光探测装置、系统及方法

技术领域

本公开涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种光探测装置、系统及方法。

背景技术

目前，X光探测已广泛应用在医疗、无损检伤、机场安检等领域中，而现有的X光探测一般是利用平板探测器采集待探测物的X光影像，且每次打一次X光仅能成像一次平行方向的图像，如果想采集不同角度的入射图像则必须多次照射X射线，这在医疗领域可能导致患者摄入过多X射线造成健康问题；且球管只能将约百分之1的电能转化为X光，每触发一次球管都会导致系统耗费大量电能并产生大量热量，可见，现有X光探测方案有以下的缺点：第一，无法放大缩小，且需要大面积的光感测组件，造成成本较高；第二，光感测组件须配套大尺寸的转化膜，且多次、多方向的图像采集及大面积的转化膜对环境和人体具有一定的危害性；第三，转化膜须配套大面积的氧化铟锡(ITO)贴合层，而其贴合效果易造成显像不均匀(MURA)，导致良率降低；第四，光感测组件需要与平板探测器尺寸相当的大尺寸读出芯片(ROIC)，而大尺寸ROIC开发是相对复杂。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种光探测装置，所述装置包括：

遮蔽板，嵌设有至少一个转化组件，所述转化组件用于对从所述遮蔽板的一侧入射的射线光进行波长转换，以将所述射线光转化为可见光，并将该可见光从所述遮蔽板的另一侧输出，所述射线光的波长小于所述可见光的波长；

图像采集模块，包括至少一个图像采集组件，各个图像采集组件与各个转化组件一一对应，所述图像采集组件用于采集各个转化组件输出的可见光，并进行光电转换。

在一种可能的实现方式中，所述转化组件包括第一透镜或第二透镜，所述第一透镜由波长转换材料制成，所述第二透镜由玻璃透镜、塑胶透镜的任意一种与波长转换材料制得的薄膜组合而成。

在一种可能的实现方式中，所述波长转换材料为碘化铯。

在一种可能的实现方式中，所述射线光包括α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线的至少一种。

在一种可能的实现方式中，所述遮蔽板由铅或钨制成。

在一种可能的实现方式中，所述图像采集组件由CMOS图像传感器、CCD图像传感器、光电二极管的至少一种组成。

在一种可能的实现方式中，所述系统包括：

所述的光探测装置；

发光组件，用于发出射线光；

待探测目标，设置于所述发光组件及所述光探测装置之间。

在一种可能的实现方式中，所述光探测装置中的图像采集模块与遮蔽板的距离小于所述待探测目标与所述遮蔽板的距离，以使得所述光探测装置的图像采集模块得到缩小的所述待探测目标的图像。

在一种可能的实现方式中，所述光探测装置中的图像采集模块与遮蔽板的距离大于所述待探测目标与所述遮蔽板的距离，以使得所述光探测装置的图像采集模块得到放大的所述待探测目标的图像。

根据本公开的一方面，提供了一种光探测方法，所述方法包括：

利用遮蔽板中嵌设的至少一个转化组件对从所述遮蔽板的一侧入射的射线光进行波长转换，以将所述射线光转化为可见光，并将该可见光从所述遮蔽板的另一侧输出，所述射线光的波长小于所述可见光的波长；

利用图像采集模块采集各个转化组件输出的可见光，并进行光电转换。

在一种可能的实现方式中，所述转化组件包括第一透镜或第二透镜，所述第一透镜由波长转换材料制成，所述第二透镜由玻璃透镜、塑胶透镜的任意一种与波长转换材料制得的薄膜组合而成，所述波长转换材料为碘化铯。

在一种可能的实现方式中，所述射线光包括α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线的至少一种，所述遮蔽板由铅或钨制成。

