光学地形成像制造技术

公开了一种对具有感兴趣的特征的对象的预定义部分进行研究的方法和设备。所述感兴趣的特征定义包括所述对象的对象类别。光源从不同的照明方向直接地对对象进行照明。光源保持在相对于对象而言稳定的配置中。对于每个照明方向，借助保持在相对于光源而言稳定的配置中的相机，根据从对象散射的光生成图像。将从针对对象类别的机器学习中得到的方法应用于对所生成图像进行过滤，针对与感兴趣的特征相一致地特性来对所生成的图像进行过滤。根据过滤图像确定表面梯度，并且对所述表面梯度积分以生成对象的表面的地形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学地形成像相关申请交叉引用本申请是申请号为61/473，860、题为 “OPTICAL TOPOGRAPHIC IMAGING”、在 2011年4月11日提交的美国临时专利申请的非临时性申请，并且要求所述临时申请的权益，在此通过引用来整体并入所述临时申请的全部公开。
本申请总地涉及光学成像。更具体地，本申请涉及光学地形成像。
技术介绍
存在多种应用，其中需要对对象进行研究以分析其地形特征。一种具体示例是指纹成像，其中在识别应用中普遍使用凸处的地形图案，以便或者提供根据指纹识别人的机制或者基于人的指纹来验证人所声称的身份。目前使用的大多数指纹采集方法依据在手指表面上或非常接近于手指表面的皮肤的测量特性。具体地，光学指纹读取器通常依赖于在传感器板和置于其上的皮肤组织之间存在还是不存在折射率的差别。当指纹的空气填充的凹处在板的特定位置之上时，由于空气-板的折射率差别在板中发生全内反射(TIR)。替换地，如果具有合适折射率的皮肤与板有光学接触，那么在该位置处的TIR被破坏，允许光穿过板-皮肤接触面。在手指触摸板的整个区域上TIR的差别图形成用于常规光学指纹读取的基础。存在多种光学装置，用于检测在亮场和暗场光学装置二者中光学接触面的这种变化。通常，使用单个准单色光束以进行该基于TIR的测量。也存在不依赖于该基于TIR的测量的其他的光学指纹传感器。在大多数情况下，这样的传感器依赖准单色光的某种排列以照明指尖的前面、侧面或后面，这引起光通过皮肤漫射。根据整个凸处和凹处的皮肤-板边界的光传输的差别形成指纹图像。在光传输中的差别是由于菲涅耳反射特性的变化所引起的，所述变化由在凹处中存在或不存在任何中间空气间隙而产生。使用成像以分析地形特征的另一个示例是在机器可读符号的部署中，所述机器可读符号直接被合并到被标记为供应链监控系统的部件的部件上。使用符号以便通过用唯一的具有地形特征的符号来对部件进行标记从而改进供应链管理，所述地形特征通过诸如激光蚀刻、化学蚀刻、点式打标、浇铸、机械加工和其他操作来形成。对唯一的符号进行成像以及由此进行读取的能力对于监控部件和材料通过供应链的转移是至关重要的。这样的符号在此称作“加工条形码”，但是这样的术语并不打算对形成符号的方式进行限制。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供对对象的预定义部分进行研究的方法，所述对象具有对包括所述对象的对象类别进行定义的感兴趣的特征。多个光源中的每一个从不同照明方向直接照明对象。多个光源被保持在相对于对象而言稳定的配置中。对于每个照明方向，利用保持在相对于多个光源而言稳定的布置中的相机，根据从对象散射的光生成图像。将从针对对象类别的机器学习中得到的方法应用于对所生成的图像进行过滤以得到与感兴趣的特征一致的特性。根据过滤图像确定对象的表面梯度(surface gradient)。对表面梯度积分(integrate)以生成对象的预定义部分的表面的地形。在一些实施例中，也可以根据所生成的图像确定对象的漫反射系数(albedo)。当对象的预定义部分近似平面时，对所生成图像进行过滤可以包括将带通滤波器应用于所生成的图像。当感兴趣的特征包括方向时，对所生成的图像进行过滤可以包括将方向滤波器应用于所生成的图像。当感兴趣的特征包括色彩特性时，对所生成的图像进行过滤可以包括将色彩滤波器(chromatic filter)应用于所生成的图像。确定表面梯度的过程可以包括将解卷积应用于所生成的图像，以计算(accountfor)由对象的大组件所引起的各向异性的光散射。在一些实例中，将不同的处理应用于所生成图像中的每一个。具体地，可以通过应用作为由多个光源相对于对象的位置所定义的几何形状的函数所生成的周期性因数，来提取表面梯度。在一些实例中，可以借助机器学习过程来确定这些周期性因数。可以通过地形图像来定义对象的表面的地形，可以针对特定的效果对所述地形图像实施变换。例如，变换可以改变地形图像的对比度，可以减少在地形图像内的由镜面光所引起的伪影(artifacts)，或者可以将地形图像二值化。此外，可以借助机器学习过程来确定这些变换。