專利名稱：多光譜成像的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及多光譜成像，并且特別地而非排他地涉及生成包括兩個空間和一個光譜維度的多光譜圖像。
背景技術(shù)：
人眼的特征在于對可見光譜的不同部分敏感的三種類型的視錐。這些視錐通常被標記為指代其所感測的波長(長波、中波和短波，其粗略地對應于紅色、綠色和藍色)的L、M 和S。在圖1中示出了視錐的相對光譜敏感度，該圖示出了所述視錐具有相當?shù)膶拵匦圆⑶覍诠庠谳^寬波長范圍內(nèi)的積分。因此，有可能使得具有不同光譜特征的兩種材料對于人類觀察者來說表現(xiàn)為在特定光條件下具有相同的顏色。這種現(xiàn)象被稱作同色異譜 (metamerism)。與人眼類似，采用寬色濾光器的三原色(RGB)系統(tǒng)已經(jīng)成為顯示器和攝影機的主流。顯示器依賴于原色的適當混合以便生成由原色所包圍的色域內(nèi)的任何顏色。常常有益的情況是在比(相對粗糙的)RGB顏色坐標所提供的更加詳細的光譜反射系數(shù)的基礎上來表征圖像。此外還期望捕獲具有局部光譜信息的圖像，也就是說在其中單獨表征圖像的不同部分的光譜特性。這樣的成像就被稱作多光譜成像，并且是一種已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多實際應用的技術(shù)，例如包括
一污染物檢測
一環(huán)境監(jiān)測
一谷物/木材分級
一微生物檢測(熒光/血細胞計數(shù))
一流式細胞計量
一血氧定量等等。對于一些應用來說，希望分析可見光譜的僅僅特定部分。舉例來說，在光學體積描記術(shù)中，從光學記錄的時間分析導出人類的心率。但是已經(jīng)明確確定的是，由于血紅蛋白的光譜吸收屬性，心率信號對于綠色(例如MO - 560nm)是最強的。其結(jié)果是，與采用拾取周圍的更加非特定性的信號和噪聲的寬帶傳感器的系統(tǒng)相比，專門分析感興趣的窄光譜帶的系統(tǒng)將提供更加準確的估計。希望多光譜攝影機同時提供高空間分辨率、高光譜分辨率以及高時間分辨率。但是這些要求往往是沖突的，因此這些不同要求之間的折衷常常是必要的。一種類型的多光譜攝影機使用這樣一種方法，其中逐行地掃描場景/目標，并且與該行正交地使用發(fā)散元件(比如光柵或棱鏡)來提取該行內(nèi)的每一個像素的光譜。利用傳統(tǒng)的二維傳感器來捕獲所得到的二維數(shù)據(jù)(具有一個空間維度和一個光譜維度)。隨后通過在垂直于該行的方向上逐漸地并且順序地掃描各行來建立完全三維數(shù)據(jù)(兩個空間維度和一個光譜維度)。但是這樣的攝影機往往相對復雜并且需要機械移動來實施掃描。這往往會導致增加復雜度、增加成本、降低可靠性、增大功率消耗以及增加尺寸和/或重量。所需的掃描處理也往往相對緩慢，從而導致需要相對較長的時間來捕獲圖像。這使得所述方法較不適合于例如捕獲移動圖像。另一種類型的多光譜攝影機使用放置在普通的黑白攝影機前方的可變光譜濾光器。通過順序地改變所述濾光器以及記錄相應的圖像，可以采集完全三維數(shù)據(jù)(也就是說每一個所捕獲的圖像將對應于濾光器的通帶頻率區(qū)間內(nèi)的光)。這種方法的一個主要缺陷在于，由于許多光被濾光器阻斷，因此光效率看起來相當?shù)汀４送?，諸如液晶可調(diào)諧濾光器和聲學一光學可調(diào)諧濾光器之類的適當濾光器相當昂貴，并且通常只允許單個波長的光通過 (陷通)。所述方法也往往具有與掃描多光譜攝影機相同的缺點，即緩慢、可靠性相對較低等寸。這些類型的多光譜攝影機的一個特別重要的缺點在于其犧牲光譜分辨率以獲得時間分辨率。在所成像的對象正在移動的情況下這是不利的。此外，所述方法通常具有非常特定(固定)的光譜分辨率，其無法被容易地適配于應用。因此，改進的多光譜攝影機將是有利的。舉例來說，允許提高靈活性、降低成本、降低復雜度、提高可靠性、減小尺寸/重量、降低功率消耗、改進時間性能/分辨率以及/或者改進性能的多光譜攝影機將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明嘗試優(yōu)選地單獨或者以任意組合緩解、減輕或者消除前面提到的一個或更多缺點。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種多光譜攝影機，其包括具有至少一個允許光穿過的孔洞的光阻斷元件；用于在取決于波長的不同方向上分散來自所述至少一個孔洞的光的發(fā)散元件；用于把來自所述發(fā)散元件的光聚焦在像平面上的透鏡；接收來自所述透鏡的光的微透鏡陣列；圖像傳感器，其接收來自所述微透鏡陣列的光并且生成包括對應于所述圖像傳感器的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號；以及用于從所述像素值信號生成多光譜圖像的處理器。本發(fā)明可以提供一種改進的光譜攝影機。具體來說，所述方法可以允許捕獲多光譜圖像而不需要諸如掃描或者物理濾光器的順序改變之類的順序操作。對于允許生成多光譜圖像的圖像信息的捕獲在許多實施例中可以是基本上瞬時的。所述方法可以提供改進的時間性能，并且可以特別在保持相對較高的空間和光譜分辨率的同時允許高時間分辨率。 本發(fā)明的多光譜攝影機可以特別適于例如捕獲正在移動的對象或視頻圖像。所述方法還可以允許固定的機械設置，并且可以降低成本、減小尺寸/重量、降低功率消耗以及/或者降低復雜度。其還可以提供增加的可靠性。舉例來說，在一些實施例中，利用所述方法的多光譜攝影機可以能夠瞬時地捕獲對應于場景中的每一個像素的光譜。與傳統(tǒng)攝影機(例如行掃描光譜儀或可變阻斷濾光器攝影機)相反，可以同時捕獲對應于所有像素的局部光譜信息，從而提供改進的時間性能， 這在例如存在運動的情況下是非常有益的。所述系統(tǒng)可以使用來自傳統(tǒng)圖像傳感器與主透鏡、微透鏡陣列和發(fā)散元件(比如光柵或棱鏡)的專用配置相組合的數(shù)據(jù)，以便生成詳細的多光譜圖像。所述方法可以對來自圖像傳感器的信號進行后處理，以便生成具有所期望的要求的多光譜圖像。舉例來說，所述方法可以允許在軟件中將彩色濾光器設計并應用為數(shù)值后處理步驟，從而提供增加的靈活性。多光譜圖像同時具有空間和光譜內(nèi)容。通常來說，在對應于兩個空間維度和一個光譜維度的三維數(shù)據(jù)集中代表數(shù)據(jù)。舉例來說，可以由所述多光譜圖像代表對應于所述圖像的多個區(qū)域的光譜分布。因此，所述多光譜圖像是組合的空間與光譜圖像。在一些實施例中，可以將多光譜圖像劃分成多個像素，其中為每一個像素提供光譜分布。多光譜圖像包括對應于所述圖像內(nèi)的多個區(qū)域的單獨的光譜數(shù)據(jù)。因此，多光譜圖像包括局部化的光譜數(shù)據(jù)，并且特別地可以同時提供可見圖像的信息和對應于所述圖像的光譜變化。所述光阻斷元件可以形成對于攝影機的包圍，從而使得到達所述發(fā)散元件、透鏡、 微透鏡和圖像傳感器的光只是穿過光阻斷元件中的孔洞的光。所述多光譜攝影機的構(gòu)造可以使用順序平面結(jié)構(gòu)，其中阻斷元件形成第一光阻斷平面(其與所述孔洞分開)，其后是對應于發(fā)散元件的(可能平行的)平面，其后是透鏡的平面，其后是微透鏡陣列的(可能平行的)平面，其后是圖像傳感器(其可能與微透鏡陣列平行)。所述像平面可以是(虛擬的)(可能平行的)平面，其通常處在透鏡與微透鏡陣列之間。 透鏡、微透鏡和傳感器平面可以特別地被設置成kheimpflug配置。這樣例如可以容許其中發(fā)散元件引入與光軸的一定角度的實施例。所述發(fā)散元件例如可以是棱鏡或光柵元件，并且可以通過衍射提供分散。所述至少一個孔洞可以是光阻斷元件中的任何適當孔洞，其允許光穿過所述光阻斷元件。所述孔洞不需要是空的，而是例如可以填充有透明材料。在一些實施例中，透鏡和 /或光闌可以處在所述至少一個孔洞處。因此，從光學的角度來看，所述至少一個孔洞可以是至少一個透鏡和/或光闌。具體來說，所述至少一個孔洞可以包括成像到所述發(fā)散元件上的物鏡的孔徑。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，多光譜圖像包括對應于所述多光譜圖像的各個像素的光譜分布指示。本發(fā)明可以允許以相對較高的空間、光譜和/或時間分辨率改進多光譜圖像的生成。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述處理器被設置成從像素值信號合成彩虹平面處的第一圖像；通過對第一圖像應用空間掩模生成第二圖像，所述空間掩模對應于光譜特性；以及對于所述多光譜圖像從第二圖像生成對應于所述光譜特性的空間圖像。這樣可以提供改進的性能和/或促進操作。具體來說，其可以允許確定滿足對應于個別實施例的具體期望和要求的光譜特性。例如可以通過計算處理來確定所述光譜特性而不需要任何手動、機械或物理改變。因此，可以簡單地通過適配傳感器輸出的處理來改變所生成的多光譜圖像的特性。從而實現(xiàn)了一種更加靈活的方法，其不受例如光譜或空間濾光器的物理限制的局限。所述彩虹平面特別是這樣一個平面，其中光的位置僅僅取決于光的波長。因此，場景的所有部分的光(即以任何角度穿過所述至少一個孔洞)將會聚在取決于波長的同一點。 因此，在所述彩虹平面處，光譜特性被完全轉(zhuǎn)換成空間特性。第一圖像不是場景的空間圖像，而是光譜圖像，其中每一點對應于所述場景的對應于一個波長的累積光強度。因此，第一圖像可以被視為光譜圖像或光譜地圖。具體來說，第一圖像可以被視為光譜強度地圖。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述處理器被設置成通過對第一圖像應用相應的不同空間掩模，確定對應于不同光譜特性的多個空間圖像；以及從所述多個空間圖像生成多光譜圖像。這可以提供一種用于生成多光譜圖像的實際且靈活的方法?？梢杂珊筇幚硭惴ú⑿械鼗蛘唔樞虻貞脤诓煌庾V特性/濾光器的一連串掩模，以便提供對應于不同光譜足跡/特性的空間圖像集合?？梢酝ㄟ^低復雜度的空間處理靈活地選擇及應用所述光譜足跡/特性。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述光譜特性對應于帶通濾波器。所述帶通濾波器特性可以特別地對應于頻率區(qū)間的選擇。這可以允許實際且高效地生成多光譜圖像。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，微透鏡陣列和圖像傳感器被設置成使得在完全相同的角度下穿過所述至少一個孔洞的光被分布在圖像傳感器的多個像素上，所述分布是取決于波長的分布。這可以改進和/或促進生成多光譜圖像。所述分布可以特別地使得在給定角度下穿過所述至少一個孔洞的單條光線可以到達多個像素，其中不同的波長區(qū)間到達每一個像
ο根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述處理器被設置成補償接收光線的圖像傳感器的單個像素值，其中所述光線對應于具有不同波長的光線并且在不同角度下穿過所述至少一個孔洞。這可以改進和/或促進多光譜圖像的生成。替換地或附加地，所述方法可以促進實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述微透鏡陣列基本上位于像平面處。這在一些實施例或情形中可能是特別有利的。具體來說，其在許多情形中可以允許從傳感器輸出直接生成多光譜圖像而不需要濾光后處理。所述方法可以例如提供增加的光譜分辨率。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述微透鏡陣列位于像平面與圖像傳感器之間。這在一些實施例或情形中可能是特別有利的。具體來說，其可以允許圖像傳感器捕獲非常適合于通過計算后處理生成多光譜圖像的信息。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述多光譜攝影機還包括用戶輸入和控制器，該控制器用于響應于用戶輸入調(diào)節(jié)微透鏡陣列和圖像傳感器的至少其中之一的位置。這可以允許更加靈活的多光譜攝影機，并且可以特別地允許用戶控制對應于由所述圖像傳感器捕獲的圖像的空間與光譜分辨率之間的折衷。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述光阻斷元件提供光阻斷平面，并且所述至少一個孔洞是所述光阻斷平面中的縫隙。所述方法可以允許從單次傳感器測量捕獲具有兩個空間維度和一個光譜維度的三維圖像。所述縫隙可以通常具有Imm或更小的寬度。此外，狹窄的縫隙可以確保入射光線在所述至少一個孔洞上的角度在一個維度上受到良好控制，同時允許捕獲擴展的場景。所述發(fā)散元件例如可以是行光柵元件，其具有基本上平行于所述縫隙的各行。所述微透鏡陣列可以特別的是具有基本上平行于所述縫隙的各行的雙凸透鏡陣列。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述圖像傳感器是二維圖像傳感器。這可以允許從單次傳感器測量捕獲具有兩個空間維度和一個光譜維度的三維圖像。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述至少一個孔洞包括形成已編碼孔徑的多個孔洞。這可以提高多光譜攝影機的光敏度，同時仍然允許通過后處理高效地生成多光譜圖像。所述已編碼孔徑可以特別地提供來自多個孔洞的入射光，同時允許通過后處理對此進行補償。所述已編碼孔徑可以例如包括被設置在適當?shù)呐渲弥械幕旧铣蕡A形的孔洞或細長的縫隙，其可以通過后處理來補償/反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述至少一個孔洞包括針孔。這可以允許通過根據(jù)去往光線來源的方向的明確定義的角度來良好地控制入射光線在所述至少一個孔洞上的角度。有利的是，所述針孔可以具有Imm或更小的最大維度。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種生成多光譜圖像的方法，所述方法包括提供具有至少一個允許光穿過的孔洞的光阻斷元件；提供用于在取決于波長的不同方向上分散來自所述至少一個孔洞的光的發(fā)散元件；提供用于把來自所述發(fā)散元件的光聚焦在像平面上的透鏡；提供接收來自所述透鏡的光的微透鏡陣列；提供圖像傳感器，其用于接收來自所述微透鏡陣列的光并且生成包括對應于所述圖像傳感器的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號；以及從所述像素值信號生成多光譜圖像。參照下面描述的(多個)實施例，本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點將變得顯而易見并且將對其進行描述。


下面將僅通過舉例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中 圖1是人眼的相對光譜敏感度的圖示；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多光譜攝影機的一些元件的圖示； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多光譜攝影機的一些元件的圖示； 圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的靈巧光譜成像系統(tǒng)的一些元件的圖示。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于多光譜攝影機的處理元件的一些元件的圖示。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多光譜攝影機的一些元件的圖示。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多光譜攝影機的一些元件的圖示。
具體實施例方式圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多光譜攝影機的各個元件的一個實例。所述多光譜攝影機包括光阻斷元件201，其包括允許光穿過的一個或更多孔洞 203。為了清楚起見，下面的描述將集中于一個實例，其中在光阻斷元件201中提供針孔(或狹窄縫隙)，但是應當認識到，在其他實施例中，可以包括多于一個孔洞。在該例中，孔洞203具有小于Imm的最大規(guī)格(或者對于縫隙則是小于Imm的寬度)。具體來說，孔洞203小到使得來自所成像的各個對象的光線的方向/角度在所述孔洞上的變化不超過例如1°，也就是說，源自相同位置的光線只有在其相對孔洞203的角度處在彼此的1°范圍內(nèi)時才能穿過所述孔洞。在該具體實例中，所述多光譜攝影機被用于對與孔洞203距離至少20cm的對象進行成像，因此所述孔洞足夠小，從而使得穿過孔洞203的來自相同空間點的光線的角度/方向不超過1°。所述多光譜攝影機還包括發(fā)散元件205，其接收穿過孔洞203的光。在該例中，發(fā)散元件205形成發(fā)散平面。發(fā)散元件205在取決于波長的不同方向上分散來自孔洞203的光。因此，光線可能源自場景中的某一對象并且穿過孔洞203到達分布服務器109。由于孔洞203的較小規(guī)格，光線到達所述孔洞的方向/角度只取決于從所述對象到孔洞203的方向(假定孔洞203具有無限小的尺寸)。發(fā)散元件205于是將所述光線分散到一定角度分布中，其中來自發(fā)散元件205的出射角度取決于波長。應當提到的是，所述孔洞的尺寸直接決定所能獲得的光譜分辨率。撞擊在發(fā)散元件205上的相同位置的角度范圍被給作所述針孔尺寸除以孔洞203與發(fā)散元件205之間的距離。這樣就控制了不同光線在發(fā)散之后的方向，從而控制了例如在所述彩虹平面處的光譜分辨率。在一些實施例中，發(fā)散元件205例如可以是棱鏡。在圖2的實例中，發(fā)散元件205 是由于衍射效應而發(fā)散入射光的光柵元件。因此，在該例中，來自所述場景(對象x、Y、z)的光傳播過針孔203，并且隨后落在光柵(其由發(fā)散元件205提供)上。由于來自所述光柵的衍射動作，不同的波長被發(fā)散到不同的傳播方向上。取決于所期望的視場，孔洞203與發(fā)散元件205之間的距離可能常常有利地處在 10到IOOmm之間的區(qū)間內(nèi)(包括這兩個數(shù)值在內(nèi))。所述多光譜攝影機還包括透鏡207，其接收來自發(fā)散元件205的光并且將其聚焦在像平面209上。所述聚焦使得在給定角度下穿過孔洞203的所有光到達像平面209上的同一點。因此，當在像平面209處測量時，所述透鏡補充/倒轉(zhuǎn)發(fā)散元件205的操作/效果。 因此，發(fā)散元件205對光線的分散由透鏡207針對像平面209精確地補償，從而使得單條光線被會聚到像平面209上的單個點處。因此，除了倒轉(zhuǎn)(即圖像“上下顛倒”)之外，像平面 209上的入射光對應于發(fā)散元件205上的入射光。應當提到的是，像平面209不是物理元件，而是參考其中傳入光線的光譜分散得到補償?shù)钠矫?。因此，如果圖像傳感器位于像平面處，則其將捕獲空間圖像而不捕獲任何光譜信息。像平面209可以被視為對應于虛擬平面(可以在其中捕獲聚焦的空間圖像)。透鏡207通常被定位成具有垂直于發(fā)散元件205的第N (通常是第一)級衍射的主軸/平面。此外，發(fā)散元件205與透鏡207之間的距離將通常有利地大于孔洞203與發(fā)散元件205之間的距離。所述多光譜攝影機還包括微透鏡陣列211，其接收來自透鏡207的光。微透鏡陣列 211包括覆蓋來自透鏡207的入射光平面的多個透鏡。微透鏡陣列211可以有利地形成與 “樞紐線”(Scheimpflug配置)相交的平面，所述樞紐線也與發(fā)散元件205的平面以及透鏡 207的主軸/平面相交。透鏡207與微透鏡陣列211之間的距離可以從對應于透鏡207的透鏡公式確定，從而取決于透鏡207的強度以及與發(fā)散元件205的距離。所述多光譜攝影機還包括圖像傳感器213，圖像傳感器213包括用于檢測入射光級的多個傳感器元件。因此，每一個傳感器元件是對應于所捕獲圖像的像素的光傳感器。在圖2的實例中，所述傳感器元件被設置在二維平面中。因此，每一個傳感器元件可以對應于由微透鏡陣列211在圖像傳感器213所處的平面處生成的圖像的像素。圖像傳感器213生成包括對應于所述圖像傳感器的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號。所述像素值信號可以特別地包括對應于每一個傳感器元件的測
量數(shù)值。所述像素值信號被饋送到處理器，所述處理器隨后從所述信號確定多光譜圖像。微透鏡陣列211的引入實質(zhì)上提供了可以被用來在特定攝影機結(jié)構(gòu)中對所捕獲的信息進行后處理的信息，從而可以通過單次瞬時測量生成對應于多光譜圖像的三維(兩個空間維度和一個光譜維度)數(shù)據(jù)集。因此，可以在不需要進行順序物理濾光或掃描的情況下確定光譜信息。微透鏡陣列211的引入特別地允許基于單次二維圖像傳感器測量準確地并且單獨地確定空間和光譜特性。在圖3中示出了這方面的一個實例。在該情況中，微透鏡陣列211基本上位于像平面207處。因此，入射在微透鏡陣列211上的所有光都在空間上良好地聚焦，并且每一個微透鏡可以被視為對應于空間像素值。但是投影在微透鏡陣列211上的圖像不具有任何光譜分布，也就是說，來自場景中的相同位置(并因此在相同角度下穿過孔洞203)的所有波長都到達相同的微透鏡。但是盡管光線的不同波長會聚到微透鏡陣列211中的同一點，所述波長是從不同的方向會聚的并且具有不同的入射角度。這一點被微透鏡陣列211利用來根據(jù)傳入角度并因此根據(jù)波長來分散入射光線。因此，從微透鏡出射的光對應于該微透鏡上的入射光(并因此對應于單個位置)，但是具有反映波長的一定角度分散，也就是說出射光具有光譜(空間)分布。在圖3的實例中，圖像傳感器213被定位成使得來自一個微透鏡的光覆蓋多個像素，與此同時，來自每一個微透鏡的光只到達一個像素集合(或者反之，來自各個微透鏡的光錐之間沒有重疊，并且每一個像素(傳感器元件)接收僅僅來自一個微透鏡的光)。相應地，在圖3的實例中，圖像傳感器213捕獲被分成空間像素群組的光，其中每一個像素群組對應于一個微透鏡。此外，每一個像素群組包括多個像素，其中每一個像素對應于特定波長區(qū)間的光。因此，所捕獲的數(shù)據(jù)提供對應于多光譜圖像的多光譜數(shù)據(jù)，其具有對應于微透鏡陣列211的各個微透鏡的空間分辨率以及對應于每一個像素群組中的像素數(shù)的光譜分辨率。作為一個實際實例，可以與一個100乘100微透鏡陣列211 —起使用IM像素傳感器來提供具有100乘100像素的空間分辨率和每個空間像素100個光譜數(shù)值的光譜分辨率的多光譜圖像。因此，微透鏡陣列211利用去到微透鏡陣列211的入射光線的取決于波長的角度的信息來提供光譜信息，同時保持像平面的不同空間信息。因此，通過單次傳感器測量捕獲了同時并且可分辨的光譜和空間信息。應當提到的是，無法在不引入微透鏡陣列211的情況下進行這樣的測量。舉例來說，在 Mohan, A. > Raskar, R.禾口 Tumblin, J.的文章"Agile Spectrum Imaging: Programmable Wavelength Modulation for Cameras and Projectors (靈巧^^"象用于攝影機和投影儀的可編程波長調(diào)制)” (Computer Graphics Forum, vol. 27，number 2， 2008，第709 - 717頁)中提出，多光譜攝影機可以是基于例如圖4中的結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中， 圖像傳感器位于像平面處，只有在所述系統(tǒng)中的該位置處，光線的位置才只取決于光線來源的空間位置。因此，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，該平面是允許確定空間位置的僅有的平面?，F(xiàn)有技術(shù)攝影機對傳入光線執(zhí)行濾光以便生成多光譜圖像。具體來說，現(xiàn)有技術(shù)攝影機順序地在彩虹平面處插入不同的濾光器。彩虹平面是這樣一個平面，其中光的位置僅僅取決于光的波長，而不取決于光的空間來源(并因此不取決于光線穿過孔洞203的角度/方向)。因此，在彩虹平面處，光線基于其特定波長而從上到下被排序。彩虹平面可以被感知為與像平面互補，也就是說，在彩虹平面處的圖像是沒有空間信息或相關(guān)的光譜圖像， 而在像平面處的圖像則是沒有光譜信息的空間圖像。這被用在現(xiàn)有技術(shù)攝影機中以便將圖像傳感器定位在像平面處并且將濾光器元件定位在彩虹平面處。具體來說，在彩虹平面處順序地插入一系列阻斷或衰減掩模，并且對于每一個掩模由圖像傳感器捕獲空間圖像。因此這些圖像當中的每一個對應于光譜足跡的圖像，所述光譜足跡又對應于所述掩模，并且通過使用一系列掩模，可以對所述圖像進行整理以便提供多光譜圖像。但是這樣的方法往往不是最優(yōu)的，并且可能被認為緩慢、復雜以及對于一些應用不實際。具體來說，針對在彩虹平面處物理地改變掩模的要求是不方便的，并且通常導致相對較慢的操作以及較低的時間分辨率。應當提到的是，在圖4的系統(tǒng)中，可以在任何其他平面處捕獲的圖像將是空間與光譜信息的組合。因此，到達(除了彩虹平面或像平面之外的)給定平面的特定點的光對應于源自不同方向的不同波長的光線。無法通過對圖像傳感器所捕獲的圖像數(shù)據(jù)進行處理來分辨該組合信息，因此所述攝影機要求所述圖像傳感器位于像平面處并且要求在彩虹平面處順序地引入阻斷掩模。但是圖2和3的多光譜攝影機使用了不同的方法，該方法不需要在彩虹平面處引入任何掩蔽濾光器，并且還允許在圖像傳感器211的定位方面的靈活性。具體來說，所述系統(tǒng)使用微透鏡陣列211來提供信息，所述信息允許從單個平面并且從而通過單個圖像傳感器的單次測量同時提取光譜和空間信息。具體來說，本發(fā)明是基于以下認識在每一個平面中通過入射光在該平面上的角度提供附加的信息，并且該信息可以被主動使用來分離該平面處的空間和光譜特性。舉例來說，在像平面處，傳入光線的位置僅僅取決于場景中的來源位置(并且特別取決于穿過針孔203的角度)。但是由于發(fā)散元件205所提供的發(fā)散，光線落在特定點上的角度取決于波長。因此，在圖3中，被插入在像平面處的微透鏡陣列211使用該角度相關(guān)性來生成對應于每一個微透鏡的光譜分布。因此，對應于每一個微透鏡的光譜分布反映對應于該微透鏡的精確圖像區(qū)域的光譜特性，并且不包括來自任何其它位置的任何貢獻。因此， 微透鏡陣列211確保保持空間分離，并且傳感器可以相應地測量光譜和空間信息。實際上， 在該例中避免了傳感器接收具有不同波長的來自不同位置的組合光。因此就避免了不可分辨的不定性。類似地，在彩虹平面處，每一條光線的位置只取決于波長。但是，所述方向/角度取決于場景中的空間位置。因此，彩虹平面處的微透鏡陣列211可以生成對應于微透鏡的空間光譜，也就是說可以為對應于微透鏡的每一個光譜區(qū)間生成空間分布(盡管這與圖3 的實例相比將通常較不實際并且更加難以處理)。在一些實施例中，微透鏡陣列211可以處在各個平面處，在所述平面中，每一個位置由源自不同位置但是具有不同波長的不同光線到達，其中所述不同波長恰好補償位置差異。舉例來說，在許多實施例中，微透鏡陣列211可以有利地位于像平面后方(其處在遠離透鏡207的一側(cè))。在這種情況下，圖像傳感器213的每一個傳感器元件可以接收作為具有不同波長并且來自不同空間位置的光線的組合。但是由對應于每一個微透鏡的多個光傳感器所提供的附加信息允許對該光線組合進行分辨，從而允許生成適當?shù)亩喙庾V圖像。換句話說，通過微透鏡陣列211對位置中所固有的不定性進行了分辨，從而進一步揭示出駐留在光的入射角度中的信息。在一些實施例中，可以對來自圖像傳感器213的信號進行預處理，以便提供具有高空間分辨率以及高且靈活的光譜分辨率的多光譜圖像。后處理可以特別地包括合成圖像，其對應于將在彩虹平面處捕獲的圖像。隨后對彩虹圖像應用空間濾光(通常是各個區(qū)域的掩蔽或衰減)。基于所得到的圖像，隨后合成空間圖像并且將其用作對應于光譜足跡的圖像，所述光譜足跡對應于針對彩虹平面圖像所應用的濾光。通過應用濾光器/掩模的集合， 可以生成對應于不同光譜足跡或特性的圖像，并且可以將多光譜圖像確定為三維(兩個空間維度和一個光譜維度)圖像集合，其包括對應于不同光譜足跡的這些二維空間圖像。所述處理器可以特別地迭代以下步驟
1.合成正如將由位于彩虹平面中的虛擬傳感器記錄的數(shù)據(jù)。2.對所合成的數(shù)據(jù)應用所期望的數(shù)值孔徑/濾光器。3.在物理傳感器平面上重新合成經(jīng)過濾光的數(shù)據(jù)。4.通過組合(積分)到達某一像素位置的光線呈現(xiàn)空間圖像?？梢酝ㄟ^光線描跡處理來執(zhí)行不同濾光器的合成。實際上，所述處理可以通過使用類似于在執(zhí)行捕獲后聚焦時針對全光攝影機所提出的處理來實現(xiàn)，正如在Lumsdaine， A. >Georgiev, Τ.白勺“The Focused PlenopticInternational Conference on Computational Photography，2009 年 4 月)中所角軍釋的面|3樣。圖5示出了遵循這種方法的處理器的一個實例。所述處理器包括彩虹平面處理器 501，其接收來自圖像信號編碼器的像素值信號。所述像素值信號包括對應于每一個光傳感器的光級，即對應于圖像信號編碼器的每一個像素。彩虹平面處理器501隨后繼續(xù)合成第一圖像，其對應于將由虛擬圖像傳感器在彩虹平面處所接收到的圖像。這一合成可以由光線描跡算法來執(zhí)行，所述算法使用入射在圖像傳感器213上的光的空間和角度信息來計算彩虹元件處的圖像。這一合成可以包括考慮從不同角度到達光傳感器的具有不同波長的光線并且可以相應地對此進行補償。第一圖像不是場景的空間圖像，而是光譜圖像，其中每一點對應于所述場景的對于一個波長的累積光強度。因此，第一圖像可以被視為光譜圖像或光譜地圖。具體來說，第一圖像可以被視為光譜強度地圖。更具體來說，彩虹平面處理器501可以通過把撞擊在每一個傳感器像素上的光線描跡回到彩虹平面215來合成彩虹平面處的第一圖像，其中考慮到在微透鏡平面處的折射。
可以通過從像素坐標朝向相應微透鏡的中心看去來實現(xiàn)對于光線的描跡，這樣就為我們提供了位置和角度。接下來，根據(jù)對應于幾何光學的矩陣形式(例如參照E. Hecht 的課本“Optics (光學)” (ISBN 0321188780)第 6. 2 節(jié)“Analytical Raytracing (分析光線描跡)”并且特別是第6. 2.1節(jié)“Matrix Methods (矩陣方法)”)，可以穿過透鏡并且朝向彩虹平面進行描跡。接下來，基于所述光線在彩虹平面處的位置，可以處理相應的傳感器像
ο隨后把所合成的圖像饋送到空間掩模處理器503，其被設置成對第一圖像應用空間掩模。所述掩模例如可以是一個二進制掩?；蛘呖梢允沁B續(xù)掩模，其例如包括對應于第一圖像的每一個像素的衰減值。舉例來說，可以對第一圖像應用包括對應于每一個像素的縮放因數(shù)的預定掩模，這可以通過將像素值乘以所述縮放因數(shù)來實現(xiàn)。由于彩虹平面包括其中每一個位置對應于特定波長(并且其獨立于空間特性)的畫面，因此空間掩模的應用對應于光譜/頻率域的濾波。因此，通過掩模的低復雜度應用， 可以容易地生成所得到的信號的任何所期望的光譜足跡。所述方法可以被用來提供低復雜度帶通濾波。舉例來說，對于給定頻率/波長區(qū)間，可以簡單地通過把對應于這些區(qū)間的像素的縮放因數(shù)設定到1并且將所有其他縮放因數(shù)設定到零來確定適當?shù)难谀?應當認識到，在大多數(shù)實施例中，將應用例如Harming或Hamming窗口之類的適當窗口來平滑所述轉(zhuǎn)變)。因此，空間掩模處理器503生成對應于特定光譜區(qū)間的掩蔽圖像。該圖像被饋送到圖像處理器505，其繼續(xù)合成對應于彩虹平面處的掩蔽圖像的空間圖像?？梢酝ㄟ^從掩蔽圖像的數(shù)據(jù)進行光線描跡來生成所述空間圖像(即考慮光線的角度和光強度)。所述光線描跡例如可以被用來確定像平面處的圖像，即可以為通過所述掩蔽所選擇的特定頻率區(qū)間生成純空間圖像。更具體來說，像平面處理器505可以通過積分/相加對應于每一個空間圖像位置的光線來合成第一圖像。為了創(chuàng)建多帶(例如RGB)圖像，可以對于每一個光譜帶執(zhí)行單獨的掩蔽和圖像形成處理。與普通攝影機一樣，所述攝影機積分來自對應于每一個空間位置 /像素的所有不同方向的光。在我們的情況中，為了合成圖像，我們必須對落在相同的輸出像素面元內(nèi)的所有光線進行積分(考慮到我們可以將像平面215中的角度和像位置歸于每一個傳感器像素)。在圖5的實例中，所述處理器的操作由控制器507控制，所述控制器耦合到彩虹平面處理器501、空間掩模處理器503和圖像處理器505。當彩虹平面處理器501接收到來自圖像傳感器213的圖像時，控制器507控制其合成彩虹平面處的圖像并且將之前送到空間掩模處理器503。其隨后繼續(xù)將第一掩模提供給空間掩模處理器503，并且指示空間掩模處理器503和圖像處理器505執(zhí)行所需的處理，以便生成對應于由該第一掩模所代表的頻率分布圖的空間圖像。當接收到該圖像時，控制器507存儲所述圖像，并且繼續(xù)將第二掩模提供給空間掩模處理器503。該第二掩模對應于與第一掩模不同的光譜分布圖?？臻g掩模處理器503和圖像處理器505隨后被控制來生成對應于該第二光譜分布圖的第二空間圖像。 對于具體應用所期望的數(shù)目的掩模/光譜分布圖重復所述過程。隨后將對應于不同光譜分布圖的所得到的二維空間圖像收集在圖像集合中，以便提供多光譜圖像。舉例來說，所提供的掩?？梢詫诒环殖伤谕臄?shù)目的區(qū)間的光譜，并因此所述多光譜圖像可以具有對應于所述掩模以及所生成的多個空間圖像的光譜分辨率。因此，取代在彩虹平面中引入物理濾光器，所述方法允許通過涉及數(shù)值運算的后處理步驟來應用濾光器。這就允許基于由圖像傳感器進行的單次瞬時捕獲而生成多光譜圖像。因此所述方法適合于例如對移動中的對象進行成像。微透鏡陣列211和圖像傳感器213的定位可以被用來提供不同特性之間的所期望的折衷。實際上，可以通過把微透鏡陣列211和圖像傳感器213定位在略微不同的位置處而獲得空間與光譜分辨率之間的不同折衷。舉例來說，在圖3的配置中，每一個單獨的光傳感器/像素對圖像的一個略微不同的區(qū)段進行采樣，從而在或多或少地更寬的波長范圍內(nèi)進行積分。這就導致比圖2的配置更高的空間分辨率但是更低的光譜分辨率(對于相同的圖像傳感器213)。圖3的配置得到由單個微透鏡下方的像素/傳感器元件數(shù)目決定的最優(yōu)光譜分辨率，以及由微透鏡的數(shù)目(和尺寸)還有成像系統(tǒng)的放大率決定的最小空間分辨率。實際上， 在圖3的實例中，單個微透鏡下方的各個單獨的像素/傳感器元件測量關(guān)于相同圖像區(qū)段的信息，但是對應于不同的波長。與此相對，在圖2的實例中，單個微透鏡下方的各個單獨的像素/傳感器元件測量關(guān)于整個光譜的信息但是對應于不同的圖像區(qū)段。對于微透鏡陣列211在其他位置處的定位，由對應于給定微透鏡的像素/傳感器元件集合捕獲的信息包括波長與位置信息的組合，即光譜與空間信息的組合。其結(jié)果是，微透鏡陣列211和圖像傳感器213的定位是光譜與空間分辨率之間的折衷。在一些實施例中，多光譜攝影機還可以包括用戶輸入，其可以被用來根據(jù)用戶輸入修改圖像傳感器213和/或微透鏡陣列211 (和/或透鏡207)的位置。用戶輸入例如可以是直接偏移其中一個元件的位置的機械輸入，或者例如可以是被用來控制移動圖像傳感器 213和/或微透鏡陣列211的機械致動器(例如步進電動機)的電氣用戶輸入。所述移動例如可以是相對于像平面、透鏡207，或者例如可以對應于微透鏡陣列211與圖像傳感器213 之間的相對移動。因此，用戶輸入可以被用來將多光譜攝影機適配于個別應用的具體特性和優(yōu)選項。在許多應用中，對于處在像平面209與圖像傳感器213之間的微透鏡陣列211實現(xiàn)改進的性能和/或便利的操作。實際上，這樣常?？梢蕴峁┕庾V與空間分辨率之間的適當折衷，同時允許執(zhí)行相對較低復雜度的后處理。在其他應用中，對于處在像平面209前方 (相對于圖像傳感器213)的微透鏡陣列211實現(xiàn)改進的性能和/或便利的操作。所述方法可以提供高度靈活的光譜成像系統(tǒng)，其中可以在軟件中編程彩色濾光器而不需要物理的彩色濾光器。這就在濾光器設計方面提供了高得多的自由度(例如具有負濾光器系數(shù))。其結(jié)果是有可能設計出具有無法通過采用LC層、聲光元件或化學溶液的物理彩色濾光器產(chǎn)生的光譜響應的彩色濾光器。與行掃描光譜儀相比，所提出的設備具有附加的好處，即瞬時地采集到對應于場景中的所有像素的局部光譜信息，從而克服在有運動存在時的復雜情況。多光譜攝影機以 (一定)空間分辨率為代價提供光譜信息，但是所述攝影機可以被適配成對于具體應用提供所述二者之間的最優(yōu)平衡。圖2和3提供了對于多光譜攝影機的二維描述，并且在一些實施例中，所述攝影機可以包括單個空間維度和一個光譜維度。但是在許多實施例中，所述圖像傳感器是二維傳感器，并且所述攝影機提供兩個空間維度和一個光譜維度。具體來說，圖2和3可以被視為垂直于各圖的平面延伸的結(jié)構(gòu)的剖面圖(即沿著各個元件的平面、彩虹平面和像平面)。因此，針孔203可以是狹窄的縫隙，發(fā)散元件205例如可以是行光柵，主透鏡207可以是普通 (球形)透鏡，并且微透鏡陣列211可以是雙凸透鏡陣列。在前面的實例中，阻斷元件201被顯示為具有單個孔洞201。但是這往往會限制所捕獲的光量，從而導致攝影機的較低光敏度。為了改進所述系統(tǒng)的光效率，可能希望增大孔徑尺寸(即所述孔洞的尺寸)。但是這樣將導致光譜模糊，這是因為落在發(fā)散元件205上的入射光將覆蓋相當大的入射角度范圍。因此，為了改進光敏度，所述阻斷元件可以包括形成已編碼孔徑的多個孔洞。所述已編碼孔徑可以被視為具有可被反轉(zhuǎn)的已知模式的多個孔洞。具體來說，所述已編碼孔徑可以是具有特定模式的一行孔洞。通過選擇易于反轉(zhuǎn)的模式，有可能增加進入攝影機的光量，從而提高光敏度，而同時能夠補償所增大的開口。在這樣的系統(tǒng)中，可以在彩虹平面中應用所期望的彩色濾光器之前對數(shù)據(jù)進行解碼/反轉(zhuǎn)，這例如是通過利用逆濾波器對數(shù)據(jù)進行去卷積而實現(xiàn)的；例如在彩虹平面處將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到傅立葉域，并且將這些傅立葉系數(shù)除以所述已編碼孔徑(的投影)的相應系數(shù)。傅立葉逆變換隨后產(chǎn)生去卷積的數(shù)據(jù)。應當認識到，可以用透鏡和/或光闌(并且在使用可反轉(zhuǎn)代碼的情況下利用已編碼孔徑)來替代所述針孔。在這樣的實施例中，所述透鏡/光闌被設計成使得撞擊在發(fā)散元件205上的角度范圍足夠小。舉例來說，在一些實施例中可以使用具有F/16孔徑的80mm 透鏡(80/16=5mm直徑)。應當提到的是，正如對于使用微透鏡陣列的系統(tǒng)所常見的那樣，有利的是執(zhí)行F 數(shù)匹配以便確保整個撞擊角度范圍被映射到單個微透鏡后方的各個像素。否則，圖像傳感器213的像素/傳感器可能會接收到穿過多個微透鏡的光，從而可能導致不可恢復的不定性。對于光譜成像，微透鏡的F數(shù)應當優(yōu)選地不是匹配透鏡的F數(shù)=(F/直徑)，而是匹配光譜范圍(彩虹平面到微透鏡的距離/彩虹平面的直徑)。這樣就嘗試提供沒有重疊的對應于每一個像素的唯一光徑。另一方面，不希望具有捕獲比可用角度范圍更大的角度范圍的微透鏡，因為這樣將導致傳感器上的空白空間/黑色。攝影機的各個元件的精確配置和規(guī)格可以被選擇來針對具體應用優(yōu)化性能。前面的描述集中于其中不同平面和元件基本上平行的實施例。但是應當認識到， 這并不是必需的，并且在其他實施例中也可以使用其他配置。具體來說，發(fā)散元件平面、透鏡平面、微透鏡陣列平面和傳感器平面可以被設置在kheimpflug配置中。這樣的實施例的實例在圖6和7中提供。圖6示出了具有平坦外部焦平面和內(nèi)部kheimpflug配置的一個實例，圖7示出了具有外部kheimpflug聚焦和平坦內(nèi)部配置的一個實例。應當認識到，雖然圖2和3的結(jié)構(gòu)考慮了單個維度(圖中的上/下方向)中的光線分散/傳播，但是在其他實現(xiàn)方式中可以考慮多于一個維度。舉例來說，在一些實施例中， 傳入光的光譜還可以在垂直于所示方向的方向上分散(也就是說類似的分散可以發(fā)生在進入及離開所示附圖的方向上)。還應當認識到，在一些實施例中，可以使用移動中的攝影機來生成多個多光譜圖像，其中所述多個圖像被用于隨后的分析。舉例來說，可以在攝影機在圍繞所評估對象的一道弧線中移動的同時生成多個多光譜圖像。局部光譜特性以及其中的改變隨后可以被用于分析所述對象。這例如可能適合于分析油漆碎片或其他材料。實際上，可以由所描述的多光譜攝影機提供的多光譜成像能夠被使用在許多應用中。舉例來說，其可以被用于其中必須滿足非常嚴格的顏色呈現(xiàn)標準的照明應用。例如可以采用多光譜成像來檢測及模仿日光外觀。作為另一個實例，所述方法可以被用于(局部)顯示器表征，以便檢測及補償可能由于老化效應或熱不均勻性而導致在LED背光或OLED器件中出現(xiàn)的局部顏色不均勻性。所述方法還可以被使用在各種表征應用中，比如食物質(zhì)量檢測、油漆表征、污染物檢測等等。其還可以被使用在消費者領域內(nèi)，其中所描述的方法足夠緊湊并且機械上可靠， 從而可以被內(nèi)建到移動電話中。此外，所描述的方法可以被用于健康護理領域內(nèi)的幾種應用。舉例來說，光穿透皮膚的深度取決于光的波長。通過作為波長的函數(shù)產(chǎn)生皮膚結(jié)構(gòu)的圖像，可以在一定變化深度范圍內(nèi)對皮膚進行成像。此外，皮膚的反射率光譜具有非常獨特的特征?？梢岳眠@一特征來檢測場景中的人類。這可以通過執(zhí)行局部光譜與預期光譜特征的互相關(guān)來實現(xiàn)，從而提供人類概率地圖。這樣的光譜人類檢測應當比基于三個較寬顏色通道的常見皮膚色調(diào)檢測器可靠得多。應當認識到，前面的描述為了清楚起見參照不同的功能單元和處理器描述了本發(fā)明的各個實施例。但是應當明白的是，在不背離本發(fā)明的情況下可以使用不同功能單元或處理器之間的任何適當?shù)墓δ芊植肌Ｅe例來說，被顯示為由分開的處理器或控制器執(zhí)行的功能可以由相同的處理器或控制器來執(zhí)行。因此，對于特定功能單元的參考應當僅僅被視為對于提供所描述的功能的適當裝置的參考，而不表明嚴格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。本發(fā)明可以通過任何適當?shù)男问絹韺嵤?，其中包括硬件、軟件、固件或其任意組合。本發(fā)明可以可選地被至少部分地實施為運行在一個或更多數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號處理器上的計算機軟件。本發(fā)明的一個實施例的各個元件和組件可以在物理、功能和邏輯方面通過任何適當方式來實施。實際上，所述功能可以被實施在單個單元中、實施在多個單元中或者實施為其他功能單元的一部分。因此，本發(fā)明可以被實施在單個單元中或者可以在物理和功能方面分布在不同單元和處理器之間。雖然結(jié)合一些實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不應被限制到這里所闡述的具體形式。相反，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。此外，雖然某一項特征看起來可能是關(guān)于特定實施例描述的，但是本領域技術(shù)人員將認識到，根據(jù)本發(fā)明可以組合所描述的各個實施例的各項特征。在權(quán)利要求書中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟的存在。此外，雖然是被單獨列出的，但是多個裝置、元件或方法步驟例如可以由單個單元或處理器實施。此外，雖然各項單獨的特征可能被包括在不同的權(quán)利要求中，但是可能有利地組合這些特征，并且被包括在不同權(quán)利要求中并不意味著特征的組合不是可行的和/或有利的。此外，在一類權(quán)利要求中包括某一項特征并不意味著限制到該類別，而是表明所述特征在適當情況下同樣適用于其他權(quán)利要求類別。此外，權(quán)利要求中的特征順序并不意味著各項特征必須依其工作的任何特定順序，并且特別是方法權(quán)利要求中的各個單獨的步驟的順序并不意味著必須按照該順序來執(zhí)行所述步驟。相反，可以按照任何適當順序來執(zhí)行所述步驟。此外，在提到單數(shù)時不排除復數(shù)。因此，在提到“一個”、“一”、“第一”、“第二”等等時并不排除復數(shù)。權(quán)利要求中的附圖標記僅僅是作為澄清實例而提供的，其不應當被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種多光譜攝影機，其包括具有至少一個允許光穿過的孔洞(203)的光阻斷元件(201)；用于在取決于波長的不同方向上分散來自所述至少一個孔洞(203)的光的發(fā)散元件 (205)；用于把來自所述發(fā)散元件(205)的光聚焦在像平面(209)上的透鏡(207)；接收來自所述透鏡(207)的光的微透鏡陣列(211)；圖像傳感器(213)，其接收來自所述微透鏡陣列(211)的光并且生成包括對應于所述圖像傳感器(213)的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號；以及用于從所述像素值信號生成多光譜圖像的處理器。
2.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述多光譜圖像包括對應于該多光譜圖像的各個像素的光譜分布表示。
3.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述處理器被設置成從所述像素值信號合成彩虹平面(215)處的第一圖像；通過對第一圖像應用空間掩模生成第二圖像，所述空間掩模對應于光譜特性；以及對于所述多光譜圖像從第二圖像生成對應于所述光譜特性的空間圖像。
4.權(quán)利要求3的多光譜攝影機，其中，所述處理器被設置成通過對第一圖像應用相應的不同空間掩模，確定對應于不同光譜特性的多個空間圖像；以及從所述多個空間圖像生成多光譜圖像。
5.權(quán)利要求3的多光譜攝影機，其中，所述光譜特性對應于帶通濾波器。
6.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述微透鏡陣列(211)和圖像傳感器(213)被設置成使得在完全相同的角度下穿過所述至少一個孔洞(203)的光被分布在所述圖像傳感器 (213)的多個像素上，所述分布是取決于波長的分布。
7.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述處理器被設置成補償接收光線的所述圖像傳感器(213)的單個像素值，所述光線對應于具有不同波長的光線并且在不同角度下穿過所述至少一個孔洞(203)。
8.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述微透鏡陣列(211)基本上位于像平面(209)處。
9.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述微透鏡陣列(211)位于像平面(209)與圖像傳感器(213)之間。
10.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其還包括用戶輸入和控制器，該控制器用于響應于用戶輸入調(diào)節(jié)微透鏡陣列(211)和圖像傳感器(213)的至少其中之一的位置。
11.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述光阻斷元件(201)提供光阻斷平面，并且所述至少一個孔洞(203)是所述光阻斷平面中的縫隙。
12.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述圖像傳感器(213)是二維圖像傳感器。
13.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述至少一個孔洞(203)包括形成已編碼孔徑的多個孔洞。
14.權(quán)利要求1的多光譜攝影機，其中，所述至少一個孔洞(203)包括針孔。
15.一種生成多光譜圖像的方法，所述方法包括提供具有至少一個允許光穿過的孔洞(203)的光阻斷元件(201)； 提供用于在取決于波長的不同方向上分散來自所述至少一個孔洞(203)的光的發(fā)散元件(205)；提供用于把來自所述發(fā)散元件(205)的光聚焦在像平面(209)上的透鏡(207)； 提供接收來自所述透鏡(207)的光的微透鏡陣列(211)；提供圖像傳感器(213)，其用于接收來自所述微透鏡陣列(211)的光并且生成包括對應于所述圖像傳感器(213)的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號；以及從所述像素值信號生成多光譜圖像。
全文摘要
一種多光譜攝影機包括具有至少一個允許光穿過的孔洞(203)的光阻斷元件(201)。發(fā)散元件(205)在取決于波長的不同方向上分散來自所述至少一個孔洞(203)的光，并且透鏡(207)把來自所述發(fā)散元件(205)的光聚焦在像平面(209)上。微透鏡陣列(211)接收來自所述透鏡(207)的光，圖像傳感器(213)接收來自所述微透鏡陣列(211)的光并且生成包括對應于所述圖像傳感器(213)的各個像素的入射光數(shù)值的像素值信號。處理器隨后從所述像素值信號生成多光譜圖像。所述方法可以允許單次瞬時傳感器測量以提供包括至少一個空間維度和一個光譜維度的多光譜圖像?？梢酝ㄟ^對傳感器輸出進行后處理來生成所述多光譜圖像，并且不需要物理濾光或移動部件。
文檔編號G01J3/28GK102472664SQ201080035565
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者A. W. 施梅茨 H., T. J. 穆伊杰斯 R., 夫盧特斯 R. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司