BR112020001573A2 - sistema para visão conformal, método de visão conformal, aparelho indicador de bem-estar e método para avaliar o bem-estar - Google Patents
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Abstract
A visão conforme com o processamento aprimorado da imagem gerada é incorporada a novas aplicações. A visão conformal fornece contraste aprimorado pela inclusão combinada de filtros ajustáveis e pelo processamento das imagens geradas pelo detector. Além disso, novos usos e aplicações da visão conformal permitem que os usuários façam determinações relacionadas à sua saúde e bem-estar, utilizando as informações fornecidas pela visão conformal.
Description
“SISTEMA PARA VISÃO CONFORMAL, MÉTODO DE VISÃO CONFORMAL, APARELHO INDICADOR DE BEM-ESTAR E MÉTODO PARA AVALIAR O BEM- ESTAR” Histórico
[0001] A imagem espectroscópica combina técnicas de imagem digital e espectroscopia molecular, que podem incluir espectroscopias de absorção Raman, fluorescência, fotoluminescência, ultravioleta, visível e infravermelha. Quando aplicada à análise química de materiais, a imagem espectroscópica é comumente referida como imagem química. Os instrumentos para a realização de imagens espectroscópicas (isto é, químicas) compreendem tipicamente uma fonte de iluminação, óptica de coleta de imagens, detectores de imagem de matriz de plano focal e espectrômetros de imagem.
[0003] Em geral, o tamanho de uma amostra determina a escolha da óptica da coleta de imagens. Por exemplo, um microscópio é tipicamente empregado para a análise de amostras de dimensões espaciais de submícron a milímetro. Para objetos maiores, na faixa de dimensões de milímetro a metro, as lentes macro são apropriadas. Para amostras localizadas em ambientes relativamente inacessíveis, podem ser utilizados um fibroscópio flexível ou boroscópios rígidos. Para objetos de escala muito grande, como objetos planetários, os telescópios são uma óptica de coleta de imagens apropriada.
[0004] Para a detecção de imagens formadas pelos vários sistemas ópticos, normalmente são empregados detectores bidimensionais de matriz de plano focal de imagem (“FPA”). A escolha do detector FPA é regida pela técnica espectroscópica empregada para caracterizar a amostra de interesse. Por exemplo, detectores de dispositivo de transmissão de carga de silício (Si) (“CCD”) ou detectores complementares de semicondutores de óxido de metal (“CMOS”) são normalmente empregados com fluorescência visível do comprimento de onda e sistemas de imagem espectroscópica Raman, enquanto os detectores FPA de arseneto de gálio e índio (“InGaAs”) são normalmente empregados com sistemas de imagem espectroscópica infravermelha proximal.
[0005] A imagem espectroscópica de uma amostra é geralmente implementada por um dos dois métodos. Primeiro, a iluminação da fonte pontual pode ser usada em uma amostra para medir os espectros em cada ponto da área iluminada. Em segundo lugar, os espectros podem ser coletados em toda a área, abrangendo uma amostra simultaneamente, usando um filtro de imagem óptica sintonizável eletronicamente, como um filtro sintonizável acústico-óptico (AOTF), um filtro sintonizável de múltiplos conjugados (MCF) ou um filtro sintonizável de cristal líquido (LCTF). Aqui, o material orgânico desses filtros ópticos é alinhado ativamente pelas tensões aplicadas para produzir a função de passagem de banda e transmissão desejada. Os espectros obtidos para cada pixel de uma imagem formam um conjunto de dados complexo chamado de imagem hiperespectral. As imagens hiperespectrais podem conter os valores de intensidade em vários comprimentos de onda ou a dependência do comprimento de onda de cada elemento de pixel na imagem. Rotinas multivariadas, como técnicas quimiométricas, podem ser usadas para converter espectros em classificações.
[0006] Os dispositivos espectroscópicos operam em uma faixa de comprimentos de onda, dependendo das faixas de operação dos detectores ou filtros ajustáveis possíveis. Isso permite a análise nos comprimentos de onda ultravioleta (UV), visível (VIS), infravermelho próximo (NIR), infravermelho de onda curta (SWIR), infravermelho médio (MIR), infravermelho de onda longa (LWIR) e em algumas faixas sobrepostas. Estes correspondem a comprimentos de onda de aproximadamente 180- 380 nm (UV), 380-700 nm (VIS), 700-2500 nm (NIR), 850-1800 nm (SWIR), 650-1100 nm (MWIR), 400-1100 (VIS-NIR) e 1200-2450 nm (LWIR).
[0007] Um LCTF usa retardadores birrefringentes para distribuir a energia luminosa de um sinal de luz de entrada em uma faixa de estados de polarização. O estado de polarização da luz emergente na saída do LCTF passa a variar em função do comprimento de onda devido ao retardo diferencial dos componentes ortogonais da luz, contribuído pelos retardadores birrefringentes. O LCTF discrimina a polarização específica do comprimento de onda usando um filtro polarizador na saída. O filtro polarizador passa os componentes de luz na saída que estão alinhados rotacionalmente ao filtro polarizador. O LCTF é ajustado ajustando a birrefringência dos retardadores para que um comprimento de onda específico de discriminação emerja em um estado polarizado plano, alinhado ao filtro polarizador de saída. Outros comprimentos de onda que surgem em outros estados de polarização e/ou alinhamentos são atenuados.
[0008] Um filtro espectral altamente discriminante pode ser obtido usando uma sequência de vários retardadores birrefringentes. As espessuras, birrefringências e ângulos de rotação relativos dos retardadores são escolhidos para corresponder ao comprimento de onda da discriminação. Mais especificamente, o sinal de luz de entrada para o filtro torna-se separado em componentes vetoriais ortogonais, paralelos aos respectivos eixos ordinários e extraordinários de cada retardador birrefringente quando encontrado ao longo do caminho de transmissão de luz através do filtro. Esses componentes vetoriais separados são diferentemente retardados devido à birrefringência; esse retardo diferencial também equivale a uma mudança em seu estado de polarização. Para um componente polarizado plano na entrada do filtro, com um alinhamento rotacional específico na entrada do filtro e em comprimentos de onda de discriminação específicos, os componentes de luz que foram divididos e subdivididos emergem do filtro no mesmo estado e alinhamento de polarização, ou seja, plano polarizado e alinhado com o polarizador de seleção (ou seja, o filtro polarizador) na saída.
[0009] Um filtro, como descrito, às vezes é denominado filtro de interferência, porque os componentes que foram divididos e subdivididos da entrada e interferem positivamente no polarizador de seleção de saída são os componentes que são transmitidos. Tais filtros também são descritos às vezes com relação a uma torção rotacional no alinhamento da polarização plana do componente discriminado entre a entrada e o polarizador de seleção na saída.
[0010] Existem várias configurações conhecidas de filtros espectrais compreendendo retardadores birrefringentes, como os tipos Lyot, Solc e Evans. Esses filtros podem ser construídos com cristais birrefringentes fixos (não ajustáveis) para os retardadores. Um filtro com retardadores sintonizados em uníssono permite o ajuste do comprimento de onda do passa-banda. Os retardadores sintonizáveis podem compreender cristais líquidos ou elementos retardadores compostos, cada um compreendendo um cristal fixo e um cristal líquido alinhado opticamente.
[0011] As espessuras, birrefringências e ângulos de rotação dos retardadores são coordenados de modo que cada retardador contribua com parte da mudança necessária no estado de polarização para alterar o estado de polarização do comprimento de onda de banda passante de um ângulo de referência de entrada para um ângulo de referência de saída. O ângulo de referência de entrada pode ser, por exemplo, 45° em relação aos eixos ordinários e extraordinários de um primeiro retardador no filtro. O ângulo de referência de saída é o alinhamento rotacional do filtro polarizador (ou “polarizador de seleção”).
[0012] Um filtro espectral pode ter uma característica de transmissão em forma de pente. Aumentar ou diminuir a birrefringência ao ajustar para selecionar o comprimento de onda de discriminação (ou banda passante), estica ou comprime a forma do pente da característica de transmissão ao longo do eixo de coordenadas do comprimento de onda.
[0013] Se a luz de entrada for polarizada aleatoriamente, a parte que é filtrada espectralmente é limitada aos componentes vetoriais dos comprimentos de onda de entrada que são paralelos a um dos dois componentes de polarização ortogonais presentes. Somente a luz no comprimento de onda específico e em um dado alinhamento de polarização de referência na entrada pode emergir com um ângulo de polarização alinhado ao alinhamento rotacional do polarizador de seleção na saída. A energia luminosa ortogonal ao alinhamento de referência na entrada, incluindo a luz no comprimento de onda da banda passante, é substancialmente bloqueada.
[0014] Atualmente, a tecnologia de filtro óptico ajustável é limitada à operação de passagem de banda única e baixa vazão, passando apenas um dos dois componentes ortogonais da luz de entrada. A taxa de transmissão na banda passante é máxima para a luz incidente na entrada do LCTF que está alinhada com um ângulo de referência do LCTF. A transmissão é mínima para a energia luminosa incidente na entrada ortogonal a esse ângulo de referência. Se a luz de entrada na banda passante for polarizada aleatoriamente, a melhor taxa de transmissão possível na banda passante será de cinquenta por cento. Além disso, são necessárias várias medições de passagens de banda discretas para discriminação dos analitos. A necessidade de várias medições se traduz diretamente no tempo geral de medição.
[0015] A Computação Óptica Multivariada (MOC) é uma abordagem que utiliza um dispositivo de detecção de compressão (por exemplo, um computador óptico) para analisar dados espectroscópicos à medida que são coletados. Outras abordagens utilizam filtros de computação óptica com revestimento rígido, como elementos ópticos multivariados (MOEs). MOEs são filtros ópticos de película fina e aplicação específica usados nos modos de transmissão e refletância. A resposta radiométrica de um instrumento baseado em MOE é proporcional ao analito pretendido em uma matriz associada. Embora a detecção compressiva tenha o potencial de diminuir o tempo de medição, o uso de MOEs tem limitações. Por exemplo, os MOEs são fixos e não têm flexibilidade para se adaptar a diferentes analitos.
[0016] Há a necessidade de um filtro adaptável que possa ser usado para detectar uma grande variedade de analitos, reduzindo o tempo total de medição. Sumário
[0017] A presente invenção fornece um sistema e método para “visão conformal”. A visão conforme combina o uso de filtros ajustáveis adaptáveis com a flexibilidade de conformidade com um recurso espectral específico de banda larga (por exemplo, padrão ou forma), disposto em uma configuração de polarização dupla. Esses filtros, referidos aqui como “filtros conformais”, superam as limitações da técnica anterior, transmitindo simultaneamente várias bandas passantes que melhoram o desempenho da discriminação para analitos (por exemplo, discriminando entre um analito alvo e o plano de fundo), aumentando a taxa de transferência de um filtro ajustável e aumentando a velocidade da análise.
[0018] A presente invenção fornece um sistema e método para detectar analitos usando um filtro conforme em uma configuração de polarização dupla. Este “módulo de polarização dupla conformal” pode ser incorporado a um dispositivo de detecção com cada filtro conforme compreendendo um filtro sintonizável capaz de se adaptar a uma variedade de configurações que filtram fótons interagidos em conformidade com ao menos uma forma espectral associada a um analito de interesse. Cada configuração é projetada para filtrar fótons interagidos em conformidade com ao menos uma forma espectral associada a um analito de interesse. O filtro conforme pode ser configurado para operar em conjunto com uma tabela de consulta (LUT), fornecendo flexibilidade para detectar simultaneamente vários analitos de interesse quase em tempo real ou em tempo real. A LUT pode compreender pelo menos uma voltagem associada a cada estágio do filtro sintonizável. Cada voltagem é configurada para fazer com que o filtro sintonizável esteja em conformidade com uma forma espectral associada ao analito quando aplicada ao estágio associado.
[0019] Um filtro conforme de acordo com o aqui dispostos é adaptável e pode ser configurado para detectar uma grande variedade de analitos. O filtro conforme também pode ser usado para detectar analitos usando uma variedade de modalidades de imagiologia espectroscópica e química.
[0020] A presente divulgação fornece um método para detectar um ou mais analitos de interesse usando um filtro conforme. Uma amostra é iluminada para gerar pelo menos uma pluralidade de fótons interagidos que são separados em um primeiro componente óptico e um segundo componente óptico. O primeiro componente óptico pode ser passado através de um primeiro filtro conforme e o segundo componente óptico pode ser passado através de um segundo filtro conforme. Cada filtro conforme pode ser ajustado independentemente ou em uníssono e pode ser configurado para o mesmo ou para diferentes analitos de interesse. Pelo menos um conjunto de dados de teste é gerado, representativo da amostra. Um primeiro conjunto de dados de teste pode ser gerado correspondendo ao primeiro componente óptico e um segundo conjunto de dados de teste pode ser gerado correspondendo ao segundo componente óptico. Esses conjuntos de dados de teste podem ser analisados para avaliar a amostra quanto a uma ou mais características do analito.
[0021] A presente divulgação também fornece um sistema que compreende um processador e um meio de armazenamento legível por processador não transitório em comunicação operacional com o processador. O meio de armazenamento pode conter uma ou mais instruções de programação que, quando executadas, fazem com que o processador sintonize pelo menos um dos filtros conformes a uma configuração para filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada a um analito de interesse, gere um ou mais conjuntos de dados de teste representativos da amostra e analise os conjuntos de dados de teste para avaliar a amostra quanto a ao menos uma característica do analito.
[0022] Em uma modalidade, um sistema da presente divulgação pode ser configurado para uma configuração ultracompacta que é pequena, leve e consome pouca energia. A presente divulgação contempla que esse sistema possa ser integrado a um telefone celular ou outro dispositivo portátil sem fio.
[0023] A Visão Conformal é uma forma de imagem hiperespectral que utiliza métodos de detecção compressiva nos quais todas as faixas de cores necessárias para discriminar um objeto de interesse do fundo são transmitidas simultaneamente pelos filtros conformes de cristal líquido. Como resultado, os filtros conformes, quando operados em conjunto com o design óptico de dupla polarização, adquirem coletivamente imagens específicas de objetos na taxa de quadros de uma câmera, como uma câmera de telefone celular.
[0024] Em uma modalidade, um sistema para visão conformal inclui um filtro conforme que inclui um filtro ajustável; um detector que detecta fótons interagidos através do filtro conforme; um processador em comunicação com o detector; e uma tabela de consulta (LUT) associada ao filtro conforme e que corresponde a um analito de interesse, em que o filtro conforme é sintonizado para filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada ao analito de interesse, em que o processador gera um conjunto de dados de teste representativo da amostra do detector e em que o processador analisa o conjunto de dados de teste para determinar pelo menos uma característica do analito.
[0025] Numa modalidade, a LUT compreende pelo menos uma voltagem associada a cada estágio de cada filtro sintonizável.
[0026] Numa modalidade, cada filtro sintonizável é selecionado a partir do grupo que consiste em um filtro sintonizável de cristal líquido, um filtro sintonizável acústico, um filtro sintonizável de cristal líquido Lyot, um filtro sintonizável de elemento líquido Evans Split-Element, um filtro sintonizável de cristal líquido Solc, um Filtro sintonizável Ferroelectric de cristal líquido, um filtro sintonizável de cristal líquido Fabry Perot, um filtro multi- conjugado (MCF) e suas combinações.
[0027] Em uma modalidade, o sistema para visão conforme inclui um espelho quente.
[0028] Em uma modalidade, o detector é selecionado a partir do grupo que consiste em um detector de dispositivo acoplado carregado (CCD), um detector semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS), um detector de arseneto de gálio e índio (InGaAs), um detector de silícida de platina (PtSi), um detector de telureto de mercúrio e cádmio (HgCdTe), um detector de ponto quântico coloidal (CQD) e suas combinações.
[0029] Em uma modalidade, o sistema está configurado para avaliar um nível de oxigenação no tecido.
[0030] Em uma modalidade, o sistema está configurado para analisar a pele quanto à presença de erupção cutânea ou elemento irritante.
[0031] Em uma modalidade, o sistema é configurado para autoavaliação humana e em que o processador é acoplado operacionalmente a ao menos um de uma televisão, espelho, câmera ou dispositivo para projetar uma imagem.
[0032] Em uma modalidade, a autoavaliação humana é feita em relação à roupa ou aparência física.
[0033] Em uma modalidade, um método para visão conformal compreende o fornecimento de uma tabela de consulta (LUT) associada a um filtro conforme e que corresponde a um analito de interesse, em que o filtro conforme inclui um filtro ajustável, ajustar os filtros conformes que incluem o filtro ajustável, filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada a um analito de interesse, gerar, usando um processador, um conjunto de dados de teste representativo da amostra de um detector e analisar, usando o processador, o conjunto de dados de teste para determinar ao menos uma característica do analito.
[0034] Em uma modalidade, a LUT compreende pelo menos uma voltagem associada a cada estágio do filtro sintonizável.
[0035] Em uma modalidade, o filtro sintonizável é selecionado a partir do grupo que consiste em um filtro sintonizável de cristal líquido, um filtro sintonizável acústico, um filtro sintonizável de cristal líquido Lyot, um filtro sintonizável de elemento líquido Evans Split-Element, um filtro sintonizável de cristal líquido Evans, um filtro sintonizável de cristal líquido Ferroelectric, um filtro sintonizável de cristal líquido Fabry Perot, um filtro multi- conjugado (MCF) e suas combinações.
[0036] Em uma modalidade, o método compreende ainda gerar um conjunto de dados de referência correspondente a uma matriz; aplicar uma técnica quimiométrica ao conjunto de dados de referência e emitir um conjunto de dados de teste de contraste aprimorado que tenha contraste aprimorado e que seja representativo da amostra, de modo a obter Aprimoramento de Contraste em Tempo Real (RtCE).
[0037] Em uma modalidade, o método compreende ainda determinar se um nível de tolerância é ou não aplicado aplicando pelo menos uma Figura de Mérito (FOM).
[0038] Em uma modalidade, a FOM é selecionada a partir do grupo que consiste em erro padrão de calibração (SEC), Distância Euclidiana, erro padrão de previsão (SEP), 1 área sob a curva característica do operador do receptor (AUROC), taxa de transferência óptica (% T) e suas combinações.
[0039] Em uma modalidade, a técnica quimiométrica é selecionada a partir do grupo que consiste em análise de correlação, regressão de componentes principais, mínimos quadrados parciais, resolução de curva multivariada, distância de Mahalanobis, distância euclidiana, entropia de banda alvo, minimização de energia de banda alvo, análise discriminante de mínimos quadrados parciais, detecção adaptativa do subespaço e suas combinações.
[0040] Em uma modalidade, o método também compreende exibir uma imagem de autoavaliação humana com base em pelo menos uma característica do analito.
[0041] Em uma modalidade, a imagem de autoavaliação humana inclui informações sobre a roupa ou aparência física do humano que está realizando a autoavaliação.
[0042] Em uma modalidade, exibir a imagem de autoavaliação humana compreende exibir a imagem de autoavaliação humana usando uma televisão, um espelho, uma câmera ou um projetor.
[0043] Em uma modalidade, um aparelho indicador de bem- estar compreende um filtro conforme que inclui um filtro ajustável, em que os filtros conformes sintonizam para filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada a um analito de interesse em uma amostra; um detector; e um processador, em que o processador: gera um conjunto de dados de teste representativo da amostra do detector, analisa o conjunto de dados de teste para determinar ao menos uma característica do analito, correlaciona a característica do analito a um fator de bem- estar determinado e comunica o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
[0044] Em uma modalidade, o aparelho indicador de bem- estar compreende ainda uma interface de rede para comunicar o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
[0045] Em uma modalidade, o aparelho indicador de bem- estar compreende ainda uma tela para comunicar o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
[0046] Em uma modalidade, a tela do aparelho indicador de bem-estar é selecionada a partir do grupo que consiste em uma tela de cristal líquido, uma tela de diodo emissor de luz orgânica, um projetor, uma tela eletroforética, um espelho, uma tela de tubo de raios catódicos, uma tela de projeção, um visor de cabeça, uma tela de realidade aumentada e suas combinações.
[0047] Em uma modalidade, o analito está relacionado à oxigenação do tecido.
[0048] Em uma modalidade, o fator de bem-estar está relacionado a uma condição da pele, uma condição cardíaca, um nível de estresse, um humor, respiração, fluxo sanguíneo diferencial da pele, cor da pele, níveis de edema e combinações dos mesmos.
[0049] Em uma modalidade, um método de avaliar o bem-estar compreende fornecer um filtro conforme, em que o filtro conforme inclui um filtro ajustável, fornecendo um detector, fornecendo um processador, em que o processador está configurado para: gerar um conjunto de dados de teste representativo da amostra a partir do detector, analisar o conjunto de dados de teste para determinar pelo menos uma característica do analito, correlacionar a característica do analito com um fator de bem-estar determinado e comunicar o fator de bem-estar determinado a um usuário humano. Breve descrição dos desenhos
[0050] Os desenhos anexos, que são incluídos para fornecer um entendimento adicional da divulgação e são incorporados e constituem uma parte desta especificação, ilustram modalidades da divulgação e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da divulgação.
[0051] As FIGs. 1A-1E são ilustrativas de modalidades de filtro conformes exemplares da presente divulgação. FIG. 1A é ilustrativa de uma modalidade de filtro conforme. FIG. 1B é ilustrativa de uma modalidade de filtro conforme compreendendo uma abertura rotativa. As FIGs. 1C e 1D são ilustrativas de uma modalidade de filtro conforme compreendendo um projeto de MCF. FIG. 1E é ilustrativa de uma modalidade de filtro conforme utilizando um projeto de MCF modificado.
[0052] FIG. 2 é uma representação esquemática de uma configuração de polarização dupla da presente divulgação.
[0053] FIG. 3 é uma representação esquemática de uma configuração de polarização dupla da presente divulgação.
[0054] FIG. 4 representa um método da presente divulgação.
[0055] FIG. 5A ilustra os recursos de detecção da presente divulgação.
[0056] FIG. 5B ilustra os recursos de detecção da presente divulgação.
[0057] FIG. 5C ilustra os recursos de detecção da presente divulgação.
[0058] FIG. 6 é ilustrativa de configurações de alojamento exemplares de um telefone celular que incorpora visão conformal.
[0059] FIG. 7 representa um modo exemplar de operação da visão conformal.
[0060] FIG. 8 é uma aplicação exemplar do filtro conforme. Descrição detalhada
[0061] Agora, referências detalhadas serão feitas às modalidades da presente divulgação, exemplos das quais são ilustrados nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão usados em toda a especificação para se referir às mesmas peças ou partes iguais.
[0062] A presente divulgação fornece um sistema e método para detectar um ou mais analitos de interesse usando uma pluralidade de filtros conformes em uma configuração de polarização dupla.
[0063] Em uma modalidade, a presente divulgação fornece um sistema compreendendo uma pluralidade de filtros conformes e uma ou mais LUTs associadas. Os filtros conformes podem compreender filtros ajustáveis, que são tradicionalmente destinados à transmissão de banda única, que são projetados para permitir o ajuste para uma pluralidade de configurações diferentes. Cada configuração pode ser projetada para filtrar fótons interagidos, gerados pela iluminação de uma amostra, em conformidade com uma ou mais formas espectrais associadas a um analito de interesse. Os fótons interagidos podem compreender pelo menos um dos seguintes: fótons absorvidos por uma amostra, fótons refletidos por uma amostra, fótons espalhados por uma amostra e fótons emitidos por uma amostra.
