多频带成像系统技术方案

使用相同彩色或单色图像传感器成像的成像系统和方法，其中成像可以在至少两个成像模式之间切换，例如在可见成像模式和IR成像模式之间切换，而不从成像对象和图像传感器之间的光路中的给定位置移动任何系统组件。在示例中，一种系统包括图像传感器、可调谐光谱滤波器和多带通滤波器，可调谐光谱滤波器和多带通滤波器，布置在对象和图像传感器之间的通用光路中，以及控制器，其被配置并可操作以将可调谐光谱滤波器定位在与多个成像模式相关的多个操作状态中。

Multiband imaging system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多频带成像系统相关申请的交叉引用本申请要求于2016年11月20日提交的美国临时专利申请62/424470和62/424472以及2017年7月12日提交的美国临时专利申请62/531,515的权益，所有这三个申请均通过引用整体并入本文。
本文公开的实施例总体上涉及数字相机，并且更具体地涉及能够进行双模或多模成像的数字相机。
技术介绍
彩色成像是已知的，并且通常使用具有覆盖有例如拜耳型滤色器阵列(CFA)的滤色器阵列(CFA)的像素化图像传感器的数字相机来执行。最近，已经提出了使用顺序成像进行彩色成像的系统和方法。这样的系统和方法允许捕获具有改进的色彩保真度和/或具有超光谱颜色信息的彩色图像。标准具形式的可调谐光谱滤波器也是已知的。标准具包括两个平行的反射镜。光谱透射分布由反射镜之间的间隙决定。施加到标准具的电压调谐对反射镜之间的间隙(这提供了所谓的“光学腔”)进行了调谐，并且接着调谐光谱透射分布。结合双模成像能力或“操作模式”(例如可见或“VIS”波长范围内的彩色成像和近红外(NIR)波长范围内的红外(IR)成像)的数字相机也是已知的。通常，VIS范围通常被理解为指的是波长在大约(大约)400-700纳米(nm)之间的光谱范围，而可以由硅图像传感器捕获的NIR范围通常被理解为指的是光谱范围波长介于约700-1100纳米。这些范围是近似值，所引用的值不是限制性的。已知相机的一个问题是它们通常需要具有移动部件的机构，用于从一种操作模式切换到另一种操作模式。共同拥有的国际专利申请No.WO2014207742公开了一种用于改善彩色成像的双色/红外相机。对于两种或更多种操作模式(即，用于在至少两个不同的单独波长段中成像)，需要具有多模式相机并且将是有利的。
技术实现思路
在各种实施例中，提供了具有至少两种操作模式的数字相机(也称为“数字成像系统”)。这种相机在这里可以称为“双用途”、“双模式”、“多用途”或“多模式”相机。如这里所使用的，术语“成像”对应于图像数据的获取，图像数据例如，可以以已知的方式被处理成图像的图像数据。例如，通过像素化的图像传感器获取图像数据。图像数据可以包括对从物体发射和/或反射的入射光的总系统光谱响应(TSSR)。为简洁起见，以下描述详细地涉及双模式相机及其使用方法，其中根据所提供的细节对两种以上模式的扩展变得清楚。在一个示例中，至少两种操作模式可包括在给定波长范围内的两个单独的不同模式，例如在VIS范围内或在NIR范围内。在另一个示例中，至少两种操作模式可以包括两个分别在不同波长范围内的模式，例如，一种模式可以是在VIS(或颜色)范围内，另一个在NIR范围。不同的成像模式也可以称为“VIS成像”、“IR成像”、“彩色成像”或“VIS模式”、“IR模式”、“彩色模式”等。根据一些示例，本文公开的双用途相机包括图像传感器，可调谐光谱滤波器(例如标准具)和具有至少两个在其透射分布中的“窗口”或频带通道的不可调谐(也称为“固定”)滤波器。或者，控制器可操作地连接到用于驱动可调谐光谱滤波器的集成电路(IC)驱动器。可选地，相机可以包括图像处理器装置，用于执行图像捕获和处理算法。在一些示例性实施例中，图像传感器可以是单色传感器(没有滤色器阵列或“CFA”)。在一些示例性实施例中，图像传感器可以是具有拜耳型CFA的彩色图像传感器，其具有诸如RGGB，RGBW或RWWB等的图案。在一些示例性实施例中，固定滤波器可以是“调节的”IR截止滤波器(IRCF)，其在VIS波长范围内透射(允许光通过)并且还具有第二透射窗口，其允许在IR波长范围内的光入射(即实质上是双频带通滤波器)。术语“调整的”是指“陷波”的位置和宽度，“陷波”定义为透射窗口之间的间隙，根据应用需求选择(例如，适合光源波长或工作在由于大气吸收而环境光较低的波长中)。在一些示例性实施例中，可调谐光谱滤波器可以是标准具形式的微机电系统(MEMS)滤波器(具有至少两个透射状态。双用途相机可选地还可以包括主动照明器，用于以在传感器灵敏度范围内的波长X照射对象或场景。当可调谐光谱滤波器在一个成像模式中，例如VIS模式时，通过将传感器量子效率(Qe)乘以标准具和IRCF的动作而获得的组合光谱曲线透射大部分VIS光谱和非常小的IR强度，后者可能因此被忽略。然后，各种图像处理算法可以由图像处理器实现。当可调谐光谱滤波器处于另一成像模式时，例如IR模式，组合的光谱曲线透射一些VIS光谱和尽可能多的IR光谱。例如，当可调谐光谱滤波器是标准具时，那么根据标准具镜的涂层(即，涂层材料和厚度)，有两种选择：(1)IR模式是'纯的'，意味着VIS透射强度足够低，以便可以容易地检测IR光，或(2)IR模式与VIS“混合”，并且必须采集额外的VIS帧并从IR帧中减去额外的VIS帧。有利地，特定标准具光谱透射率曲线(通过配置特定标准具镜间隙获得)与定制IRCF的透射曲线的光谱组合提供额外的自由度(DOF)以获得想要的透射曲线，如IRCF去除任何不相关的波长。在各种实施例中，提供了系统，系统包括图像传感器、可调谐光谱滤波器和不可调谐多带通滤波器的，可调谐光波滤波器和多带通滤波器布置在对象和图像传感器之间的通用光路中，以及控制器，被配置并可操作为将可调谐光谱滤波器定位在与多个成像模式相关的多个操作状态中，其中，多个成像模式中的至少一个成像模式提供对象的相应图像数据。在一些示例性实施例中，可调谐光谱滤波器包括可调谐标准具装置。在一些实施例中，可调谐标准具装置是微机电系统(MEMS)标准具装置。在一些实施例中，MEMS标准具装置包括前镜和后镜，前镜和后镜在初始未致动标准具状态下由具有预应力未致动间隙尺寸的间隙分开，MEMS标准具装置被配置为采用至少一个致动状态，在致动状态中，间隙具有比预应力未致动间隙尺寸大的致动间隙尺寸间隙。在一些实施例中，预应力未致动间隙尺寸由后止动器结构确定，后止动器结构与前镜物理接触，后止动器结构形成于后镜的面向前镜的第一表面上。在该系统的一些示例中，不可调谐多带通滤波器包括至少第一透射窗口和第二透射窗口，其中每个透射窗口允许特定波长范围内的光通过，其中在第一操作状态中，可调谐滤波器被定位成允许第一波长范围内的光通过，第一波长范围至少部分地与不可调谐多带通滤波器的第一透射窗口的波长范围重叠，使得通过第一波长范围外的光的通过被不可调谐多带通滤波器减少，并且其中第二操作状态中，可调谐滤波器被定位成允许第二波长范围内的光通过，其中，第二波长范围不同于第一波长范围。在一些示例中，可调谐滤波器的第二波长范围至少部分地与不可调谐多带通滤波器的第二透射窗口的波长范围重叠，使得在第二波长范围外的光的通过被不可调谐多带通滤波器减少。在一些示例中，不可调谐多带通滤波器的第一透射窗口的波长范围比可调谐滤波器的第一波长范围窄，使得朝向图像传感器的光的波长范围比第一波长范围窄，和/或其中，不可调谐多带通滤波器的第二透射窗口的波长范围比可调谐滤波器的第二波长范围窄，使得朝向图像传感器的光的波长范围比第二波长范围窄。在一些示例中，第一操作状态与可见(VIS)成像模式相关，并且第二操作状态与红外(IR)成像模式相关。在一些示例中，第一操作状态与对应于第一IR波长范围的第一IR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，其特征在于，包括：a)图像传感器、可调谐光谱滤波器和不可调谐多带通滤波器，所述可调谐光波滤波器和所述多带通滤波器布置在对象和所述图像传感器之间的通用光路中；和b)控制器，被配置并可操作为将所述可调谐光谱滤波器定位在与多个成像模式相关的多个操作状态中，其中，所述多个成像模式中的至少一个成像模式提供所述对象的相应图像数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.20 US 62/424,470;2016.11.20 US 62/424,472;1.一种系统，其特征在于，包括：a)图像传感器、可调谐光谱滤波器和不可调谐多带通滤波器，所述可调谐光波滤波器和所述多带通滤波器布置在对象和所述图像传感器之间的通用光路中；和b)控制器，被配置并可操作为将所述可调谐光谱滤波器定位在与多个成像模式相关的多个操作状态中，其中，所述多个成像模式中的至少一个成像模式提供所述对象的相应图像数据。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在至少一个透射窗口中提供所述图像数据。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像传感器是彩色图像传感器。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述至少一个透射窗口是可见透射窗口。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像传感器是单色图像传感器。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个透射窗口是红外透射窗口。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个成像模式包括可见成像模式和红外成像模式。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个成像模式包括两个红外成像模式。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个成像模式包括红外成像模式和快门模式。10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个操作状态包括与三个成像模式相关的三个状态。11.如权利要求1-10中任一项所述的系统，其特征在于，所述可调谐光谱滤波器包括可调谐标准具装置。12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述可调谐标准具装置是微机电系统(MEMS)标准具装置。13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述MEMS标准具装置包括前镜和后镜，所述前镜和后镜在初始未致动标准具状态下由具有预应力未致动间隙尺寸的间隙分开，所述MEMS标准具装置被配置为采用至少一个致动状态，在所述致动状态中，所述间隙具有比所述预应力未致动间隙尺寸大的致动间隙尺寸间隙。14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述预应力未致动间隙尺寸由后止动器结构确定，所述后止动器结构与所述前镜物理接触，所述后止动器结构形成于所述后镜的面向所述前镜的第一表面上。15.一种方法，其特征在于，包括：a)提供相机，所述相机包括图像传感器、可调谐光谱滤波器、多带通滤波器和控制器，所述可调谐光谱滤波器和所述多带通滤波器布置在对象和所述图像传感器之间的通用光路中；和b)配置和操作所述控制器，以将所述可调谐光谱滤波器定位在与多个成像模式相关的多个操作状态中，其中，所述多个成像模式中的至少一个成像模式提供所述对象的相应图像数据。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多个成像模式中的至少一个成像模式在至少一个透射窗口中提供所述对象的相应图像数据。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一个透射窗口是可见透射窗口。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一个透射窗口是红外透射窗口。19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多个成像模式包括可见成像模式和红外成像模式。20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，多个成像模式包括两个红外成像模式。21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多个成像模式包括红外成像模式和快门模式。22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述快门模式在红外成像模式之前和之后被激活，其中，在利用滚动快门类型的图像传感器进行图像采集期间，所有模式顺序地切换。23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多个成像模式包括可见成像模式和快门模式。24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述快门模式在可见成像模式之前和之后激活，其中，在利用滚动快门类型的图像传感器进行图像采集期间，所有模式顺序地切换。25....

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里埃勒·拉兹，伊莱·阿什肯纳兹，埃弗拉特·伊默，斯拉瓦·克雷洛夫，法勒·利文，
申请(专利权)人：尤尼斯拜特罗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL