用于物体的光学成像和测量的系统和方法与流程

技术特征：
1.一种基于散斑的光学成像系统，包括：照明单元，包括至少一个相干光源以照明样本；收集单元，用于收集来自所述样本的输入光，所述收集单元包括成像光学器件和波前成像传感器；以及控制单元，耦合到所述照明单元和所述收集单元，用于分析所述输入光并产生散斑波前图像；其中，所述至少一个相干光源用于在所述样本中或所述样本上生成初级散斑，并且所述成像光学器件用于捕获由所述照明单元在所述样本中或所述样本上引起的次级散斑图案。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述照明单元的出射光瞳小于所述成像光学器件的入射光瞳。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元用于影响所述出射光瞳的尺寸、所述入射光瞳的尺寸、以及它们之间的关系中的至少一个。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相干光源具有时间相干长度，所述时间相干长度大于(1)所述样本的光学漫射长度和(2)所述样本的表面粗糙度中的至少一个。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述相干光源具有空间相干长度；所述收集单元具有点扩展函数的空间相干长度；并且当投射到所述样本上时，所述相干光源的所述空间相干长度大于通过成像光学器件投射到所述样本上的收集单元的点扩展函数的所述空间相干长度。6.如权利要求1所述的系统，其中，选择所述照明单元的光学特性和所述收集单元的光学特性，以对于在所述样本上待成像的每个点，从所述样本上的任意点看，由所述收集单元的光学孔径对向的角度大于从所述样本上的同一点看，由所述照明单元的光学孔径对向的角度。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述照明单元具有对向照明角度的照明孔径，并且所述收集单元具有对向收集角度的收集孔径，并且，其中，所述控制单元还耦合到所述照明单元以影响照明光学特性，且还影响收集光学特性，以对于在所述样本上待成像的每个点，从所述样本上的任意点看时的所述收集角度大于从所述样本上的同一点看时的所述照明角度。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述收集单元用于测量指示散斑强度、散斑波前和散斑相干性中的至少一个的数据。9.如权利要求1所述的系统，其中，所述照明单元还包括非相干光源，并且所述控制单元响应于非相干照明而生成光场图像。10.如权利要求9所述的系统，其中，所述控制单元操作所述照明单元以选择性地提供相干光和非相干光。11.如权利要求1所述的系统，其中，所述照明单元还包括非相干光源，并且其中，所述控制单元用于操作所述照明单元的孔径，使得非相干光的空间相干长度比所述收集单元的所述成像光学器件的空间相干长度短。12.如权利要求1所述的系统，其中，所述波前成像传感器是包括以下的组中的一个：全光相机；
光场相机；夏克-哈特曼波前传感器；以及相干相机波前传感器，包括具有多个相似单位单元的编码器，以及传感器单元阵列，所述传感器单元阵列相对于输入光通过所述波前成像传感器的一般传播方向位于所述单位单元的下游一定距离处，其中，所述传感器单元阵列限定多个子阵列单位单元，每个子阵列对应所述编码器的所述多个单位单元中的一单位单元，并且每个子阵列包括预定数量m的传感器元件，并且其中所述编码器将对输入光应用预定调制，使得所述编码器的每个单位单元将入射到其上的输入光的一部分引导到与其对应的子阵列单位单元和预定邻近区域内的一个或多个相邻子阵列单位单元上，并且其中，所述预定数量m根据预定邻近区域内的子阵列单位单元的预定数量来确定。13.如权利要求1所述的系统，其中：所述照明单元提供由相干光、部分相干光和非相干光组成的组中的至少一个光；所述照明单元还提供作为一组变化的光学特性的光，所述光学特性来自由选定的波长范围、选定的时间相干范围、选定的照明方向组成的组；以及所述控制单元用于生成由强度映射、波前映射和相干映射组成的组中的一个或多个。14.一种成像方法，包括：用相干光照射样本；通过由成像光学器件和波前成像传感器组成的收集单元捕获来自所述样本的输入光；以及通过耦合到所述收集单元的控制单元，分析所述输入光并生成散斑波前图像；其中，所述至少一个相干光源用于在所述样本中或所述样本上生成初级散斑，并且所述成像光学器件用于捕获由所述照明单元在所述样本中或所述样本上引起的次级散斑图案。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述照明单元的出射光瞳的尺寸小于所述成像光学器件的入射光瞳的尺寸。16.如权利要求15所述的方法，其中，所述控制单元用于影响所述出射光瞳的尺寸、所述入射光瞳的尺寸、以及它们之间的关系中的至少一个。17.如权利要求15所述的方法，其中，包括捕获和分析来自所述样本的至少一个附加输入光并生成至少一个附加散斑波前图像，以及基于所述散斑波前图像和所述至少一个附加散斑波前图像计算样本变形。18.如权利要求17所述的方法，其中，通过确定一对或多对散斑波前图像之间的局部倾斜的变化来执行计算样本变形。19.如权利要求18所述的方法，还包括计算时空变形映射的时间序列。20.如权利要求19所述的方法，进一步包括由以下组成的组的至少一步：分析时空形变映射的所述时间序列，并提取实所述样本中的特定的感兴趣区域；分析时空形变映射的所述时间序列，并区分所述样本与样本环境；分析时空形变映射的所述时间序列，并区分所述样本的整体运动与局部形变或振动；分析时空形变映射的所述时间序列，并执行空间分割；分析时空形变映射的所述时间序列，并执行时间分割；
分析时空形变映射的所述时间序列，并提取声信号；分析时空形变映射的所述时间序列，并测量生物参数；以及分析时空形变映射的所述时间序列，并映射机械振动模式。21.如权利要求14所述的方法，还包括：用空间非相干光和环境光中的至少一个照明面部或其部分；捕获非相干波前图像；计算二维(2d)强度图像和深度映射；提取独特的三维(3d)人脸识别数据；比较所述人脸识别数据与所存储的独特三维(3d)样本识别数据；以及确定识别接受或拒绝决定。22.如权利要求19所述的方法，还包括：分析时空形变映射的所述时间序列，并提取时空生物参数；提取独特的生物标记；比较所述独特的生物标记与所存储的独特生物标记；以及确定识别接受或拒绝决定。23.如权利要求14所述的方法，还包括：对波长的序列重复照明、捕获、分析、和生成的操作；执行多光谱相位展开；以及估计表面轮廓。24.如权利要求14所述的方法，还包括：对于多种角度，重复照射、捕获、分析、和生成波长序列的操作，并执行多光谱相位展开；以及计算三维衍射层析成像折射率分布。

技术总结
本发明提供了用于成像、测量物体和表征样本的系统和方法。一种基于散斑的光学成像系统可以包括照明单元，所述照明单元包括至少一个相干光源以照明样本；收集单元，用于收集来自所述样本的输入光，所述收集单元包括成像光学器件和波前成像传感器；以及控制单元，耦合到所述照明单元和所述收集单元，用于分析所述输入光并生成散斑波前图像，其中所述至少一个相干光源用于在所述样本中或所述样本上生成初级散斑，并且所述成像光学器件用于捕获由所述照明单元在所述样本中或所述样本上引起的次级散斑图案。级散斑图案。级散斑图案。


技术研发人员：Y
受保护的技术使用者：PXE计算成像有限公司
技术研发日：2021.01.13
技术公布日：2022/9/13