[0064] As configurações de filtro conforme podem ser determinadas consultando a LUT que corresponde ao analito. A LUT pode compreender pelo menos uma voltagem associada a cada estágio do filtro sintonizável. Essas tensões podem ser tais que, quando aplicadas ao estágio associado, o filtro sintonizável esteja em conformidade com uma forma espectral associada ao analito. As LUTs podem ser modificadas, fornecendo as configurações de filtro conforme adequadas para detectar uma variedade de analitos diferentes.
[0065] Exemplos de filtros ajustáveis que podem ser configurados para uso como filtro conforme podem incluir: um filtro ajustável de cristal líquido, um filtro ajustável óptico acústico, um filtro ajustável de cristal líquido Lyot, um filtro ajustável de cristal líquido de elemento dividido Evans, um filtro sintonizável de cristal líquido Solc, um filtro sintonizável de cristal líquido Ferroelectric, um filtro sintonizável de cristal líquido Fabry Perot e suas combinações. Em uma modalidade, o filtro sintonizável pode compreender um MCF. Um MCF é um filtro de imagem com estágios seriais ao longo de um caminho de sinal óptico em uma configuração de filtro Solc. Elementos retardadores angularmente distribuídos de igual birrefringência são empilhados em cada estágio com um polarizador entre os estágios. Os retardadores podem incluir birrefringências sintonizáveis (como cristais líquidos encostados sintonizados em uníssono), birrefringências sintonizáveis e birrefringências fixas e/ou combinadas. Numa modalidade, retardadores de quartzo podem ser usados. Embora os retardamentos sejam iguais dentro de cada estágio, retardamentos distintamente diferentes podem ser usados para dois ou mais estágios diferentes. Isso faz com que alguns estágios passem por picos estreitos de passagem de banda e outros apresentem picos de passagem de banda amplamente espaçados. As funções de transmissão dos estágios seriais são sobrepostas com picos ajustáveis selecionados coincidentes. O filtro conjugado resultante tem uma alta taxa de fineza e boa rejeição fora da banda.
[0066] Em uma modalidade, o MCF pode compreender tecnologia de filtro disponível com a ChemImage Corporation de Pittsburgh, PA. Esta tecnologia é descrita adicionalmente nas seguintes Patentes dos EUA e Pedidos de Patente publicados dos EUA, aqui incorporados em sua totalidade para fins de referência: No. 6,992,809, intitulado “Multi- Conjugate Liquid Crystal Tunable Filter,” No. 7,362,489, também intitulado “Multi-Conjugate Liquid Crystal Tunable Filter,” No. 2012/0300143, intitulado “VIS-NIR Multi- Conjugate Liquid Crystal Tunable Filter,” e No. 2011/0279744,
intitulado “Short Wave Infrared Multi-Conjugate Liquid Crystal Tunable Filter.”
[0067] As FIGs. 1A-1E ilustram modalidades de filtro conformes compreendendo um MCF 100a que pode operar em conjunto com uma ou mais LUTs (não ilustradas). Na FIG. 1A, um espelho quente 135 pode ser acoplado operacionalmente ao MCF 100a. Uma pluralidade de estágios de filtro 115, 120, 125 e 130 pode ser disposta em uma configuração Solc. Cada estágio pode compreender uma combinação de polarizadores 145a-145e, células de cristal líquido (LC) 150a-150d e retardadores de quartzo 155a-155b. Um primeiro componente de vidro antirreflexo (AR) 140a pode ser colocado na frente do primeiro polarizador 145a e um segundo componente de vidro AR 140b pode ser colocado após o último polarizador 145e. O filtro pode ser acoplado operacionalmente a um sensor de temperatura 170 para monitorar a temperatura do filtro e modificar a LUT conforme necessário para ajustes de temperatura. A transmissão prevista do filtro que opera tanto no modo de passagem de banda quanto no modo conformal também é fornecida 105a.
[0068] Na FIG. 1B, o MCF 100b pode compreender um polarizador 145f acoplado operacionalmente ao espelho quente 135 em uma entrada do MCF. O polarizador 145f pode ser montado em uma abertura rotativa para aumentar o rendimento óptico. Numa modalidade, o polarizador 145f pode ser pelo menos um dos seguintes: um polarizador mecanicamente rotativo e uma célula LC ajustável eletronicamente. O polarizador 145f pode ser ajustado conforme necessário cada vez que o MCF 100b é ajustado para uma nova configuração. Os estágios de filtro 115, 120, 125 e 130 podem ainda compreender uma combinação de polarizadores 145g-145k e células de cristal líquido (LC) 150e-150h. Um primeiro componente de vidro antirreflexo (AR) 140c pode ser colocado na frente do polarizador 145g e um segundo componente de vidro AR 140d pode ser colocado após o último polarizador 145k. A transmissão prevista do MCF operando no modo conforme também é fornecida 105b. FIG. 1C é ilustrativa de outra configuração de MCF que pode ser usada com uma LUT modificada para alcançar os objetivos da presente divulgação. FIG. 1D é ilustrativa de ainda outra configuração de MCF que pode ser usada com uma LUT modificada para alcançar os objetivos da presente divulgação.
[0069] Em outra modalidade, a presente divulgação fornece uma pluralidade de filtros conformes que compreendem MCFs modificados. Em tal modalidade, os filtros sintonizáveis podem ser modificados ou projetados especificamente para que os estágios individuais selecionados de um filtro sintonizável tradicional compreendam várias células de cristal líquido de resolução mais baixa. Como ilustrado pela FIG. 1E, um MCF pode ser redesenhado com menos estágios 160 e 165 para uso como um filtro conforme 100c. Os estágios de filtro selecionados 160 e 165 podem compreender uma combinação de elementos ópticos, incluindo polarizadores 145l-145n, células LC 150i-150j e retardadores de quartzo 155c. A transmissão prevista do filtro conforme também é fornecida 105c. A presente divulgação contempla que outras configurações podem ser usadas para modificar o MCF e que não se limitam aos designs aqui apresentados. Outros designs de filtro conforme podem ser selecionados usando uma metodologia de otimização robusta, iterativa e não linear. Essa metodologia pode começar com uma configuração inicial aleatória e ser reconfigurada até que uma resposta mínima seja alcançada. Na presente divulgação, qualquer método de otimização não linear iterativo conhecido na técnica pode ser aplicado para projetar o filtro conforme.
[0070] Em uma modalidade, os filtros conformes podem ser ajustados para filtrar fótons interagidos que se ajustam a uma ou mais das mesmas formas espectrais. Em outra modalidade, os filtros conformes podem ser ajustados para filtrar fótons interagidos que se ajustam a diferentes formas espectrais. Em tal modalidade, um sistema compreendendo essa configuração pode conter potencial para análise simultânea de uma pluralidade de analitos de interesse. A presente divulgação contempla que uma pluralidade de filtros conformes pode ser incorporada em qualquer sistema de detecção utilizando polarização dupla. Modalidades exemplificativas de configurações de dupla polarização são ilustradas na FIG. 2 e na FIG. 3.
[0071] Com referência agora à FIG. 2, a amostra 30 pode ser iluminada e/ou excitada por uma fonte de iluminação 25. Em uma modalidade, a fonte de iluminação 25 pode compreender um laser. Em outra modalidade, a fonte de iluminação pode compreender uma fonte de iluminação passiva, como radiação solar. Numa modalidade, um laser pode iluminar a amostra diretamente em uma direção oblíqua.
[0072] A modalidade da FIG. 2 compreende dois filtros conformes ajustáveis de forma independente 42a, 42b ao longo de trajetos ortogonais de feixe distintos para os componentes ortogonais que emergem do separador de feixes polarizador 72. Em uma modalidade, os filtros conformes podem compreender pelo menos um dentre: um filtro ajustável de cristal líquido multi-conjugado, um filtro ajustável acústico-óptico, um filtro ajustável de cristal líquido Lyot, um filtro ajustável de elemento líquido Evans, um filtro ajustável de cristal líquido Solc, um filtro ajustável de cristal líquido ferroelétrico, um filtro ajustável de cristal líquido Fabry Perot e suas combinações. Os filtros conformes podem compreender pelo menos um dentre: um filtro ajustável de cristal líquido modificado e um filtro ajustável de cristal líquido configurado para operar em conjunto com uma LUT.
