[发明专利]光谱-空间成像装置和方法以及成像系统

说明书

总体上描述一种用于同步地记录空间图像以及所述空间图像的一部分的光谱图像的成像系统。在一些实例中，所述成像系统的分束器将从观察装置获得的光束分成第一分光束和第二分光束，所述第一分光束由所述成像系统引导至空间相机，所述第二分光束由所述成像系统引导至耦合至光谱相机的成像光谱仪的入射狭缝。电子设备同步地触发所述空间相机和所述光谱相机，以分别同步地记录空间图像和光谱图像。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月10日提交的第62/306,520号美国临时专利申请的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及光谱成像。

背景技术

从物体反射的光的光学光谱可以通过用成像光谱仪代替例如透镜相机或显微镜的前光学装置的常规成像系统来获得。利用这一构造，通过将相机暴露于从物体反射的光来获得从物体上的单条线产生的光学光谱。只有在此后拍摄所记录表面的单独图像时，才大致知晓光谱起始于物体上的位置。如果物体附接至具有受控运动的移动平台，或附接至机动化显微镜载台，则可以获得含有光谱的一组线，使得个别光谱可以使用高光谱成像(HSI)方法以物体的物理特征作为参考。通过利用HSI的运动受控移动平台的这一技术，可以获得具有网格上的每一点的光谱的常规图像，因此这一方法通常用于将光谱映射至物体特征。

“快照”HSI系统可以在单个瞬间从图像上的所有点获得光谱。然而，所述系统无法获得具有规则间隔波长的连续光谱，而是获得具有有限数目(少于三十)个不等间隔波长的光谱，并且可能需要大量计算来重构。

发明内容

大体上描述一种用于同步地记录空间图像以及所述空间图像的一部分的光谱图像的成像系统。在一些实例中，成像系统的分束器将从观察装置获得的光束分成第一分光束和第二分光束，所述第一分光束由成像系统引导至空间相机，所述第二分光束由成像系统引导至耦合至光谱相机的成像光谱仪的入射狭缝。电子设备同步地触发空间相机和光谱相机，以分别同步地记录空间图像和光谱图像。

成像光谱仪的入射狭缝限定待通过成像光谱仪分成光谱的图像区域。因为第一分光束和第二分光束从公共光束分开，所以成像光谱仪的入射狭缝限定分成光谱的图像区域并与空间图像的对应区域相关。因此，成像系统可以实现图像的限定区域中的点的光学光谱的光谱记录与包括所述限定区域的图像的空间图像记录的同步。因为在图像的限定区域中的点的光学光谱映射至空间图像中的对应点，所以成像系统可以实现借助于光谱与图像中的位置之间的一对一映射而将光学光谱直接分配给常规图像中包含的物理特征。换句话说，本文所描述的成像系统和技术可以允许用户在光学光谱的记录与被测物体的特定物理或结构特征之间产生基本准确且有据可查的分配。

图像系统可以在例如材料科学、生物医学研究和医学诊断的基于化学计量光谱数据执行分析的多个领域中提供优势。在眼科学中，应用可以包括视网膜代谢成像、色素沉着在视网膜疾病(黄斑变性、色素性视网膜炎)、血液传染病和阿尔茨海默病筛查中的作用，以及帕金森病、亨廷顿病和其它淀粉状蛋白相关的神经疾病的筛查。在伤口愈合中，应用可以包括评估慢性伤口的愈合以及病原体检测。作为另一实例，如果光谱记录用于结肠癌检测，则成像系统可以允许向可疑癌组织的光谱相关性分配组织的特定结构特征。

在一个实例中，一种空间-光谱成像设备包括：分束器，所述分束器被构造成接收承载物体图像的光束并将所述光束分成第一分光束和第二分光束；成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收第一分光束并分散第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收第二分光束；以及光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从成像光谱仪接收光谱图像，其中光谱图像相机和空间图像相机被构造成分别同步地记录光谱图像和由第二分光束承载的空间图像。