具有色轮的光谱成像制造技术

一种光谱成像设备，其包括图像传感器、旋转色轮以及投影机，其中图像传感器定位成捕捉目标的图像，旋转色轮与图像传感器对准，投影机被定位成将重叠图像投影到目标上。色轮可包括一个或多个过滤段，每个过滤段允许不同波长范围的光穿过。色轮还可包括阻挡段或不透明段。一组具有不同波长的被捕捉图像可被处理以生成用于投影到目标的假色重叠图像。可在阻挡或不透明段位于图像传感器前面时对重叠图像进行处理。该光谱成像设备可为多光谱成像设备并且制造为在医学领域中使用，例如确定并指示组织氧合。可实现视频速率。

【技术实现步骤摘要】
具有色轮的光谱成像
本公开内容涉及成像，更具体地涉及光谱成像。
技术介绍
多光谱和高光谱成像器是2D成像设备，该2D成像设备采集光谱范围，例如不连续波长范围（多光谱）或连续波长范围（高光谱）的光谱信息。这种设备可用于为诸如农业和食品加工的应用获得空间分辨的光谱信息，在这些应用中光谱和空间分辨的信息可用于估计庄稼中的湿度和水果的瘀伤。类似的技术还用于医学应用例如来确定组织氧水平。典型装置使用2D成像器和包含色散棱镜或光栅的光学器件。该装置操作为线扫描器，在该线扫描器中穿过装置的样本被扫描并且入射光在成像器上被分散。当装置完成了对象的扫描时，产生了对象的光谱分辨的图像。然后该光谱分辨的图像被转移到单个波长中，以允许识别对图像中的光谱反应有用的化学品。作为示例，识别该图像中的水光谱成分使用户能够接着对用于含水量的图像进行编码，并示出水在图像中的化学特征。这是对于农业进行光谱成像的一个应用。另一类型的光谱成像器为每个波长捕捉全场图像。在该类型的设计中，对象在各种波长处被照亮，并且针对每个波长捕捉图像。被捕捉的图像立方体然后可被分析并被化学方法分辨，以显示多波长图像中的关注化学品。对以上设计的另一替换是使用可调谐的滤光器或一组滤光器，该滤光器被扫描越过成像器以产生用于化学编码的图像立方体。以上技术的一个缺陷是处理速度，其受到对象可多快地移动穿过光谱线扫描器或在成像器中多快地捕捉每个波长的限制。对于对象不能移动（例如，患者）的应用，获取时间可能非常长。以化学方法编码的图像可能花费数十秒生成，使得其不能进行实时测量。
技术实现思路
旋转色轮过滤由图像传感器捕捉的来自目标的光。被捕捉的图像可被处理成重叠图像，重叠图像可被投影回目标上。除了一个或多个过滤段之外，色轮可包括阻挡或不透明段，并且当阻挡或不透明段在图像传感器处阻止捕捉目标的光时可对重叠图像进行处理。色轮可旋转并且能够以视频速率进行图像处理和投影。附图说明附图仅通过示例的方式示出本专利技术的实施方式。图1是根据本专利技术的实施方式的光谱成像设备的框图。图2是成像器的框图。图3是图像处理器的框图。图4是色轮的前视图。图5是光谱成像设备的时序图。图6是示出根据本专利技术的实施方式的对捕捉计时、处理和投影图像的状态图。图7是一组被捕捉的图像和产生的重叠图像的示意图。图8是根据本专利技术的另一实施方式的色轮的前视图。图9是根据本专利技术的又一实施方式的色轮的前视图。图10是根据另一实施方式的成像器的一部分的框图。具体实施方式应该理解，本专利技术不限于本文所公开的特定结构，处理步骤或材料，而如相关领域的技术人员领会的，旨在所公开的特定结构，处理步骤或材料的等同。还应该理解，本文所采用的术语仅用于描述特定的实施方式，并不试图限制。还应该理解，本说明书描述的功能、过程和方法可实现为存储在内存并由处理器可执行的程序。程序实际可在由各种处理器执行的软件中实现。可执行代码的确认程序例如可包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其例如可被组织为对象、程序、类、功能或类似编程实体。无论怎样，确认程序的可执行文件无需物理地位于一起，而可包括存储在不同位置的分开的指令，当逻辑地接合在一起时，包括程序并实现用于程序所指出的目的。程序还可实现为包括定制VLSI电路或门阵列、现成的半导体诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件的硬件电路。程序还可在可编程硬件装置，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等中实现。事实上，可执行代码的程序可为单个指令或许多指令，并且甚至可分布在不同程序中的若干不同的代码段上并横跨若干存储装置。类似地，操作数据可通过程序被识别并在本文中示出，并可以任何适当的形式实现且在任何适当类型的数据结构中组织。操作数据可采集为单个数据集，或者可分布在包括不同存储装置的不同位置上，并且可至少部分仅在系统或网络上作为电子信号存在。程序可为被动的或主动的，包括可操作为执行所需功能的代理。在整个说明书中引用“一个实施方式”或“实施方式”是指与包含在本专利技术的至少一个实施方式中的实施方式一起描述的特定特征、结构或特性。因此，在整个说明书中出现用语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不必都指同一实施方式。图1示出了根据本专利技术的实施方式的光谱成像设备10。光谱成像设备10可被称为多光谱成像设备或超光谱成像设备。光谱成像设备10将在医学应用方面进行描述，然而应该理解设备10可在在其他领域有用，例如食品加工或农业。成像设备10包括成像器12、图像处理器14、投影机16以及滤光器18。图像处理器14连接至成像器12和投影机16，并被配置为处理由成像器12采集的图像信息并将图像信息输出至投影机16。成像器12和投影机16采集来自诸如目标组织20（例如，患者的皮肤表面的区域）的目标对象的光并将光经过滤光器18发射到目标对象上。如下所述，成像设备10能够进行光谱组织氧合测量、对视频速率速度的光谱信息进行测量和处理、以及将被化学编码的氧图（oxygenmap）直接透射回目标组织。组织氧水平在管理患者伤口和在组织活性重要的手术治疗方面起关键作用。在诸如烧伤、截肢、糖尿病溃疡和整容手术的特定应用中，组织氧水平可为组织健康和治疗过程的直接测量。成像设备10可帮助内科医生或其他医疗工作者实时地或接近实时地（即，以视频速率）估计组织健康，以便增加或可能地替代经验和直接视觉检查。因此，患者可因减少感染或重复处理的机会而经受较短的治疗周期。这还可降低对医疗保健系统的压力。成像器12将光发射到目标组织20的区域22上以照亮目标组织20的区域22。区域22是目标组织的被关注部分并且可包括例如患者的皮肤的一部分或其它器官或器官的一部分。滤光器18被配置为允许一些光穿过并同时反射剩余的光。滤光器18可包括带通滤光器、短通滤光器、陷波滤光器、双色向滤光器等。滤光器18被设置为将由成像器12发出的照明光反射到目标组织20上，并将从目标组织20反射的光沿成像光路24引导回成像器12。成像光路24在目标组织20与成像器12之间延伸。在该实施方式中，带通滤光器18相对于成像光路24在成像器12处倾斜约45度。成像器12捕捉从目标组织20沿成像光路24经过带通滤光器18所反射的光。在该实施方式中，从成像器12发出的照明光还沿成像光路24行进。然而，应该理解由成像器12发出的光不必完全与从目标组织20反射到成像器12的光一致，以使发出的光和入射光被视为共享成像光路24。在其他实施方式中，照明光沿不同的光路发出。图像处理器14被配置为参考由成像器12捕捉的光生成重叠图像（帧），例如假色图像。图像处理器14将重叠图像提供到投影机16。投影机16被设置为将重叠图像沿透射光路26透射并透射到目标组织20上。投影机16可为任何合适类型的投影机16，并可包括用于连接至图像处理器14的I/O接口、用于控制投影机16的操作的控制器、投影光源（灯、激光、LED）、以及成像装置，诸如LCD光阀、数字微镜装置（DMD）或类似装置。透射光路26从投影机16经过滤光器18延伸至目标组织20。透射光路26至少部分与成像光路24重叠，如28处所示。在该实施方式中，光路24、26在滤光器18与目标组织20之间重叠，但在滤光器18与成像器12或投影机16之间不重叠。透射光路26和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱医学成像设备，包括：照明装置，被设置为对目标组织进行照明；图像传感器，被设置为捕捉从所述目标组织沿成像光路反射的光；色轮，在所述成像光路上与所述成像传感器对准，所述色轮被配置为以预定频率旋转，所述色轮包括至少一个过滤段和至少一个阻挡段；投影机，被设置为沿投影光路在所述目标组织上投影重叠图像，所述投影光路与所述成像光路至少部分重叠；以及处理器，连接至所述图像传感器和投影机，所述处理器配置为通过由所述图像传感器捕捉的光生成所述重叠图像并将所述重叠图像提供给所述投影机以在所述阻挡段阻挡所述成像光路时进行投影。

