CN103238048A

CN103238048A - 基于影像测绘的旋光分光成像技术

Info

Publication number: CN103238048A
Application number: CN2011800580995A
Authority: CN
Inventors: R·T·凯斯特; T·S·特卡兹克
Original assignee: William Marsh Rice University
Current assignee: William Marsh Rice University
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-08-07
Also published as: US9239263B2; US20130321806A1; IL225934A0; JP2013546000A; CA2816728A1; WO2012082366A1; EP2652469A1

Abstract

基于影像测绘的旋光分光成像技术。一种用于样品成像的方法。该方法包括，在单次探测事件中，从样品上的采样点接受该点对应的包含偏振编码的电磁场，并按照各个对应的预先设定好的方向将这些电磁场重定向色散成像仪上。该方法还包括：将这些包含偏振编码的电磁场进行谱域分散，获得对应的光谱，并将这些光谱在探测器上重新成像，最后使用探测器对这些光谱进行检测。

Description

基于影像测绘的旋光分光成像技术

背景技术

旋光分光成像系统是各种诊断图像的基本工具。举个例子，旋光分光成像系统被用于对比在空气中或显微镜下物体成像的差异。传统的旋光分光成像系统需要移动且不适用于多谱段的部件，例如旋转器。

发明内容

一方面，本发明涉及一个采样成像的方法。这个方法包括：在单次采集事件中，从样品上不同的点接受该点对应的含有偏振编码的电磁场，并将这些含有偏振编码的电磁场按照预先设定的对应的不同方向重定位到色散成像仪上的对应点；然后，利用色散成像仪将上述含有偏振编码的电磁场一一进行谱域分散，获得对应的光谱信息，并在检测器对应的位置上进行成像。

另一方面，本发明涉及一个系统。该系统包含一个配置好的影像测绘仪，用于在单次采集事件中，从采样图像中多个点接受该点对应的含有偏振编码的电磁场，并将这些含有偏振编码的电磁场按照预先设定的对应的不同方向重定位到色散成像仪的对应点。该系统还包含一个配置好的色散成像仪，用于利用光谱将上述含有偏振编码的电磁场一一进行谱域分散，获得对应的光谱信息，并在投射到检测器的对应位置。该系统还包括一个配置好的探测器，用于接收上述反射的光谱信息。

从下面的描述和所附的权利要求书，本发明的其他方面将是显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例简化的系统图。

图2是根据本发明的一个实施例简化的通道分光偏振计的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例简化的影像测绘分光仪的示意图。

图4A是根据本发明的一个实施例简化的影像测绘仪的示意图。

图4B是根据本发明的一个实施例简化的色散成像仪的前表面的示意图。

图5是根据本发明的一个实施例简化的色散成像仪的示意图。

图6是根据本发明的一个实施例简化的影像测绘分光仪的示意图。

图7是根据本发明的一个实施例简化的连接紧凑型高分辨率的影像测绘分光的色散成像仪的示意图

图8是根据本发明的一个实施例简化的影像测绘分光仪的一部分的透视图。

图9A-C是影像测绘分光仪的操作原则的图像流程图。

图10是根据本发明的一个实施例简化的双频段的影像测绘分光仪。

图11是根据本发明的一个实施例简化的成像方法的流程图。

具体实施方式

现在，将根据参考附图详细描述一下本发明的具体实施例。为了维持一致性，我们将用相同的标号表示附图中的相同元件。同时，附图中的”Fig.”标记代表描述中的“图”。

为了更理解本发明的内容，在后续详细的关于发明的实施例的描述中，许多细节将被详尽地进行解释。然而，显而易见的是，即使没有这些实施细节，本领域的普通技术人员也可以进行实施。在其它情况下，本领域的通用技术也不会进行详细的描述，以免赘言。

