CN101743466A - 空间频率光学测量仪器和方法 - Google Patents

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CN101743466A CN200880024865A CN200880024865A CN101743466A CN 101743466 A CN101743466 A CN 101743466A CN 200880024865 A CN200880024865 A CN 200880024865A CN 200880024865 A CN200880024865 A CN 200880024865A CN 101743466 A CN101743466 A CN 101743466A
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Abstract

根据本发明提供一种空间频率光学测量仪器(100)。仪器(100)包括：空间频率掩模(120)，其定位在光路中，并且被配置成将光用空间频率信息编码；光接收器(140)，其定位成接收用空间频率信息编码的光，其中用空间频率信息编码的光已经与样本材料相互作用；以及处理系统(180)，其耦合到光接收器(140)，并且被配置成确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的空间频率信息的变化。

Description

空间频率光学测量仪器和方法
背景技术
技术领域
本发明涉及光学测量仪器的领域，并且具体地说，涉及空间频率光学测量仪器和方法。
问题描述
浊度计(turbidimeter)或浑度计(nephelometer)是用来确定悬浮介质中微粒的浓度和/或尺寸的仪器。浑度计一般是指用来检测和/或测量液体或气体胶体中的悬浮颗粒的光学仪器。相反，浊度计一般指用来检测和/或测量水中的颗粒物质的光学仪器。因此，悬浮介质可包括水。
在现有技术中，光穿透过样本材料。样本材料包括悬浮介质和未知浓度的微粒。悬浮物内的微粒通过反射、衍射及折射的复杂相互作用将照射光散射。入射光的一部分被从微粒散射，并且由检测器接收。检测器通常是硅二极管或其它光敏器件，典型地对于入射光源定位成近似90度。
为了量化悬浮介质内的微粒的量，必须将接收的散射光与使用已知颗粒浓度的类似悬浮介质得到的散射光水平进行比较。随后，可将未知颗粒浓度与已知校准值相比较，并且可通过根据校准值的估计或外推来确定未知颗粒浓度。
图1示出现有技术的浊度计/浑度计。光源1将光发射到容纳在样本腔室3中的样本材料4中。光学部件可以将光朝向样本腔室3准直和/或聚焦。来自光源1的光或者可无阻碍地传播通过样本材料4，或者可通过照射到材料中的微粒上而与样本材料4相互作用。照射到微粒上的光可在多个方向上散射，包括向后方向、向前方向，并且可侧向散射，诸如沿对于入射光束大体成九十度的路径。散射到侧面的光可能照射到检测器2a上。未被散射的光可以由第二检测器2b接收，该第二检测器2b可用来确定来自光源1的光的强度。检测器2a借助于光电效应将光子能量转化成电信号。信号强度通常很弱或很低的该电信号可被放大并且随后可在处理系统中被处理，以便确定样本材料4的浊度。确定的浊度可输出到仪表或其它有用的指示器。
用来测量散射效果的光学测量仪器几乎仅仅依靠评估光或辐射能量的强度变化的测量方法。光或辐射能量可穿透过样本或者从样本被反射。对散射的测量可用来确定散射组分的颗粒浓度，或者可用来确定样本的表面状态/光洁度。
用于通过浊度测量手段确定浊度的现有技术方法依靠对来自浑浊样本的散射信号的振幅检测。现有技术只测量接收的光的强度。
现有技术具有缺陷。在现有技术中，对于低微粒浓度来说，与接收的光强度相对应的信号值非常小，并且当悬浮介质中没有微粒存在时该信号值理论上是零。因此，检测的极限是检测器的信噪比(SNR)、光源的强度及照射在检测器上的杂散光量的函数，其中杂散光与在悬浮介质中的微粒无关。另外，现有技术浊度测量分析的精度由于由温度变化或磨损而导致的光源强度或检测器灵敏度的漂移或变化而被进一步降低。在现有技术中，精度由于悬浮介质的任何光吸收而被进一步降低，因为现有技术方法依靠绝对强度测量或依靠接收的散射光强度与发射光强度的比。与浊度的测量无关的、照射在检测器上的光强度的变化在测量响应中产生误差。因此，悬浮介质的颜色或吸收性的任何变化也可导致对悬浮物中微粒浓度的虚假确定，因为这也导致光强度绝对测量的变化。
现有技术方法已被设计成降低或消除这些影响，诸如双光束、双波长或无线电方法，但由于添加辅助或交替光源和检测器的增加的成本和复杂性，产生限制，诸如由于气泡、生物膜或污物而造成的表面的不均匀劣化。
仍然需要不依赖于所接收的光的明确的量/强度的浊度测量微粒分析。
发明内容
本发明的一个方面包括一种空间频率光学测量仪器，所述仪器包括：
空间频率掩模，其定位在光路中，并且被配置成将光用空间频率信息编码；
光接收器，其定位成接收用空间频率信息编码的光，其中用空间频率信息编码的光已经与样本材料相互作用；以及
处理系统，其耦合到光接收器，并且被配置成确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的空间频率信息的变化。
优选地，所述仪器，其中使光与样本材料相互作用包括主要使光通过样本材料。
优选地，所述仪器，其中使光与样本材料相互作用包括主要使被编码的所述光反射离开样本材料。
优选地，一个或多个光学部件，所述一个或多个光学部件被配置成将空间频率掩模的空间频率图像限定在光接收器处，其中所述空间频率图像主要包括所述空间频率信息。
优选地，光源，该光源被配置成沿光路发射光。
优选地，所述光源还包括有能量供给的光源。
优选地，所述光源还包括环境光源。
优选地，所述空间频率掩模被布置在样本材料之前，并且编码还未与样本材料相互作用的光。
优选地，所述空间频率掩模被布置在样本材料之后，并且编码已经与样本材料相互作用的光。
优选地，所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的遮光和透光区域。
优选地，所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的遮光和透光区域。
优选地，所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列孔径。
优选地，所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径。
优选地，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
优选地，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射。
优选地，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射，并且其中行程或反射的数量可改变，以便改变所述空间频率信息。
优选地，所述空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
优选地，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
