CN102636874B - 具全幅对焦的3d影像撷取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。本发明提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与物体之间，以供物体的结构式照明用；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。

Description

具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法
技术领域
美国专利第5,748,371号(1998年5月5日发证，名称为″全幅对焦光学系统(Extended Depth of field Optical systems)″，于此并入作参考。美国专利第6,069,738号(2000年5月30日发证，名称为″延伸影像投射系统的景深的装置及方法(Apparatus andMethods for Extending Depth of field in Image Projection Systems)″)，于此并入作参考。美国专利第6,525,302号(2003年2月25日发证，名称为″波前编码相位对比取像系统(Wavefront Coding Phase Contrast Imaging Systems)″)于此并入作参考。国际专利申请案PCT/US2006/036556(申请日为2006年9月19日，名称为″任务式取像系统(Task-based Imaging Systems)″，于此并入作参考。
本发明是有关于一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。
背景技术
结构式照明(SI)或图案化照明将狭小光带投射至3D场景上，用以产生多条出现扭曲的照明线。扭曲可被取像并用以通过扭曲线的位置的三角测量来将一个或多个物体的表面形状重建在场景内。
平行条纹的图案已经广泛被使用在结构式照明中。两种关于条纹图案产生的共同方法为雷射干涉与投射。雷射干涉方法使用两种互相干涉的激光束以产生有规则的线图案。不同的图案尺寸可通过改变这些光束的角度而获得。这方法产生具有未受限的景深的细微图案。然而，雷射干涉技术具有一些缺点，包括与实施相关的高成本，无法调变个别条纹，以及与从物体反射的光束的可能干扰。
另一方面，投射方法使用一种具有非相干(incoherent)光源的投影机，用以产生图案化的光(例如视频投影机)。图案可能通过在投影机内的显示器(例如液晶显示器(LCD))而产生。
仍然维持有一种对于发展以高分辨率且低成本撷取3D影像的系统与方法的需求。再者，存在有一种对于透过宽广景深(DOF)侦测投射线的强健方法的需求。
发明内容
本揭露内容通过提供一种具全幅对焦的3D影像撷取系统而推进此技艺。3D影像撷取系统合并波前编码(WFC)组件以延伸景深。
在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。
在另实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，以及分光器，在第一WFC组件与物体之间，用以改变来自光源的光方向。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)对于网格屏蔽的景深较不敏感。
在更进一步的实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源，以及依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介。实体媒介被安置在光源与物体之间以供物体的结构式照明用。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。光学系统亦包括在实体媒介与物体之间的分光器，用以改变来自光源的光方向。实体媒介被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。
在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括：(1)从投影机投射光通过网格屏蔽与相位调变屏蔽以产生图案化的光；(2)以图案化的光照明3D物体；以及(3)以侦测器撷取由3D物体所反射的图案化的光。
在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括从投影机朝向3D物体投射图案化的光，于此投影机包括光源与依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介，实体媒介被安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。此方法亦包括将图案化的光照明至3D物体上。此方法还包括以侦测器撷取3D物体的影像，其中实体媒介被建构并配置成能使投影机的第一点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。
额外实施例与特征是在下述说明中被提出，且所属技术领域的技术人员在说明书的检验时将更明白或可能通过本发明的实行而学到。本发明的本质与优点的更进一步的理解可能参考说明书的其余部分而被实现。
附图说明
图1为一种供物体的结构式照明用的已知光学系统的简化图。
图2为在实施例中具全幅对焦的光学系统的简化图。
图3为在实施例中具全幅对焦的折迭式光学系统。
图4为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。
图5为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。
图6为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的网格的灰阶影像。
图7为于最佳聚焦下由图2或图3的全幅对焦光学系统看到的网格的灰阶影像。
图8为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。
图9为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的网格的灰阶影像。
图10为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的图4的网格的等高线图。
图11为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图5的网格的等高线图。
图12为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图6的网格的等高线图。
图13为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图7的网格的等高线图。
图14为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图8的网格的等高线图。
图15为于八个波散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图9的网格的等高线图。
图16为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。
图17为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。
图18为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图16的点的灰阶影像。
图19为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的点(例如网格的交点)的灰阶影像。
图20为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。
图21为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的灰阶影像。
图22为于最佳聚焦下图1的已知光学系统的点扩散函数(PSF)。
图23为于五个波的散焦下图1的已知光学系统的PSF。
图24为于八个波的散焦下图1的已知光学系统的PSF。
图25为于最佳聚焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。
图26为于五个波的散焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。
图27为于八个波的散焦下图2或图3的具全幅对焦的光学系统的PSF。
图28为于最佳聚焦下由图1的已知光学系统看到的图16的点的等高线图。
图29为于五个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图17的点的等高线图。
图30为于八个波的散焦下由图1的已知光学系统看到的图18的点的等高线图。
图31为于最佳聚焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图19的点的等高线图。
图32为于五个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图20的点的等高线图。
图33为于八个波的散焦下由图2或图3的具全幅对焦的光学系统看到的图21的点的等高线图。
图34为在替代实施例中具全幅对焦的光学系统的简化图。
具体实施方式
本揭露内容可能参考下述与图式相关联被考虑的详细说明而得以理解。吾人可注意到，为了说明清楚的目的，附图中的某些组件并未按比例绘制。为清楚起见，可能省略出现多次项的参考数字。在可能的情况下，遍及图式与下述说明系使用相同的参考数字以表示相同的或类似的部分。
结构式照明可通过网格投射图案化的光至物体上，用以通过测量网格的表面失真来撷取物体的表面斜率。这个结构式照明技术需要投射并侦测网格的细微线遍及SI系统的撷取量。因此，一种已知的SI系统的撷取量(capture volume)受限于系统的景深，以使难以正确投射及/或侦测网网格线与它们的交叉点遍及大的撷取量。
波前编码(″WFC″)为一种用以延伸光学系统的景深及用以校正光学像差的方法。举例而言，WFC利用特别设计的相位屏蔽以产生具有全幅对焦或聚焦(″EdoF″或″EDOF″)的点扩散函数(PSF)。点扩散函数(″PSF″)描述取像系统对于点源或点物体的反应。举例而言，WFC可能使用一种使影像均匀模糊不清的立方体的相位屏蔽。数字影像处理器接着可移除模糊(例如，当期望可视影像时)。然而，可能牺牲动态范围以延伸景深。亦即，取像系统的调变转换函数(其可被看作是对比的测定)在如侦测到的影像数据中的某个空间频率中可能是低的。调变转换函数可利用影像处理而被增加，但放大低对比信号一般亦放大于相同空间频率下的噪声。
本揭露书提供整合取像系统与WFC以延伸景深，用以低成本地撷取3D影像的系统与方法。更明确而言，这些系统使用第一WFC组件以遍及全幅对焦投射结构式照明的网格，并使用可选择的第二WFC组件以遍及全幅对焦侦测结构式照明的网格。WFC组件亦可减少关于色彩编码的结构式照明的色像差。
图1为一种供物体的结构式照明用的已知光学系统100的简化图。已知的光学系统100可包括投影机102及用以观看物体106的侦测器104(例如照相机)。投影机102包括用以朝向物体106放射光的光源。侦测器104接收来自物体106的散射或绕射光。
图2为一种具全幅对焦的光学系统200的简化图。系统200包括投射臂220与侦测臂230，投射臂220具有投影机202，投影机202具有第一WFC组件208，而侦测臂230具有侦测器204(例如照相机)，侦测器204具有可选择的第二WFC组件214。来自投影机202的光通过第一WFC组件208并碰到物体206。从物体206朝向侦测器204的光散射或绕射通过第二WFC组件214。投影机202可包括网格屏蔽210以供结构式照明用。
第一WFC组件208提供网格210相位调变，以使网格210于最佳聚焦下，在系统200中比在已知系统100中似乎较不锐利。然而，将第一WFC组件208并入系统200允许投影机202的网格210被侦测遍及景深的较宽范围，以使网格210的矩心可能透过景深的较宽范围而正确被决定。虽然系统200具有全幅对焦，但因为并入第一WFC组件208的结果，于最佳聚焦下可能减少系统200中的信号噪声比(SNR)。
可选择的第二WFC组件214被并入系统200中以供补偿因第一WFC组件208而产生的横向位移。然而，第二WFC组件214可能使影像模糊不清。第二WFC组件214可能是可移动或可移除的，且只有在需要用以对横向位移加以补偿时被使用。以下更进一步讨论第一与第二WFC组件。
系统200的一项限制为物体206不应但可能阻碍来自投影机202的照明。在系统200中，投影机202与侦测器204并未对准。投影机与侦测器较佳是可对准，以使来自投影机的光碰到物体，且光朝与如可由系统侦测到的光的输入方向相同的方向返回散射朝向侦测器。对准的投影机与侦测器的优点为被投射光学所照明的所有表面对接收光学是″可见的″，而反之亦然。某些物体可能在其它物体后方，但将照明对接收光学是″可见的″至少所有物体。为这种具有与侦测器对准的投影机的系统提供例子。
图3为一种具全幅对焦的折迭式光学系统300。折迭式光学系统300包括以虚线为界限的照明臂或投射臂320以及侦测臂330。投射臂320可包括光源302、网格屏蔽304、准直透镜306A、第一WFC组件308、透镜306B、双用途折迭分光器310，以及双用透镜(dual-purpose lens)312。侦测臂330包括透镜312、分光器310、可选择的第二WFC组件314、透镜322，以及侦测器316。分光器310与透镜312被使用于投射臂320及侦测器臂330两者以提供双用途。
在投射臂320中，来自光源302的光通过准直透镜306A而被凝聚，其可能位于距离光源302大概一个焦距。准直透镜306A提供网格屏蔽304均匀的照明。透镜306B可能被置于距离网格屏蔽304大概一个焦距，并以傅立叶方式变换网格屏蔽304的影像。傅立叶平面为在垂直于光学轴线的空间中的平面，于此影像通过透镜而被进行傅立叶变换。对于在透镜前的一个焦距的影像而言，其傅立叶变换是在透镜后的一个焦距被发现。第一WFC组件308安置在透镜306B与分光器310之间且靠近投射臂320的傅立叶平面320A，以使网格屏蔽304维持良好聚焦遍且比没有使用第一WFC组件308的更长的距离。傅立叶平面320A大概距离透镜312一个焦距以及距离透镜306B一个焦距。透镜312为双用透镜，其运作为供投射臂320用的投射镜头以及供侦测臂330用的傅里叶变换镜头。投射臂320中的第一WFC组件308于最佳聚焦下，使得网格屏蔽304比已知光学系统100的网格屏蔽似乎较不锐利。因此，于最佳聚焦下，系统300的信号噪声比可能低于已知光学系统100的信号噪声比。然而，系统300允许网格屏蔽304遍及全幅对焦而被侦测，以使网格屏蔽304的矩心可能遍及全幅对焦而正确被决定。
光源302可放射可见光或不可见光。举例而言，当系统300的用户不想要物体318(例如人类或动物)察觉到影像撷取时，可能使用红外光。在替代实施例中，网格屏蔽304、准直透镜306以及第一WFC组件308的一个或多个可能结合或并入单一组件222(以虚线为界限)中，借以减少系统300所需要的部件数量与对准步骤，并潜在地降低制造成本及增加系统的质量及性能。网格屏蔽304可能是可移动或可移除的，以使投射臂320可能用来照明物体318，借以使系统300类似照相机地撷取物体318的简单影像。
分光器310允许系统300通过改变来自投影机臂320的光方向而被折迭，俾能使其共享条具有被侦测器316所接收的光的光路径。分光器310将来自光源302的输入光束332局部反射至物体318。更明确而言，光束332以大约45度碰到分光器310的表面334，其至少局部反射来自表面334的光束332以形成朝向物体318的光束332a。光束332a碰到物体318，返回散射并传输通过分光器310，且可能通过可选择的第二WFC组件314，并在侦测器316上形成照明物体318的影像。分光器310亦可能是可移动或可移除的，用以在不需要来自投射臂320的照明时，允许系统300的低光或低照明操作。分光器310的反射表面334譬如可能是半镀银镜。表面334可能由一种具有薄金属涂层(例如铝)或介电涂层的玻璃板所构成。表面334的反射对传输比率可随着材料与波长改变。
在侦测臂330中，透镜322操作为目镜透镜，借以形成影像至侦测器316上。透镜322被置于距离侦测器316大概一个焦距。分光器310将来自物体318的光传输至侦测器316。第二WFC组件314可能可选择地被包括在内以提供让物体318的取像用的全幅对焦，及/或以补偿因第一WFC组件308而产生的横向位移。
在实施例中，第一WFC组件208或308可包括高阶可分离(HOS)组件与高阶近乎可分离(HONS)组件或弱非可分离组件。HOS及/或HONS组件具有集中它们在水平与垂直方向(大部分的网格影像沿着其所配向的方向)的调变的益处。然而，HOS及/或HONS组件亦可按照散焦产生点扩散函数(PSF)的横向位移，其意味着于各种深度的3D物体318的点在侦测器臂330的影像平面中具有不同的横向位移。
第二WFC组件314可能被置于靠近侦测臂330的傅立叶平面330A，以增加不仅物体318的撷取影像而且增加投射的网格屏蔽304的撷取影像的DOF。傅立叶平面330A距离透镜322大概一个焦距且远离透镜312大概一个焦距。第二WFC组件314可能是与第一WFC组件208或308相同的型式，但被旋转俾能补偿或校正由第一WFC组件308所导致的横向位移，如现在要说明的。
假设分光器310被使用以将投射与侦测臂320与330两者结合至一个系统300中，且分光器包括位于45度角的反射表面334，则在包括第一WFC组件308的投射臂320的光轴线350与包括第二WFC组件314的侦测臂330的光轴线360之间将有90度的旋转。举例而言，投射臂320的光轴线350实质上垂直于侦测器臂330的光轴线360。依据图3所示的坐标系统370A，第一WFC组件308可具有在x与y坐标上的相位轮廓以及沿着z轴线方向的光轴线350。依据图3所示的坐标系统370B，第二WFC组件314具有在X′及Y′坐标上的相位轮廓以及沿着Z′轴线的光轴线360。
如图3所显示，第二WFC组件314的Y′轴线位在与第一WFC组件308的Y轴线相同的方向。第二WFC组件314的Z′轴线绕着第一WFC组件308的Y轴线顺时针旋转90度，以使第二WFC组件314的Z′轴线位在与第一WFC组件308的x轴线相同的方向。第二WFC组件314的X′轴线与第一WFC组件308的z轴线正相反，以使因第一WFC组件308而产生的横向位移可能由第二WFC组件314所补偿。第一WFC组件308具有两个末端340A与340B，末端340A位于比末端340B更正的x坐标。关于第二WFC组件314相对于第一WFC组件308的方向，吾人可以想象第二WFC组件314可从第一WFC组件308的末端340A，绕着第一WFC组件308的Y轴线逆时针方向旋转90度。在90度旋转的后，第二WFC组件314围绕第二WFC组件314的Y′轴线快速移动180度。在旋转的后，第二WFC组件314的端355B位于比第二WFC组件314的第二端355A更正的X′坐标。第二WFC组件的末端355A与355B分别对应至末端340A与340B。这种方式的在网格屏蔽304与侦测器316之间的所有点通过第一与第二WFC组件308与314而经历大概相同的相位调变量，从而按照散焦补偿任何因第一WFC组件308而产生的横向位移。
通过在第一WFC组件208或308中使用一种三次或HOS函数，大部分的调变被集中在x与y方向，于此网网格线不失真，譬如60％、80％、90％或更高。换言之，第一WFC组件208或308被设计成用以沿着网网格线(例如图7-9的网网格线702、802与902)集中大部分的相位调变。
在实施例中，第一与第二WFC组件可包括弱非可分离函数(weakly non-separablefunction)。第一WFC组件的弱非可分离函数可能被表示成：
方程式(1)
于此，i与j为从1开始的正整数，且N为最高的多项式阶数。实际上，N通常受限于大约5，其乃因为较高阶数项的效果通常会由于制造公差的实际限制而失去。第二WFC组件314的弱非可分离函数可能被表示成：
方程式(2)
于此，i与j为从1开始的正整数，且于此减号表示绕着第二WFC组件314的光学轴线360旋转180度，如以前所说明的。系数α与β可能相等或可能不相等。当系数γ等于零时，弱非可分离函数变成高阶可分离函数。第一WFC组件308可包括高阶可分离函数，被表示成：
方程式(3)
第二WFC组件314可包括高阶可分离函数，被表示成：
方程式(4)
在特定实施例中，第一WFC组件308的高阶可分离函数可能是三次函数，被表示成：
P(x，y)＝αx3+βy3 方程式(5)
第二WFC组件314的三次函数表示成：