通常情况下，本发明的实施例涉及基于影像测绘的分光偏振测量仪。更具体地说，本发明的实施例涉及使用影像测绘分光仪的分光偏振测量仪。这些实施例同时也涉及了在一次快照或采集事件中产生一个包含光谱和偏振信息的样品或场景中建立三维图像的方法和系统。

为了达到本发明的目的，样品是指任何可以成像的生物或非生物的材料、物品或者标本。在本发明的实施例中，样品是指采样点的集合。采样点是样品上一个特定位置（x,y,z）的点。这些采样点可以进一步看作后向散射的电子辐射的原点。

对于本发明的目的而言，一个场景包括在图像测绘分光仪视野范围内的所有物体。在根据本发明的实施例中，一个场景还可以包括从空中看到的地面场景。在根据本发明的实施例中，一个场景还可以包括许多微小的物体。

在本发明的实施例中，单次采集事件是指探测器同时检测到被照射的样品表面（在x，y平面上）的多个点发出的电磁场。而从这多个点各自发出的电磁场可以视作从不同的偏光对象上发出的电磁场，例如，从一个平的反射面的x，y平面上位于x，y位置的点。在本发明的实施例中，发出是指电磁波反射、散射、后向散射或以其他方式从样品上的某个位置发射。在本发明的实施例中，单次采集事件开始和结束分别对应了探测器开始和结束检测电池辐射。

在下面的详细描述中，电磁辐射、电磁波和电磁场被认为是同义的，可以互换使用。宽带电磁场可以被定义为一个包含不同波长和频率的电磁场。但必须说明的是，术语光学相干断层成像不应该被用于将本发明的谱域限制为光的波长或者频率，本发明的技术同样适用于其他可见光的电磁波谱。

在本发明的实施例中，包含偏振编码的电磁场这个定义源自样品在采样点的电磁场的传播方向沿偏振分布有关的信息被编码在宽带频谱内的电磁采样点信息中。

图1展示了根据本发明的一个实施例简化的系统。该系统包括用于接受样品116发出的电磁场118的分光偏振计。采集透镜114被配置用于采集电磁场118。分光偏振计102被配置用于根据电磁场118的偏振状态调整发射的电磁场118以获得含有偏振信息的电磁场104。含有偏振编码的电磁场104中编码了它在成像样品中的频谱偏振信息。影像测绘分光仪106经过配置后，可以被用来接收含有偏振编码的电磁场104。影像测绘分光仪106配置后可用于将偏振编码的电磁场104转化为原始图像数据立方体108。原始图像数据立方体108是以三维数据集（x,y,D（x,y,λ））的形式进行记录，其中D（x,y,λ）是成像使用的光学系统的视图范围内的样品上每个位于x，y平面上的采样点的频谱干涉的值。计算机系统110被配置用作接收原始图像数据立方体108。在本发明的实施例中，计算机110包括一个中央处理器、存储器、输出设备、输入设备以及保存在存储器中的软件，该软件在被处理器调用时，对原始图像数据立方体108进行处理。

计算机系统110可以被进一步地配置用于处理频谱干涉D（x,y,λ）和提取样品的后向散射偏振轮廓。因此，计算机系统110可以将样品的三维数据集转化为可以展示的样品的二维图像、样品的二维光谱和二维偏振轮廓。根据已知的分光偏振的通用技术，属于所属领域的普通技术人员应该了解多种将光谱信息转化为偏振信息的方法。举个例子，对被调制的频谱使用傅里叶分析，被调制的频谱的调制过程可以被转化为4个斯托克斯（Stokes）参数值。此外，数据处理可包括标准的影像测绘光谱仪映射，和/或包括图像传感器像素直接向波数k的映射。同样也可以在系统中实现标准的色散补偿技术。此外，所属领域的理解使用硬件进行数据处理的技术人员可以将处理过程集成到影像测绘仪106中。