优选地，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
优选地，确定所述空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
优选地，确定所述空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定空间频率信息的对比度变化。
优选地，所述处理系统还基于所述空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
优选地，确定颗粒浓度还包括：将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较以及从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
优选地，所述处理系统还确定样本材料的一种或多种表面特性。
优选地，确定所述一种或多种表面特性还包括：将所述空间频率信息与一个或多个预定表面图像相比较以及从所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
优选地，被编码的光的第一部分反射到第一光接收器上，而不与样本材料相互作用，并且其中，被编码的光的第二部分与样本材料相互作用，以及其中将被编码的光的第二部分与第一部分相比较。
优选地，所述光包括与所述空间频率掩模(120)和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差。
本发明的另一方面包括一种空间频率光学测量方法，该方法包括：
将光用空间频率信息编码；
使光与样本材料相互作用；以及
确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用。
优选地，所述方法还包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的遮光和透光区域。
优选地，所述方法还包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的遮光和透光区域。
优选地，所述方法还包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列孔径。
优选地，所述方法还包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径。
优选地，所述方法还包括使光与样本材料相互作用，包括主要使光通过样本材料。
优选地，所述方法还包括使光与样本材料相互作用，包括主要使被编码的光反射离开样本材料。
优选地，所述方法还包括，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射。
优选地，所述方法还包括，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射，并且其中行程或反射的数量可改变，以便改变空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
优选地，所述方法还包括，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
优选地，所述方法还包括，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
优选地，所述方法还包括，确定空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，确定空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定所述空间频率信息的对比度变化。
优选地，所述方法还包括，所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
优选地，所述方法还包括，确定颗粒浓度还包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较；以及
从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
优选地，所述方法还包括，所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的一种或多种表面特性。
优选地，所述方法还包括，确定所述一种或多种表面特性还包括：
将所述空间频率信息与所述一个或多个预定表面图像相比较；以及
从所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
优选地，所述方法还包括，被编码的光的第一部分反射到第一光接收器上，而不与样本材料相互作用，并且其中，被编码的光的第二部分与样本材料相互作用，并且其中将被编码的光的第二部分与第一部分相比较。
优选地，所述方法还包括，所述光包括与所述空间频率掩模和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差。
本发明的另一方面包括一种空间频率光学测量方法，该方法包括：
使光与样本材料相互作用；
反射所述光并用空间频率信息编码所述光；以及
确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的所述空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用。
优选地，所述方法还包括，反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的光反射和非反射区域。
优选地，所述方法还包括，反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的光反射和非反射区域。
优选地，所述方法还包括，反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列孔径。
优选地，所述方法还包括，反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径。
优选地，所述方法还包括，使光与样本材料相互作用包括主要使所述光通过样本材料。
优选地，所述方法还包括，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，光路包括一次或多次通过样本材料的行程。
优选地，所述方法还包括，光路包括一次或多次通过样本材料的行程，并且其中行程的数量可改变，以便改变空间频率信息。
优选地，所述方法还包括，空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
优选地，所述方法还包括，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
优选地，所述方法还包括，所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
优选地，所述方法还包括，确定空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
优选地，所述方法还包括，空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定所述空间频率信息的对比度变化。
优选地，所述方法还包括，所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
优选地，所述方法还包括，颗粒浓度还包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较；和
从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
优选地，所述方法还包括，所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的一种或多种表面特性。
优选地，所述方法还包括，所述一种或多种表面特性包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定表面图像相比较；以及
由所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
优选地，所述方法还包括，所述光包括与空间频率掩模和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差
附图说明
相同附图标记在所有附图上表示相同元件。应该理解，附图不必是按比例绘制的。
图1示出现有技术的浊度计/浑度计。
图2示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器。
图3示出根据本发明实施例的空间频率掩模。
图4包括组合曲线图，该组合曲线图包括从光学测量仪器接收的各种调制图像和对应的SFR图像。
图5是用于低浊度例子的频域振幅值|Y|的曲线图。
图6是用于高浊度例子的频域振幅值|Y|的曲线图。
图7是根据本发明实施例的空间频率光学测量方法的流程图。
图8是根据本发明实施例的空间频率光学测量方法的流程图。
图9示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器。
图10是一个实施例的流程图，该实施例具有：第一光路，用于用以形成图像的被编码的光，该被编码的光已经传播通过样本材料；和第二光路，它不包括样本材料。
图11示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器。
图12示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器。
具体实施方式
以下说明中的图2-12描绘向本领域技术人员讲授如何实现和使用本发明的最佳方式的具体例子。为了讲授发明原理，一些常规方面已被简化或省略。本领域技术人员将认识到从这些例子的变化，这些变化落在本发明的范围内。本领域技术人员将认识到，下面描述的特征可以多种方式组合，以形成本发明的多种变形例。因此，本发明不限于下面描述的具体例子，而是仅由权利要求书和其等同物限制。
图2示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器100。在一个实施例中，空间频率光学测量仪器100使用空间频率差分来确定测试样本的颗粒浓度并产生颗粒浓度值。在另一个实施例中，空间频率光学测量仪器100使用空间频率差分来确定测试样本的一种或多种表面特性。空间频率光学测量仪器100不依赖光强度。
该仪器100可包括浑度计。该仪器100可包括浊度计。然而，应当理解的是，仪器100可包括测量或量化光与测试样本的相互作用的任何形式的仪器。
光学测量仪器100包括光源110、样本材料132、光接收器140及处理系统180。光学测量仪器100还包括空间频率掩模120。处理系统180连接到光接收器140。处理系统180还可连接到任何形式的用户接口(未示出)，包括用户输入和/或输出装置。
样本材料132可包括任何材料，例如包括固体、液体、气体或凝胶。样本材料132可包括第一材料，该第一材料包括包含在第一材料中的一定量的第二材料，诸如气体、液体、凝胶等等中的悬浮物。样本材料132可包括包括外表面的材料。
空间频率光学测量仪器100可确定样本材料132中的颗粒浓度，诸如液体、气体、凝胶等等中的颗粒浓度。可替换地，空间频率光学测量仪器100可确定固态的或至少部分地固态的样本材料132的一个或多个表面特性。
光源110包括用来执行光学测量的光源。光源110可包括任何电磁辐射元件，并且不限于电磁频谱的可见部分。光源110可发射任何成分的光，诸如包括一个或多个具体频率、波长、颜色等等。光源110可包括具有能量供给的光源，或者可包括环境或自然发生的辐射能量。光源110定位成发射光通过样本材料132或反射来自其的光。
通过量化空间频率响应的变化而确定浊度不限于可见波长。的确，可以使用UV、可见、红外及其它波长。它们可单独地、组合地或集体地使用，以便进一步提高或修改对样本材料132内的具体颗粒的响应。可进一步挑选光，以便能够滤除或者以其他方式除去除如下波长之外的光：在该波长下，要确定空间估计。因此可使环境光无效。
诸如通过一个或多个光学部件150，可将光大体上准直、聚焦或以其他方式引导朝向样本材料132。所述一个或多个光学部件150可包括在样本材料132之前、之后、或之后和之后的元件。
样本材料132可以是自包含的，或者可以保持在样本腔室130中。当包含样本材料132是有用的或必需的时，样本腔室130由在关注波长下透明的材料构造而成。样本材料132可包括气态、液态、固态、或半固态(凝胶)材料。样本材料132可包括微粒，诸如例如悬浮微粒。
从光源110发射的光与样本材料132相互作用。沿着光路将光引导通过测试腔室130并因此通过样本材料132(假定样本材料132存在)。可替换地，主要地，光可从样本材料132被反射，诸如在至少部分固态的样本材料132的情况下。光与样本材料132的相互作用可包括任何方式的相互作用。
光由样本材料132中的微粒101散射。样本材料132可因此导致散射光，该散射光由测试腔室130中的微粒101在各个向前和向后方向上散射离开光路，如图中所示。样本材料132还可导致一些光保持为未被散射光，该未被散射光传播通过测试腔室130。这种未被散射光在方向上不受影响。
空间频率掩模120包括将空间频率信息编码到光中的部件。光可在通过样本材料132之前或之后被编码，如在某些实施例中那样，光可在通过样本材料132的行程之间被编码。为此，空间频率掩模120可以包括编码空间频率信息的一系列遮光和透光区域，包括空间变化的遮光和透光区域。可替换地，空间频率掩模120可包括一系列孔径123，包括空间变化的孔径123。在一个实施例中孔径系列包括一系列缝隙(见图3)。作为结果，空间频率掩模120通过形成包括有光区域和包括基本无光区域的图像而编码光。结果所得到的空间变化可用来确定样本材料132的一种或多种特性。
当颗粒在样本材料132中存在时，那么通过与样本材料132的相互作用空间频率信息被改变，即通过与样本材料132的相互作用被编码的光被“混叠”。相互作用可导致空间频率信息的内容或构造、或者这两者的变化。因此，颗粒散射照射光的一部分，并且散射光的一部分随后沿光路向光接收器140传播。空间频率图像被改变的程度与在样本材料132中存在的颗粒物质的量相关。变化程度又影响形成在光接收器140处的空间频率图像的质量。为此，通过一个或多个光学部件150，空间频率图像被形成在光接收器140处。