[0073] Nesse arranjo, os caminhos dos feixes filtrados não são paralelos através dos filtros conformes 42a, 42b, mas são direcionados por refletores apropriados (por exemplo, espelhos) 76a, 76b para um combinador de feixes 78 (que pode ser um cubo polarizador ou divisor de feixes polarizador como ilustrado) no qual os componentes ortogonais, que podem ter a mesma ou diferentes formas espectrais, são combinados. Em uma modalidade, os componentes podem ser combinados e direcionados para um detector 60 através de um conjunto de lentes 50. Em outra modalidade, os componentes podem ser mantidos separados à medida que são direcionados ao detector
60. No entanto, os caminhos de feixe de um divisor de feixe 72 para o outro 78 (via LCTFs individuais 42a, 42b) podem ser tornados simétricos para evitar, por exemplo, a necessidade de ópticas infinitamente corrigidas.
[0074] Na FIG. 2, o detector 60 compreende um detector CCD. No entanto, a presente divulgação contempla que o detector 60 pode compreender outros tipos de detectores, incluindo mas não limitado a: um detector CCD, um detector CMOS, um detector InGaAs, um detector de silicida de platina (PtSi), um detector de antimoneto de índio (InSb), um detector de telureto de mercúrio e cádmio (HgCdTe), um detector de ponto quântico coloidal (CQD) e suas combinações. Em algumas modalidades, cada um dos detectores ou a combinação dos detectores listados acima é um detector FPA. Em algumas modalidades, cada um dos detectores acima pode incluir pontos quânticos para ajustar seus intervalos de banda e/ou alterar a sensibilidade para diferentes comprimentos de onda.
[0075] Na FIG. 2, os dois filtros conformes 42a, 42b podem ser ajustados em uníssono usando um controlador de filtro conformável 82. É possível configurar o controlador 82 para ajustar independentemente os filtros conformes 42a, 42b que processam respectivamente componentes ortogonais da entrada. Portanto, pelo controle apropriado, os filtros conformes podem ser ajustados para a mesma forma espectral ou para duas formas espectrais diferentes ao mesmo tempo. O controlador 82 pode ser programável ou implementado em software para permitir que um usuário ajuste seletivamente cada filtro conforme 42a, 42b conforme desejado.
[0076] Na modalidade da FIG. 2, um mecanismo de comutação rápida (não mostrado) pode ser fornecido para alternar entre as duas vistas (ou imagens espectrais) correspondentes aos dados espectrais coletados pelo detector 60 de cada um dos filtros conformes 42a, 42b. Alternativamente, as duas vistas ou imagens espectrais (de dois filtros conformes separados) podem ser combinadas ou sobrepostas em uma única imagem, por exemplo, para aumentar o contraste ou a intensidade ou para fins de comparação. A modalidade na FIG. 2 é mostrada para incluir um único detector CCD 60 para capturar os sinais filtrados recebidos dos filtros conformes 42a, 42b.
[0077] Em outra modalidade, os refletores 76a, 76b e o combinador de feixe 78 podem ser removidos e dois detectores podem ser usados. Uma modalidade exemplar de tal configuração é ilustrada na FIG. 3. Cada detector 60a e 60b pode ser opticamente acoplado a um dos dois filtros conformes 42a, 42b para capturar sinais filtrados dos filtros conformes e gerar responsivamente sinais eletrônicos que permitem a exibição de imagens espectrais da amostra iluminada 30. Na presente divulgação, qualquer número de filtros ópticos e detectores associados pode ser utilizado para alcançar o benefício da dupla polarização, conforme descrito neste documento.
[0078] Em uma modalidade, os dois sinais filtrados podem ser detectados simultaneamente. Como discutido neste documento, a detecção simultânea de dois comprimentos de onda diferentes possui potencial para detecção em tempo real quando exibida em uma configuração não sobreposta (lado a lado, de cima para baixo, etc.). Noutra modalidade, os dois sinais filtrados podem ser detectados sequencialmente.
[0079] Note-se aqui que, embora a luz do laser possa ser coerente, a luz recebida da amostra 30 (por exemplo, luz emitida, dispersa, absorvida e/ou refletida) e alimentada aos filtros conformes 42a, 42b pode não ser coerente. Portanto, erros de frente de onda podem não estar presentes ou podem ser substancialmente evitados nas duas versões de filtro conforme nas FIGS. 2 e 3 por causa do processamento de luz não coerente por parte de cada filtro conforme 42a, 42b.
[0080] A presente divulgação também fornece um método para selecionar uma configuração de filtro conforme usando um processo iterativo. Esse método é referido aqui como Melhoramento de Contraste em Tempo Real (RtCE) e fornece configurações com alta especificidade e sensibilidade do analito, aplicando o ajuste de tensão do filtro ajustável ativo e feedback de uma cena de medição ativa. Tal abordagem pode ser usada para calibrar um projeto conforme para um analito de interesse, refinar um projeto anterior de filtro conforme para um analito de interesse e/ou gerar um novo projeto de filtro conforme para um analito de interesse.
[0081] Uma modalidade deste processo de otimização é fornecida na FIG. 4. O método 400 pode compreender ajustar um filtro conforme a uma primeira configuração para filtrar fótons interagidos em conformidade com ao menos uma forma espectral associada a um analito na etapa 410. Na etapa 420, pelo menos um conjunto de dados de referência pode ser gerado compreendendo dados de referência correspondentes a uma amostra e dados de referência correspondentes a uma matriz. Em uma modalidade, o conjunto de dados de referência pode compreender pelo menos um espectro de referência associado à amostra e ao menos um espectro de referência associado à matriz.
[0082] Em outra modalidade, o conjunto de dados de referência pode compreender pelo menos uma imagem de referência compreendendo a amostra e a matriz. Uma primeira região de interesse pode ser selecionada correspondendo à amostra e uma segunda região de interesse pode ser selecionada correspondendo à matriz. Os dados espectrais podem ser extraídos dessas regiões de interesse.
[0083] Em uma modalidade, pelo menos uma técnica quimiométrica pode ser aplicada a pelo menos um conjunto de dados de referência (por exemplo, dados espectrais). Exemplos de técnicas quimiométricas incluem, entre outros: análise de correlação, análise de componentes principais, regressão de componentes principais, mínimos quadrados parciais, resolução de curvas multivariadas, distância de Mahalanobis, distância euclidiana, entropia alvo de banda, minimização de energia alvo de banda, análise parcial discriminante de mínimos quadrados, detecção adaptativa do subespaço e combinações das mesmas. Técnicas quimiométricas podem ser usadas para comparar dados de teste com dados de referência.
[0084] Um ou mais cálculos ópticos também podem ser aplicados ao conjunto de dados de teste. Numa modalidade, esta computação óptica pode compreender pelo menos um dos seguintes: T1, T1-T2 e (T1-T2)/(T1 + T2). Outros cálculos ópticos conhecidos na técnica também podem ser aplicados e a presente divulgação não deve ser interpretada como limitada aos aqui especificados.
[0085] Uma determinação quanto a se um nível de tolerância é atingido ou não pode ser feita na etapa 430. Em uma modalidade, essa determinação pode compreender a aplicação de ao menos uma Figura de Mérito (FOM). Uma FOM é um valor numérico que pode ser usado para orientar o processo de otimização. Exemplos de FOM que podem ser aplicadas incluem, entre outros: erro padrão de calibração (SEC), distância euclidiana, erro padrão de previsão (SEP), 1 área sob a curva característica do operador do receptor (AUROC), taxa de transferência óptica (% T) e suas combinações. Outras FOMs podem ser usadas que incorporam taxa de transferência óptica, relação sinal/ruído (SNR) e similares. Se um nível de tolerância for atingido 440a, um conjunto de dados de teste representativo da amostra poderá ser gerado na etapa 450. Se um nível de tolerância não for atingido 440b, o processo poderá ser repetido para ao menos uma outra configuração de filtro conforme até que um nível de tolerância seja atingido.