进一步，当用户在影像测绘仪106和/或分光偏振计102上进行各种操作后，计算机系统110可以接收到相应的用户反馈112。举个例子，样品或分光偏振计可能被移动到用户能够看见用户感兴趣区域（ROI）或放大/缩小ROI的范围。通过硬件（光学变焦）或软件（数字变焦）手段，变焦可以通过空间或光谱的方式进行。

图2是根据本发明的一个实施例简化的被配置用于产生含有偏振编码的电磁场的分光偏振计的示意图。分光偏振计202包含第一减速器208，第二减速器210和偏光器212。第一减速器208被配置用于接受发射的电磁场118。根据本发明的实施例，第一减速器208可以使用根据图示的含有慢速轴214和快速轴216的双折射材料。第二减速器210可以使用根据图示的含有慢速轴218和快速轴220的双折射材料。此外，第二减速器的快速轴218和慢速轴220沿着y轴旋转过45度的夹角，使得第一减速器208的慢速轴214和快速轴216均与第二减速器210的慢速轴218和快速轴220产生45度的夹角。偏光器212被配置用于沿着与传输轴222有一个偏振角的方向传输电磁波。传输轴222被配置平行于第一减速器208的快速轴216。偏振器212还可以进一步被配置用于发射含有偏振编码的电磁场104。所属领域的技术人员可以知道，含有偏振编码的电磁场104的调制频率与第一减速器208和第二减速器210的材料和厚度有关。

所属领域的技术人员可以了解，在不脱离本发明说明的范围的情况下，第一、二减速器快速轴、慢速轴和传输轴的布置情况可能与本文所公开的相对布置很不一样。所属领域的技术人员了解许多种将偏振信息编码在发射的电磁场118中的方法和系统。根据本发明的实施例，减速器208和210可以用双折射棱镜替代，使得发出的波阵面内编码的是发射的电磁场118的偏振态信息，而不是光谱信息。在这种情况下，双折射棱镜最好被放置在像平面或共轭空间中偏光镜的前面。或者，萨伐特片对也可以替代减速器208或210来将偏振信息编码在发射的电磁场118中。萨伐特片最好被放在瞳孔或共轭位置。萨伐特片与双折射棱镜经过傅里叶变换是等价的，但是萨伐特片在像差校正方面优于双折射棱镜。

含有偏振编码的电磁场104包含与样品上的点（x，y）上的反射率相关的包含偏振编码的电磁场所在空间范围的空间信息。含有偏振编码的电磁场104还包括编码在它的频谱包含了偏振信息。这些偏振信息是与成像的样品或者场景的偏光性相关。

所属领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用任何已知的分光偏振计的几何形状。

图3是根据本发明的一个实施例简化的影像测绘分光仪的示意图。影像测绘分光仪300包括聚焦透镜304、图像映射器306、色散成像仪308和探测器阵列310组成。影像测绘仪300可以被配置用作接受从分光偏振计202发出的包含偏振编码的电磁场104，并且通过映射、频谱分散后将这些电磁场104在探测器310上重新成像。

聚焦透镜304被配置用于将含有偏振编码的电磁场104聚焦到图像映射器306上，从而在图像映射器306上形成样品116的图像312。图像映射器306被配置用于将图像312的部分光束重新定位或映射到色散成像仪308的前表面420。为了简化表示，我们假设只有图像的三个部分314，316，318被映射，它们在图3中用一条光束进行表示。色散成像仪308则被配置用于对上述的三部分光束进行接收和频谱分散以获得光谱320，322，324。为了简化表示，当图3中的光束314，316，318仅含两种不同波长的光线时，光谱分散仪可以产生正确的结果。进一步地，色散成像仪308可以被配置用作在探测器310上将光谱320，322，324重新成像出来。探测器310则包含一个电磁辐射的二维探测阵列，例如以电荷耦合器件芯片（CCD）和/或阵列CCD的形式。