散射光的至少一些可由光接收器140检测和接收。由光接收器140接收的光可用来确定样本材料132中的颗粒浓度。接收光包括由被编码、混叠的空间频率信息形成的图像。光接收器140处的空间频率图像可与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较。随后可以从一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒值。
颗粒值可包括颗粒浓度的任何测量。颗粒值可包括浊度值或浑度测量结果。颗粒值可包括一种或多种表面特性的测量结果，例如包括表面粗糙度或表面纹理。
光接收器140产生与接收光相关并且与处理系统180可兼容的信号。然而，不像现有技术，光接收器140做得比量化接收光强度更多。代替地，光接收器140产生用空间频率信息编码的测量信号，该空间频率信息关于样本材料132的颗粒浓度或含量的而变化。具体地说，测量信号包含空间信息，该空间信息可在图像内被编码作为图像的相邻亮和暗部分之间的变化的陡度、对比度或锐度。
在某些实施例中光接收器140被定位在从光源110发源的光路之外。光接收器140可与光路基本成直角，或者可与光路基本上倾斜地被定位。因此，光接收器140被定位成接收来自测试腔室130的散射的第一光。可替换地，光接收器140可被定位成与光源110基本上相对，并因此可接收已经通过测试腔室140的光(见图9)。
所述方法的优点得以实现是因为以透射方式来进行浊度测量而不是通过对相对于入射照射束成90度的散射光的测量。在现有技术中，当微粒数很低或者当观察体积很小时，(观察体积定义为由照射辐射的入射光束和检测器的视场形成的相交体积)，那么信号可能小于背景噪声(floor)或检测极限，并且只能通过增大照射束的强度或通过增大系统增益来实现改进。由于本发明的测量是空间信息内容的一种，所以可以将强度选择成始终超过电气系统的检测极限并且还使总需求功率最小。没有对于大功耗高强度光源的需要。总之，进行浊度测量所需的总功率可被显著地降低，因为通过光学测量仪器100的透射可容易地超过98％。然而，当接收光与源成90度被测量时，由于从微粒被散射和接收的入射能量的小百分比，信号效率非常低，小于0.1％。这在现有技术浊度测量系统中通过增大检测增益(这也增大噪声信号)或增大入射功率或者这两者来补偿。
图3示出根据本发明实施例的空间频率掩模120。在这个实施例中空间频率掩模120包括基本平的本体121和一系列孔径123。孔径123让光选择性地通过空间频率掩模120。孔径123的宽度和间隔跨空间频率掩模120(诸如在图中从左到右)递减。相应地，孔径123的频度以相同方向递增，即随着孔径123的尺寸的递减，它们被布置得越来越靠近在一起。孔径123的系列因此产生被不透明区域分隔开的透光区域系列，其中区域的频度在空间上递增而尺寸递减。因此，作为被编码的光与样本材料132的相互作用的后果，由空间频率掩模120编码的光可被处理以确定浊度。在其它实施例中，空间频率掩模120可以是交替地反射性的和/或吸收性的，而不是透射的和不透明的。
在某些实施例中，孔径123包括穿过本体121的缝隙或开口。在某些实施例中，孔径123包括基本为矩形的缝隙，如同所示。然而，其它形状被预期，并且在说明书和权利要求书的范围内。
在另外的其它实施例中，孔径系列可以由单个透射/不透明孔径或单个反射性/或吸收性孔径代替，其中空间频率信息例如在从透射到不透明区域或从反射性到吸收性边缘的过渡内被编码。
基频的方波图案(即其中从一个电平到相邻电平的过渡按规则的间隔是突变的图案)可被模拟成奇次谐波的正弦波形式之和x(t′)，包括：
x ( t ' ) = 2 [ 4 π Σ 1 h sin ( h · 2 · π · t ' · Hz ) ] - - - ( 1 )
其中(t′)项代表时间，(Hz)项代表基频，并且奇次谐波是向量h＝1、3、5、...至无穷大。因此，单个突变边缘可起着包括无限数量的频率的空间频率掩模120的作用。因此，无限量的空间信息可用来编码光以用于确定光学系统或仪器的空间频率响应(SFR)，而编码掩模不需要包括图案。
本体121可包括基本不透光的材料，其中孔径123形成在本体121中。可替换地，本体121可包括一系列基本上吸收光的区域和基本上反射光的区域，其中吸收光的区域和反射光的区域形成空间频率掩模120。可替换地，本体121可包括基本透光或透明的材料，并且可以使用某种形式的不透光材料来形成孔径123。例如，空间频率掩模120可包括基本透明的玻璃或塑料，其中不透光膜被布置在本体121上，并且其中透光孔径123形成在该膜中。可替换地，空间频率掩模120可包括基片，其中暗的和亮的区域被印刷、压印或者以其他方式沉积或形成在基片上。然而，应该理解的是，空间频率掩模120可由其它材料和结构形成，并且这样的材料和结构被预期，且在说明书和权利要求书的范围内。
再参照图2，处理系统180连接到光接收器140，并且从其接收电测量信号。测量信号与从与样本材料132的相互作用接收的空间频率编码光相关。处理系统180处理测量信号以产生测量值。在某些实施例中，测量值在浊度测量的应用中包括对样本材料132中的颗粒浓度101的量化，即浊度测量。
在某些实施例中，处理系统180接收用户输入并进行测量。这包括打开和关闭光源110、从光接收器140接收测量信号以及从测量信号计算测量值。处理系统180可进一步产生测量值的输出，诸如例如通过生成显示。显示可包括任何方式的显示。
应该理解，光学测量仪器100可包括定位在各种光学部件之间的任何形式的辅助光学装置。例如，光学装置可包括透镜、滤光器、孔径、准直器及反射器/反射镜。然而，其它光学装置也被预期并且在说明书和权利要求书的范围内。
在操作期间，光接收器140接收空间频率掩模120的图像。空间频率掩模120的图像包括已经通过空间频率掩模120或已从其反射的并且还已经通过样本材料132并且与其进行了相互作用的光。可替换地，光可通过样本材料132多次，诸如通过使用反射镜、反射器等等。该图像至少在某种程度上与空间频率掩模120相对应。然而，样本材料132的微粒浓度或浊度将影响图像的空间频率内容。作为结果，照射到光接收器140上的图像将包括仪器100的SFR。仪器的SFR(也称作调制传递函数(MTF))将随图像的空间频率内容而变化并因此随样本材料132的微粒浓度或浊度而变化。MTF因此是浊度的函数，并且可用来量化样本材料132的微粒浓度。处理系统180可根据所存储的例如代表没有悬浮微粒的样本材料介质的值来分析MTF的变化。
图4包括组合曲线图，该组合曲线图包括从光学测量仪器100接收的各种调制图像和对应SFR图像。部分C示出块样式的空间频率编码掩模的例子，包括具有直的、实边缘的黑块和白块。部分C使用包括白和黑、吸收和反射(或透明和不透明)区域的空间频率掩模120，这些区域的特征在于轮廓分明的、高对比度边缘或从黑到白的过渡。部分C的空间频率编码掩模不呈现任何模糊，即空间频率被清楚地分隔开。空间频率测量仪器100在没有任何浊度存在的情况下将产生与空间频率掩模120基本相等的图像，包括轮廓分明的边缘和轮廓分明的亮区域和暗区域。
部分A示出采用正弦分布的亮区域和暗区域的空间频率编码掩模。该图案与部分C的图案相匹配，但其特征在于没有高对比度的边缘，而相反按正弦方式在黑和白之间变化。然而，该正弦图案仍然包括从透明到不透明、从黑到白或从反射到吸收变化的亮区域和暗区域。因此，处理系统180的处理例程可计算SFR，该SFR的特征在于低对比度边缘形式的空间信息，条件是被编码的空间频率信息的内容多样并且很多。
