使用纵向色差的多光谱成像制造技术

本发明专利技术涉及使用纵向色差的多光谱成像。提供了用于对目标对象成像的系统和方法。在一个示例中，一种成像设备包括具有围绕光轴的对称性的物镜。所述物镜被配置成沿着光轴将目标对象的图像色散在纵向色差中。所述成像设备还包括传感器，其被配置成获取目标对象的多个图像。每个图像对应于预定光谱内的特定波长。

【技术实现步骤摘要】
使用纵向色差的多光谱成像
本专利技术涉及用于对目标对象成像的系统和方法，并且更具体地涉及使用纵向色差的多光谱成像。
技术介绍
一般来说，多光谱成像涉及到分析在各种波长的光处的图像，诸如可见光、紫外光和红外光。多光谱成像可以用在许多应用中，诸如用于检测假币、检测食品质量以及其它应用。在许多实际多光谱成像实现中使用的设备通常包括光谱仪和/或旋转棱镜。这些实现通常是非常大且昂贵的。因此，存在对更紧凑的多光谱成像设备、尤其是可以手持以易于使用的多光谱成像设备的需要。
技术实现思路
因此，本专利技术包含用于对对象成像的系统和方法。在一个示例性实施例中，一种成像设备包括物镜和传感器。具有围绕光轴的对称性的所述物镜被配置成将目标对象的图像色散在沿着所述光轴的纵向色差中。所述传感器被配置成获取所述目标对象的多个图像，其中每个图像对应于预定光谱内的特定波长。在另一示例性实施例中，提供了一种用于对目标对象成像的方法。所述方法包括对反射自目标对象的多个波长的光进行光学色散以便在光轴上产生纵向色差的第一步骤，其中所述光的每个波长对应于所述光轴上的一点。所述方法还包括感测所述目标对象在所述多个波长处的多个焦点对准的图像的步骤。在以下详细描述和其附图内进一步解释前述说明性概述和本专利技术的其它示例性目标和/或优点以及其中实现它们的方式。附图说明图1示意性地描绘了示出根据本专利技术的至少一个实施例的所监测的电磁辐射的相关波长的图表。图2示意性地描绘了根据本专利技术的至少一个实施例的多光谱成像装置的图示。图3示意性地描绘了至少根据本专利技术的第一实施例的光学成像器的图示。图4A和4B示意性地描绘了根据本专利技术的各种实施例的在图2和3中示出的色差单元的图示。图5示意性地描绘了至少根据本专利技术的第二实施例的光学成像器的图示。图6A和6B示意性地描绘了根据本专利技术的各种实施例的在图5中示出的色差单元的图示。图7示意性地描绘了根据本专利技术的至少一个实施例的图像堆叠的图示。图8示意性地描绘了根据本专利技术的至少一个实施例的用于容纳光学成像器的手持设备的图示。具体实施方式在光学领域中，色差的概念可以被认为是由于未能将所有颜色聚焦到相同焦点的透镜的结果。由于不同波长的光的折射率不同而出现色差效应。透镜可以使光色散，而不是将光聚焦到一点。附加地，纵向色差是其中使光沿着纵轴(并且更具体地，沿着透镜的光轴)色散的一种类型的色差。例如，产生纵向色差的透镜将具有光谱一端处的波长的光线距具有光谱另一端处的波长的光线最远地聚焦。本专利技术利用纵向色差现象来在对应于特定波长的焦点或焦场的不同波长处获取多个图像。本专利技术包含用于获取目标对象在各种波长处的图像并且分析所述图像以确定目标对象的某些特性的系统和方法。本专利技术可以包括透镜，诸如物镜，其被设计成在不校正色差的情况下使光色散。具体地，本专利技术的物镜可以提供纵向色差，使得将不同波长处的光聚焦在沿着透镜光轴的不同点处。本专利技术还可以包括传感器，其被配置成获取所述对象在不同波长处的多个焦点对准的图像。在一些实施例中，沿着所述光轴移动所述传感器以获取所述图像。从所述多个图像可以生成图像堆叠。然后可以使用该图像堆叠来分析各种属性以检测对象的特性。在一个示例中，可以分析特定波长处的图像的特定部分来确定印刷货币是否是伪造的。而且，可以通过观察吸收光谱来分析食品的质量或成熟度。图1是示出根据示例性实施例的在特定光谱10内的电磁辐射波长的图表。光谱10大体上对应于本专利技术所利用的相关波长。特别地，借助于CMOS传感器，相关波长可以在从约300nm到约1100的范围内。因此，在该示例中光谱10包含整个可见光谱(在从约400nm到约700nm范围内)，并且还包括紫外(UV)光谱的部分(包括低于400nm的波长)和近红外(近IR)光谱的部分(包括高于700nm的波长)。根据一些实施例，可以使用其它类型的传感器来感测更宽的波长范围。例如，一些传感器可以用于感测UV光谱中的较低波长(包括从约100nm到400nm的波长)和IR光谱中的较高波长(包括从约700nm到约1mm的波长)。本专利技术可以提供用于照射目标对象的光源。在一些实施例中，该光源可以提供范围自约300nm到约1100nm的电磁辐射范围。而且，本专利技术的光学系统可以能够感测至少与图1中通过光谱10所示的相同的范围。在一些实施例中，所述光学系统可以被配置成感测更大的电磁辐射范围。图2是装置20的图示，其图示出本专利技术的一般概念的示例，并且更具体地，图示出可以在本专利技术的各种实施例中利用的物镜的概念。装置20包括色差单元22，其表示用于对目标对象24成像的光学系统。色差单元22包括光轴26，其定义了色差单元22的光学元件围绕其在旋转上对称的假想线。如图2中所示，将反射自目标对象24的光线辐射到色差单元22。色差单元22在光学上折射光线，使得不同波长聚焦在沿光轴26的不同点处。根据一些实施例，诸如图5和6中图示出的那些，色差单元22还可以包括除物镜之外的用于校正纵向色差的光学组件。通过校正纵向色差，可以将所有相关波长处的图像聚焦到光轴26上的一点上。应当注意的是，每个波长处的焦深使传感器能够区别清晰图像和模糊图像。根据如下面更详细地描述的各种实施例，图2的色差单元22可以包括透镜、滤光器等的各种组合。无论如何具体实现，色差单元22都包括被配置成光学地色散目标对象24图像的物镜。图像的色散包括将图像的特定波长聚焦到沿光轴26的特定点上。例如，色差单元22能够将具有300nm的波长的紫外图像在图2中标记为“300”的点处聚焦到光轴上。尽管图2中示出了标号“300”、“500”、“700”等，但是应当注意的是它们不是装置20本身的一部分，而是主要为了解释的目的而被示出。而且，光轴26是假想线，并且也是为了解释的目的而被示出。应当注意的是，关于沿光轴26的点处的对应波长的标度可能不一定是线性标度，如图所示，而是可以取决于色差单元22的特性。根据色差单元22的配置，可以在约300nm到约1100nm之间的任何波长处色散目标对象24的图像。而且，色差单元22还可以被配置成沿光轴26色散小于300nm和/或大于1100nm的其它波长。图3是示出了光学成像器30的第一实施例的图示。光学成像器30包括具有光轴26的色差单元22，如上文关于图2描述的。光学成像器30还包括一个或多个辐射源32、传感器34、马达36、马达控制器38、处理器40和存储器42。传感器34、马达36和马达控制器38可以定义自动聚焦机构。本专利技术中可以利用其它类型的自动聚焦机构以用于沿光轴26往复地移动传感器34。自动聚焦机构的目的是通过沿着由光学系统产生的色差焦散线移动传感器34来使传感器34能够获取不同波长处的焦点对准的图像。当被组合地或分离地考虑时，辐射源32定义了宽带光谱源。因此，辐射源32被配置成用光学成像器30所利用的相关光谱内的光照射目标对象24，所述光可以包括范围自约300nm到约1100nm的波长中的电磁辐射。如上所述，色差单元22基于波长色散光线。较短的波长(例如，紫外光)以比较长的波长(例如，近红外)更大的角度折射，并被聚焦在光轴26上的不同点处。在一些实施例中，传感器34可以是CMOS感测组件，其可以被配置成感测在从约300nm到约1100nm范围中的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像设备包括：具有围绕光轴的对称性的物镜，所述物镜被配置成沿所述光轴将目标对象的图像色散在纵向色差中；以及传感器，其被配置成获取所述目标对象的多个图像，每个图像对应于预定光谱内的特定波长。

