用于產(chǎn)生信息信號的方法
【專利摘要】本發(fā)明的目標(biāo)是解決難以同時實現(xiàn)增加的信號分辨率和噪聲分量減少的問題。提供了通過對信號(f(a))執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號(F(b))的信號產(chǎn)生方法，包括：檢測信息信號(F(b))的峰值強(qiáng)度的最大值的步驟；計算信號(f(a))的與峰值強(qiáng)度的最大值相應(yīng)的振幅、相位和頻率的步驟；基于所述振幅、相位和頻率產(chǎn)生其中與峰值強(qiáng)度的最大值相應(yīng)的信號f(a)沿著“a”軸延伸的信號的步驟；從延伸信號提取在延伸信號之中小于a1的區(qū)域的信號和大于a2的區(qū)域的信號并產(chǎn)生外插信號的步驟，其中，a1<a2；將外插信號與a1至a2的信號(f(a))合成并產(chǎn)生合成信號的步驟；并且進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換的步驟。
【專利說明】用于產(chǎn)生信息信號的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過使用傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號的信號產(chǎn)生方法，諸如用于通過獲得光譜干涉信號并且對該光譜干涉信號執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生關(guān)于測量目標(biāo)的斷層的信息信號的信號產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在圖像處理領(lǐng)域、各種測量領(lǐng)域和音頻分析領(lǐng)域中廣泛地執(zhí)行使用傅立葉變換來產(chǎn)生各種類型的信號。
[0003]例如，使用通過對光譜干涉信號執(zhí)行傅立葉變換來獲得測量目標(biāo)的斷層信息信號的光學(xué)相干斷層成像裝置(傅立葉域-光學(xué)相干斷層攝影術(shù):FD-0CT)。
[0004]在FD-OCT中，將光源輸出劃分為兩個或更多個光束，其中之一用作參考光，其中另一個用作照射測量目標(biāo)的測量光。散射或反射光從測量目標(biāo)返回，并且獲得散射或反射光與上述參考光之間的光譜干涉信號。沿著波數(shù)空間軸觀察光譜干涉信號，并且獲得沿著波數(shù)空間軸根據(jù)參考光路與測量光路之間的光路長度差振動的信號。相應(yīng)地，對所獲得的光譜干涉信號進(jìn)行傅立葉變換，以使得獲得指示根據(jù)光路長度差的峰值的斷層信息信號。
[0005]光譜干涉信號的強(qiáng)度與參考光和來自測量目標(biāo)的反饋光的強(qiáng)度的乘積成比例。因此，即使當(dāng)來自測量目標(biāo)的反饋光由于吸收、散射或透射而衰減時，也可以獲得高靈敏度的斷層信息信號。
[0006]通過對光譜干涉信號執(zhí)行傅立葉變換而獲得的斷層信息信號表示如下正弦波的傅立葉變換信號的卷積計算的結(jié)果，所述正弦波具有基于光路長度差的頻率、以及通過對譜形狀執(zhí)行傅立葉變換而獲得的形狀。
[0007]因此，當(dāng)譜帶(例如，根據(jù)光源的波長帶)更寬時，獲得在深度方向上具有更高分辨率(分辨層結(jié)構(gòu)并顯示它的能力)的斷層信息信號。
[0008]然而，譜帶通常是有限的，并且譜形狀具有某一形狀。因此，斷層信息信號的形狀反映通過對譜形狀執(zhí)行傅立葉變換而獲得的形狀。因此，諸如在下列情況下，斷層信息信號的劣化發(fā)生:最初為一個層的斷層顯示為多個層的圖像顯示、多個層不分離并且顯示為一個層的顯示、或者小強(qiáng)度的斷層信息信號隱藏于大強(qiáng)度的斷層信息信號的尾部的狀態(tài)。
[0009]因此，為了抑制斷層信息信號的劣化，已經(jīng)利用了將所獲得的光譜干涉信號乘以窗口函數(shù)以使得波形成形從而使斷層信息信號成形的方法。該方法使斷層信息信號成為單峰，并且實現(xiàn)噪聲的抑制。然而，乘以窗口函數(shù)使得譜帶變窄，并且使得斷層信息信號的寬度增大，從而導(dǎo)致斷層圖像的深度方向上的分辨率降低。
[0010]信號的這樣的劣化不限于光學(xué)斷層測量，而是伴隨傅立葉變換的信號處理或信號分析處理的共同問題。
[0011]為了解決上述問題，在雷達(dá)等的情況下，提出了例如PTLl中的被稱為超空間變跡的方法，在該方法中，執(zhí)行多次外插和超出衍射極限的分辨。在該方法中，在寬帶中提取其中心在經(jīng)過傅立葉變換的信號的峰值處的波形，并且對所提取的波形執(zhí)行逆傅立葉變換以使得產(chǎn)生外插信號。然后，將外插信號外插到原始波形，以便改進(jìn)分辨率。通過重復(fù)地執(zhí)行該信號處理，獲得更高分辨率的信號。
[0012]同樣在音頻分析-合成領(lǐng)域中，提出了例如PTL2中的方法，在該方法中，執(zhí)行頻率分析以使得從分析結(jié)果合成信號。在該方法中，僅提取主頻率分量，并且執(zhí)行相位校正以使得聲音被合成。
[0013]引文列表
[0014]專利文獻(xiàn)
[0015]PTLl:美國專利 N0.5，686，922
[0016]PTL2:日本專利公開 N0.2008-216381

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]技術(shù)問題