部分D示出由于在显著的或可测量的浊度水平下样本材料与被编码的光的相互作用而具有空间信息的混叠的、部分C的空间频率编码掩模图像的例子。可看到，部分D的最大的黑区域和白区域是相当轮廓分明的且可量化。然而，在图右边的最小的黑区域和白区域具有非常小的对比度，并且区域之间的边缘被样本材料的浊度显著地模糊或混叠。作为结果，处理系统180可能将不能区分小的、紧密间隔的黑区域和白区域，即高频率空间信息是不可复原的。因此，浊度测量结果与由仪器100可实现的SFR的水平相对应。在部分D中SFR的变化可被量化为浊度测量结果。
部分B示出用于示例浊度水平的部分A的正弦图案式空间频率编码掩模图像。部分B可以是与部分D等效的正弦图案图像。因为部分D中的图像具有已被样本材料132的微粒101混叠的空间信息，所以部分B的正弦空间频率编码掩模图像同样示出高空间频率信息的类似劣化。部分B因此示出与在部分D中所看到的相类似的空间频率信息的损失。
图4的部分E包括示出在y轴上作为百分比MTF的光学测量仪器100的SFR的线形图。线P(图4曲线图中的部分E)反映50％的MTF水平确定，并且线Q反映10％的MTF水平确定。线R示出系统对于浑浊样本材料的空间频率响应。线S示出导出的％MTF。沿x轴按线对每单位距离(即，例如LP/mm)读取空间分辨率或空间频率响应，并且对于浑浊样本近似是在50％MTF水平处为40LP/mm和在10％MTF水平处为120LP/mm。
微粒到样本材料132中的引入，在属性上不管是流体的还是气体的，都散射光，并且当被编码的光通过样本材料132并与其相互作用时混叠被编码的光中包含的空间信息。样本材料132的微粒101对被编码的光的空间频率的混叠必定降低由空间频率掩模120在最高频率处产生的图像的对比度。这甚至对于浊度的小变化和对于低空间频率也是真实的。因此，样本浊度的确定可通过估计或比较在微粒存在或不存在的情况下光学测量仪器100的空间频率响应而进行。
如果光学测量仪器100包括样本材料132，那么％MTF是仪器的空间频率响应和样本材料的混叠的函数的卷积的结果。由于悬浮介质的吸收或悬浮介质的颜色造成的光的衰减只影响光的振幅/强度，而不改变编码空间频率信息的内容。有利地，％MTF不受光源强度变化的影响，不受检测器增益变化的影响，也不受悬浮介质通过吸收的衰减的影响。
可以利用被编码的光通过样本材料132的横穿距离的变化来改变借助于空间频率响应的浊度测量的灵敏度。这可通过增大/减小光路距离或者借助于空间编码光通过样本材料132的多个/较少行程来实现。以这种方式，对于给定浓度的微粒101，将较多或较少微粒引入到光路中。较长的路径长度提高对于微粒101的存在或浓度的灵敏度。相反，较短的路径长度降低灵敏度，并且可用在存在较高浓度的微粒的场合。因此可挑选最佳路径长度，以便在关注的浊度测量范围上得到最好的灵敏度。
所有的光学系统具有有限的空间分辨能力。该有限的空间分辨能力或分辨率归因于光学表面中的光散射和位置误差。有限的分辨率也是包括用于光学元件的保持装置的限制边缘和孔径的光学象差和衍射效应的结果。对光学系统性能的一种衡量是光学系统成像和分辨图像中的细小细节的能力。用于成像分辨率确定的一种方法是通过使用分辨率目标或线对目标(诸如USAF 1951测试图案)估计已知间隔的线对之间的对比度。分辨率目标一般包括各种宽度和空间间隔或线密度的交替黑和白、透明和不透明或反射和吸收线或形状。由光学系统形成的目标的图像被评估，以便确定光学系统的SFR。
在一种方法中，描述通过对比度方法确定光学仪器的SFR。线对之间的对比度水平随着线对的间隔和宽度的减小而下降。测量各种线对宽度和间隔的对比度水平。仪器的光学分辨率是各种线对的对比度的量度，并且可看作根据每毫米间隔的可分辨线对或(LP/mm)的光学系统质量的量度。对比度与LP/mm间隔之间的关系的函数是仪器的对比度灵敏度函数(CSF)。一旦知道仪器的CSF，就可直接从对比度灵敏度函数(CSF)导出光学系统的MTF或％MTF，因为MTF＝pi/4*CSF，其中CSF＝C(f)/C(0)。CSF值因此是直接从线对测量的对比度比值，作为具体空间频率C(f)处的对比度(C)，其中C(f)包括：
C(f)＝(Ipeak-Ivalley)/(Ipeak+Ivalley)    (2)
其中Ipeak和Ivalley是由空间频率掩模120产生的图像的强度。Ipeak是亮图像部分最大值的强度的量度，并且Ivalley是与沿测试图案或空间频率掩模120的具体位置或空间频率处的掩模的亮图像部分最小值相邻的暗图像部分的强度的量度。
函数C(f)的值被除以相同测试图案扫描内低空间频率C(0)处的对比度，其中C(0)包括：
C(0)＝(avg(Iwhite)-avg(Idark))/(avg(Iwhite)+avg(Idark))    (3)
其中avg(Iwhite)和avg(Idark)是测试图案内低空间频率相邻图像部分的平均强度值。强度avg(Iwhite)是测试图案的亮图像部分的平均强度，并且avg(Idark)是测试图案或空间频率掩模120的相邻暗图像部分的平均强度。应该注意，平均亮和暗区域实际上补偿数据获取期间的增益的任何变化。
可替换地，通过使用单个图像的傅里叶变换(FT)或快速傅里叶变换(FT)的空间频率内容的估计，可确定MTF。从空间频率掩模120的线扩展函数(LSF)、点扩展函数(PSF)、边缘响应函数(ERF)、或任何向量表示，可确定空间频率内容。与估计的方法无关，关注的所得函数是光学仪器100的空间频率响应。
光学测量仪器100的空间频率响应可由如下表示：
y k , w = 1 1 2 + ( 2 · π · H z w · RC ) 2 · sin ( 2 · π t k · H z w ) - - - ( 4 )
RC项是模拟样本材料的颗粒材料对于被编码的光的相互作用、连同在样本中不存在颗粒物质的情况下仪器系统100的分辨率极限的低通滤波器常数。首先在样本材料中没有浊度的情况下描述给定项RC。Hzw项是基频。w项是频率范围变量，并且在某些实施例中范围为从零到m/2，并且是图像的光编码频率内容。tk项是在整个图像上的采样间隔或每次采样的以秒为单位的时间。k项是范围变量，并且范围可从零到m-1，其中m是采样的数量。
以上由(yk，w)表示的时域或边缘响应被转换到频域中以便进一步处理。该转换由如下表示：
Y<w>＝FFT(y<w>)    (5)
(Y<w>)项是频域MTF响应。频域MTF响应可通过包括如下的求和被处理：
Y = &Sigma; w Y < w > - - - ( 6 )
对于最大和最小可分辨黑和白区域，可获得结果所得到的频域振幅Y。在这个例子中，w频率范围值已经选择为2和50LP/mm。根据空间频率掩模120可选择其它空间频率值(w)。可得到高空间频率Y相对于低空间频率Y的容量的比值。在这个例子中，比值包括：
| Y 50 | | Y 2 | = 0.954104 - - - ( 7 )
结果得到的数值(在这个例子中为0.954104)包括MTF浊度测量结果。这个结果代表几乎没有浊度，即它表示高空间频率黑和白区域(小条带)的对比度是没有浊度存在的低空间频率黑和白区域的对比度的约百分之九十五。
