CN105640507A - 一种高清晰度皮肤病理分析仪及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高清晰度皮肤病理分析仪及其成像方法，属于医疗器械技术领域。其包括显示设备、处理器和成像设备，显示设备与处理器连接，成像设备为一手持式检测仪，在手持式检测仪的头部从上往下依次设有相机、偏振片一、光学镜头、光源、偏振片二和光强感应器；在手持式检测仪的内部设有DSP控制器，DSP控制器分别与光强感应器、光源、相机连接；光源包括LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯；？DSP控制器与处理器连接；主要包括成像校准、图像采集、图像处理和图像显示步骤。本发明结构简单，设计合理，操作方便，成本较低，为用户提供准确客观的高清晰度的皮肤检测信息。

Description

一种高清晰度皮肤病理分析仪及其成像方法

技术领域

本发明涉及一种高清晰度皮肤病理分析仪及其成像方法，主要用于皮肤的病理分析及检测，属于医疗器械技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对美和健康的的要求也随之增高，而皮肤是关系人们美与健康的一个重要环节。

皮肤指身体表面包在肌肉外面的组织，是人体最大的器官，主要承担着保护身体、排汗、感觉冷热和压力等功能。皮肤覆盖全身，它使体内各种组织和器官免受物理性、机械性、化学性和病原微生物性的侵袭。人的皮肤由表皮、真皮（中胚层）、皮下组织三层组成；高精度的皮肤病理分析通常是通过表皮层的黑色素、真皮层的血红素以及皮下组织层的毛细血管等指标来进行病理分析。

通常情况下，人们一般通过两种方式观察皮肤的状态：一种是直接用肉眼观察，这种方法在面对较大的皮肤问题时，可在一定程度上了解到皮肤的健康状态；另一种方法则是通过皮肤检测仪观察皮肤，传统的皮肤检测仪是通过光学镜头将皮肤的表面状态放大到一定的倍数，人们通过观察放大后的皮肤了解皮肤的健康状态。然而这两种方法都存在缺陷，肉眼难以观察到细微的结构，而传统的皮肤检测仪则仅能观测出皮肤表皮的病理情况，真皮层以及皮下组织层都难以进行检测，且传统的皮肤检测仪经常存在因光线干扰等因素而产生的图像不清晰的问题，对人们了解皮肤健康细节造成了阻碍。

现有技术中针对高精度要求的皮肤检测也有部分是基于多光谱成像技术的检测方法，为了获得多光谱的信息，多光谱系统通常采用如下两种方式获取：一类是分别获取不同光谱波段下的图像，通常是利用窄带滤光片实现，该类方法操作比较麻烦，不适宜用于快速的皮肤检测，另一类是连续地获取多光谱图像，通常是利用光谱仪逐点扫描，该类方法所涉及到的设备昂贵且耗时较长，也不适用于医疗用的快速皮肤检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种高清晰度皮肤病理分析仪及其成像方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高清晰度皮肤病理分析仪，包括显示设备、处理器和成像设备，所述显示设备与所述处理器连接，所述成像设备为一手持式检测仪，在所述手持式检测仪的头部从上往下依次设有相机、透振方向向上的偏振片一、光学镜头、光源、透振方向向下的偏振片二和光强感应器；在所述手持式检测仪的内部设有DSP控制器，所述DSP控制器分别与光强感应器、光源、相机连接；所述光源包括LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯；所述DSP控制器与所述处理器连接。本发明将成像设备设置成手持式检测仪，便于医生的手动操作；在光源与被检测皮肤之间设置透振方向向下的偏振片二，以使光源发出的光以竖直方向射向皮肤，且在相机与光学镜头之间设置透振方向向上的偏振片一，以使从皮肤反射出的光以竖直方向射向相机，通过偏振片一和偏振片二的结合使用，消除掉光源入射至皮肤表面后由于折射或者漫反射而使得拍摄效果较差的影响；本发明的光源采用LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯组合构成，各灯均采用LED灯，LED灯环保节能、使用寿命长，且LED灯相对于卤素灯等灯的光通量和发光效率都较高，在皮肤检测过程中，相机可获得较高质量的单色通道分量图像。

进一步地，本发明的所述光源包括LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯，各灯光照强度大小相同并按圆形均匀分布，且各灯的个数比为4：3：3：4：4。当LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯按4：3：3的比例设置时，通过该三种颜色通道分量合成的彩色图像更接近于采用LED白光灯所拍摄的图像。