【技术特征摘要】
2012.12.27 US 13/728,7361.一种光谱视频医学成像设备，包括：照明装置，被设置为对目标组织进行照明；图像传感器，被设置为捕捉从所述目标组织沿成像光路反射的光；色轮，在所述成像光路上与所述图像传感器对准，所述色轮被配置为以预定频率旋转，所述色轮包括至少一个过滤段和至少一个阻挡段；投影机，被设置为沿投影光路在所述目标组织上投影重叠图像，所述投影光路与所述成像光路至少部分重叠；以及处理器，连接至所述图像传感器和投影机，所述处理器配置为通过由所述图像传感器捕捉的光生成所述重叠图像并将所述重叠图像提供给所述投影机以在所述阻挡段阻挡所述成像光路时进行投影；其中所述投影在与所述捕捉不同的时间处间断地发生；并且所述阻挡段被配置为当所述投影机正在投影所述重叠图像时，阻挡从所述目标组织沿所述成像光路反射的所述光到达所述图像传感器。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述处理器还配置为在所述色轮的当前周期内基于所述图像传感器在所述当前周期内捕捉的光对第一图像进行编码，并控制所述投影机对在所述色轮的比所述当前周期更早出现的前一周期内被编码的第一图像进行投影。3.如权利要求1所述的设备，其中，所述过滤段被选择为匹配被氧合的血红蛋白的吸收频带。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述色轮包括两个或更多个过滤段。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述过滤段被选择为具有不同的波长以匹配被氧合的血红蛋白的不同的吸收频带。6.如权利要求1所述的设备，其中，所述色轮包括单个阻挡段。7.如权利要求1所述的设备，还包括滤光器，所述滤光器沿所述投影光路和所述成像光路设置，所述滤光器被配置为反射所述色轮的所述过滤段透射的光的波长。8.如权利要求7所述的设备，其中，所述滤光器位于所述投影光路与所述成像光路的相交处，并且所述滤光器定向成与所述投影光路与所述成像光路成约45度。9.如权利要求8所述的设备，其中，在所述滤光器与所述目标组织之间，所述投影光路与所述成像光路重叠。10.如权利要求9所述的设备，其中，在所述滤光器与所述图像传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·P·皮诺，
申请(专利权)人：加拿大科视数字系统公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA