用于提取关于波前的空间分布的信息的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于提取关于波前的空间分布的信息的系统和方法，涉及用于从多个图像拍摄关于波前的二维和/或三维分布的信息的光学系统(100)，其中，光学系统包括：用于拍摄图像的至少一个传感器(101)，其中，至少一个传感器包括多个像素(106)，并且其中，像素中的至少一些包括至少两个光电二极管(102、103)；至少一个可调光学元件(104)，其中，所述至少一个可调光学元件(104)适合于改变光学系统(100)的焦点；并且其中，光学系统(100)被配置为利用至少一个传感器(101)在由至少一个可调光学元件(104)设置的多个焦点位置处拍摄多个图像。件(104)设置的多个焦点位置处拍摄多个图像。件(104)设置的多个焦点位置处拍摄多个图像。

【技术实现步骤摘要】
用于提取关于波前的空间分布的信息的系统和方法


[0001]本专利技术涉及如独立权利要求的相应前序部分中指定的光学系统、方法、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]在从三维场景或对象拍摄二维图像时，例如从真实物理三维空间中的场景拍摄图像和/或从真实物理三维空间中的三维对象拍摄图像时，深度信息在三维场景或对象投影到二维图像时丢失。
[0003]在计算机视觉或机器人视觉和工业计量学中，恢复至少部分该丢失的空间深度信息，使得例如能够识别和表征三维对象和三维表面特征(例如在晶圆计量学中表征半导体表面)和/或在拍摄的二维图像中的背景和前景特征或对象之间进行区分，是重要且具有挑战性的任务。
[0004]此外，当电磁波通过非均匀介质时，其波前相位关于其原始形状或相位发生失真或变形。所述波前失真或像差能够影响和退化光学系统的性能。
[0005]现有技术需要使用昂贵的复杂光学系统硬件和计算机资源密集型处理，以便拍摄、提取和处理关于携带关于真实物理三维空间中的对象/主体的信息的波前的二维和/或三维分布和形状的信息。
[0006]此外，考虑到现代工业计量应用(例如晶圆计量、或医学应用，特别是医学成像，例如组织中或显微技术中的眼部层析成像的眼科检查)对深度分辨率的要求越来越高，当前技术的深度分辨率并不令人满意。
[0007]此外，对于波前形状变化/波前相位变化的时间演变以及原始波前形状/原始波前相位的重建进行准确的实时采样，用于提取和处理关于携带关于真实物理三维空间中的对象/主体的信息的波前的二维和/或三维分布和形状的信息的当前技术的速度太慢。