[0086] Em outra modalidade, a presente divulgação fornece um sistema que compreende um processador e um meio de armazenamento legível por processador não transitório em comunicação operável com o processador. O meio de armazenamento pode conter uma ou mais instruções de programação que, quando executadas, fazem com que o processador ajuste o filtro conforme uma primeira configuração e filtre os fótons interagidos em conformidade com ao menos uma forma espectral associada a um analito de interesse, gere ao menos um conjunto de dados de teste representativo da amostra e analise o conjunto de dados de teste para avaliar a amostra para ao menos uma característica do analito. O meio de armazenamento pode ainda conter instruções de programação que fazem com que o processador selecione configurações de filtro pesquisando uma LUT correspondente a um analito e aplicando a configuração ao filtro conforme.
[0087] Em outra modalidade, o sistema pode ainda compreender uma ou mais instruções de programação que, quando executadas, fazem com que o processador configure iterativamente o filtro conforme até que um nível de tolerância seja atingido. Em tal modalidade, as instruções podem fazer com que o processador ajuste o filtro conforme a uma primeira configuração para filtrar fótons interagidos em conformidade com ao menos uma forma espectral associada ao analito, gerar pelo menos um conjunto de dados de referência compreendendo dados de referência correspondentes à amostra e dados de referência correspondentes a uma matriz e determinar se um nível de tolerância é ou não atendido. Se um nível de tolerância for atingido, um conjunto de dados de teste poderá ser gerado. Se um nível de tolerância não for atingido, as etapas poderão ser repetidas para uma ou mais configurações de diferença até que um nível de tolerância seja atingido. Numa modalidade, o fato de o nível de tolerância ser ou não alcançado pode ser determinado pelo processador aplicando pelo menos uma figura de mérito. Em outras modalidades, o processador pode analisar ainda mais o conjunto de dados de teste aplicando pelo menos um dos seguintes: uma computação óptica e uma técnica quimiométrica.
[0088] A presente divulgação contempla que o sistema de visão conformal e o método divulgados neste documento podem ser usados em uma ampla variedade de aplicações. Numa modalidade, a visão conforme pode ser usada para detectar pragas e/ou insetos. O dispositivo de visão conformal pode detectar e diferenciar resíduos/fezes de diferentes pragas (ratos, camundongos, morcegos, baratas, percevejos, vespas/abelhas, cupins, formigas etc.)
[0089] Em outra modalidade, a visão conforme pode ser usada para detectar o nível de estresse em uma pessoa. Nessa configuração de “detecção de angústia”, a visão conforme pode ser usada para avaliar o nível de oxigenação do tecido e correlacioná-lo a um nível de estresse. Esse detector pode ser aplicado a situações de interrogatório (o detido está dizendo a verdade?) ou à segurança de prédios/transportes (há algum passageiro mais angustiado do que o normal?).
[0090] A visão conformal também pode ser usada em aplicações dermatológicas, como analisar a pele quanto à presença de erupções cutâneas ou outros irritantes,
identificar a fonte da erupção cutânea, avaliar a eficácia/utilidade de um tratamento (por exemplo, loção para hera venenosa) e detectar várias alergias de pele. Em algumas modalidades, a visão conforme pode ser aplicada para analisar a pele quanto à presença de rugas, manchas da idade e outras falhas faciais.
[0091] Em outra modalidade, a visão conformal pode ser aplicada para detectar o frescor dos alimentos. Por exemplo, a indústria de alimentos pode aplicar uma visão conformal para avaliar a maturação dos produtos, para avaliar a pureza de um alimento (açúcar, farinha etc.) e para permitir a rejeição automática de defeitos por máquinas. A indústria de alimentos também pode aplicar a visão conformal para avaliar o frescor dos alimentos, como pão e queijo, e para detectar mofo e outros indicadores de estabilidade. Da mesma forma, a visão conforme pode ser aplicada à análise do álcool. Por exemplo, na análise do vinho, uma avaliação pode incluir variantes de medição no vinho, a maturidade das uvas e/ou vinho em processo ou a capacidade de distinguir tipos de vinho.
[0092] A visão conformal também pode ser aplicada na investigação de cenas do crime e em aplicações forenses, como na detecção de sangue seco. O sistema e o método também podem ser aplicados para analisar objetos e/ou materiais para determinar se são ou não falsificados. Por exemplo, dinheiro, joias, materiais químicos puros em uma fábrica ou loja, obras de arte e/ou objetos podem ser analisados.
[0093] Em outra modalidade, a visão conformal pode ser usada em várias aplicações diferentes de correspondência de cores. A correspondência de cores pode ser usada em aplicações de reformas domésticas (tintas, carpetes, móveis, etc.) e cosméticos (maquiagem, cor do cabelo, etc.).
[0094] Em outra modalidade, a visão conformal pode ser aplicada na Autoavaliação Humana. Por exemplo, a tecnologia pode ser acoplada operacionalmente a uma televisão, espelho, câmera, projetor ou outro dispositivo para projetar uma imagem. Uma avaliação pode ser feita em relação a roupas, aparência física e afins. Em outras modalidades e modificações, a autoavaliação humana pode ser exibida como uma imagem na televisão, espelho, câmera, projetor ou outro dispositivo para projetar uma imagem pode ser emparelhado com um dispositivo ou interface de software de realidade virtual.
[0095] Quando o sistema de visão conformal incorporado é aplicado à Autoavaliação Humana, o sistema para visão conforme pode ser incorporado em uma variedade de configurações profissionais e de consumo. Por exemplo, em um ambiente profissional, o sistema de visão conformal é incorporado em dispositivos médicos presentes no consultório médico, em um hospital, em uma clínica, em uma farmácia de varejo ou em outros ambientes de saúde semelhantes. Em tais contextos profissionais, a visão conformal pode ser usada como parte dos testes de rotina durante as visitas recorrentes de uma pessoa a um ambiente de assistência médica, embora este seja apenas um exemplo da invenção e não pretenda ser limitativo. Um sistema de visão conforme também pode ser usado para avaliar informações úteis do paciente relacionadas à condição da pele, saúde do coração, respiração, fluxo sanguíneo diferencial da pele, cor da pele, níveis de edema e similares. Combinações desses recursos também podem ser avaliadas.
[0096] Um sistema de visão conformal pode ser usado em outros ambientes profissionais, como salões de beleza, spas, salões de unhas, centros de tratamento de pele, academias de ginástica, academias e similares. Nesses locais, o sistema de visão conformal pode ser usado para avaliar a condição da pele de uma pessoa ou cliente, saúde do coração, respiração, condição do cabelo, condição das unhas, roupas, humor, aparência física, nível de estresse, nervosismo, aptidão física, condição do tecido e afins. Combinações desses recursos também podem ser avaliadas.
[0097] Um sistema de visão conforme pode ser usado em um ambiente de consumidor, como em casa, no escritório ou no veículo de uma pessoa. Nessas configurações de consumidor, o sistema de visão conformal pode ser usado para avaliar a condição da pele, a saúde do coração, a respiração, a condição do cabelo, a condição das unhas, roupas, humor, aparência física, nível de estresse, nervosismo, aptidão física, condição do tecido e afins. Combinações desses recursos também podem ser avaliadas.
[0098] Em algumas configurações profissionais e de consumo, um sistema de visão conformal é usado para avaliar os analitos relevantes para o local que a pessoa ocupa. Por exemplo, o sistema de visão conformal pode ser usado em um veículo, como automóvel, motocicleta, barco ou avião, para detectar se uma pessoa consumiu álcool ou drogas intoxicantes e acionar um aviso ou impedir que o veículo funcione se forem detectados níveis especificados de álcool ou drogas intoxicantes. Em outras modalidades, o sistema de visão conformal pode ser usado na casa de uma pessoa para avaliar o humor ou outra condição para que a pessoa possa determinar se as roupas escolhidas correspondem ao humor. Em ainda outras modalidades, o sistema de visão conformal pode ser usado para analisar a eficácia de um tratamento de pele, cabelo ou beleza que foi aplicado em um salão de beleza, salão de cabeleireiro, salão de manicure ou afins.