例如，当每个光源生成处于基本上相同波长的光时，光源基本上可以是单色源。光源可以以基本上相同的仰角围绕对象分布，并且在相对于对象的方位上基本上均匀地分布。在一些实例中，对象的部分与板光学接触，所述板对于由光源生成的光而言基本上是透明的。在其他实施例中，光源提供处于多种波长的光，使得对表面梯度的确定包括在所述多种波长中的每一种上确定表面梯度。这可能在其中至少一些光源包括多色光源的实施例中发生。当在多种波长中的每一种上根据所生成的图像确定对象的表面的漫反射系数，以便可以比较多种波长的确定的漫反射系数，以确定对象作为生物测量样本的真实性时，这样的实施例也是有用的。可以顺序地激活光源以直接照明对象。在其他实施例中，通过以借助变换来确定对各个光源的响应的模式同时激活至少一些光源。可以通过局部地修改至少一个生成的图像以排除对象研究的阴影部分从而对阴影效果进行处理。对象可以包括多种对象中的任意一种，所述对象的示例包括生物测量样本和加工条形码。本专利技术的这些方法也可以实施在用于对对象进行研究的设备中。这些设备包括多个光源、相机和计算单元，所述计算单元与多个光源并且与相机进行通信。布置光源以从不同的照明方向照明对象，并且布置相机以接收从对象散射的光源。计算单元具有实现如上描述的方法的指令。【附图说明】通过参考说明书的剩余部分和附图，可以实现对本专利技术的特性和优点的进一步理解，其中，在一些附图中使用类似的参考标记以指代类似的组件。图1A图示根据本专利技术的实施例的光学地形成像设备的一般配置；图1B是可以用于管理图1A的光学地形成像设备的功能的计算机系统的示意性表示；图2提供图示诸如表面形状和针对不同照明角度在物体的图像上的反射之类的地形特征的效果的一系列图像；图3A和3B提供加工条形码的示例；图4是总结本专利技术的方法的流程图，以及图5提供诸如可以使用在本专利技术的实施例中的神经结构的图示。具体实施例本专利技术的实施例总地针对使用光学地形成像以对对象进行成像的方法和设备。这些方法和设备具有多种应用，所述应用除了别的以外包括指纹和加工条形码成像。尽管下文的描述有时为了描述而具体提到指纹和/或加工条形码成像，但是这并不意味着限制。更一般地，本专利技术的方法和设备可以用于任何具有感兴趣的地形特征的对象。例如，手的(诸如手掌之类的)其他部分或者其他身体部分可以通过在此描述的方法和设备来成像。可以进行对多种制造的商品的测量，诸如对铸造或加工部分的表面光洁度的测量。来自子弹或其他这样的物体的划痕和其他取证细节也可以使用在此所描述的方法和设备来采集。特别注意到，短语“光学地形成像”也不意味着限制。事实上，在此公开的技术和方法不仅允许提取地形学特征，也允许提取除了别的以外包括诸如是漫反射系数和色度之类的反射特征的对象的成像部分的其他特征。在一些实例中仅仅使用地形信息，但是在其他情况下使用地形和其他信息的组合。下文中详细讨论这些应用中的一些。在图1A中提供可以用于实现光学地形成像的设备的结构图示。该附图是高度示意性的，意于图示在不同照明角度所拍摄的多个图像的直接采集。在实际实现方式中，在图中示出的不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究对象的预定义部分的方法，所述对象具有感兴趣的特征并且属于各个对象具有基本上相似的光学性质的对象类别，所述方法包括：激活多个光源中的每一个以直接照明所述对象，其中，所述多个光源中的每一个从不同照明方向提供照明，并且其中，所述多个光源相对于所述对象保持在稳定的配置中；对于每个照明方向，根据从所述对象散射的光借助相对于所述多个光源保持在稳定的配置中的相机来生成图像；以及应用从针对所述对象类别的机器学习中得到的方法，以便：针对与所述感兴趣的特征相一致的特性，对所生成的图像进行过滤；根据所过滤的图像，确定所述对象的表面梯度；以及对所述表面梯度积分，以生成所述对象的预定义部分的表面的地形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.11 US 61/473,860;2012.04.10 US 13/443,5341.一种研究对象的预定义部分的方法，所述对象具有感兴趣的特征并且属于各个对象具有基本上相似的光学性质的对象类别，所述方法包括: 激活多个光源中的每一个以直接照明所述对象，其中，所述多个光源中的每一个从不同照明方向提供照明，并且其中，所述多个光源相对于所述对象保持在稳定的配置中； 对于每个照明方向，根据从所述对象散射的光借助相对于所述多个光源保持在稳定的配置中的相机来生成图像；以及 应用从针对所述对象类别的机器学习中得到的方法，以便: 针对与所述感兴趣的特征相一致的特性，对所生成的图像进行过滤； 根据所过滤的图像，确定所述对象的表面梯度；以及 对所述表面梯度积分，以生成所述对象的预定义部分的表面的地形。