。

在一个示例中，空间光调制器4包括彼此电连接的液晶面板(未示出)和集成电路(未示出)。所述液晶面板通过液晶分子的双折射性来实现对入射光束的相位的调制。通过改变施加在液晶像素分子上的电压，液晶的分子和电场之间会有不同的夹角，即液晶分子的指向矢和入射光的偏振方向形成一定的夹角从而改变了液晶的有效折射率，以此来改变光经过的光程来实现相位调制。

在一个示例中，空间光调制器4对入射激光的相位进行调制，该相位的范围设置为[-π,π]。例如，空间光调制器4通过改变施加电压以形成正弦光栅条纹，并将该正弦光栅条纹作为投影图案。且，空间光调制器4还将所述入射激光的光强度进行归一化处理，使光强度值的变化范围为[0,1]，并对光强度进行离散化处理，离散间隔为1/255，使离散化的光强度表现为具有256个灰度，由此获得了投影至受试者7的舌面的投影图案。例如，正弦条纹投影图案。本领域技术人员可以明白，投影图案还可以是均匀布设的点阵图案、棋盘图案等，只要能够满足具有均匀分布的256个灰度即可。

在一个示例中，投影图案完全覆盖舌面，即舌面能够全部被投影图案覆盖，也就是说投影图案的尺寸(例如，大小和/或形状)大于或等于舌面的尺寸(例如，大小和/或形状)。当然本领域技术人员还可以明白，当需要采集受试者7的舌面部分特征时，可以将投影图案设置为比舌面尺寸小，投影图案的尺寸只要能够采集到所需采集部分的特征即可。

在一个示例中，投影单元为摄像机、投影仪或投影镜头，本领域技术人员可以根据实际的需要来设计。所述投影单元6的投影镜头与受试者7的舌面之间的投影距离的范围设置为15cm～20cm。由此保证了投影单元6投影至受试者7的舌面的投影图案尽可能少地受到环境中各种光(即，冗余光)的影响，进而保证了投影至受试者7的舌面的投影图***性，继而提高了后续成像采集的舌面的图案强度分布的准确度。

在一个示例中，由于受试者7的舌面凹凸不平(例如，舌面有纹路，比如裂纹、裂沟时)，使得投影至受试者7的舌面的由光形成的二维的投影图案转变为了带有舌面三维特征信息的图案强度分布。且，由于舌面的各个位置处对光的反射、折射、漫反射等等均有所不同，使得光在舌面的强度将发生不同程度的变化，即得到的具有舌面三维特征信息的图案强度分布将不是均匀的，而是根据受试者7的舌面的情况不同，图案强度分布将在各个位置有所不同。同时，还保留了各个受试者因个体差异而产生的不同，从而提高了重建的舌面三维形貌分布图的精确性，继而提高了将舌面三维形貌分布图作为舌象判断辅助数据时，对舌象的判断的准确性。

在一个示例中，受试者7通过头部固定模块(未示出)进行头部固定，以尽可能地减少受试者7在检测过程中移动、晃动(包括轻微晃动)头部，从而保证受试者处于相对静止状态，该相对静止状态即为非理想静态。

在一个示例中，所述SLM调控单元20还包括起偏器2、准直器3和验偏器5。起偏器2和准直器3依次设置在激光器1与空间光调制器4之间，验偏器5设置在空间光调制器4与投影单元6之间。

起偏器2用于将激光器1发出的入射激光调制为与空间光调制器4的液晶晶向成45°夹角的线偏振光，之后准直器3将线偏振光准直扩束，并耦合至空间光调制器4，空间光调制器4加载相位以对耦合至空间光调制器4的激光进行相位调制，之后验偏器5将空间光调制器4调制后的投影图案进行光筛选，即保留偏振方向相同的光，衰减偏振方向不同的光，从而获得灰度调制图案，该灰度调制图案为所述投影图案。也就是说，通过验偏器5的调制，使得投影至受试者7的舌面的投影图案更加均匀，从而使得后续采集得到的舌面特征更加准确，继而使得通过FTP重建模块40重建得到舌面三维形貌分布图更加精确验偏器作用是产生灰度图案，也就是说光经过SLM后虽然加载了相位信息，但每个像素点光强都是一样的，没有灰度变化，经过验偏器后才会形成灰度图案。在一个示例中，所述验偏器5为线偏振片，例如薄膜型线偏振片。当然本领域技术人员还可以明白，当投影图案不同时，还可以根据投影图案来选择合适的验偏器5，例如还可以采用晶体偏振片。