图5是用于低浊度例子(即，以上例子中的95％MTF)的频域振幅值|Y|的曲线图。该曲线图示出相对于空间频率fn的振幅或对比度|Y|的比较小且逐步的损失。
图6是用于高浊度例子(诸如在RC项在公式(4)中增大的情况下)的频域振幅值|Y|的曲线图。该曲线图示出相对于空间频率fn的对比度|Y|的比较大且陡峭的损失。
图7是根据本发明实施例的空间频率光学测量方法的流程图700。在步骤701中，光被发射，并且被用空间频率信息编码。光由空间频率掩模用空间频率信息而编码，如以前讨论的那样。光沿穿过样本材料(或者在固体表面样本材料的情况下，经过其)的路径传播。可替换地，发射的光可从空间频率掩模反射，以将空间信息编码在光上。
在步骤702中，光与样本材料相互作用。样本材料的浊度(或样本材料的表面特性)将混叠空间频率信息，如以前讨论的那样。通过将光引导通过样本材料一次或多次，可使光与样本材料相互作用。可替换地，光可从样本材料被反射一次或多次。
在步骤703中，仪器的光接收器140接收光，作为空间频率掩模的图像。各种光学部件可用来引导和形成图像。光因此已经穿过、经过空间频率掩模和样本材料，或者已经由它们反射。如果有益的话，诸如当样本材料具有比较低的浊度时，光可通过样本材料多次，以便有效地增强被编码的光与样本材料的相互作用。结果得到的图像用来产生仪器的MTF。
在步骤704中，确定MTF的变化。MTF响应根据样本材料内的颗粒浓度而变化，因为其与图像的空间频率内容的变化有关。在一个实施例中，通过与用于不带有悬浮颗粒的样本材料的MTF相比较(或者通过与仪器中没有样本材料的MTF相比较)来确定MTF的变化。确定MTF的变化可使用频率处理方法或对比度方法，如以前讨论的那样。该处理可确定例如微粒的存在或不存在、浊度测量结果及/或颗粒浓度。
图8是根据本发明实施例的空间频率光学测量方法的流程图800。在步骤801中，使光与样本材料相互作用。该光还未用空间频率信息编码。光沿通过样本材料(或者在固体表面样本材料的情况下，经过其)的路径传播。光可与样本材料相互作用多于一次，如以前讨论的那样。
在步骤802中，经相互作用的光被反射并被用空间频率信息编码。在一些实施例中，光由反射性空间频率掩模用空间信息编码，该反射性空间频率掩模反射照射光的一部分，如以前讨论的那样。反射的被编码的光在一些实施例中可以再次通过样本材料。通过与样本材料的相互作用光可能已经被混叠。
在步骤803中，仪器的光接收器140接收光，作为空间频率掩模的图像，如以前讨论的那样。
在步骤804中，确定MTF的变化，如以前讨论的那样。
图9示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器100。与图2共用的部件共享附图标记。在这个实施例中，光源110定位在光接收器140旁边。来自光源110的光沿包括样本材料132的第一光路发射。在这个实施例中，仪器100包括反射性空间频率掩模120。另外，照射第一光路也可以包括用来照射空间频率掩模120和用来沿通过样本材料132的第二光路形成图像的光学部件150′。传播通过样本材料132的光从空间频率掩模120被反射。因此，反射性空间频率掩模120包括编码空间频率信息的一系列(空间变化的)光反射和非反射区域。第二光路还可包括用来形成结果得到的图像的光学部件150。
反射性表面160可以是任何形状的反射性表面。反射性表面160可以包括非反射性表面，例如第二表面反射镜，只要反射性表面不会不利地有助于被编码在反射光内的空间频率信息的损失或劣化即可。
可替换地，空间频率掩模120′可沿第一光路定位。因此，空间频率掩模120′定位在样本材料132、反射性表面160及图像形成光学部件150之前。
图10是一个实施例的流程图，该实施例具有：第一光路，用于用以形成图像的被编码的光，该被编码的光已经传播通过样本材料；和第二光路，它不包括样本材料。在步骤1001中，光被发射，并且由包括空间频率信息的掩模进行编码。所发射的被编码的光包括两个光路。这两个光路可按任何方式产生。
在步骤1002中，沿第一光路发射的第一光与样本材料相互作用。被编码的第一光通过相互作用被混叠，并且空间频率信息中的一些由于相互作用被丢失。
在步骤1003中，使用第一光形成第一图像。第一图像包括混叠的空间频率信息。
在步骤1004中，沿第二光路发射的第二光不包括样本材料或不与其相互作用。使用第二光形成第二图像。第二图像包括未改变的空间频率信息。该未改变的空间频率信息可被用作基准。
在步骤1005中，接收第一图像和第二图像。任何形式的光学部件可处理和/或增强图像。另外，接收的第一和第二图像可被处理，以便提取空间频率信息。
在步骤1006中，确定MTF的变化。通过将被样本修改(即，混叠)的空间频率信息与并未由于被编码的光与样本材料的相互作用而被修改的空间信息相比较，可确定变化。
图11示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器100。在这个实施例中，仪器100包括第一光路和第二光路。沿第一光路发射的光通过透射过空间频率掩模120的开口或透明区域而被用空间频率信息编码，如以前讨论的那样。该被编码的光继续向第一光接收器140A传播。同时，来自光源110的光的一部分由空间频率掩模120的不透明或反射表面反射成沿第二光路朝向第二光接收器140B传播。空间频率掩模120的透明区域将被编码的光透射到样本材料132，而编码掩模的反射区域将被编码的光反射到不包括样本材料的路径上。如以前讨论的那样，与样本材料132相互作用的光通过与样本材料132的微粒的相互作用而被混叠。由成像光学部件150A和150B将图像形成到相应的光接收器140A和140B上。处理系统180通过将由被样本修改的光形成的图像与用未与样本材料132相互作用的光形成的图像相比较，来估计空间频率信息的内容或构造的变化。由未被修改的光形成的图像被用作基准，并且可用来补偿适当的图像劣化。以这种方式，空间频率仪器100的光学部件的制造公差可放宽，并且仍然在不同仪器之间提供类似的性能。
图12示出根据本发明实施例的空间频率光学测量仪器100。在这个实施例中，空间频率光学测量仪器100还包括标准材料170，该标准材料170布置成与样本材料132邻近。标准材料170提供具有与被编码的光的不改变的相互作用的材料，以用于性能检验的目的。标准材料170因此包括自校准和/或基准装置。
在操作中，通过使光穿过、经过空间频率掩模120或者从其反射，来自光源110的光被编码。被编码的光随后与标准材料170和样本材料132二者都相互作用。空间频率掩模120的图像由成像光学部件150形成在光接收器140处。该图像包括被编码的光，其中部分被编码的光已经仅仅与标准材料170相互作用，部分已经仅仅与样本材料132相互作用。标准结果在涉及样本材料132时不变，并因此可用来检验性能并且/或者用来自校准仪器100。而且，标准结果可用作基准，相对于该基准可比较来自样本材料132的被编码、混叠的空间频率图像，并且其使得通过处理系统180能够实现结果的内插和/或外推。
可替换地，空间频率掩模120的空间频率内容可被全部或部分地改变，以便提供基准和/或自校准装置而不需要任何标准材料。在应用中，具有不同空间频率信息的空间频率掩模120的部分仅仅在没有样本材料132存在的情况下或在没有被编码的光或辐射能量的相互作用的情况下被成像。例如，样本材料132可包括分段样本，其中样本132/样本腔室130的一部分是透明的，或者不与被编码的光相互作用。作为结果，未相互作用的光利用已知空间频率内容产生具有基准值的仪器响应，该已知空间频率内容与样本材料132无关。在另一个替换例中，发射的光可被分成至少两个路径，其中一部分可被引导到光接收器140而不通过样本材料132。
