[发明专利]具有用于创建空间编码图像的图像分散性的成像设备

说明书

相关专利申请

本专利申请要求于2015年3月24日提交的标题为“Imaging Device(成像设备)”的共同未决的美国临时申请No.62/137,702的优先权，该申请全文以引用方式并入。

本专利申请还要求于2015年11月4日提交的标题为“Imaging Device(成像设备)”的共同未决的美国临时申请No.62/251,010的优先权，该申请全文以引用方式并入。

背景技术

成像设备诸如彩色相机可用于捕获图像。该图像可为静态照片或移动图像，诸如视频或电影。该成像设备可使用可见光谱内的光或利用电磁光谱的其他部分来进行操作。此类成像设备可使用图像传感器来捕获光并将光学图像转换成电子信号，该电子信号然后可被存储或以其他方式传输以重构电子图像。图像传感器的示例可包括电荷耦合设备(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

传统成像系统将对象空间中的一个点映射到图像空间中的一个点。成像点、点扩展函数(PSF)的空间延伸基本上由在系统中存在的远场衍射和像差来确定。历史上，开发了先进的透镜设计和制造技术来使许多类型的像差最小化，以实现衍射极限PSF。在过去几十年中，已通过缩小PSF的物理尺寸或通过使用对关于PSF的形状的预知知识的统计估计来广泛探索若干种方法，以解决超分辨率显微镜中的亚衍射特征。

电子传感器通常仅检测光强度。为了区分颜色，将吸收性滤色器阵列(通常被称为拜耳滤光器)放置在传感器的顶部上。因此，仅测量三种颜色(蓝色、绿色和红色)。然而，自然场景包含多光谱信息，这对于许多机器视觉应用来说可能是有价值的。常规多光谱成像器(MSI)为昂贵且笨重的。常见的MSI以推扫方式进行操作并利用棱镜或光栅来分散光。此类MSI的光学设计可能相当复杂。第二类MSI采用液晶可调谐滤光器或声光可调谐滤光器随时间推移来调制输入光谱。前一个滤光器受到降低的吞吐量和慢速度的影响，而后者是昂贵的并且具有高功耗。

因此，尽管在数字图像传感器和系统方面取得了令人难以置信的进步，但是此类设备仍然受到差的低光和多光谱性能的影响。

发明内容

本技术的实施方案公开了图像捕获设备，该图像捕获设备包括传感器阵列、被定位在距中间图像的第一距离处的透镜、以及被定位在距透镜的第二距离处的多色物质。该多色物质可被配置为根据变换函数来衍射中间图像，以将分散的传感器图像产生到传感器阵列上，该分散的传感器图像表示中间图像的空间代码。

因此，已对本发明的较重要的特征进行了广义的概述，以更好地理解接下来的本发明的具体实施方式，并且更好地认识本发明对本领域的贡献。根据本发明的以下具体实施方式结合附图和权利要求，本发明的其他特征将变得更清晰，或者可通过实践本发明进行了解。

附图说明

本发明的特征和优点将通过接下来的具体实施方式显而易见，该具体实施方式结合附图一起以举例的方式示出本发明的特征；并且其中：

图1A-图1F示出了根据本发明的实施方案的成像设备；

图2A为根据本发明的实施方案的成像设备的示意图；

图2B为根据本发明的实施方案的成像设备的附加示意图；

图3示出了根据本发明的实施方案的对成像设备的校准；

图4A示出了根据本发明的实施方案的入射光至成像设备的入射角；

图4B为根据本发明的实施方案的多色物质的轮廓；

图5-图7示出了根据本发明的实施方案的表示多色物质在各种波长和角度处的响应的多个点扩展函数；

图8A示出了根据本发明的实施方案的对象的光谱角度分布；

图8B示出了根据本发明的实施方案的包括对象的光谱和角度信息的合成图像；

图9A示出了根据本发明的实施方案的对象的原始光谱角度分布；

图9B示出了根据本发明的实施方案的使用直接二进制搜索(DBS)算法的对象的提取光谱角度分布；

图10A示出了根据本发明的实施方案的包括对象的光谱和角度信息的合成图像；

图10B示出了根据本发明的实施方案的重构强度图像；

图11示出了根据本发明的实施方案的指示对象的原始光谱角度分布和对象的提取光谱角度分布之间的误差的误差图；

图12示出了根据本发明的实施方案的相对于迭代时间的对象的提取光谱角度分布和对象的原始光谱角度分布之间的均方根(RMS)误差；