图4A是根据本发明的一个实施例简化的图像映射器的示意图。图像映射器306包含了8个细长的反射面1-8。每个反射面1-8在y轴和x轴的方向上有（θ_y，θ_x）的角度偏移。这样使得每个反射面可以将部分的图像312重新定位或映射色散成像仪308的前表面420，如图3所示。图4A显示的图像映射器306的8个反射面包含4个不同的角度，这样可以将这8个反射面分为相同的两组401。

图4B是根据本发明的一个实施例简化的色散成像仪308的前表面420的示意图。前表面420可以被分为四个区域402，404，406和408。这四个区域可以分别接受从反射面经过上述四个不同角度反射出的图像312的光线1’-8’。区域402可以接受从反射面1和5反射出的光线1’和5’，反射面1和5都有同样的倾斜角（θ_y1，θ_x1）。区域404可以接受从反射面4和8反射出的光线4’和8’，反射面4和8都有同样的倾斜角（θ_y2，θ_x1）。区域406可以接受从反射面2和6反射出的光线2’和6’，反射面2和6都有同样的倾斜角（θ_y1，θ_x2）。区域408可以接受从反射面3和7反射出的光线3’和7’，反射面3和7都有同样的倾斜角（θ_y2，θ_x2）。

所属领域的技术人员可以理解，图像映射器306可以使用任意数量的包含任意数量的角度或大小的反射面，并根据设置的倾斜角度将他们进行分组。一般情况下，M个x方向上的倾斜角和N个y方向上的倾斜角将构成M*N个不同的图像映射表面，对应色散成像仪308的前表面420上M*N个不同的区域。但是，若将这M个x方向上的倾斜角和N个y方向上的倾斜角分配到L个相同的组中，则构成的M*N*L个不同的图像映射表面，也只能对应色散成像仪308的前表面420上的M*N个区域。例如，根据图4A-4B展示的实施例，M=2，N=2，L=2。因此，在图像映射器上虽然有8个可用的反射面，但是在色散成像仪308的前表面420上只有四个不同的区域（每个区域接受一对从图像312发出的光纤）被用于在探测器上重新成像。这样的话，就可以采用不对偏移角度进行分组的更小且更简单的光学重成像器件和更小且更简单的探测器。

所属领域的技术人员可以理解，在本发明所述范围内，采用折射或衍射的光学器件作为图像映射器比采用反射光学器件更为合适。此外，任何可以对电磁辐射的光束进行一定角度偏转的光学器件都可以被使用。例如，可以使用引起光偏转的棱镜、光纤或者其他合适的波导设备来将图像光束重定向到光谱分散仪。

此外，图像映射器可以添加一些允许用户实时操作（例如光学变焦）的元件。例如，动态微机电系统（“MEMS”）反射镜阵列可以替代上述介绍的静态反射镜阵列。此外，液晶调制器或基于可折射的微流体的液体调制器也均可以采用。

此外，所属领域的技术人员会意识到，望远镜或光束扩展器（未显示）可以被选择加入影像测绘仪106，例如添加在聚焦透镜304前，用于通过匹配的图像点扩散函数的大小（衍射光斑大小）来保持图像映射器306单个反射面1-8上的图像分辨率。在根据本发明的另一个实施例中，扩束器可以被配置为图像和对象空间的远心。

图5是根据本发明的一个实施例简化的光束分散仪的示意图。为了简化表示，图中仅描述了三条图像匹配的光线314、316和318，用一组包含三条光线的光束进行表示。色散成像仪308包含收集透镜502，分散仪504和重成像透镜阵列506。收集透镜502被配置用于校准图像匹配光线314、316和318。分散仪504被配置用于对校准后的图像匹配光线314、316和318进行谱域分散。分散仪504可以包括所属领域内任何已知的可以被用于分散频谱的光学器件，例如单棱镜或衍射光栅。进一步地，分散仪504可以包含一个单棱镜或衍射光栅阵列。为了简化表示，图5假设映射的图像的光线只包含两个频谱分量，因此只显示两道被分散的光线。如图5所示，分散仪504被配置用于在空间中分散校准后的图像光线314、316和318来组成映射到图像上的光谱508、510和512。重成像透镜阵列506被配置用于将光谱508，510和512在探测器屏幕514上进行重新成像。