在一个实例中，如图2所示，图像检测单元30包括成像模块9和面阵探测器10。所述成像模块9布置在面阵探测器10与受试者7之间。成像模块用于将受试者7的舌面的投影图案的图案强度分布成像至面阵探测器10，面阵探测器10将图案强度分布转换成舌面的光强度分布。

在一个示例中，成像模块9所采集到的舌面的反射光为舌面的不同位置在同一时间反射投影图案所形成的不同强度的光。该舌面的不同位置在同一时间反射投影图案的不同强度的光形成了所述图案强度分布。

在一个示例中，成像模块9将采集到的舌面的反射光传输至面阵探测器10，之后面阵探测器10将该通过光表达的图案强度分布转换为能够被FTP重建模块40识别和计算的舌面的光强度分布数据。

在一个示例中，成像模块9可以是结构光相机、激光成像仪等，本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择现有的可以实现成像功能的任何部件、仪器、装置等来替代。

在一个示例中，成像模块9的成像镜头与受试者7的舌面之间的成像距离其范围可以设置为15cm～30cm，优选地25cm。由于成像模块9的成像镜头与受试者7的舌面的成像距离较近，由此减少了成像镜头采集到环境中其他物品反射的光和自然光，保证了所传输至面阵探测器10的光为受试者7的舌面所反射的光，且同时还保证了成像模块9的成像清晰度。

在一个示例中，成像模块9可以为光学成像***，也可以为双目结构光摄像机。基线距离可以设置为10cm。成像模块9的主光轴与受试者7的舌面之间形成的夹角的角度范围可以设置为20°～30°，优选为24°。成像模块9的主光轴与投影单元6的主光轴之间夹角范围设置为20°～28°，优选为24°

本领域技术人员可以明白，成像模块9与舌面之间的距离、成像模块的基线距离、主光轴与舌面的纵长方向之间的夹角角度均可以根据实际需要来调整，例如可以根据当时成像模块类型、产品等的选择来调整上述距离、基线距离和夹角角度中的至少一个。当然，本领域技术人员也可以根据环境光光强的实时变化或者所处环境的光的强弱，来调整调整上述距离、基线距离和夹角角度中的至少一个。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。

在一个示例中，为了避免接收到来自于投影模块6投影的光，在使用检测仪100之前，将对投影模块投影的有效区域进行标定，以便于成像模块9能够仅提取到所述有效区域。

在一个示例中，为了减少成像模块9接收到来自受试者7的其余部位的光和环境内其他物品等所反射的光(例如，自然光、灯光等)，可以将成像模块9的成像镜头所采集的有效区域确定为所述受试者7暴露的舌体的舌面。

在一个示例中，由于每个受试者7所暴露的舌体的大小不同，因此可以动态调整所述成像模块9的焦距等参数，以保证成像镜头所采集的有效区域尽可能地仅为每个个体受试者的舌面，而不采集到其他区域所反射的光。

在一个示例中，图像检测单元30还包括用于隔绝背景光的滤光片，所述滤光片设置在所述受试者与所述成像模块之间的滤光片8。滤光片8与成像模块9的镜头平行设置。

在一个示例中，所述滤光片8保留了与所述入射激光波长相同的光，以保证所述成像镜头所采集的图像强度分布来自于所述舌面。

在一个示例中，滤光片8为带通滤光片，该带通滤光片只允许与激光器1发射的激光的波长相同的光通过，当然本领域技术人员可以明白，带通滤光片还可以只允许在一带宽范围内(例如，420nm～670nm)的光通过。本领域技术人员可以明白，滤光片可以根据实际的需要选择现有其他滤光片来替代带通滤光片，只要能够使成像模块9能够尽可能仅采集到由空间光调制器4调制的投影图案经舌面所反射的光，即只要能够起到滤除冗余光(例如，来自自然环境的光)的作用即可，从而保证所采集到的具有舌面三维特征信息的图像强度分布的准确性。