进一步地，在本发明的所述LED红光灯的灯头设有红光滤光片，所述LED绿光灯的灯头设有绿光滤光片，所述LED蓝光灯的灯头设有蓝光滤光片。在LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯的灯头均设置对应的滤光片，使该三种光源发出的光更纯，防止其它杂光干扰相机的拍摄效果。

进一步地，本发明的所述光强感应器采用硅光电池传感器。

进一步地，本发明的所述相机的光电转换器采用COMS芯片或者CCD芯片。

进一步地，本发明的所述DSP控制器与所述处理器之间采用USB接口连接，所述USB接口设于所述手持式检测仪的尾部。

一种高清晰度皮肤病理分析仪的成像方法，其特征在于：包括如下步骤，

（1）成像校准：将处理器与手持式检测仪连接，控制光源的各灯依顺序分别打开，并分别通过DSP控制器控制各光源的输出亮度，使得光强感应器处的亮度不低于30，同时不超过255，并将DSP控制值保存好，以便采集图像时调用。

（2）图像采集：打开相机，DSP控制器依次控制LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯按顺序分别打开，在打开各灯的同时，分别对应调入各灯的DSP控制值，进行图像采集，各图像采集数据分别输出至处理器中，待后期处理。

（3）图像处理：通过处理器将所采集到的各图像进行叠加融合处理。

（4）图像显示：将上述步骤（3）中叠加融合后的图像在显示设备以彩色三维图像的形式显示出来。

本发明与现有技术对比，具有以下有益效果：本发明结构简单，设计合理，相对现有技术的RGB三基色拍摄的照片，本发明还增加了LED白光灯和LED红外光灯，LED白光灯可弥补RGB三色光的不足，LED红外光灯用于拍摄皮肤皮下组织层的毛细血管指标，而相对于多光谱成像技术而言，本发明结构简单、小巧，操作方便，成本较低，为用户提供准确客观的皮肤检测信息。

附图说明

图1为本发明的各结构连接示意图。

图2为本发明的手持式检测仪的结构示意图。

图3为图2中的A部结构放大示意图。

图4为本发明的成像原理图。

图5为本发明光源的各灯分布图。

图6为不采用偏振片的情况下光源的反射原理图。

图7为本发明的偏振片二的原理图。

图8为本发明的偏振片一的原理图。

图9为本发明的LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯和LED白光灯的光谱响应曲线图。

附图中：1为显示设备，2为处理器，3为成像设备，31为相机，32为偏振片一，33为光学镜头，34为光源，341为LED红光灯，342为LED绿光灯，343为LED蓝光灯，344为LED白光灯，345为LED红外光灯，35为偏振片二，36为光强感应器，37为USB接口，38为DSP控制器，39为滤光片，4为皮肤，41为表皮，42为真皮层，43为皮下组织层。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例包括显示设备1、处理器2和成像设备3，显示设备1与处理器2连接。

参见图2-图4，本实施例的成像设备3为一手持式检测仪，在手持式检测仪的头部从上往下依次设有相机31、透振方向向上的偏振片一32、光学镜头33、光源34、透振方向向下的偏振片二35和光强感应器36；在手持式检测仪的内部设有DSP控制器38，DSP控制器38分别与光强感应器36、光源34、相机31连接；光源34包括LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343、LED白光灯344和LED红外光灯345；DSP控制器38与处理器2之间采用USB接口37连接，USB接口37设于所述手持式检测仪的尾部。

在本实施例的LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343的灯头均设有对应的滤光片39。

在本实施例中，光强感应器36采用硅光电池传感器，相机31的光电转换器采用COMS芯片或者CCD芯片。

参见图5，本实施例的LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343、LED白光灯344和LED红外光灯345分别按两个同心圆位置分布。LED绿光灯342和LED蓝光灯343各三个，且间隔分布于内同心圆位置上；LED红光灯341、LED白光灯344和LED红外光各四个，三者间隔分布于外同心圆位置上。

参见图6-图8，示出了偏振片一32和偏振片二35的作用和工作原理。图6为本实施例不使用偏振片一32和偏振片二35时，光源34照射在皮肤4表面的光的入射和反射过程，该种情况下，光源34以不确定的方向入射至皮肤4表面，且经过皮肤4的表皮41和真皮层42或皮下组织层43后由镜面反射或者漫反射的形式将光源34反射出来，并通过相机31进行图像采集，此时，由于漫反射光的影响，相机31采集的图像信息容易出现光晕光等众多影响，无法获得较为清晰的图像，从而无法准确的分析出皮肤4的病理情况。图7为本实施例偏振片二35的工作原理图，本实施例的LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343、LED白光灯344和LED红外光灯345的位置各不相同，各灯的光线入射角度也不同，当各灯的光线分别通过偏振片二35照射至皮肤4时，均变为竖直向下的照射方向，使得各灯的照射方向变为相同；图8为本实施例偏振片一32的工作原理图，当各灯的光线照射至皮肤4，经过反射并通过偏振片一32后均以竖直方向射入相机31内部；通过偏振片一32和偏振片二35的结合使用，使各灯均按同一方向射入皮肤4，加强了在不同灯的照射下所拍摄到的图像处理性，大大降低了漫反射的对相机31所拍摄的图像影响，整体提高了图像的清晰度和可参考度。

参见图9，为本实施例的LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343和LED白光灯344的光谱响应曲线图，如图所示，不同颜色的光源34照射下所获取到的图像特性是不同的，由于LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343在不同的波段下所对应的光谱响应值不同，且在各相邻波段处呈现光谱响应值较低，而LED白光灯344在该相邻波段出的光谱响应值相对较高，将LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343和LED白光灯344的分别照射下所获取的各图像进行叠加合成处理后，可获得各波段相下的光谱响应值均较高的图像，以获得清晰度较高的图像，便于皮肤4的病理分析。

采用本实施例进行皮肤检测的成像过程包括如下步骤：

（1）成像校准：将处理器2与手持式检测仪连接，控制光源34的各灯依顺序分别打开，并分别通过DSP控制器38控制各光源34的输出亮度，使得光强感应器36处的亮度不低于30，同时不超过255，并将DSP控制值保存好，以便采集图像时调用。

（2）图像采集：打开相机31，DSP控制器38依次控制LED红光灯341、LED绿光灯342、LED蓝光灯343、LED白光灯344和LED红外光灯345按顺序分别打开，在打开各灯的同时，分别对应调入各灯的DSP控制值，进行图像采集，各图像采集数据分别输出至处理器2中，待后期处理。

（3）图像处理：通过处理器2将所采集到的各图像进行叠加融合处理。

（4）图像显示：将上述步骤（3）中叠加融合后的图像在显示设备1以彩色三维图像的形式显示出来。

以上实施例对本发明作出了较为详细的描述，但是这些描述并非是对本发明的限制，即本发明并不局限于上述实施例的具体结构及描述。本发明的保护范围包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (7)

1.一种高清晰度皮肤病理分析仪，包括显示设备、处理器和成像设备，所述显示设备与所述处理器连接，其特征在于：所述成像设备为一手持式检测仪，在所述手持式检测仪的头部从上往下依次设有相机、透振方向向上的偏振片一、光学镜头、光源、透振方向向下的偏振片二和光强感应器；在所述手持式检测仪的内部设有DSP控制器，所述DSP控制器分别与光强感应器、光源、相机连接；所述光源包括LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯；所述DSP控制器与所述处理器连接。

2.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪，其特征在于：所述光源包括LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯，各灯光照强度大小相同并按圆形均匀分布，且各灯的个数比为4：3：3：4：4。

3.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪，其特征在于：在所述LED红光灯的灯头设有红光滤光片，所述LED绿光灯的灯头设有绿光滤光片，所述LED蓝光灯的灯头设有蓝光滤光片。

4.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪，其特征在于：所述光强感应器采用硅光电池。

5.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪，其特征在于：所述相机的光电转换器采用COMS芯片或者CCD芯片。

6.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪，其特征在于：所述DSP控制器与所述处理器之间采用USB接口连接，所述USB接口设于所述手持式检测仪的尾部。

7.根据权利要求1所述的高清晰度皮肤病理分析仪的成像方法，其特征在于：包括如下步骤，

（1）成像校准：将处理器与手持式检测仪连接，控制光源的各灯依顺序分别打开，并分别通过DSP控制器控制各光源的输出亮度，使得光强感应器处的亮度不低于30，同时不超过255，并将DSP控制值保存好，以便采集图像时调用；

（2）图像采集：打开相机，DSP控制器依次控制LED红光灯、LED绿光灯、LED蓝光灯、LED白光灯和LED红外光灯按顺序分别打开，在打开各灯的同时，分别对应调入各灯的DSP控制值，进行图像采集，各图像采集数据分别输出至处理器中，待后期处理；

（3）图像处理：通过处理器将所采集到的各图像进行叠加融合处理；

（4）图像显示：将上述步骤（3）中叠加融合后的图像在显示设备以彩色三维图像的形式显示出来。