这里公开的详细实施例、空间频率光学测量仪器及方法可以由本领域的技术人员以各种形式实现，而不脱离本发明的范围和意图，并且其不限于公开的实施例，而是应该由随后的权利要求书限定。

Claims (69)

1.一种空间频率光学测量仪器(100)，包括：
空间频率掩模(120)，其定位在光路中，并且被配置成将光用空间频率信息编码；
光接收器(140)，其定位成接收用空间频率信息编码的光，其中用空间频率信息编码的光已经与样本材料相互作用；以及
处理系统(180)，其耦合到光接收器(140)，并且被配置成确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的空间频率信息的变化。
2.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中使光与样本材料相互作用包括主要使光通过样本材料。
3.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中使光与样本材料相互作用包括主要使被编码的所述光反射离开样本材料。
4.根据权利要求1所述的仪器(100)，还包括一个或多个光学部件(150)，所述一个或多个光学部件(150)被配置成将空间频率掩模(120)的空间频率图像限定在光接收器(140)处，其中所述空间频率图像主要包括所述空间频率信息。
5.根据权利要求1所述的仪器(100)，还包括光源(110)，该光源(110)被配置成沿光路发射光。
6.根据权利要求5所述的仪器(100)，其中所述光源(110)还包括有能量供给的光源。
7.根据权利要求5所述的仪器(100)，其中所述光源(110)还包括环境光源。
8.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)被布置在样本材料之前，并且编码还未与样本材料相互作用的光。
9.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)被布置在样本材料之后，并且编码已经与样本材料相互作用的光。
10.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)包括编码所述空间频率信息的遮光和透光区域。
11.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的遮光和透光区域。
12.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)包括编码所述空间频率信息的一系列孔径(123)。
13.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率掩模(120)包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径(123)。
14.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
15.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射。
16.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射，并且其中行程或反射的数量可改变，以便改变所述空间频率信息。
17.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
18.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
19.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
20.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中确定所述空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
21.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中确定所述空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定空间频率信息的对比度变化。
22.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述处理系统(180)还基于所述空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
23.根据权利要求22所述的仪器(100)，其中确定颗粒浓度还包括：将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较以及从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
24.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述处理系统(180)还确定样本材料的一种或多种表面特性。
25.根据权利要求24所述的仪器(100)，其中确定所述一种或多种表面特性还包括：将所述空间频率信息与一个或多个预定表面图像相比较以及从所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
26.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中，被编码的光的第一部分反射到第一光接收器(140)上，而不与样本材料相互作用，并且其中，被编码的光的第二部分与样本材料相互作用，以及其中将被编码的光的第二部分与第一部分相比较。
27.根据权利要求1所述的仪器(100)，其中所述光包括与所述空间频率掩模(120)和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差。
28.一种空间频率光学测量方法，包括：
将光用空间频率信息编码；
使光与样本材料相互作用；以及
确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的空间频率信息的变化。
29.根据权利要求28所述的方法，其中编码所述光包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用。
30.根据权利要求28所述的方法，其中编码所述光包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的遮光和透光区域。
31.根据权利要求28所述的方法，其中编码所述光包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的遮光和透光区域。
32.根据权利要求28所述的方法，其中编码所述光包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列孔径。