在一种可能的实现方式中，所述图像采集组件由CMOS图像传感器、CCD图像传感器、光电二极管的至少一种组成。

本公开实施例通过在遮蔽板中嵌设至少一个转化组件，利用所述转化组件对从所述遮蔽板的一侧入射的射线光进行波长转换，以将所述射线光转化为可见光，并将该可见光从所述遮蔽板的另一侧输出，以使得图像采集模块采集各个转化组件输出的可见光，并进行光电转换，得到检测图像，一方面在使用所述光探测装置时，可以通过合理设置物距、像距实现检测图像的放大、缩小，相应的，可以缩小图像采集组件的面积，另一方面，较于相关技术在整个遮蔽板上设置转化膜，本公开实施例可以减少波长转换材料的使用、减少ITO材料的使用，在不同位置设置至少一个转化组件，可以实现同一时间多角度入射的图像采集，降低射线光的照射次数，提高安全性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开实施例的光探测装置的示意图。

图2示出了根据本公开实施例的光探测装置的示意图。

图3示出了根据本公开实施例的一种光探测方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

请参阅图1，图1示出了根据本公开实施例的光探测装置的示意图。

如图1所示，所述装置包括：

遮蔽板110，嵌设有至少一个转化组件111，所述转化组件111用于对从所述遮蔽板110的一侧入射的射线光100b进行波长转换，以将所述射线光100b转化为可见光100c，并将该可见光100c从所述遮蔽板110的另一侧输出，所述射线光100b的波长小于所述可见光100c的波长；

图像采集模块120，包括至少一个图像采集组件121，各个图像采集组件121与各个转化组件111一一对应，所述图像采集组件121用于采集各个转化组件111输出的可见光100c，并进行光电转换。

本公开实施例通过在遮蔽板110中嵌设至少一个转化组件111，利用所述转化组件111对从所述遮蔽板110的一侧入射的射线光100b进行波长转换，以将所述射线光100b转化为可见光100c，并将该可见光100c从所述遮蔽板110的另一侧输出，以使得图像采集模块120采集各个转化组件111输出的可见光100c，并进行光电转换，得到检测图像，一方面在使用所述光探测装置时，可以通过合理设置物距、像距实现检测图像的放大、缩小，相应的，可以缩小图像采集组件121的面积，另一方面，较于相关技术在整个遮蔽板110上设置转化膜，本公开实施例可以减少波长转换材料的使用、减少ITO材料的使用，在不同位置设置至少一个转化组件111，可以实现同一时间多角度入射的图像采集，降低射线光100b的照射次数，提高安全性。

示例性的，如图1所示，光探测装置10的遮蔽板110的一侧入射的射线光100b可以为发光组件100发出的射线光100a照射待探测目标20后，从待探测目标20透出的射线光。

本公开实施例对嵌设转化组件111的数目、位置、方法不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要设置，示例性的，各个转化组件111可以间隔一定的距离，在嵌入转化组件111时，可以在遮蔽板110上采用相关工艺得到多个孔，并将转化组件111嵌入到相应的孔中，以实现在遮蔽板110嵌设至少一个转化组件111，本公开实施例对孔的形状、大小不做限定，示例性的，以孔为圆形为例，孔的直径可以为1mm～2cm，即孔的大小相对于遮蔽板110较小，在其他实施例中，孔也可以为其他形状，面积可以设置为与圆形孔的面积相当，例如可以为3.14mm

本公开实施例对转化组件111的实现方式不做限定，在一种可能的实现方式中，所述转化组件111可以包括第一透镜或第二透镜，所述第一透镜由波长转换材料制成，所述第二透镜由玻璃透镜、塑胶透镜的任意一种与波长转换材料制得的薄膜组合而成。示例性的，所述波长转换材料可以为碘化铯或其他，对此，本公开实施例不做限定，应理解，波长转换材料如碘化铯对环境、人体具有一定的危害性，因此，通过嵌入较小的转化组件111在遮蔽板110中，可以降低波长转换材料的使用，减少对环境、人体的危害，并且设置较小的转化组件111，有利于降低图像采集组件121的面积，减少ITO材料的使用(或者不再需要ITO材料进行贴合)，从而进一步节约了成本。