所属领域的技术人员会意识到，望远镜或光束扩展器（未显示）可以被选择加入色散成像仪308，例如被加入到收集透镜502和分散仪504之间，可以根据需要根据重成像透镜阵列506的延伸空间来对光线314、316和318进行校准。此外，所属领域的技术人员会意识到分散仪504可以包含一个可以对光谱（偏振信息）进行动态生成或调节的ROI。进一步的，所属领域的技术人员会意识到，在本发明所属的范围内，色散成像器308的各个元件可以被调整。例如，重成像透镜阵列506可以在分散仪504之前。

图6是根据本发明的实施例简化的一个的影像测绘分光仪601的示意图。影像测绘分光仪601被放置在图1的系统中影像测绘分光仪106中。影像测绘分光仪601包括聚焦透镜600，物镜602，折射图像映射器604，色散成像仪606和探测器608。进一步地，探测器608可能还包含一个光电探测器的二维阵列，例如以CCD芯片或阵列CCD芯片的方式。

聚焦透镜600被配置用于将含有偏振编码的宽带电磁场104聚焦在折射图像映射器604上，并在折射图像映射器604上形成样品116的一个图像612。物镜602被配置用于通过聚焦物镜600的出瞳603将测绘仪601上的高光通量和密集性保留在色散成像仪606上。折射图像映射器604被配置用于重定位或映射图像612的一部分到色散成像器606的前表面620。为了简化表示，仅有图像的三个部分614、616、618在图6中用一条光束进行表示。物镜602被放置在离折射图像映射器604很近的位置上，使得图像映射光线614、616、618反射到色散成像器606的过程中不用经过一条很长的路径，也就是说不要一个看起来显得很大的收集透镜（例如图5中的收集透镜502）。色散成像器606被配置用于收集和谱域分散图像映射光线614、616、618以获得光谱621、622和632。为了简化表示，图6假设当图像匹配光线614、616和618仅包含两个不同的波长，谱域分散可以顺利进行。此外，色散成像器606被配置用于在探测器608上将光谱621、622和632重新成像。

根据本发明的实施例中，折射图像映射器604可以包含一个棱镜阵列。此外，折射图像映射器604使用钻石栅格飞切割技术在可加工的光学材料（如硫化锌）上进行制作。此外，折射图像映射器604可以使用玻璃、注塑成型、冲压成型、热压成型或所属领域内的任何已知技术来制造。

根据本发明的实施例简化，减速器208和210可以进一步从偏光器212中分离，这样做可以让偏光器212被放置在减速元件后的任意光学位置。一个建议的偏光器212和减速器208和210放置位置是瞳孔位置（例如，准直光区域）。此外，系统可以使用一个或两个减速器。每个减速器都将减少斯托克斯参数的数量。

根据本发明的实施例，分析仪的阵列可以位于探测器的表面上（例如探测器608的表面）用来决定图像的偏振状态。该分析仪可以被配置后使得一个点扩展函数包含四个像素，且每个像素在它的角度上配置对应的分析仪。

图7是根据本发明的实施例简化的密集型高分辨率的影像测绘仪601中使用的色散成像仪606的示意图。为了简化说明，只有三条图像映射光线614、616和618在图中被标注出来。色散成像仪606包含视图校正元件阵列702，色散元件阵列704和重映像透镜阵列706。视图校正元件阵列702被配置用于横向移动重映像透镜阵列706中的透镜的可视范围，使得色散成像仪606位于重映像透镜阵列的可视范围。色散元件阵列704被配置用作将图像映射光线614、616和618进行谱域分散。色散元件阵列704可以包含任何拥有色散功能的光学元件，例如单棱镜、棱镜对或者衍射光栅。为了简化说明，在图像映射光线只包含两个光谱成分的情况下，图7只展示两组色散后的光线。如图7所展示的那样，色散元件阵列704被配置用于分散图像映射光线614、616和618中的光谱成分，以获得光谱708、710和712。重映像透镜阵列706被配置用作在探测器714上显示光谱708、710和712。