[0018]在PTLl中所描述的方法中，在寬帶中而不是在峰值附近提取波形。因此，在噪聲分量存在于所提取的帶中的情況下，將噪聲分量也提取為信號，從而未能顯著地降低噪聲水平。
[0019]在PTL2中所描述的方法中，移除附近的峰值，以使得最初存在的信息可能被移除。
[0020]因此，在這些方法中，事實是難以同時實現(xiàn)信號的噪聲分量的降低和分辨率的提聞。
[0021]問題的解決方案
[0022]本發(fā)明提供了一種用于通過對信號f (a)執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號F (b)的信號產(chǎn)生方法。該信號產(chǎn)生方法包括以下步驟:
[0023]檢測信息信號F (b)的最大峰值強(qiáng)度；
[0024]計算信號f(a)的與最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的振幅、相位和頻率；
[0025]基于關(guān)于所述振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生通過使與最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的信號f(a)沿著“a”軸延伸而獲得的信號；
[0026]通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號，其中，al〈a2 ；
[0027]通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號；以及
[0028]進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
[0029]本發(fā)明的有益效果
[0030]在本發(fā)明的信號產(chǎn)生方法中，基于與信息信號F(b)的最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的信號f(a)來產(chǎn)生外插信號。使用外插信號來產(chǎn)生合成信號，并且進(jìn)一步對該合成信號進(jìn)行傅立葉變換。
[0031]也就是說，不是使用信息信號的峰值周圍的范圍廣泛的數(shù)據(jù)，而是使用該峰值所指示的振幅、相位和頻率來產(chǎn)生外插信號，以使得產(chǎn)生合成信號，從而實現(xiàn)伴隨該峰值的邊帶噪聲的降低。因此，具有小的峰值強(qiáng)度值并且隱藏于邊帶噪聲中的信息信號不被移除而是保留，從而使得能夠獲得更詳細(xì)的信息信號?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0032]圖1包括用于說明本發(fā)明的信號產(chǎn)生方法的處理的示意圖。
[0033]圖2包括用于說明本發(fā)明的信號產(chǎn)生方法的處理的示意圖。
[0034]圖3包括用于說明本發(fā)明中的重復(fù)處理的示意圖。
[0035]圖4是用于說明本發(fā)明中的重復(fù)處理的流程圖。
[0036]圖5是用于說明窗口函數(shù)的效果的示意圖。
[0037]圖6包括用于說明本發(fā)明的效果的曲線圖。
[0038]圖7是應(yīng)用本發(fā)明的光學(xué)相干斷層成像裝置的示意圖。
[0039]圖8是應(yīng)用本發(fā)明的光學(xué)相干斷層成像裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]本發(fā)明的用于通過對信號f (a)執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號F (b)的信息信號產(chǎn)生方法包括以下步驟。 [0041]即，
[0042]檢測信息信號F(b)的最大峰值強(qiáng)度的步驟。
[0043]計算信號f(a)的與最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的振幅、相位和頻率的步驟。
[0044]通過基于關(guān)于所述振幅、相位和頻率的信息使與最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的信號f (a)沿著“a”軸延伸來產(chǎn)生信號f’ (a)的步驟。
[0045]通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號的步驟，其中，al〈a2。
[0046]通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號的步驟。
[0047]進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換的步驟。
[0048]另外，本發(fā)明包括其中多次執(zhí)行信號產(chǎn)生方法的重復(fù)處理。
[0049]作為本發(fā)明中的f (a)和F(b)的組合，例如，以下組合是可用的:在傅立葉域-光學(xué)相干斷層攝影術(shù)(FD-OCT)中，光譜干涉信號和斷層信息信號的組合；在傅立葉變換紅外光譜學(xué)(FT-1R)中，干涉信號和光譜學(xué)信息信號的組合；光學(xué)強(qiáng)度信號及其分析信號的組合；以及音頻信號和音頻分析信號的組合。
[0050]下面將以FD-OCT為例詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
[0051]在FD-OCT中，所獲得的光譜干涉信號I (k)用表達(dá)式(I)表達(dá)。
[0052][數(shù)學(xué)式I]
