用于使用单个相机在两个或更多个光谱频道中对远距离对象同时成像的多波长分束系统技术方案

提供了一种光学成像系统和相关方法，其仅使用一个相机来在不同的光谱区中获取远距离处的对象的图像。所述系统和方法可适用于其中对(同时或顺序地)来自不止一个光谱区的信息感兴趣而仅一个相机可用或必需的应用。

A multi wavelength beam splitting system for simultaneous imaging of long distance objects in two or more spectral channels using a single camera

An optical imaging system and a related method are provided, which use only one camera to obtain images of objects at long distance in different spectral regions. The system and method can be applied to applications which are interested in (or at the same time or in sequence) information from more than one spectral area, and only one camera is available or necessary.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用单个相机在两个或更多个光谱频道中对远距离对象同时成像的多波长分束系统优先权声明本申请要求对在2015年3月23日提交的题为“Multi-WavelengthBeamSplittingSystemforSimultaneousImagingofADistantObjectInTwoOrMoreSpectralChannelsUsingaSingleCamera”的美国临时申请号62/136,815的优先权，藉此通过引用将其公开内容并入到本文中，就如同整体地陈述了其公开内容一样。版权保留本专利文献的公开内容的一部分包含受到版权保护的材料。版权所有者——北卡莱罗纳州格林威尔的东卡莱罗纳大学——不拒绝任何人复制本专利文献或专利公开内容，因为其出现在专利商标局的专利文件或记录中，但是另外保留所有一切版权权利。
本专利技术构思一般涉及成像，并且更特别地涉及使用各种成像技术对远距离处的对象成像。
技术介绍
在某些光学成像应用中，需要根据产生自相同样本的图像的光谱特性来在不同的波长区中配准所述图像。例如，这可能发生在荧光成像应用和反射率成像应用中。通常，在这些多波长情形中，使用不止一个相机和/或镜头阵列，每个相机/镜头阵列被配置用于离散的光谱波长区，即波长范围。然而，两个相机/镜头阵列的使用可能具有许多固有缺点。例如，当使用多个相机镜头来利用单个相机进行成像时，可能不会通过每个镜头从相同的角度查看到样本(感兴趣区)。因此，通过一个镜头获得的空间信息并未复制来自另一镜头的空间信息，并且在这两个图像之间没有像素到像素的空间相关。此外，在多镜头系统的情况下，由于通过不同相机镜头的图像并未同步重叠，因此可能需要软件校正来找到共同视场。软件校正一般会使图像处理和所得出的图像的显示变慢。类似地，当在光学设计中使用多个相机时，上文的角度以及角度校正问题仍然存在。此外，必须同步相机以便收集数据并逐像素地从不同的光谱频道执行图像分析。该同步通常要求用于数据捕获的复杂的触发机制，这在技术上是有挑战性的并且为系统设计增添了成本。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施例提供了多波长分束光学系统，其包括具有单个成像镜头的单个相机。该单个相机被配置成使用该单个相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。在另外的实施例中，该系统可以被配置用于显微和远场成像二者。在仍另外的实施例中，该系统可以被配置用于具有不大于1cmx1cm的视场的远场成像。在一些实施例中，由该单个相机拍摄的所述两个或更多个图像可以是精确的完全一样的东西。在某些实施例中，所述两个或更多个图像可以包含来自该样本的相同的空间分辨率并且可以像素到像素是相同的。在另外的实施例中，该系统可以在无需在图像获取或后图像获取期间的图像对齐和/或配准的情况下执行。在仍另外的实施例中，该系统可以进一步包括镜头系统，其包括多个集成的凸透镜、二向色性镜、45度反射器以及干涉滤光器，从而允许降低离轴射线的发散以使得所得出的图像不会模糊不清。在一些实施例中，该系统可以具有固定工作距离以及可调节视场。在另外的实施例中，该系统的视场可以通过将不同的方形孔径和/或不同的凸透镜集成到该系统中来调节。在一些实施例中，该系统可以进一步包括方形孔径。该方形孔径的z轴位置和定向可以使用光机安装单元来调节。在仍另外的实施例中，该光机安装单元可以包括U形三元件镜头安装组装件，其被配置成促进该分束系统的对齐。在一些实施例中，该系统可以被配置用于实时成像，并且在成像过程期间可以不要求对齐。在另外的实施例中，所述两个或更多个光谱频道可以包括反射率成像、激光散斑成像、激光多普勒成像、近红外荧光成像以及其任何组合。在仍另外的实施例中，该单个相机可以执行同时的多图像捕获以改进相机同步和/或触发。本专利技术构思的一些实施例提供了供多波长分束光学系统中使用的相机，该相机包括单个成像镜头。该相机可以被配置成使用该相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。