此外，所属领域的技术人员会意识到，在本发明所述范围内，色散成像仪606中的各个元件可以进行调整。例如重映像透镜阵列706可以被安排在色散元件阵列704前面。

图8是根据本发明的实施例简化的影像测绘分光仪的一部份的示意图。影像测绘分光仪800包括分光偏振计102、聚焦透镜814、图像映射器802、收集透镜804、色散元件806和重成像透镜阵列808。分光偏振计102被配置用于接受从显微镜812的输出口发散的电磁场812。分光偏振计102被配置用作将发散的电磁场的光谱信息118调制成偏振信息118以产生含有偏振编码的电磁场104。聚焦透镜814被配置用于将含有偏振编码的电磁场104聚焦于图像映射器802上。图像映射器802被配置用于将这些含有偏振编码的电磁场104按照不同的方向进行重定位（未显示）。收集透镜804被配置用于收集图像映射光线，如图5中所示。为了简化说明，我们用多束光线来表示图像映射。色散元件806被配置用于谱域分散（未显示）校正过的图像映射光线，如图5中所示。色散元件806可以包括所属领域内已知的任何含有色散功能的光学元件，例如单棱镜、棱镜对或衍射光栅。此外，色散元件806可以包括棱镜阵列或衍射光栅阵列。重成像透镜阵列808被配置用于将图像映射的光谱在探测阵列810上重新成像。

如图8所示，重成像阵列808包含一个5*5重成像镜片组成的阵列。因此，这个系统可以与包含25不同倾斜角的镜面或反射面的图像映射器802或与包含4组100个镜面或反射面，每组的25个镜面或反射面都拥有不同倾斜角的图像映射器802一起使用。

图9A-C是根据本发明的实施例简化的一个影像测绘分光仪的例子。图9A显示了一个场景902，该场景可能包括树912，阴影914和隐藏的物体916。隐藏物体916可以进一步包含在光线弱或图像对比度差的地方的车辆或者屋顶。通过图1-8和上述对应的解释，一个场景902的中间图像可以被图像映射器产生出来。在这个实施例中，图像映射器拥有25个不同的反射面，并被配置用作产生图像的25个不同的切片1-25。

图像映射的其中一个效果是，将上述25个切片的图像重定位或映射到色散成像器（如图4、5和7中所示）前表面的25个不同的区域1-25。图9B则显示了一个将25个欺骗的图像重定位或映射到色散成像器前表面的25个不同区域的例子。同样地，也可以选择图4A-4B中显示的含有L组反射面的色散成像器，这样会使每个小区域中的图像继续被分割为L个小切片。

值得注意的是，图9B还可以解释当色散成像器中不含有色散元件时，探测器上被重新聚焦的图像。在这种情况下，不同的图像切片1-25会被若干个暗的区域904分隔开，显示在探测器上。这些分隔开不同图像切片的暗区域为我们将不同的图像切片中个点的光谱分量进行谱域分散提供了方便。光谱分量的空间分离性则由上述图2-8对应的描述中的光谱分离方向906所决定。