2.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所生成的图像确定所述对象的表面的漫反射系数。3.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述对象的预定义部分是近似平面的；以及 对所生成的图像的过滤包括将带通滤波器应用于所生成的图像。4.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述感兴趣的特征包括方向；以及 对所生成的图像的过滤包括将方向滤波器应用于所生成的图像。5.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述感兴趣的特征包括色彩特性；以及 对所生成的图像的过滤包括将色彩滤波器应用于所生成的图像。6.根据权利要求1所述的方法，其中，对表面梯度的确定包括将解卷积应用于所生成的图像，以计算由所述对象的大组件所引起的各向异性的光散射。7.根据权利要求1所述的方法，其中，对表面梯度的确定包括通过应用作为由所述多个光源相对于所述对象的位置所定义的几何形状的函数所生成的周期性因数，来提取所述表面梯度。8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过地形图像来定义所述对象的表面的地形，所述方法还包括对所述地形图像应用变换。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述变换改变所述地形图像的对比度。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述变换减少在所述地形图像中由于镜面光所引起的伪影。11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述变换将所述地形图像二值化。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源基本上是单色光源。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光源中的每一个生成处于基本上相同波长的光。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源以基本上相同的仰角围绕所述对象分布，并且在相对于所述对象的方位上基本上均匀地分布。15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象的部分与对于由所述光源生成的光而言基本上透明的板光学地接触。16.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述光源提供处于多种波长的光；以及 对所述对象的表面梯度的确定包括在所述多种波长中的每一个上确定所述对象的表面梯度。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述光源中的至少一些包括多色光源。18.根据权利要求16所述的方法，还包括: 根据所生成的图像在所述多种波长的每一个上确定所述对象的表面的漫反射系数；以及 比较在所述多种波长上所确定的漫反射系数，以作为生物测量的样本确定对象的真实性。19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括生物测量的样本。20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括加工条形码。21.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述多个光源直接对所述对象进行照明包括顺序地激活所述光源。22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个光源中的每一个的激活包括以借助变换来确定对各个光源的响应 的模式同时激活所述多个光源中的至少一些。23.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所生成的图像确定所述对象的表面梯度包括局部地修改所生成的图像中的至少一个以排除所述对象的阴影部分。24.一种用于研究对象的预定义部分的设备，所述对象具有感兴趣的特征并且属于各个对象具有相似的光学性质的对象类别，所述设备包括: 多个光源，其被布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：HA米勒，RE马丁，RK罗，
申请(专利权)人：鲁米迪格姆股份有限公司，
类型：
国别省市：