[0053]I (k) c^c sin (kx) X S (k)表達(dá)式(I)
[0054]這里，k表示波數(shù)，X表示干涉光路與測量光路之間的光路長度差，S (k)表示譜形狀。
[0055]因此，如下表達(dá)通過對表達(dá)式(I)中表達(dá)的光譜干涉信號執(zhí)行傅立葉變換而獲得的斷層信息信號。
[0056][數(shù)學(xué)式2]
[0057]FT|sin(kx) x S(k)| = FT|sin(kx)| ? FT|S(k)|表達(dá)式⑵
[0058]這表明，斷層信息信號表示具有基于光路長度差的頻率的正弦波的傅立葉變換信號、與通過對譜形狀執(zhí)行傅立葉變換而獲得的形狀的卷積計算的結(jié)果。因此，當(dāng)譜帶(例如，根據(jù)光源的波長帶)越寬時，獲得在深度方向上具有更高分辨率(分辨層結(jié)構(gòu)并顯示它的能力)的斷層信息信號。
[0059]然而，譜通常不具有無限寬的帶，并且具有某一形狀S (k)。因此，斷層信息信號的形狀反映從譜形狀獲得的傅立葉變換形狀。
[0060]因此，在本發(fā)明中，關(guān)注集中于所獲得的干涉信號的正弦波分量，并且可以通過使用如下所述的信號產(chǎn)生方法來獲得獨立于譜形狀的斷層信息信號。
[0061]例如，在本發(fā)明中，外插信號在寬帶中產(chǎn)生，以便在寬帶中乘以窗口函數(shù)。因此，外插信號被外插到的與峰值強(qiáng)度相應(yīng)的斷層信息信號的寬度變窄，從而導(dǎo)致關(guān)于斷層的信息信號的分辨率提高。
[0062]例如，在乘以高斯窗口以使得執(zhí)行傅立葉變換的情況下，用表達(dá)式(3)表達(dá)斷層信息信號的分辨率Δζ。
[0063][數(shù)學(xué)式3]
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過對信號f (a)執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號F (b)的信號產(chǎn)生方法，所述方法包括以下步驟: 檢測信息信號F (b)的最大峰值強(qiáng)度； 計算信號f (a)的與信息信號F(b)的最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的振幅、相位和頻率； 基于關(guān)于所述振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著“a”軸延伸的信號f’ (a)； 通過從延伸信號f’ (a)提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號，其中，al〈a2 ； 通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號；以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生方法，還包括以下步驟: 在η以I為步長從I遞增到N的情況下重復(fù)地執(zhí)行包括以下步驟的處理: 在通過用于產(chǎn)生信息信號的方法獲得的信息信號F (b)中，檢測第η峰值強(qiáng)度值之后的第(η+1)峰值強(qiáng)度值(其中，η為等于或大于I的整數(shù))， 計算信號f(a)的與第(η+1)峰值相應(yīng)的振幅、相位和頻率， 基于關(guān)于該振幅、相 位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著“a”軸延伸的信號， 通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號，其中，al〈a2， 通過將外插信號與al到a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號，以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，數(shù)N被設(shè)置為信息信號F(b)中的峰值的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，數(shù)N指示通過從表現(xiàn)出大強(qiáng)度的峰值到表現(xiàn)出等于或小于預(yù)定強(qiáng)度的強(qiáng)度的峰值對峰值進(jìn)行計數(shù)而獲得的峰值的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生方法，還包括以下步驟: 確定用于信息信號F(b)的強(qiáng)度的閾值； 檢測信息信號F(b)中的高于所述閾值的多個峰值； 計算信號f(a)的與所述多個峰值中的每個相應(yīng)的振幅、相位和頻率； 基于關(guān)于該振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著“a”軸延伸的信號； 通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號; 通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號；以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，每次通過使用預(yù)定比率減小所述閾值時執(zhí)行包括以下步驟的處理: 檢測信息信號F(b)中的高于閾值的多個峰值； 計算信號f(a)的與該多個峰值中的每個相應(yīng)的振幅、相位和頻率； 