P(x，y)＝-(αX′3+βY′3) 方程式(6)
系数α与β可能相等或可能不相等。
在替代实施例中，第二WFC组件214或314可能不同于第一WFC组件214或314。举例而言，第二WFC组件214或314可具有循环对称函数。循环对称函数并未补偿因第一WFC组件208或308而产生的横向位移，且更进一步使物体的影像模糊不清。然而，循环对称函数促进相当自然的并可具有相当少的人工制品的影像的生产。因此，循环对称函数可能非常适合于在使用侦测臂330以撷取取悦人类观众的影像时的应用。循环对称函数可能被表示成：
P(ρ)＝f(ρ) 方程式(7)
于此，ρ2＝x2+y2，而ρ为侦测器臂330的傅立叶平面330A的半径，且f(ρ)为高阶多项式。
第二WFC组件214或314可能是可移动或可移除的，用以撷取并不需要全幅对焦的场景(例如当使用系统200或300作为照相机时)。
在替代实施例中，第一WFC组件208或308可能是循环对称，以使投射网网格线较佳是并未受到取决于聚焦的横向位移。然而，调变不宜均匀地散布遍及所有方向且未被集中在不失真网网格线的方向。于此组态中，第二WFC组件214或314亦可能是循环对称以供EDOF用。如上所述，在某些实施例中，第二WFC组件214或314是可移动或可移除的。
图4-33包括于聚焦与散焦下的网格与单点的仿真的灰阶影像、于聚焦与散焦下的网格与单点的等高线图，以及于聚焦以及于各种数量的散焦下的3D网图中的模拟的PSF。这些图为了不具有WFC组件的已知系统100，以及为了具全幅对焦的光学系统200或300(亦即，利用例示的第一WFC组件208或308)两者而提供。系统200或300胜过已知系统100的潜在优点系在以下的后续段落中被证明。
图4-6为于最佳聚焦下或分别于零个波的散焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的由图1的已知光学系统100所看到的网格的灰阶影像，于此波被定义成来自光源(例如来自图1的投影机102)的照明光的中心波长。现在参见图4，于最佳聚焦下的灰阶影像400清楚显示网格。与灰阶影像400比较而言，于五个波的散焦下的图5的灰阶影像500是模糊不清的。现在参见图6，于八个波的散焦下的灰阶影像600甚至比灰阶影像500更模糊不清。在灰阶影像500与600中不能清楚看出网网格线。影像400、500与600相关于它们的最大值是被标准化。一般而言，已知系统100于大约半波的散焦下停止工作。
图7-9为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的由具全幅对焦的光学系统200或300所看到的网格的灰阶影像。使用于所有模拟的WFC相位函数为具有六个波的总相位偏差的三次函数，其在数学上由下述方程式而取得：
P(x，y)＝1.5(x3+y3) 方程式(8)
于此，x与y被标准化到-1至1的范围跨越函数的程度(例如，跨越WFC组件208、308或314的任何一个的宽度)，其中对应于光轴线，x＝y＝0。
具体言之，图7显示包括网网格线702的灰阶影像700，图8显示包括网网格线802的灰阶影像800，而图9显示包括网网格线902的灰阶影像900。如通过比较图4至图7可明白到的，系统200或300于最佳聚焦下并未取像出像系统100样清楚的网网格线。然而，系统200或300较佳是能够于比系统100更大数量的散焦下清楚地取像网网格线。举例而言，如图8与9所示，系统200或300可以于五个波或八个波的散焦下清楚地取像网网格线，而系统100无法于这些数量的散焦下取像网网格线，如网网格线不是可区别的图5与6所示。
图10-12为通过已知系统100的灰阶影像400、500以及600的模拟等高线图。如图10所示，通过已知系统100的等高线图1000清楚显露于最佳聚焦下的网网格线1002。然而，于五个波的散焦下的等高线图1100以及于八个波的散焦下的等高线图1200并未显示任何网网格线，如分别显示于图11与12中。换言之，已知系统100的网网格线画质对于景深是敏感的。
图13-15分别为灰阶影像700、800以及900的模拟等高线图1300、1400以及1500。因此，等高线图1300表示于最佳聚焦下由系统200或300所产生的影像，等高线图1400表示于五个波的散焦下由系统200或300所产生的影像，以及等高线图1500表示于八个波的散焦下由系统200或300所产生的影像。在每一个等高线图1300、1400以及1500中分别看得见网网格线1302、1402以及1502。影像是相关于它们的最大振幅而被标准化，且在等高线图1300、1400以及1500的每一个中显示总共10个等高线。如图13-15所显示的，具有第一WFC组件208或308的光学系统200或300显露于最佳聚焦与散焦下的网网格线。换言之，系统200或300对于网格屏蔽210或304的景深比已知系统100更不敏感。
图16-18为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的由已知系统100所取像的单点的仿真灰阶影像1600、1700以及1800。这些影像显示在已知系统100的模拟中用单点屏蔽代替网格屏蔽，以使系统100的投影机102的点扩散函数(PSF)被获得。如图16所示，影像1600几乎显露于最佳聚焦下的单点1602。然而，于散焦下的影像1700与1800不再局限于点。取代的是，影像1700显露圆形光点1702以及在圆形光点1702的中心中的最亮光点1704，而影像1800显露大的圆形光点1802以及在圆形光点1802的中心中的最亮光点1804。圆形光点1802系大于圆形光点1702。
图19-21为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的由光学系统200或300所取像的点的仿真灰阶图案1900、2000、2100。这些图显示在仿真中用单点屏蔽代替网格屏蔽304，以使取像系统300的投影机臂320的点扩散函数(PSF)被获得。灰阶图案1900(图19)包括形成具有直角的实质上三角形形状的多个点1904，并于三角形形状的直角的角落显露最暗点1902。因为图19中的倒灰阶(inverted gray scale)，最暗光点1902实际上为实际影像中的最亮光点。
因为三次函数的使用，三角形形状为沿着水平与垂直轴线的延伸相位调变的结果。举例而言，如果已经使用循环对称相位函数，则所产生的PSF亦将是循环对称的。
因为遍及相反符号的第三阶相位偏差(三次相位函数)的迭加的第二阶相位偏差(散焦)的结果，横向位移出现，借以产生具有按照散焦变化的斜率的线性相位项。线性相位斜率的傅立叶变换为与斜率成比例(因此，与散焦的数量成比例)的空间的转变。另一方面，散焦的数量系与于场景的既定点与最佳聚焦的平面之间的距离成比例。