因此，根据本发明的实施例简化，图像映射、谱域分散以及在探测阵列910上重新成像的结果就是光谱的干涉，在图9C中进行展示。所以，探测阵列中的每个子探测器（或CCD上的像素）可以检测到样品上位于（x，y）位置的点产生的光谱干涉值D（x,y,λ）。所属领域的技术人员可以使用已知的旋光分光学的其他不同的方法来将光谱信息转化为偏振信息，例如可以对需要调制的光谱信息进行傅里叶变化来获得调制的斯托克斯参数S₀、S₁、S₂、S₃的值。因此，探测阵列的一列包含场景中一个点（x，y）进行的完整的偏振信息。对应的，探测阵列的单次采集事件足够获得照射样品的成像系统的视野范围内可以被用于样品二维重建的全部信息。这个二维重建包括一个场景的传统的二维图像（仅基于后向散射或反射的电磁波的强度）、场景的二维光谱和二维偏振轮廓918。

场景的二维光谱信息展示在探测器910上，它和场景的二维偏振轮廓918被用于提取从传统的二维图像中无法获取的信息。例如，可以从二维光谱信息中提取场景中不同点的化学组成。场景的二维偏振轮廓918可以被用于识别在传统的二维图像中被影藏的物体。例如，从被隐藏的物体916发出的电磁波比从它周围的物体发出的电磁波具有更高的偏振度，导致隐藏对象916在二维偏振轮廓918中具有一个很高的对比度，如同图9C所示。

图10是根据本发明的一个实施例简化的双频段的影像测绘分光仪。双频段的影像测绘分光仪包含收集透镜114，分光偏振计102，聚焦透镜1014，图像映射器1002，收集透镜1004，色散元件1006，成像透镜阵列1008，分色光束分离器1016，探测器1010和探测器1012。收集透镜114被配置用于收集从样品或场景中的点产生的电磁场118。分光偏振计102按照图2所示进行配置，它可以进一步被用于接受电磁场118并根据电磁场118中包含的偏振信息来对电磁场118中的光谱信息进行调制以获得含有偏振编码的电磁场104。聚焦透镜1014被配置用于将含有偏振编码的电磁场104聚焦到图像映射器1002。图像映射器1002被配置用于将含有偏振编码的电磁场104根据多个方向（图中只显示了五个方向）进行重新定向。收集透镜1004被配置用于校准图像部分发出的光线，类似图5所示。为了简化表示，图像部分发出的光线用一束光线表示。色散元件1006被配置用于谱域分散经过校正的图像部分发出的光线，也类似图5所示。色散元件1006可以包含所属领域任何已知的含有色散功能的光学元件，例如单棱镜、棱镜对以及衍射光栅。此外，色散元件1006可能还包含一个棱镜阵列或衍射光栅阵列。成像透镜阵列1008被配置用于将对应的光谱信息在探测阵列1010和1012上重新成像。分色光束分离器1016被配置用于反射波长在一个预定范围的电磁波，并传输波长在另一个预定范围内的电磁波。例如，分色光束分离器1016可以被配置用于传输中波长红外线（MWIR）并反射长波长红外线（LWIR）。因此，探测阵列1012可以被用于探测中波长红外线，而探测阵列1010可以被用于探测长波长红外线。与图9C所示类似，光谱被色散到探测器1012的区域1018和1020，和探测器1010的区域1022和1024。

所属领域的技术人员了解，在不超出本发明所述范围，任意数量的分色光束分离器可以被放置在系统的任意位置。例如，在图片映射器1002和收集透镜1004之间放置一个分色光束分离器，用来使用多个色散成像器，每个色散成像器对应一个给定的光谱范围。

如图10所示，成像透镜阵列1008包含一个5*5的成像透镜的阵列。因此，这个系统可以和一个拥有25个不同反光镜或折射表面、每个表面拥有不同倾斜角的图像映射器802，或和一个拥有4组100个不同反光镜或折射表面、每组中的25个表面拥有不同倾斜角的图像映射器802一起使用。

图11是根据本发明的一个实施例简化的成像方法的流程图。在对流程图的所有步骤依次进行解释后，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，流程中的某些步骤需要依次进行，而某些其他步骤可以并行地执行。