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]因此，本专利技术的目的是提供提高的手段用于从由光学系统/相机/ 图像拍摄设备/图像采集系统自真实三维场景或对象或主体拍摄的二维图像中提取/估计/恢复深度信息。
[0010]特别地，例如，本专利技术的目的是加速拍摄和处理关于携带关于真实物理三维空间中的对象/主体的信息的波前的二维和/或三维分布和形状的信息，并且提高拍摄、提取和估计的深度信息的准确性和分辨率。
[0011]解决方案
[0012]根据本专利技术，所述目的通过根据独立权利要求的光学系统、计算机实现的/计算机可实现的方法、系统和计算机存储介质来实现。
[0013]有利的实施例和进一步的发展是从属权利要求的主题。
[0014]例如，用于从多个图像拍摄关于波前的二维和/或三维分布的信息的光学系统/采
集系统/相机系统可以包括以下组件和配置中的一个、一些或全部：
[0015]·
至少一个传感器，例如电荷耦合器件(CCD)，用于拍摄图像，其中，至少一个传感器可以包括多个像素，并且其中，像素中的至少一些可以包括至少两个光电二极管，
[0016]·
至少一个可调光学元件，其中，所述至少一个可调光学元件适于改变光学系统的焦点，
[0017]·
其中，光学系统能够被配置为利用至少一个传感器在由至少一个可调光学元件设置的多个焦点位置处(例如多个不同的焦点位置)拍摄多个图像。
[0018]如上所指示，此处的光学系统也可以称为采集系统或相机系统。
[0019]此处，术语多个不同的焦点位置还可以包括其中并非所有焦点位置都独一无二的多个焦点位置，而且还可以包括其中一些焦点位置相同但可能指的是在时间上不同的点处的焦点位置的多个焦点位置。
[0020]此处，术语关于波前的二维和/或三维分布的信息可以包括关于特定光学平面中的和/或在距至少一个传感器的特定时间和距离处的波前的二维和/或三维形状或相位的信息。
[0021]特别地，术语关于波前的三维分布的信息可以指的是：例如在一堆图像上(即在由至少一个传感器在由至少一个可调光学元件设置的多个焦点位置/多个不同焦点位置处拍摄的多个图像上)，电磁场的波前的三维分布(即体积分布，例如沿光学系统光轴的波前的三维分布) 的层析成像。
[0022]换句话说，本文程序的手段能够允许，例如，从多个焦点位置/多个不同焦点位置处的一堆或一系列拍摄的图像推导/确定/测量沿着光学系统的光轴的波前的三维分布。
[0023]此外，利用至少一个传感器拍摄图像的步骤和/或由至少一个传感器拍摄关于波前的二维和/或三维分布的信息的步骤可以指的是拍摄光强度，特别是拍摄在至少一个传感器的平面中拍摄的一个或多个波前的二维光强度分布。
[0024]此处，传感器的每个像素的至少两个光电二极管可以被理解为被布置在相同平面(即传感器平面)中。此外，每个像素的多个光电二极管可以被水平或垂直布置。对于16:9或4:3的示例性传感器格式和/ 或当拍摄风景或对象被水平分布时，可能优选的是将每个像素的多个光电二极管布置在水平方向上以确保信息的最优拍摄。
[0025]此处，术语多个图像可以指的是由至少一个传感器从真实物理三维空间中的场景或对象或主体拍摄的多个图像，并且其中，图像是在多个焦点位置/多个不同焦点位置处拍摄的。
[0026]真实物理三维空间中的场景或对象或主体可以是静态的或动态的。
[0027]例如，如果真实物理三维空间中的场景或对象或主体是动态的，即，可能的是场景内的运动和/或对象或主体的运动和/或至少一个传感器的运动可以发生在不同的拍摄图像之间。
[0028]可调光学元件进一步可以被配置成使得它能够在时间尺度 (timescales)上改变光学系统的焦点，该时间尺度能够与要拍摄的图像中的可能动态的时间尺度对应或者能够比要拍摄的图像中的可能动态的时间尺度更短，例如在场景内发生的运动(诸如对象或主体的运动)。
[0029]关于能够由至少一个传感器在多个焦点位置/在不同焦点位置处拍摄的多个图像
的波前的二维和/或三维分布的信息能够被用于提取在多个图像中已经拍摄的真实三维空间中的场景或对象或主体的深度信息，例如深度图。
[0030]换句话说，用于从多个图像拍摄关于波前的二维和/或三维分布的信息的以上和此处示例性描述的光学系统和手段也可以被理解为用于从多个图像拍摄/提取深度信息的光学系统/手段。
[0031]上述示例性至少一个可调光学元件可以例如被配置为根据焦点时间表改变光学系统的焦点，其中，所述示例性焦点时间表能够指定由至少一个可调光学元件设置的焦点位置的预定义列表，并且还能够指定在由示例性光学系统的至少一个传感器拍摄场景/对象/主体的一系列图像或多个图像时如何遍历该列表。
[0032]所述示例性预定义焦点时间表可以包括能够包括不同的焦点位置和/或相同的焦点位置的多个焦点位置。
[0033]换句话说，焦点时间表可以指定：相同的焦点位置可以在时间上不同的点被用于拍摄图像。
[0034]然后，光学系统可以被配置用于按时间顺序遍历所述示例性焦点时间表，以在由至少一个可调光学元件设置的定义焦点位置处利用至少一个传感器来拍摄图像。这样，能够生成能包括在不同焦点位置的多个图像和/或具有相同焦点位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光学系统(100)，所述光学系统(100)用于从多个图像拍摄关于波前的二维和/或三维分布的信息，所述光学系统(100)包括：至少一个传感器(101)，所述至少一个传感器(101)用于拍摄图像，其中，所述至少一个传感器包括多个像素(106)，并且其中，所述像素中的至少一些包括至少两个光电二极管(102、103)；至少一个可调光学元件(104)，其中，所述至少一个可调光学元件(104)适合于改变所述光学系统(100)的焦点；并且其中，所述光学系统(100)被配置为用于利用所述至少一个传感器(101)在由所述至少一个可调光学元件(104)设置的多个焦点位置处拍摄多个图像。2.根据前述权利要求所述的光学系统(100)，其中，所述至少一个可调光学元件(104)包括液体透镜和/或可移动透镜和/或可调棱镜。3.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统(100)，其中，所述至少一个可调光学元件(104)被配置为在小于10ms的时间尺度上改变所述光学系统的所述焦点。4.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统(100)，包括另外的光学元件，所述另外的光学元件例如透镜，所述另外的光学元件被配置为改变所述光学系统的焦距范围。5.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统(100)，进一步包括至少一个准直器，其中，所述准直器沿所述光学系统(100)的光轴布置在所述至少一个可调光学元件(104)之前。6.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统(100)，其中，所述至少一个传感器(101)被配置为用于同时拍摄至少两个图像，其中，像素(102、103)的不同光电二极管与不同的图像相关联。7.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统(100)，其中，所述光学系统包括(100)数据处理系统或者与数据处理系统通信，所述数据处理系统被配置为用于存储和处理拍摄的所述多个图像，以从拍摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡多，
申请(专利权)人：伍普蒂斯有限公司，
类型：发明
国别省市：