[0099] Nas configurações profissionais e de consumo acima, o sistema para visão conformal pode ser configurado para detectar analitos de interesse, dependendo da necessidade e configuração. Os analitos podem ser indicativos de oxigenação tecidual, nível de álcool no sangue, presença de compostos aromáticos, como os encontrados em perfumes, presença de contaminantes, presença de insetos ou resíduos de insetos ou produtos residuais, presença de drogas, presença de bactérias, ureia, ácido lático e similares. Em outras modalidades, os analitos podem indicar a presença de uma ou mais condições, incluindo melanoma e outros cânceres de pele, edema ou inchaço da pele, diabetes (como indicado pela oxigenação do tecido da pele nas extremidades), nível de açúcar no sangue, condições dos vasos sanguíneos, como varizes, acne vulgar, pressão arterial, cicatrização de feridas, psoríase e outras condições e indicadores específicos da pele ou derme. Em ainda outras modalidades, os analitos podem ser medidos no olho e incluem compostos e indicadores de colesterol no sangue, placa sanguínea, pressão arterial, oxigenação do tecido e similares, bem como qualquer um dos indicadores e condições acima. Cada um dos compostos ou indicadores acima pode ser usado para determinar um fator de bem-estar gerado pelo sistema para visão conforme.
[00100] As FIGs. 6A-6E ilustram configurações de alojamento exemplares para incorporar um dispositivo de visão conformal em um telefone celular ou outro dispositivo de comunicação móvel. Nas FIGS. 6A-6E, um sistema para visão conformal 201 pode executar uma autoavaliação ou pode ser usado para determinar a presença de analitos. O sistema 201 inclui pelo menos um dispositivo 203 com componentes como o filtro conformal, detector, processador e tabela de consulta (ver tabela, componentes individuais não mostrados). O filtro conformal pode incluir um filtro ajustável. O sistema 201 também inclui um telefone celular ou outro dispositivo de comunicação móvel 205, embora outros dispositivos eletrônicos também sejam contemplados.
[00101] As modalidades mostradas nas FIGs. 6A-6E podem ter uma variedade de configurações para os diferentes componentes do sistema 201, dependendo dos requisitos de desempenho, tamanho do dispositivo e embalagem, consumo de energia e assim por diante. Por exemplo, se o analito de interesse é compatível com a análise sob comprimentos de onda VIS, o sistema 201 pode ser configurado para que o detector seja o sensor CMOS ou CCD da câmera que já está integrada ao telefone celular ou outro dispositivo de comunicação móvel. Em outra modalidade, o sensor CMOS ou CCD para a câmera no telefone celular ou outro dispositivo de comunicação móvel pode ser combinado com um sensor externo que é fornecido em um módulo (não mostrado separadamente) do sistema 201, permitindo sensibilidade para os comprimentos de onda VIS e outro espectro de interesse. Os outros espectros de interesse dependem dos analitos que devem ser detectados e podem incluir UV, NIR, SWIR, MIR, LWIR e faixas sobrepostas.
[00102] Em algumas modalidades, o módulo é destacável do telefone celular ou dispositivo de comunicação móvel. Em algumas modalidades, o módulo inclui recursos adicionais para melhorar a funcionalidade do sistema 201, como uma bateria auxiliar ou outra fonte de energia para compensar o consumo de energia adicional exigido pelo sistema 201.
[00103] FIG. 7 ilustra um exemplo de modo de operação de um dispositivo de visão conformal da presente divulgação. Na FIG. 7, o sistema para visão conformal está incorporado em um telefone celular ou dispositivo de comunicação portátil e está sendo usado para detectar resíduos ou produtos residuais de insetos, como percevejos. Um usuário pode digitalizar com rapidez e precisão uma área de interesse para determinar se ela foi infestada com insetos. Essa funcionalidade é uma melhoria significativa em relação às técnicas da técnica anterior para detectar infestação de insetos, que geralmente exigem pesquisa e exame demorados da área de interesse e que a pessoa pesquisada possua um grau significativo de experiência e saiba onde pesquisar e quais indicadores de infestação procurar.
[00104] FIG. 8 é ilustrativa de ainda outra modalidade da invenção. Na FIG. 8, um usuário 202 pode operar um sistema para visão conformal 201 para realizar uma autoavaliação. O sistema para visão conforme 201 inclui pelo menos um dispositivo 203 que inclui componentes como o filtro conforme, detector, processador e tabela de consulta (ver corte, componentes individuais não mostrados). O filtro conforme pode incluir um filtro ajustável. O sistema para visão conformal inclui pelo menos uma abertura ou parte transparente 204 que permite que os comprimentos de onda sejam analisados pelo sistema para a visão conformal 201 passar através dela.
[00105] Enquanto a FIG. 8 mostra o uso e a integração do sistema para visão conformal 201 em um ambiente de consumo ou profissional acima de uma pia ou de um lavatório, a invenção não é limitada dessa forma. O sistema para visão conforme 201 pode ser posicionado em qualquer local onde seu uso seja benéfico, como dentro de um consultório médico, um hospital, uma clínica, uma farmácia, outros estabelecimentos similares de saúde, salões de beleza, salões de cabeleireiro, spas, salões de manicure, centros de tratamento de pele, academias de ginástica, uma casa, um escritório, um veículo, um automóvel, uma motocicleta, um barco ou um avião.
[00106] Em algumas modalidades, o sistema para visão conformal está configurado para medir um ou mais analitos de forma não invasiva. Em outras modalidades, o sistema também pode utilizar outros dados e/ou metadados que são inseridos manual ou automaticamente por um usuário ou por outro sistema de computador ou outra pessoa. Por exemplo, esses metadados podem incluir informações de uma balança eletrônica, um relógio inteligente, um smartphone, um sensor de saúde pessoal, um laptop ou computador de mesa, dispositivo de comunicação portátil ou uma combinação dos dispositivos acima. O uso de várias fontes de dados fornece informações e contexto adicionais aos dados coletados pelo sistema de visão conforme, o que melhora a utilidade das avaliações de saúde e outras determinações executadas pelo sistema para a visão conformal. Exemplos
[00107] As figs. 5A-5C são ilustrativAs das capacidades de detecção de um filtro conforme da presente divulgação. O filtro conforme HSI difere do HSI convencional, pois os filtros conformes dependem de um algoritmo de projeto robusto para produzir uma função de transmissão óptica apropriada para a resposta analítica pretendida, em vez de sintonizar comprimentos de onda discretos. Como resultado da grande banda passante espectral do filtro conforme LC, sua taxa de transferência óptica e, portanto, a relação SNR medida, são consideravelmente mais altos que os filtros LC operados em um único modo de comprimento de onda. Além disso, a abordagem de filtro conforme requer menos medições para alcançar a especificidade do analito, resultando em um tempo de medição mais rápido em comparação com o HSI LC convencional. Como mostrado nas FIGS. 5A-5C, não apenas a abordagem conforme fornece melhor desempenho de detecção para o analito alvo (AUROC mais alta em todos os métodos), como a detecção é feita mais rapidamente e demonstra excelente discriminação entre “vizinhos próximos”, isto é, analitos com características espectrais semelhantes, como o Analito Alvo e o Elemento de Confusão nas FIGs. 5A-5C.
[00108] Três amostras foram preparadas compreendendo sulfato de amônio (AS), AN (nitrato de amônio) e ureia (CO(NH2)2). AN foi selecionado como analito de interesse, AS foi selecionado como elemento de confusão (fundo) e a ureia foi selecionada como interferente. As amostras foram analisadas usando uma configuração experimental em que a fonte de iluminação 215 compreendia uma lâmpada de halogênio de quartzo de tungstênio, o filtro conforme 42 incluía um MCF e o detector 60 compreendia uma câmera SWIR. Uma imagem de refletância de campo claro 510 e uma imagem de refletância de SWIR (T1) 520 foram geradas. Dados espectrais para cada substância 505 também são ilustrados na FIG. 5A.