在步骤1100中，在单次采集事件中同时接受样品上的采样点产生的含有偏振编码的电磁场信息。在步骤1102中，按照预先设定好的方向将含有偏振编码的电磁场信息重新定向到色散成像器。在根据本发明的某个实施例中，步骤1102由影像测绘仪进行。在步骤1104中，含有偏振编码的电磁场信息将经过谱域分散成为普通的光谱，这个光谱中包含步骤1100中各个采样点对应的光谱。在步骤1106中，将不同的光谱重新定位在探测器上成像。在步骤1008中，探测器检测重新成像的光谱。在这个步骤中，计算机（或其他处理设备）使用这些重新成像的光谱来产生样品的一个基于电磁波强度的样品的二维图像、光谱特征和偏振特征。

根据本发明的实施例可以提供一个基于影像测绘的旋光分光成像系统，该系统只需要探测器或探测器阵列的单次采集事件就可以获得样品的二维图像、光谱特征和偏正信息，而不需要移动光源束的位置或改变光源束的波长。根据本发明的实施例仅使用一个坚固的，空间紧凑的，没有运动部件的系统，因此降低了成本并提高了在小空间环境下的使用，例如内镜检查。根据本发明的实施例可以在一个很短的时间内完成整个二维图像的生成，因此减少了样品移动带来的人为误差。通过增加三维图像的采集时间或增加系统中的光通量，根据本发明的实施例可以容忍比现有的旋光分光系统更多的信号噪声。

所属领域的技术人员可以了解基于影像测绘的光学相干层析成像系统可以采用已知的任何旋光分光技术，而不仅仅是本发明在此展示的频段旋光分光技术。

虽然本发明仅描述了相对有限数量的实施例，但从这些实施例中，本领域的技术人员可以从这些公开的实施例中理解本发明，并在本发明披露的范围内，设计出其它的实施例。相应的，应限制本发明的范围仅在所附的权利要求的范围内。

Claims

1.一种样品成像的方法，该方法包括：

在单次探测事件中：

从样品上的采样点接受该点对应的包含偏振编码的电磁场；

按照各个对应的预先设定好的方向将这些电磁场重定向色散成像仪上；

将这些包含偏振编码的电磁场进行谱域分散，获得对应的光谱，并将这些光谱在探测器上重新成像；和

使用探测器对这些光谱进行检测。

2.权利要求1所述的方法，其中，含有偏振编码的电磁场沿着对应的采样点的z方向进行传播。

3.一种系统，该系统包括：

一个经过配置的影像测绘仪用于在单次探测事件中：

从样品上的采样点接受该点对应的包含偏振编码的电磁场；

一个经过配置的色散成像仪：

一个经过配置的探测器：

对上述的光谱进行检测。

4.权利要求3所述的系统，还包括：

一个经过配置的旋光分光系统，用于产生含有偏振编码的电磁场，并将这些电磁场提供给影像测绘仪。

5.权利要求4所述的系统，其中的旋光分光器包含两个减速器，这两个减速器的慢速轴之间有45度的光学夹角。

6.权利要求5所述的系统，其中的旋光分光器还包括一个偏光器，该偏光器的传输轴平行于第一个减速器的快速轴。

7.权利要求3所述的系统，其中，图像匹配器是折射的。

8.权利要求7所述的系统，其中，色散成像仪包含一个经过配置的视图校正场阵列，用于从图像映射器接受含有偏振编码的电磁场，并将这些电磁场进行校正以获得含有偏振编码并经过校正的电磁场。

9.权利要求8所述的系统，其中，色散成像仪还包含一个色散元件，用于接收校正的含有深度编码的电磁场，并对这些电磁场进行谱域分散以获得对应的光谱。

10.权利要求9所述的系统，其中，色散成像仪还包括一个根据光谱进行配置的重成像镜头，用于将光谱在探测器上进行成像。

11.权利要求3所述的系统，其中，探测器包括一个二维的电磁辐射探测阵列。

12.权利要求11所述的系统，探测器是一个电荷耦合的设备。