本公开实施例对射线光100b(及射线光100a)的具体类型不做限定，在一种可能的实现方式中，所述射线光100b包括α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线等的至少一种，对发光组件100的具体实现也不做限定，示例性的，所述射线光100b可以为X光，相应的，发光组件100可以为X发光管，如图1所示，发光组件100可以发出X射线以照射待探测目标20(可以为有机生命体如人体或其他物体)，X射线穿透待探测目标20，可以标记穿透待探测目标20的X射线为穿透X光(射线光100b)。

本公开实施例对遮蔽板110的材料不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要设置，只要采用可以遮蔽射线光的材料即可，在一种可能的实现方式中，所述遮蔽板110可以由铅或钨制成，如图1所示，穿透X光仅能通过转化组件111，而无法通过遮蔽板110未设置转化组件111的其他位置，在这种情况下，由于不同的位置设置有转化组件111，因此不同角度的穿透X光(射线光100b)得以在被相应的转化组件111转化为可见光100c后，传播到遮蔽板110的另一侧(即出光侧)，并被相应的图像采集组件121接收。

本公开实施例对图像采集组件121的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要采用合适的方式实现，在一种可能的实现方式中，所述图像采集组件121可以由CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器、CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器、PD(Photo-Diode，光电二极管)的至少一种组成，示例性的，如图1所示，各个图像采集组件121设置在遮蔽板110的出光侧，且设置在于转化组件111对应的位置，这样，转化组件111输出的可见光100c可以被对应的图像采集组件121接收，图像采集组件121可以对可见光100c进行光电转换，得到相应的图像。

请一并参阅图1、图2，图2示出了根据本公开实施例的光探测装置的示意图。

示例性的，本公开实施例可以根据放大图像、缩小图像的需求，设置遮蔽板110、待探测目标20、图像采集模块120的位置、距离，可以根据遮蔽板110、待探测目标20、图像采集模块120的位置、距离确定图像采集组件121的尺寸大小，例如，若需要得到缩小的待探测目标20的图像，可以设置所述光探测装置10中的图像采集模块120与遮蔽板110的距离小于所述待探测目标20与所述遮蔽板110的距离，并设置小尺寸的图像采集组件121(如图1所示)；若需要得到放大的待探测目标20的图像，可以设置所述光探测装置10中的图像采集模块120与遮蔽板110的距离大于所述待探测目标20与所述遮蔽板110的距离，并设置大尺寸的图像采集组件(如图2所示，图像采集组件与图像采集模块120面积相当)，当然，本公开实施例对缩小、放大时，遮蔽板110、待探测目标20、图像采集模块120之间具体的位置、距离不做限定，本领域技术人员可以根据缩小、放大的需求(如放大倍数)设置遮蔽板110、待探测目标20、图像采集模块120的位置、距离。

本公开实施例可以设置处理组件连接于光探测装置10，以进行后续的图像处理，在一个示例中，处理组件包括但不限于单独的处理器，或者分立元器件，或者处理器与分立元器件的组合。所述处理器可以包括电子设备中具有执行指令功能的控制器，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。在所述处理器内部，可以通过逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等硬件电路执行所述可执行指令。

本公开实施例可以设置存储组件存储光探测装置10探测得到的图像信号，在一个示例中，存储组件可以包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、可编程只读存储器(PROM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

如前所述，当前主流X光平板探测器大部分为基于玻璃基板与大面积CsI(碘化铯)贴合的系统方案，系统往往比较复杂且成本较高，进而导致良率不高，除此之外成像只能平射透射物体，无法放大或缩小，且入射角只能平行于光源，本公开实施例可以对待探测目标20的图像进行放大、缩小，其中，缩小方案通过设置物距大于或远远大于像距的原理，在不同的位置开多个孔，便于集成和同一时间多角度入射采集，能最大程度上降低系统复杂度，将成像PD阵列集成到单颗芯片(如CMOS芯片)上，大大降低成本和复杂度，相应的，良率和功耗等也会有所优化。放大方案则通过设置像距大于或远远大于物距，可将物体的像放大处理并可动态调整，而且复杂度要比传统方案有所降低，一定程度上也可降低成本，提高良率，降低功耗，并且，本公开实施例不需要大面积碘化铯和ITO，对比传统方案良率跟高成本更低，对环境也更友好。

本公开实施例还提出一种光探测系统，在一种可能的实现方式中，如图1、图2所示，所述系统包括：

所述的光探测装置10；

发光组件100，用于发出射线光100b；

待探测目标20，设置于所述发光组件100及所述光探测装置10之间。

本公开实施例通过在遮蔽板110中嵌设至少一个转化组件111，利用所述转化组件111对从所述遮蔽板110的一侧入射的射线光100b进行波长转换，以将所述射线光100b转化为可见光100c，并将该可见光100c从所述遮蔽板110的另一侧输出，以使得图像采集模块120采集各个转化组件111输出的可见光100c，并进行光电转换，得到检测图像，一方面在使用所述光探测装置10时，可以通过合理设置物距、像距实现检测图像的放大、缩小，相应的，可以缩小图像采集组件121的面积，另一方面，较于相关技术在整个遮蔽板110上设置转化膜，本公开实施例可以减少波长转换材料的使用、减少ITO材料的使用，在不同位置设置至少一个转化组件111，可以实现同一时间多角度入射的图像采集，降低射线光100b的照射次数，提高安全性。

在一种可能的实现方式中，所述光探测装置10中的图像采集模块120与遮蔽板110的距离小于所述待探测目标20与所述遮蔽板110的距离，以使得所述光探测装置10的图像采集模块120得到缩小的所述待探测目标20的图像。

在一种可能的实现方式中，所述光探测装置10中的图像采集模块120与遮蔽板110的距离大于所述待探测目标20与所述遮蔽板110的距离，以使得所述光探测装置10的图像采集模块120得到放大的所述待探测目标20的图像。

请参阅图3，图3示出了根据本公开实施例的一种光探测方法的流程图。

请一并参阅图1，如图1、图3所示，所述方法包括：

步骤S11，利用遮蔽板110中嵌设的至少一个转化组件111对从所述遮蔽板110的一侧入射的射线光100b进行波长转换，以将所述射线光100b转化为可见光100c，并将该可见光100c从所述遮蔽板110的另一侧输出，所述射线光100b的波长小于所述可见光100c的波长；

步骤S12，利用图像采集模块120采集各个转化组件111输出的可见光100c，并进行光电转换。

本公开实施例通过在遮蔽板110中嵌设至少一个转化组件111，利用所述转化组件111对从所述遮蔽板110的一侧入射的射线光100b进行波长转换，以将所述射线光100b转化为可见光100c，并将该可见光100c从所述遮蔽板110的另一侧输出，以使得图像采集模块120采集各个转化组件111输出的可见光100c，并进行光电转换，得到检测图像，一方面在使用所述光探测装置10时，可以通过合理设置物距、像距实现检测图像的放大、缩小，相应的，可以缩小图像采集组件121的面积，另一方面，较于相关技术在整个遮蔽板110上设置转化膜，本公开实施例可以减少波长转换材料的使用、减少ITO材料的使用，在不同位置设置至少一个转化组件111，可以实现同一时间多角度入射的图像采集，降低射线光100b的照射次数，提高安全性。

在一种可能的实现方式中，所述转化组件111包括第一透镜或第二透镜，所述第一透镜由波长转换材料制成，所述第二透镜由玻璃透镜、塑胶透镜的任意一种与波长转换材料制得的薄膜组合而成。

在一种可能的实现方式中，所述波长转换材料可以为碘化铯或其他，对此，本公开实施例不做限定。

在一种可能的实现方式中，所述射线光100b包括α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线的至少一种，所述遮蔽板110由铅或钨制成。

在一种可能的实现方式中，所述图像采集组件121由CMOS图像传感器、CCD图像传感器、光电二极管的至少一种组成。

应该说明的是，所述光探测方法与所述光探测装置10对应，其具体介绍请参考之前对光探测装置10的说明，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。