图20的灰阶图案2000包括主要沿着X轴线与Y轴线的多个点2004以及靠近X轴线与Y轴线的交点的最暗光点2002。图21的灰阶图案2100包括靠近X轴线与Y轴线的多条暗条纹2106。灰阶图案2100亦包括远离X轴线与Y轴线的多条较亮的条纹2104。为清楚起见，影像使用倒色阶(亦即，暗光点表示较强的光亮度的点)。因此，″亮条纹″实际上将具有比″暗条纹″更少光。最暗光点2102靠近X轴线与Y轴线的交点。因此，在系统200或300中可见的灰阶图案2000与2100的光点2002与2102似乎比在系统100中看到的各个光点1702与1802更暗且更紧密的多，借以表示一种侦测于散焦下的单点的更好的能力。
在于最佳聚焦下的小光点1602以及于散焦下的较大的圆形光点1702与1802(图16-18)之间的差异，系远大于在于最佳聚焦下的最暗光点1902以及于散焦下的最暗光点2002与2102之间的差异。换言之，系统200或300比已知系统100更好可以于各种数量的散焦下侦测单点，其亦可通过比较已知光学系统100的投影机102的PSF与系统200或300的投射臂220或320的PSF而说明。取像系统通常假设是线性的，在这情况下应用迭加。亦即，任何影像可被分解成点的总和，且正确侦测或投射单点的能力表示正确侦测或投射形成任何既定影像的多重点的能力。
图22-24为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的已知系统100的投影机102的PSF2200、2300以及2400的3D图式。于最佳聚焦下的PSF 2200相当不同于在五个波的散焦下的PSF 2300以及于八个波的散焦下的PSF 2400。主峰部2202、2302以及2402分别对应至图16、17以及18的最暗或最亮光点1602、1704以及1804。最暗光点1602将是在实际影像中的最亮光点，因为灰阶系被倒转以使影像在白色(纸)背景中更易于想象。在PSF之间的大差异暗示其难以于五个波的散焦或八个波的散焦下由已知系统100侦测点。
图25-27为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的具有第一WFC组件208或308的系统200或300的投射臂220或320的PSF2500、2600以及2700的3D图式。参见图25，于最佳聚焦下的PSF 2500包括主峰部2502以及多个靠近主峰部2502的小峰部2504。参见图26，于五个波的散焦下的PSF 2600包括主峰部2602以及多个靠近主峰部2602的弱峰部2604。参见图27，于八个波的散焦下的PSF 2700仍然包括主峰部2702以及多个靠近主峰部2702的弱峰部2704。于八个波的散焦下的弱峰部2704似乎比于五个波的散焦下的弱峰部2604更显著。主峰部2502、2602以及2702分别对应至图19、20以及21的最暗光点1902、2002以及2102。不管聚焦或散焦，主峰部2502、2602以及2702可以由具有第一WFC组件208或308的光学系统200或300所侦测。换言之，在系统200或300中，于最佳聚焦下的PSF 2500类似于于散焦下的PSF 2600与2700。相较之下，在系统100中，于最佳聚焦下的PSF 2200与于散焦下的PSF2300与2400非常不同。更明确而言，系统200或300的PSF于大量的散焦下，甚至于八个波的散焦下并未改变太多。
图28-30为分别于最佳聚焦、五个波的散焦以及八个波的散焦下的通过已知系统100的灰阶影像1600、1700以及1800的模拟等高线图2800、2900以及3000。图28-30是相关于它们个别的最大振幅被标准化，且于每个情况下使用十个等高线阶层。又，将等高线图2800、2900以及3000的围绕最大的等高线阶层放大，俾能清楚显示细节。
图31-33为分别通过光学系统200或300的灰阶影像1900、2000以及2100的模拟等高线图3100、3200以及3300。如于图31所显示的，于最佳聚焦下的等高线图3100包括主峰部3102，其具有最大数目的封闭环路且靠近X轴线与Y轴线的交点。等高线图3100亦包括多个较小峰部3104，其具有较少封闭环路且远离X轴线与Y轴线以及X轴线与Y轴线的交点。影像1900的最暗光点1902对应至等高线图3100的主峰部3102。因为图19中的倒灰阶，最暗光点1902实际上为实际影像中的最亮光点。
参见图32，于五个波的散焦下的等高线图3200包括主峰部3202，其具有靠近X轴线与Y轴线的交点的最大数目的封闭环路。等高线图3200亦包括多个轴向峰部3204以及多个较小峰部3206，轴向峰部3204具有延长的环路且沿着X轴线与Y轴线，而较小峰部3206具有小数目的封闭环路且远离X轴线与Y轴线以及X轴线与Y轴线的交点。
参见图33，于八个波的散焦下的等高线图3300类似于在最佳聚焦下的等高线图3100以及在五个波的散焦下的等高线图3200。等高线图3300包括主峰部3302，其具有靠近X轴线与Y轴线的交点的最大数目的封闭环路。然而，等高线图3300的较小峰部3304具有较少环路且分别比等高线图3100与3200的较小峰部3104与3206更分布远离X轴线与Y轴线。请注意到在图31-33中，每个影像是相关于其各个最大振幅被标准化，且每张图是围绕最大的等高线阶层被放大以便详细显示。又请注意到，在关于具全幅对焦的系统200或300的图31-33之间的比例尺差异比在关于已知系统100的图28-30之间的比例尺差异小得多。此种差异的理由为具有第一WFC组件208或308的取像系统200或300所提供的较大的PSF散焦不变性或全幅对焦。
以下提供具全幅对焦的光学系统的额外例子。图34显示光学系统300的替代实施例3400。系统3400包括投射臂3420与侦测臂330。投射臂3420包括光源3402、光学透镜3404以及实体媒介3406。透镜3404被置于距离光源3402大概一个焦距，凝聚来自光源3402的光，并实质上提供实体媒介3406均匀的照明。投射臂3420亦包括分光器310以允许透镜312的双使用，如关于系统300所说明的。实体媒介3406被置于距离双用透镜312大概一个焦距。计算的计算机产生全像片(CGH)被传送至实体媒介3406。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现(未显示)以及第一WFC组件308的傅立叶变换的第二计算机表现。系统3400中的侦测臂330与其它组件系与系统300相同。
实体媒介3406可能是一种例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的光学透明塑料，其浮雕有一种利用由CGH算法所决定的相位变化调变透射光的透明性图案。PMMA允许以相当低的成本创造一些CGH。系统3400胜过系统300的一项优点为图3的网格屏蔽304、透镜306B以及第一WFC组件308并不需要实体上存在。然而，用以照明浮雕实体媒介3406的光源3402必须提供至少局部地相干光(partially coherent light)。光源3402可能是雷射二极管，以提供在光源之间的相当高的信号噪声比与效率。光源3402亦可以是LED，用以以比雷射二极管相对较低的成本提供令人满意的结果。
CGH可能通过使用计算机算法而产生。期望影像的计算机表现首先由计算机算法所产生，计算机算法包括网格屏蔽304的第一计算机表现以及第一WFC组件308的第二计算机表现。接着，例如Beamprop 的计算机算法计算出位于实体上设置有CGH的平面的光学波前。一般而言，网格投射发生于CGH的傅立叶平面。CGH可能通过使用一种CGH规定(例如罗曼全息图(Lohmann hologram))而被计算，并以一种供实体媒介3406的制造用的形式，譬如以于各种位置的变化高度的棒的形式，或表面凸纹图案被提供。初始CGH可能通过期望影像的傅立叶变换而提供。然后，中间CGH可能通过使用计算机算法而计算出以获得错误影像，其为在期望影像与中间影像之间的差异。通过使用例如梯度下降法或重量微扰的最佳化技术，中间CGH可能被修正，直到最后的CGH获得在错误影像中的最小误差为止。应用光学，第5卷，第6期，第967-969页(1966)的由B.R.Brown以及A.W.Lohmannn所著的″具有二进制屏蔽的复杂空间滤光(Complex Spatial Filtering with Binary Masks)″中提供关于CGH的更多细节。
所属技术领域的技术人员将明白光学系统200或300可具有各种组态。在特定实施例中，分光器310可能是可移动或可移除的，例如在已知的影像撷取期间减少光的损失。分光器310并非是100％反射，且朝向物体318由分光器310所投射的至少某些光将会损失。
在3D影像撷取中，取像系统的体积分辨率(volumetric resolution)是受限于系统的能力，用以辨别物体空间中的个别点，并正确决定它们在3D空间中的位置。物体空间为在物体周围的物理空间。相较之下，影像空间为在物体的影像周围的空间。举例而言，在图3中，关于投影机臂320的物体空间将是在网格屏蔽304周围，而关于侦测器臂330的物体空间将是在物体318周围。物体318位在关于投影机臂320的影像空间中，但位在关于侦测器臂330的物体空间中。侦测器316位在关于侦测器臂330的影像空间中。
物体空间中的个别点可以由网格影像的交叉点的″质心″所决定，亦即，通过正确使网网格线矩心与它们的各个网格交叉点互有关联而决定。系统200或300的投射臂220或320的点扩散函数(PSF)关于散焦比已知系统100的投影机102的PSF实质上改变更少。此外，第一WFC组件208或308在强度的调变中，以最小损失提供景深的显著的增加。因此，网网格线矩心可能在散焦后更清楚地被识别，借以以一种大得多的DOF产生体积或空间分辨率的实质上的增加。结构照明通过收集遍及物体空间的较大体积中的信息，来增加体积分辨率或空间分辨率。通过增加DOF，增加了体积的分辨率。
虽然已说明数个实施例，但所属技术领域的技术人员将认定在不背离说明书的精神下可能使用各种修改、替代构造以及等效设计。此外，一些熟知数学导数与表达式、流程与元素尚未被说明，以便避免不必要的模糊化本说明书。因此，上述说明不应被视为限制说明书的范畴。
因此吾人应注意到包括于上述说明中或显示于附图中的物质应被解释成例示的而非在限制意义中。权力要求意图覆盖于此所说明的通称与具体特征，与本方法与系统的范畴的所有陈述。

Claims (42)

1.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：
光源；
网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用；以及
第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽，用以通过所述网格屏蔽接收来自所述光源的图案化的光，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，
其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着所述网格屏蔽的多条网网格线集中至少60％的相位调变。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括侦测器，用以利用来自所述投影机臂的结构式照明侦测所述物体。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，还包括位于所述物体与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述循环对称波前编码组件被表示成P(ρ)＝f(ρ)，其中ρ2＝x2+y2，ρ为所述侦测器的傅立叶平面的半径，而f(ρ)为高阶多项式。
8.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。
9.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二波前编码组件的每一个包括三次函数。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，关于所述第二波前编码组件的所述三次函数被表示为–(αX′3+βY′3)，其中Y′轴线位在与Y轴线相同的方向，Z′轴线位在与X轴线相同的方向，以及X′轴线位在z轴线的相反方向。
11.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件被设计成是可移动或可移除的。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述网格屏蔽与所述第一波前编码组件为单一组件的一部分，所述单一组件包括模压塑料。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。
14.一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：
光源；
网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用，
第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽；以及
分光器，在所述第一波前编码组件与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，
其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。
15.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。
16.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着多条网网格线集中至少60％的相位调变。
17.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，还包括用以侦测所述物体的侦测部分，其中所述侦测部分包括侦测器，其中所述分光器安置在所述侦测器与所述物体之间。
18.根据权利要求17所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述侦测部分包括安置在所述分光器与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。
19.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。
20.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。
21.根据权利要求18所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述第一与第二波前编码组件的每一个包括三次函数。
22.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。
23.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述分光器被设计成是可移动或可移除的。
24.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：
光源；
实体媒介，依据计算机产生全像片被浮雕以具有表面凸纹图案，所述实体媒介安置在所述光源与所述物体之间以供所述物体的结构式照明用，其中所述计算机产生全像片包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码组件的第二计算机表现；以及
分光器，在所述实体媒介与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中所述实体媒介被建构并配置成能使所述投影机臂的点扩散函数(PSF)比不具有所述实体媒介的所述投影机臂的点扩散函数(PSF)对于所述实体媒介的景深较不敏感，
其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。
25.根据权利要求24所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。
26.根据权利要求24所述的光学系统，其特征在于，所述光源包括雷射二极管与发光二极管的至少一个，其中来自所述光源的光至少局部相干。
27.根据权利要求24所述的光学系统，其特征在于，所述实体媒介包括透明塑料。
28.根据权利要求27所述的光学系统，其特征在于，所述塑料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)。
29.根据权利要求24所述的光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着多条网网格线集中至少60％的相位调变。
30.根据权利要求24所述的光学系统，其特征在于，还包括用以侦测所述物体的侦测部分，其中所述侦测部分包括侦测器，其中所述分光器安置在所述侦测器与所述物体之间。
31.根据权利要求30所述的光学系统，其特征在于，所述侦测部分包括安置在所述分光器与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述实体媒介的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。
32.根据权利要求31所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。
33.根据权利要求31所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。
34.根据权利要求31所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二波前编码组件的每一个包括三次函数。
35.一种用以撷取3D物体的影像的方法，其特征在于，包括：
从投影机臂投射光通过网格屏蔽与具有相位调变屏蔽的第一波前编码组件以产生图案化的光；
以所述图案化的光照明所述3D物体；以及
以侦测器撷取由所述3D物体所反射的图案化的光，
其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括：在撷取的步骤之前，通过第二相位调变屏蔽投射由所述3D物体所反射的所述图案化的光。
37.一种用以撷取3D物体的影像的方法，其特征在于，包括：
从投影机臂投射图案化的光朝向所述3D物体，其中所述投影机臂包括光源与依据计算机产生全像片被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介，所述实体媒介安置在所述光源与所述物体之间以供所述物体的结构式照明用，其中所述计算机产生全像片包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码组件的第二计算机表现；
使所述图案化的光照明至所述3D物体上；以及
以侦测器撷取所述3D物体的多个影像，其中所述实体媒介被建构并配置成能使所述投影机臂的第一点扩散函数(PSF)比不具有所述实体媒介的所述投影机臂的点扩散函数(PSF)对于所述实体媒介的景深较不敏感，
其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx3+βy3，其中α和β为系数。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括置放第二波前编码组件在所述3D物体与所述侦测器之间，用以对因所述第一波前编码组件所产生的多个横向位移加以补偿。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，景深为散焦的中心波长的至少一半。
40.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括放射来自所述光源的至少局部地相干光。
41.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述实体媒介包括透明塑料。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述塑料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2629156B1 (en) * 2012-01-27 2024-04-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Image processing apparatus and method
US9207070B2 (en) 2012-05-24 2015-12-08 Qualcomm Incorporated Transmission of affine-invariant spatial mask for active depth sensing
MX345088B (es) 2012-06-03 2017-01-17 Ricoh Co Ltd Contenedor de polvo y aparato formador de imágenes.
JP6270157B2 (ja) * 2012-07-30 2018-01-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 画像処理システムおよび画像処理方法
US10048201B2 (en) * 2012-09-10 2018-08-14 The Trustees Of Princeton University Fluid channels for computational imaging in optofluidic microscopes
EP2736026B1 (de) * 2012-11-26 2020-03-25 Wincor Nixdorf International GmbH Vorrichtung zum Auslesen einer Magnetstreifen- und/oder Chipkarte mit einer Kamera zur Detektion von eingeschobenen Skimmingmodulen
JP2014178474A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Sony Corp デジタル顕微鏡装置、その合焦位置探索方法およびプログラム
US10002275B2 (en) 2013-07-08 2018-06-19 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Optical element having two phase masks
WO2015083162A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 B.G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University Method for extended depth of field imaging
CN103869593B (zh) * 2014-03-26 2017-01-25 深圳科奥智能设备有限公司 三维成像装置、系统及方法
US9736440B2 (en) 2015-05-26 2017-08-15 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Holographic projection device capable of forming a holographic image without misalignment
JP2017212512A (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 三星ダイヤモンド工業株式会社 撮像装置および画像管理システム
CN113557463A (zh) 2019-03-08 2021-10-26 Pcms控股公司 用于基于具有扩展焦深的光束的显示器的光学方法和系统
WO2020254041A1 (en) * 2019-06-17 2020-12-24 Asml Netherlands B.V. Metrology method and apparatus for of determining a complex-valued field
EP4134644A1 (en) * 2021-08-11 2023-02-15 Wooptix S.L. System and method for extracting information on the spatial distribution of wavefronts
CN115546285B (zh) * 2022-11-25 2023-06-02 南京理工大学 基于点扩散函数解算的大景深条纹投影三维测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5835265A (en) * 1996-07-18 1998-11-10 Computed Anatomy Incorporated Large numerical aperture imaging device
CN101359098A (zh) * 2008-09-09 2009-02-04 东南大学 一种相干光成像装置
CN101750736A (zh) * 2008-12-08 2010-06-23 富士胶片株式会社 光学系统及摄像装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3275010B2 (ja) 1995-02-03 2002-04-15 ザ・リジェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・コロラド 拡大された被写界深度を有する光学システム
US6142677A (en) * 1996-03-29 2000-11-07 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Plastic split optical alignment sleeve for optical connectors and method of fabricating the same
US6069738A (en) 1998-05-27 2000-05-30 University Technology Corporation Apparatus and methods for extending depth of field in image projection systems
US8005314B2 (en) 2005-12-09 2011-08-23 Amnis Corporation Extended depth of field imaging for high speed object analysis
US6544694B2 (en) * 2000-03-03 2003-04-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a device by means of a mask phase-shifting mask for use in said method
US6525302B2 (en) 2001-06-06 2003-02-25 The Regents Of The University Of Colorado Wavefront coding phase contrast imaging systems
JP3895166B2 (ja) * 2001-12-17 2007-03-22 大日本印刷株式会社 計算機ホログラムの作成方法
US6988801B2 (en) * 2003-03-25 2006-01-24 University Of Rochester Compact portable wavefront sensor
US6995820B2 (en) * 2003-05-16 2006-02-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Anisotropic spectral scattering films, polarizers and liquid crystal displays
US20060036556A1 (en) 2004-08-12 2006-02-16 Peter Knispel Postal printing apparatus and method
WO2007092009A2 (en) * 2005-02-09 2007-08-16 Chemimage Corporation System and method for the deposition, detection and identification of threat agents
CN102147853B (zh) 2005-09-19 2013-01-09 全视技术有限公司 用于生成场景的输出图像的方法
US7788628B1 (en) * 2006-01-11 2010-08-31 Olambda, Inc. Computational efficiency in photolithographic process simulation
EP1996970B1 (en) * 2006-03-06 2014-01-01 Omnivision Technologies, Inc. Zoom lens systems with wavefront coding
DE102007010906A1 (de) * 2007-03-05 2008-09-11 Seereal Technologies S.A. Abbildungsvorrichtung zum Beeinflussen von auftreffendem Licht
US8625183B2 (en) * 2008-03-07 2014-01-07 Javid Khan Three dimensional holographic volumetric display
DE112009001652T5 (de) * 2008-07-08 2012-01-12 Chiaro Technologies, Inc. Mehrkanal-Erfassung
WO2010108119A2 (en) 2009-03-19 2010-09-23 Flextronics Ap, Llc Dual sensor camera
EP2446325A1 (en) * 2009-06-26 2012-05-02 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Method for controlling depth-of-focus in 3d image reconstructions, in particular for synthesizing three-dimensional dynamic scene for three- dimensional holography display, and holographic apparatus utilizing such a method
US8304704B2 (en) 2009-07-27 2012-11-06 Sensovation Ag Method and apparatus for autofocus using a light source pattern and means for masking the light source pattern
US8248511B2 (en) * 2009-09-30 2012-08-21 Ricoh Co., Ltd. Dual-mode extended depth-of-field imaging systems
US8748801B2 (en) * 2010-09-26 2014-06-10 Raytheon Company Discrete wavefront sampling using a variable transmission filter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5835265A (en) * 1996-07-18 1998-11-10 Computed Anatomy Incorporated Large numerical aperture imaging device
CN101359098A (zh) * 2008-09-09 2009-02-04 东南大学 一种相干光成像装置
CN101750736A (zh) * 2008-12-08 2010-06-23 富士胶片株式会社 光学系统及摄像装置

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