[00109] FIG. 5B ilustra os recursos de detecção da presente divulgação quando uma metodologia RtCE é aplicada. Uma segunda imagem de refletância SWIR (T2) foi gerada 530. A computação óptica (T1-T2)/(T1+T2) foi aplicada e uma imagem de pontuação 540 foi gerada. Como pode ser visto na imagem de detecção 550, o AN foi facilmente detectado e distinguido do AS e da ureia. A FIG. 5C é ilustrativa dos resultados da detecção após a aplicação de etapas adicionais de processamento, como inversão de contraste e remoção de saturação. Uma distribuição de probabilidade 560, a partir da imagem de pontuação 540, ilustra detecções em classe v. fora de classe. A curva ROC 570 ilustra a sensibilidade e os resultados falso positivos alcançados. A curva ROC 570 foi gerada aplicando um limiar à distribuição de probabilidade
560. Como ilustrado pelos Exemplos, o sistema e o método da presente divulgação possuem potencial para detectar analitos e discriminar entre “vizinhos próximos”, isto é, analitos com características espectrais semelhantes.
[00110] Embora a divulgação tenha sido descrita em detalhes fazendo referência a modalidades específicas da mesma, será evidente para um especialista na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas nela sem se afastar do espírito e do escopo das modalidades. Além disso, embora os exemplos aqui fornecidos estejam relacionados a analitos específicos, a presente divulgação não se limita a esses analitos e pode ser usada para detectar uma ampla variedade de analitos de interesse. Assim, pretende-se que a presente divulgação cubra as modificações e variações desta divulgação, desde que elas se enquadrem no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
Claims (26)
1. Sistema para visão conformal, caracterizado pelo fato de compreender: - um filtro conforme que inclui um filtro ajustável; - um detector que detecta fótons interagidos através do filtro conforme; - um processador em comunicação com o detector; e - uma tabela de consulta (LUT) associada ao filtro conforme e que corresponde a um analito de interesse, sendo que o filtro conforme sintoniza para filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada ao analito de interesse, sendo que o processador gera um conjunto de dados de teste representativo da amostra do detector, e sendo que o processador analisa o conjunto de dados de teste para determinar pelo menos uma característica do analito.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a LUT compreender pelo menos uma voltagem associada a cada estágio de cada filtro sintonizável.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada filtro sintonizável ser selecionado do grupo que consiste em um filtro sintonizável de cristal líquido, um filtro sintonizável acústico, um filtro sintonizável de cristal líquido Lyot, um filtro sintonizável de cristal líquido Evans Split-Element, um filtro sintonizável de cristal líquido Solc, um filtro sintonizável de cristal líquido Ferroelectric, um filtro sintonizável de cristal líquido Fabry Perot, um filtro multi-conjugado (MCF) e suas combinações.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho quente.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o detector ser selecionado a partir do grupo que consiste em um detector de dispositivo acoplado carregado (CCD), um detector semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS), um detector de arseneto de índio e gálio (InGaAs), um detector de silicida de platina (PtSi), um detector de mercúrio cádmio telúrio (HgCdTe), um detector de ponto quântico coloidal (CQD) e suas combinações.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema estar configurado para avaliar um nível de oxigenação no tecido.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema estar configurado para analisar a pele quanto à presença de erupção cutânea ou elemento irritante.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema ser configurado para autoavaliação humana e em que o processador é acoplado operacionalmente a ao menos um dentre uma televisão, um espelho, uma câmera ou um dispositivo para projetar uma imagem.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a autoavaliação humana ser realizada em relação a roupas ou aparência física.
10. Método de visão conformal, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer uma tabela de consulta (LUT) associada a um filtro conforme e que corresponde a um analito de interesse, em que o filtro conforme inclui um filtro ajustável, - sintonizar os filtros conformes que incluem o filtro ajustável para filtrar os fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada a um analito de interesse, gerar, usando um processador, um conjunto de dados de teste representativo da amostra de um detector, e - analisar, usando o processador, o conjunto de dados de teste para determinar ao menos uma característica do analito.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a LUT compreender pelo menos uma voltagem associada a cada estágio do filtro sintonizável.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ao menos um filtro sintonizável ser selecionado a partir do grupo que consiste em um filtro sintonizável de cristal líquido, um filtro sintonizável acústico, um filtro sintonizável de cristal líquido Lyot, um filtro sintonizável de cristal líquido Evans Split Element, um filtro sintonizável de cristal líquido Solc, um filtro sintonizável de cristal líquido Ferroelectric, um filtro sintonizável de cristal líquido Fabry Perot, um filtro multi-conjugado (MCF) e suas combinações.
13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o método compreender ainda: - gerar um conjunto de dados de referência correspondente a uma matriz; - aplicar uma técnica quimiométrica ao conjunto de dados de referência; e - produzir de um conjunto de dados de teste de contraste aprimorado que possui contraste aprimorado e que é representativo da amostra, de modo a obter o aprimoramento de contraste em tempo real (RtCE).
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o método compreender ainda determinar se um nível de tolerância é ou não atendido aplicando pelo menos uma Figura de Mérito (FOM).
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o FOM ser selecionado do grupo que consiste em erro padrão de calibração (SEC), distância euclidiana, erro padrão de previsão (SEP), 1 área sob a curva característica do operador do receptor (AUROC), taxa de transferência óptica (% T) e suas combinações.
16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a técnica quimiométrica ser selecionada a partir do grupo que consiste em análise de correlação, regressão de componentes principais, mínimos quadrados parciais, resolução de curva multivariada, distância de Mahalanobis, distância euclidiana, entropia de alvo de banda, minimização de energia de alvo de banda, análise discriminante parcial de mínimos quadrados, detecção adaptativa do subespaço e combinações dos mesmos.
17. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda a exibição de uma imagem de auto-avaliação humana com base em ao menos uma característica do analito.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a imagem de autoavaliação humana inclui informações sobre a roupa ou aparência física do humano que está realizando a autoavaliação.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a exibição da imagem de autoavaliação humana compreender a exibição da imagem de autoavaliação humana usando uma televisão, um espelho, uma câmera ou um projetor.
20. Aparelho indicador de bem-estar, caracterizado pelo fato de compreender: - um filtro conforme que inclui um filtro ajustável, sendo que os filtros conformes sintonizam para filtrar fótons interagidos em conformidade com uma forma espectral associada a um analito de interesse em uma amostra; - um detector; e - um processador, sendo que o processador - gera um conjunto de dados de teste representativo da amostra do detector, - analisa o conjunto de dados de teste para determinar pelo menos uma característica do analito, - correlaciona ao menos uma característica do analito com um determinado fator de bem-estar; e - comunica o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
21. Aparelho indicador de bem-estar, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma interface de rede para comunicar o fator de bem- estar determinado a um usuário humano.
22. Aparelho indicador de bem-estar, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma tela para comunicar o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
23. Aparelho indicador de bem-estar, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de a tela ser selecionada a partir do grupo que consiste em uma tela de cristal líquido, uma tela de diodo emissor de luz orgânica, um projetor, uma tela eletroforética, um espelho, uma tela de tubo de raios catódicos, uma tela de projeção, um visor de cabeça, uma tela de realidade aumentada e suas combinações.
24. Aparelho indicador de bem-estar, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o analito estar relacionado à oxigenação do tecido.
25. Aparelho indicador de bem-estar, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o fator de bem- estar está relacionado a uma condição da pele, uma condição cardíaca, um nível de estresse, um humor, respiração, fluxo sanguíneo diferencial da pele, cor da pele, níveis de edema e combinações dos mesmos.
26. Método para avaliar o bem-estar, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer um filtro conforme, em que o filtro conforme inclui um filtro ajustável, - fornecer um detector, - fornecer um processador, em que o processador está configurado para: - gerar um conjunto de dados de teste representativo da amostra a partir do detector, - analisar o conjunto de dados de teste para determinar pelo menos uma característica do analito, - correlacionar ao menos uma característica do analito com um determinado fator de bem-estar; e - comunicar o fator de bem-estar determinado a um usuário humano.
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