在一个示例中，面阵探测器10用于记录经成像模块9所传输的图案强度分布。

在一个示例中，当空间光调制器4输出一次投影图案以后，面阵探测器10同步采集来自成像模块9的成像图像(即三维的图案强度分布)，之后并将三维的由光表达的图案强度分布转换成舌面的光强度分布，由此将舌面反射的不同强度的光转换为了能够由FTP重建模块40识别和计算的数据(即舌面的光强度分布数据)。在一个示例中，面阵探测器10在输出一次光强度分布数据之后清零以避免下次检测图像时的数据与上次检测图像的数据发生混淆。例如，在多个受试者依次采集用于重建舌面三维形貌分布图的过程中。

在一个示例中，图像检测单元30还包括同步控制模块12，同步控制模块12分别与空间光调制器4和面阵探测器10通信连接。同步控制模块12对空间光调制器4输出经自身调制(例如，相位调制)后的投影图案与所述面阵探测器10采集所述图像强度分布进行同步控制。在使用时，同步控制模块12将同步控制信号同时传输至空间光调制器4和面阵探测器10，之后空间光调制器4根据该同步控制信号和接收到的相位数据，调制接收到的激光形成投影图案并输出，同时面阵探测器10根据接收到的同步控制信号对来自成像模块9的光进行同步采集进行转换。

在一个实例中，如图1-3所示，FTP重建模块40包括至少与图像检测单元30通信连接的舌面三维形貌重建模块14。在一个示例中，舌面三维形貌重建模块14与图像检测单元30中的面阵探测器10通信连接，以接收舌面的光强度分布。

在一个示例中，所述舌面三维形貌重建模块14基于调制投影图案的相位和舌面的光强度分布通过傅里叶变换轮廓术(FTP)进行舌面三维形貌信号重建，以获得舌面三维形貌分布图。

在一个示例中，FTP重建模块40包括投影信息提供模块11。投影信息提供模块11预存储用于调制入射激光(例如，来自准直器3的激光)的相位和用于离散化该入射激光的离散间隔。

在一个示例中，在投影时，投影信息提供模块11将相位传输至空间光调制器4，空间光调制器4根据相位调制所接收到的经验偏器5透射的激光，继而形成投影图案。

在一个示例中，舌面三维形貌重建模块14可以与空间光调制器4通信连接，在进行舌面三维形貌重建时，可以从该空间光调制器4获得其调制入射激光(例如，经验偏器5透射的激光)的相位。当然本领域技术人员还可以，将舌面三维形貌重建模块14与投影信息提供模块11通信连接，在进行舌面三维形貌重建时，可以从该投影信息提供模块11获得其调制入射激光的相位。本领域技术人员可以根据需要来设置，本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。

在一个示例中，投影信息提供模块11还可以预存储用于离散化空间光调制4进行相位调制的光的离散间隔。在使用时，空间光调制器4基于该相位和离散间隔调制入射激光(例如，经验偏器5透射的激光)以生成所述投影图案。

在一个示例中，同步控制模块12还可以与投影信息提供模块11通信连接。在使用时，同步控制模块12向空间光调制器4和面阵探测器10发送同步控制信号时，同时还向投影信息提供模块11发送同步控制信号，使投影信息提供模块11能够同步向空间光调制器4发送相位数据，以使空间光调制器4能够根据接收到的相位同步调制所述入射激光。

在一个示例中，舌面三维形貌重建模块14块基于投影信息提供模块11提供的相位与面阵探测器10所提供的舌面的光强度分布通过傅里叶轮廓术(FTP)获得受试者7的舌面高度和舌面三维形貌分布图。或，舌面三维形貌重建模块14基于空间光调制器4提供的投影图案与面阵探测器10所提供的舌面的光强度分布通过傅里叶轮廓术(FTP)获得受试者7的舌面高度(例如，舌面的各个位置的高度、舌面的平均高度等)和舌面三维形貌分布图(如图3所示)。

在一个示例中，在通过傅里叶轮廓术(FTP)对受试者7的舌面进行三维重建的过程中，可以得到舌面各个点在空间中相对于参考平面的相对高度，即舌面高度。舌面高度也可以理解为采集得到的舌面的点云相对于参考平面的平均高度。该参考平面为在舌象形质三维结构检测仪100的组建过程中，通过***标定得到的，该参考平面的高度设置为0。

在一个示例中，舌面三维形貌重建模块14根据投影的投影图案和舌面的光强度分布数据采用傅里叶轮廓术对投影图案和与之对应的舌面光强度分布重建舌面三维形貌分布图的步骤，包括依次进行的求取相位包裹、对所求取的相位进行解包裹得到舌面的各个点在三维空间中相对于参考平面的相对高度以及根据舌面上的各个点的相对高度重建舌面三维形貌分布图。

在一个示例中，FTP重建模块40还包括数据包存储模块13。数据包存储模块13分别与SLM调控单元20和图像检测单元30通信连接，以将SLM调控单元的投影图案和图像检测单元的光强度分布进行存储。在一个示例中，数据包存储模块13分别与空间光调制器4和面阵探测器10通信连接，在使用中，空间光调制器4将投影图案分别传输至投影模块6和数据包存储模块13中，且面阵探测器10将该投影图案对应的舌面的光强度分布传输至数据包存储模块13。在一个示例中，面阵探测器10将受试者7的舌面的光强度分布转换成图像输出至所述数据包存储器13，当然本领域技术人员还可以明白，面阵探测器10还可以同时将光强度分布以数据的形式传输至数据包存储模块13中存储。

实验一：

将实验条件设置为：激光器1发出的激光波长为532nm，成像模块9与受试者7的舌面之间的成像距离为15cm、成像模块9的曝光时间设置为100μs，空间光调制器3中的阵列式反光镜规模为1024×768，SLM位数：8位，相位调制范围[-π,π]。

使用本发明提供的舌象形质三维结构检测仪100对用于模拟受试者舌体的两个工装件(两个工装件的各个参数完全一致)在同一实验条件下分别进行了1次检测，第一工装件相对于参考平面的平均高度为1.01mm，第二工装件相对于参考平面的平均高度为1.04mm，高度误差为0.03mm。

之后，采用同一舌象形质三维结构检测仪100在同一实验条件下对同一名受试者分别进行了10次舌面高度的检测并求取了每次舌面相对于同一参考平面的平均高度(即表一中的舌面高度)，如表一所示。

表一 同一受试者的舌面高度测量表

对表一中的数据求取平均值为0.0321mm，标准差为0.0013mm。由此可以得知，本发明提供的舌面三维形貌重建***100具有30微米的高度分辨能力。如图4所示，为根据上述第一次测量结果重建的该受试者的舌面三维形貌分布图。

根据本发明实施例的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪具有以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪能够通过空间光调制器、面阵探测器以及舌面三维形貌重建模块的配合实现对舌面三维特征的提取与重建，从而获得了受试者的舌面三维形貌分布图；

(2)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪所提供的舌面三维形貌分布图保留了受试者之间的个体差异，因此能够反映出每个受试者舌象形质特征内在的细微差异，从而有助于临床中医证候的分级量化判断；

(3)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪能够实现自动化提取舌面形貌特征；

(4)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪通过相位调制能够实现利用单次投影方式快速形成256阶灰度变化正弦条纹，并在受试者的舌体处于在非理想的静态条件下所采集的舌面三维特征依然具有较高精度，并保证了FTP重建模块重建获得的舌面三维形貌分布图的精准度；

(5)本发明提供的基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪通过同步控制模块的同步控制，使得空间光调制器与面阵探测器和/或投影信息提供模块彼此之间形成同步操作，从而在FTP重建模块中舌面三维形貌重建模块的所获得的舌面的光强度分布与投影图案或用于调制该投影图案的相位大体在同一时刻上，从而提高了FTP重建模块的重建获得的舌面三维形貌分布图的准确性。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (13)

1.一种基于空间光调制器的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述舌象形质三维结构检测仪包括：

激光器，所述激光器被配置成用于提供入射激光的光源；

SLM调控单元，所述SLM调控单元被配置成用于将所述入射激光调制成与受试者的舌面的尺寸相匹配的投影图案，并将所述投影图案映射至所述受试者的舌面上；

图像检测单元，所述图像检测单元被配置成用于获取所述受试者的舌面的光强度分布；和

FTP重建模块，所述FTP重建模块被配置成基于所述投影图案和所述光强度分布通过傅里叶变换轮廓术对所述受试者的舌面进行三维重建，以获得所述受试者的舌面三维形貌分布图。

2.根据权利要求1所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述SLM调控单元包括在所述激光器与所述受试者之间依次设置的空间光调制器和投影单元，所述空间光调制器用于将所述激光器发出的激光调制成所述投影图案，所述投影单元将所述投影图案垂直投影至所述受试者的舌面。

3.根据权利要求2所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述投影图案至少部分地覆盖所述舌面，且所述投影单元的投影镜头与所述舌面之间的投影距离的范围设置为15cm～20cm。

4.根据权利要求2所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述SLM调控单元还包括起偏器、准直器和验偏器，所述起偏器和准直器依次设置在所述激光器与所述图像检测单元之间，

所述起偏器用于将所述激光器发出的入射激光调制为与所述空间光调制器的晶向成45°夹角的线偏振光，

所述准直器用于将所述线偏振光耦合至所述空间光调制器，

所述验偏器设置在所述空间光调制器与所述投影单元之间，将所述空间光调制器调制后的投影图案进行光筛选，以获得灰度调制图案，所述灰度调制图案为所述投影图案。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述SLM调控单元调制所述入射激光的相位，所述相位的范围设置为[-π,π]，且将所述入射激光的光强度离散化，离散间隔为1/255，以获得所述投影图案。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述图像检测单元包括成像模块和面阵探测器，所述成像模块用于将所述受试者的舌面的三维的图案强度分布成像至所述面阵探测器，所述面阵探测器将所述图案强度分布转换成所述舌面的光强度分布。

7.根据权利要求6所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述成像模块与所述舌面之间的成像距离范围设置为15cm～30cm，

所述成像模块的主光轴与所述舌面之间形成的夹角的角度范围设置为20°～30°，

所述成像模块的主光轴与所述投影单元的主光轴之间夹角范围设置为20°～28°。

8.根据权利要求6所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述图像检测单元还包括用于隔绝背景光的滤光片，所述滤光片设置在所述受试者与所述成像模块之间的滤光片，所述滤光片与所述成像模块的镜头平行设置，

所述滤光片保留了与所述入射激光波长相同的光以保证所述成像镜头所采集的图像强度分布来自于所述舌面。

9.根据权利要求6所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述图像检测单元还包括同步控制模块，所述同步控制模块分别与所述空间光调制器和所述面阵探测器通信连接，所述同步控制模块对所述空间光调制器输出经自身调制后的投影图案与所述面阵探测器采集所述图像强度分布进行同步控制。

10.根据权利要求6所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述FTP重建模块包括至少与所述图像检测单元通信连接的211舌面三维形貌重建模块，所述舌面三维形貌重建模块基于调制所述投影图案的相位和所述舌面的光强度分布通过傅里叶变换轮廓术进行舌面三维形貌信号重建，以获得所述舌面三维形貌分布图。

11.根据权利要求10所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

FTP重建模块包括投影信息提供模块，所述投影信息提供模块预存储用于调制所述入射激光的相位和用于离散化所述入射激光的离散间隔，

所述投影信息提供模块将所述相位和离散间隔提供至所述空间光调制器，所述空间光调制器基于所述相位和离散间隔调制所述入射激光以生成所述投影图案。

12.根据权利要求11所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述舌面三维形貌重建模块基于所述投影信息提供模块提供的相位或所述空间光调制器提供的投影图案与所述舌面的光强度分布进行舌面三维形貌信号重建，以获得所述舌面三维形貌分布图。

13.根据权利要求10所述的舌象形质三维结构检测仪，其特征在于，

所述FTP重建模块还包括分别与所述SLM调控单元和所述图像检测单元通信连接的数据包存储模块，所述数据包存储模块存储所述SLM调控单元的投影图案和所述图像检测单元的光强度分布。