33.根据权利要求28所述的方法，其中编码所述光包括使光与定位在光路中的空间频率掩模相互作用，其中所述空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径。
34.根据权利要求28所述的方法，其中使光与样本材料相互作用包括主要使光通过样本材料。
35.根据权利要求28所述的方法，其中使光与样本材料相互作用包括主要使被编码的光反射离开样本材料。
36.根据权利要求28所述的方法，其中，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
37.根据权利要求28所述的方法，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射。
38.根据权利要求28所述的方法，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程或来自其的反射，并且其中行程或反射的数量可改变，以便改变空间频率信息的变化。
39.根据权利要求28所述的方法，其中空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
40.根据权利要求28所述的方法，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
41.根据权利要求28所述的方法，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
42.根据权利要求28所述的方法，其中确定空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
43.根据权利要求28所述的方法，其中确定空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定所述空间频率信息的对比度变化。
44.根据权利要求28所述的方法，其中所述处理系统(180)还基于空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
45.根据权利要求44所述的方法，其中确定颗粒浓度还包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较；以及
从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
46.根据权利要求28所述的方法，其中所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的一种或多种表面特性。
47.根据权利要求46所述的方法，其中确定所述一种或多种表面特性还包括：
将所述空间频率信息与所述一个或多个预定表面图像相比较；以及
从所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
48.根据权利要求28所述的方法，其中，被编码的光的第一部分反射到第一光接收器上，而不与样本材料相互作用，并且其中，被编码的光的第二部分与样本材料相互作用，并且其中将被编码的光的第二部分与第一部分相比较。
49.根据权利要求28所述的方法，其中所述光包括与所述空间频率掩模和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差。
50.一种空间频率光学测量方法，包括：
使光与样本材料相互作用；
反射所述光并用空间频率信息编码所述光；以及
确定由于所述光与样本材料的相互作用而造成的所述空间频率信息的变化。
51.根据权利要求50所述的方法，其中反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用。
52.根据权利要求50所述的方法，其中反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的光反射和非反射区域。
53.根据权利要求50所述的方法，其中反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的光反射和非反射区域。
54.根据权利要求50所述的方法，其中反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列孔径。
55.根据权利要求50所述的方法，其中反射和编码所述光包括使所述光与定位在光路中的反射性空间频率掩模相互作用，其中所述反射性空间频率掩模包括编码所述空间频率信息的一系列空间变化的孔径。
56.根据权利要求50所述的方法，其中使光与样本材料相互作用包括主要使所述光通过样本材料。
57.根据权利要求50所述的方法，其中，通过样本材料的光路长度可改变，以便改变空间频率信息的变化。
58.根据权利要求50所述的方法，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程。
59.根据权利要求50所述的方法，其中，光路包括一次或多次通过样本材料的行程，并且其中行程的数量可改变，以便改变空间频率信息。
60.根据权利要求50所述的方法，其中空间频率信息基本上独立于光的强度或成分。
61.根据权利要求50所述的方法，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的内容或构造的变化。
62.根据权利要求50所述的方法，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率信息的线、边缘、条带图案、正弦图案或点函数中的一个或多个的变化。
63.根据权利要求50所述的方法，其中确定空间频率信息的变化包括从预定标准确定所述空间频率信息的变化。
64.根据权利要求50所述的方法，其中确定空间频率信息的变化包括从预定对比度标准确定所述空间频率信息的对比度变化。
65.根据权利要求50所述的方法，其中所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的介质中的颗粒浓度。
66.根据权利要求65所述的方法，其中确定颗粒浓度还包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定颗粒浓度图像相比较；和
从所述一个或多个预定颗粒浓度图像内插和/或外推颗粒浓度值。
67.根据权利要求50所述的方法，其中所述处理系统还基于空间频率信息的变化确定样本材料的一种或多种表面特性。
68.根据权利要求67所述的方法，其中确定所述一种或多种表面特性包括：
将所述空间频率信息与一个或多个预定表面图像相比较；以及
由所述一个或多个预定表面图像内插和/或外推所述一种或多种表面特性。
69.根据权利要求50所述的方法，其中所述光包括与空间频率掩模和样本材料相互作用以形成空间频率图像的第一光部分，并且其中所述光还包括与预定标准材料相互作用以形成预定标准图像的第二光部分，其中所述空间频率信息的变化包括所述空间频率图像与所述预定标准图像之间的差。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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