基于關(guān)于該振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著“a”軸延伸的信號； 通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號; 通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f (a)組合來產(chǎn)生合成信號；以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，確定閾值的步驟包括以下步驟: 檢測通過獲取信號f (a)的包絡(luò)波形并且對所述包絡(luò)波形執(zhí)行傅立葉變換而獲得的信號的最大峰值和第二峰值；以及 計算所述第二峰值與所述最大峰值之間的比率，以及 其中，所述閾值被設(shè)置為通過將信息信號F(b)的最大峰值乘以所述比率而獲得的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，將信號 f (a)乘以窗口函數(shù)，在所述窗口函數(shù)中，所述函數(shù)的波形的尾部處的值達(dá)到O，以及 其中，延伸信號是延伸到點“a”的信號，在點“a”處，所述窗口函數(shù)的值達(dá)到O。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，信號f’ (a)將在其中延伸的范圍匹配或包括在其中如下信號的最大強(qiáng)度峰值與第二強(qiáng)度峰值之間的比率為預(yù)定值的范圍，該信號是通過在所述延伸的范圍中對所述窗口函數(shù)執(zhí)行傅立葉變換而獲得的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生方法， 其中，通過如下方式獲得信號f (a):將信號f(a)除以信號f (a)的包絡(luò)信息以便將信號f(a)的形狀轉(zhuǎn)換為平頂形狀，并且將平頂形狀的信號f (a)乘以窗口函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任何一個所述的信號產(chǎn)生方法,其中,信號f(a)用作光譜干涉信號，并且信息信號F (b)用作關(guān)于斷層的信息信號，所述信號產(chǎn)生方法進(jìn)一步包括以下步驟: 檢測關(guān)于斷層的信息信號的最大峰值強(qiáng)度； 計算光譜干涉信號的與關(guān)于斷層的信息信號的最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的振幅、相位和頻率； 基于關(guān)于該振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著波數(shù)軸延伸的信號，所述波數(shù)軸用作所述“a”軸； 通過從延伸信號提取小于波數(shù)ks的區(qū)域中的信號和大于波數(shù)ke的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號，其中，ks〈ke ； 通過將外插信號與ks到ke的范圍中的光譜干涉信號組合來產(chǎn)生合成信號；以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換。
12.一種通過對信號f (a)執(zhí)行傅立葉變換來產(chǎn)生信息信號F(b)的信號產(chǎn)生裝置，所述信號產(chǎn)生裝置包括: 檢測信息信號F(b)的最大峰值強(qiáng)度的處理器； 計算信號f (a)的與信息信號F(b)的最大峰值強(qiáng)度相應(yīng)的振幅、相位和頻率的處理器； 基于關(guān)于所述振幅、相位和頻率的信息來產(chǎn)生沿著“a”軸延伸的信號的處理器； 通過從延伸信號提取小于al的區(qū)域中的信號和大于a2的區(qū)域中的信號來產(chǎn)生外插信號的處理器，其中，al〈a2 ； 通過將外插信號與al至a2的范圍中的信號f(a)組合來產(chǎn)生合成信號的處理器；以及 進(jìn)一步對合成信號執(zhí)行傅立葉變換的處理器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號產(chǎn)生裝置， 其中，所述信號f (a)用作光譜干涉信號，所述信息信號F(b)用作關(guān)于斷層的信息信號，所述“ a”軸用作波數(shù)軸，以及 其中，關(guān)系al〈a2用作波數(shù)的關(guān)系，ks〈ke。
14.一種光學(xué)相干斷層成像裝置，包括: 光源單元； 標(biāo)本測量單元，所述標(biāo)本測量單元用來自光源單元的光照射標(biāo)本，并且傳送來自標(biāo)本的反射光； 參考單元，所述參考單元將來自光源單元的光作為參考光傳送； 干涉單元，所述干涉單元引起反射光與參考光之間的干涉； 光檢測器，所述光檢測器檢測來自干涉單元的干涉光；以及 圖像處理器，所述圖像處理器基于由光檢測器檢測的光來獲得標(biāo)本的斷層圖像， 其中，所述圖像處理器包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的信號產(chǎn)生裝置，所述信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生關(guān)于斷層的信息信號。
【文檔編號】G01B9/02GK104011497SQ201180076033
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月27日
【發(fā)明者】太田健史 申請人:佳能株式會社