【技术特征摘要】
2016.01.14 US 14/9956131.一种成像设备包括：具有围绕光轴的对称性的物镜，所述物镜被配置成沿所述光轴将目标对象的图像色散在纵向色差中；以及传感器，其被配置成获取所述目标对象的多个图像，每个图像对应于预定光谱内的特定波长。2.如权利要求1所述的成像设备，还包括电磁辐射源，其被配置成发射宽带光谱辐射到所述目标对象上。3.如权利要求2所述的成像设备，其中所述电磁辐射源被配置成发射紫外辐射、可见辐射和近红外辐射。4.如权利要求3所述的成像设备，其中所述传感器被配置成感测具有在从约300nm到约1100nm的范围中的波长的电磁辐射。5.如权利要求1所述的成像设备，还包括便携外壳，其中所述透镜和传感器被布置在所述便携外壳内。6.如权利要求5所述的成像设备，还包括被布置在所述便携外壳内的条形码扫描组件。7.如权利要求1所述的成像设备，还包括处理器，其被配置成分析所述多个图像以检测所述目标对象的特征。8.如权利要求7所述的成像设备，其中所述处理器被配置成执行确定假币和确定食品质量中的至少一个功能。9.如权利要求7所述的成像设备，其中所述处理器被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·吉莱，
申请(专利权)人：手持产品公司，
类型：发明
国别省市：美国,US