Экспериментальная установка для многоспектральной обработки изображений биологических объектов

Многоспектральная обработка изображений биологических объектов, освещаемых светом с регулируемым и заранее известным спектральным составом может быть осуществлена в устройстве, базовая схема которого показана на рисунке 2. В данной схеме полихромный источник света с программно управляемым спектром [11] формирует пучок света с помощью сигнала, поступающего от ПЭВМ и по заданному программным обеспечением закону переключает спектральные интервалы освещения объекта. Через расширитель пучка этот пучок освещает объект, и отраженный от объекта свет, прошедший через проекционный объектив, подается на вход АОПФ.

 

Рис. 2. Структурная схема устройства многоспектральной обработки изображений

 

После фильтрации на АОПФ свет, несущий данные об изображении объекта попадает на многоэлементный фотоприемник, и через встроенный контроллер выделенное монохромное изображение подается на ПЭВМ. Программное обеспечение ПЭВМ регулирует частоту сигнала, подаваемого на пьезопреобразователь АОПФ, в результате чего последний последовательно выделяет монохромные субизображения объекта в заданном порядке в пределах диапазона длин волн, обеспечиваемого полихромным источником света с управляемым спектром. В этой схеме построения устройства многоспектральной обработки изображений управление спектром источника света играет роль грубой настройки по длине волны, а управление частотой сигнала, подаваемого на АОПФ – роль тонкой настройки.

Среди всех источников света, используемых в спектральных приборах (лампы накаливания, газоразрядные ртутные лампы, ксеноновые лампы и светодиоды) именно светодиоды обладают оптимальной комбинацией свойств. Однако единичный светодиод (даже белый) недостаточно эффективен в этой роли – он обладает слишком малыми мощностью и полосой пропускания. Оптимальным решением, по нашему мнению, является использование набора светодиодов с различными длинами волн и с полосами пропускания, перекрывающими друг друга. Основная проблема в их использовании – создание единого пучка из пространственно разделенных источников.

В регулируемом источнике света, выполненном в соответствии с работой [11], эта проблема решена. Источник света включает в себя блок питания и управления, который управляется через USB интерфейс от компьютера. Светодиоды расположены в определенных местах внутри источника и снабжены микролинзами; свет от светодиодов направляется на дифракционную решетку. Расположение светодиодов таково, что угол падения света a от каждого i -го светодиода удовлетворяет соотношению

,                                      (6) 

где d – шаг дифракционной решетки, l _i – длина волны света от i -го светодиода, b - угол дифракции, т – целое число.

       В результате того, что геометрия расположения светодиодов в источнике света удовлетворяет условию (6), на выходе свет от всех светодиодов объединяется в один общий пучок, распространяющийся в одном направлении. Если светодиоды включаются и отключаются поочередно, то на выходе световые пучки соответствующих спектральных интервалов также распространяются в одном и том же направлении. Таким образом, геометрические характеристики выходного пучка от переключения спектральных диапазонов практически не меняются.

       Преимущества такого источника света представляются весьма важными. Спектральная характеристика выходного пучка может иметь любую заранее заданную форму, причем ее изменением можно управлять программно. Время перехода от одной формы спектра к другой не превышает 30…50 мкс.