本专利技术构思的另外的实施例提供了用于操作多波长分束光学系统的方法，该方法包括使用具有单个成像镜头的单个相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。附图说明图1是根据本专利技术构思的一些实施例的用于使用单个相机来成像的系统的示。图2是根据本专利技术构思的一些实施例的成像系统的更详细的示图，该成像系统具有双波长光学分束器以用于利用单个数字相机的同时图像捕获。图3是根据本专利技术构思的一些实施例的图示出用于相机镜头和方形孔径组装件的光机安装保持器的示图。图4A和4B是通过图2的分束器以及电荷耦合器件(CCD)相机捕获的测试样本的两个等价图像。具体实施方式现在将参考附图在后文中更完整地描述本专利技术构思的实施例，其中示出了本专利技术构思的优选实施例。然而，可以以许多不同形式体现本专利技术构思，并且不应将本专利技术构思解释为限于本文中阐述的实施例。遍及本公开，相同的标号指代相同的要素。在各图中，层、区域、元件或组件可能出于清楚的目的而被夸大。本文中使用的术语仅是用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本专利技术构思。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或另外有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。如本文中使用的，诸如“在X与Y之间”以及“在约X与Y之间”之类的短语应被解释为包括X和Y。如本文中使用的，诸如“在约X和Y之间”之类的短语意指“在约X与约Y之间”。如本文中使用的，诸如“从约X到Y”之类的短语意指“从约X到约Y”。除非另外定义，否则本文中使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本专利技术构思所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在普遍使用的字典中定义的那些的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意思来解释，除非在本文中明确地如此定义。为了简要和/或清楚，可能没有详细地描述众所周知的功能或构造。将理解的是，当一元件被称为在另一元件“上”、“被附连”到另一元件、“被连接”到另一元件、与另一元件“耦合”、“接触”另一元件等等，其可以是直接地在该另一元件上、被附连到该另一元件、被连接到该另一元件、与该另一元件耦合或接触该另一元件，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一元件被称为例如“直接在”另一元件“上”、“直接被附连”到另一元件、“直接被连接”到另一元件、与另一元件“直接耦合”或“直接接触”另一元件时，不存在介于中间的元件。本领域技术人员还将领会到的是，对“邻近”另一特征部署的结构或特征的引用可以具有覆盖该邻近特征或在该邻近特征之下的部分。将理解的是，虽然可能在本文中使用术语第一、第二等来描述各元件、组件、区域、层和/或截面，但是这些元件、组件、区域、层和/或截面不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或截面与另一个元件、组件、区域、层或截面。因此，在不脱离本专利技术构思的教导的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长分束光学系统，包括：具有单个成像镜头的单个相机，该单个相机被配置成使用该单个相机传感器从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.23 US 62/1368151.一种多波长分束光学系统，包括：具有单个成像镜头的单个相机，该单个相机被配置成使用该单个相机传感器从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统被配置用于近场和远场成像二者。3.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统被配置用于具有不大于1cmx1cm的视场的远场成像。4.根据权利要求1所述的系统，其中，由该单个相机拍摄的所述两个或更多个图像是精确的完全一样的东西。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述两个或更多个图像包含来自该样本的相同的空间分辨率并且像素到像素是相同的。6.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统在无需在图像获取或后图像获取期间的图像对齐和/或配准的情况下执行。7.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统进一步包括镜头系统，其包括多个集成的凸透镜、二向色性镜、45度反射器以及干涉滤光器，从而允许降低离轴射线的发散以使得所得出的图像不会模糊不清。8.根据权利要求7所述的系统，其中，该系统具有固定工作距离以及可调节视场。9.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统的视场通过将不同的方形孔径和/或不同的凸透镜集成到该系统中来调节。10.根据权利要求1所述的系统，还包括方形孔径，其中，该方形孔径的z轴位置和定向使用光机安装单元来调节。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志勇，T·B·小费尔古森，陈成，K·M·雅各布斯，
申请(专利权)人：东卡罗莱娜大学，
类型：发明
国别省市：美国,US