CN104620073B - 确定表面波的传播速度 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定表面波的传播速度的装置，其包括用于在表面（103）上生成至少第一和第二光斑的相干光源（105）。照相机（111）采集包括光斑的表面（103）的至少一部分的至少一个失焦图像。失焦图像包括用于光斑的光斑图像对象，其中光斑图像对象具有斑纹图案。分析器（113）响应于两个斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差而确定传播速度。照相机可以特别地使用卷帘式快门，其允许基于斑纹图案的空间分析的传播速度的确定。方法可以尤其允许例如动物组织中并且尤其是人体组织中的脉搏波速度的高效远程测量。

Description

确定表面波的传播速度
技术领域
本发明涉及例如动物组织中的表面波的传播速度的确定，并且具体但非排他性地，涉及人体组织中的脉搏波的传播速度的确定。本发明也可以被用于估计沿着靶向表面的其它类型的波传播，这可以找到诸如用于生产装备的振动监测的工业应用。
背景技术
动物组织的各种性质的测量和监测在许多领域中已经变得具有高度重要性。因此，存在增加的期望以提供测量动物（包括人类）组织的特性的新或经改进的方法。具体而言，存在期望以提供允许具有对测试对象的最小不便利性的容易且实际的应用的方法。感兴趣的特定测量是对动物组织中的表面波的传播速度的测量。这样的测量可以提供各种特性的重要指示并且可以例如帮助各种健康风险的诊断或早期检测。
例如，已知高血压是心脏病、中风和动脉瘤的常见风险因素，并且因此对其的诊断和监测是极其重要的。许多心血管疾病来源于动脉壁的变硬，这进而涉及经由Moens-Korteweg等式的血液脉搏波传播速度（PWV）：
其中E表示血管的杨氏弹性模量，h表示壁厚度，ρ表示血液密度并且d表示血管直径。
因此，已经开发许多方法来测量血液脉搏波速度。由于与血管的弹性性质有关系，因而已经开发有创和无创方法二者。一般地，这些涉及测量多个位置处经过的压力波并且从记录中观察到的位移和时间延迟之比提取脉冲的速度。已经提议使用有创导管、机械血压计、超声多普勒分析（如Xu, M.在2002年的麻省理工学院博士学位论文“Localmeasurement of the pulse wave velocity using ultrasound Doppler中所公开的”）或者无创应用到皮肤的（压电）脉冲检测设备（如Mclaughlin、J.、McNeill、Braun、B和McCormack、P.D在2003年的“Piezoelectric sensor determination of arterial pulsewave velocity”Physiol. Meas. 24期、693-702页中所公开的）来测量压力波。OsbergJ.E.等人的文章“Vasculopathy in Turner Syndrome”（International CongressSeries，Excerpta Medica，Amsterdam，NL，2006年，第1298卷，第117-122页，XP027936962，ISSN：0531-5131）讨论了脉搏波速度，其使用经皮压力血压计以在颈动脉和股动脉处连续地记录脉搏压力波形来测量。US 2012/078114 A1公开了一种用于估计对象的表面的性质的系统。所述系统使用多个成像阵列。每个成像阵列包括可控制的时序，使得每个成像阵列可以顺序地获取时间偏移图像。根据逐像素基准比较时间偏移阵列之间的信号中的差异提供斑纹波动历史（[0011]段）。多个成像阵列中的每一个以30-60帧每秒的帧速率获取图像数据（[0013]段）。要么是“全局快门”要么是“卷帘式快门”被用于图像获取（[0031]段）。此处，“全局快门”意指在单个时间点处记录给定阵列中的每个像素的值，并且“卷帘式快门”意指随时间顺序地记录给定阵列中的每个像素的值。WO 2006/111836 A1公开了一种用于组织中的微循环的实时成像系统。所述成像系统包括光电检测器，其是随机寻址的集成光电检测器的二维阵列。在第11页第20-22行上，D2公开了每个像素在其它光电检测器被读出的时间期间收集光子（卷帘式快门模式）或者所有光电检测器在曝光时间间隔期间收集光子并且它们此后被立即读出取（全局快门模式）。
然而，所提议的方法往往不是最佳的。例如，它们对于测试对象而言往往是不便利的（例如要求有创手术），执行起来繁琐，提供不像将优选的那样准确或可靠的结果和/或要求复杂和/或昂贵的装备。具体而言，大部分方法要求不同的传感器仔细地同步以允许传播速度的检测。这样的同步往往实现起来复杂且昂贵。
因此，用于确定动物组织中的表面波的传播速度并且特别地用于确定脉搏波的传播速度的经改进的方法将是有利的，并且具体而言，允许增加的灵活性、降低的资源需求、降低的成本、促进的实现方案、降低的复杂度、对测试对象的降低的不便利性、放松的照相机要求和/或经改进的性能的系统将是有利的。
发明内容
因此，本发明试图优选地单个或以任何组合来减轻、缓解或消除以上所提及的缺点中的一个或多个。本发明由独立权利要求来限定。在从属权利要求中限定有利的实施例。
根据本发明的方面，提供了一种根据权利要求1的用于确定表面波的传播速度的装置。
本发明可以允许动物组织中的表面波的传播速度的经改进和/或促进的确定。具体而言，发明人已经认识到，这样的传播速度可以基于多个光斑及相关联的斑纹图案而使用单个照相机斑纹图案成像来准确地确定。方法可以利用以下事实：当用相干光照射粗糙表面时，反射场中的细微路径长度差异导致可以由散焦照相机观察到的干涉/斑纹图案。所得斑纹图案提供对反射光斑的表面中的甚至小变化的非常强依赖性，并且发明人已经认识到，对来自单个照相机的图像中的两个不同光斑的两个斑纹图案的分析可以被用于提供动物组织中的表面波的传播的非常准确的指示。
方法不要求不同的传感器（或照相机）同步，而是允许从采集两个光斑的单个照相机形式的单个传感器并且因此在包括两个相关斑纹图案的图像中进行准确的传播速度确定。因此，对两个光斑的同时测量可以允许准确的时间确定而不要求同步。
将领会到，表面波可以是包括脉冲传播的表面中的任何运动，并且它不限于例如具体展开的波前。还将领会到，动物组织包括人类和非人类组织二者；当本发明被用于测量血液脉搏波速度时，它可以与具有血液脉搏的任何动物一起使用，例如狗或其它哺乳动物。
在许多实施例中，相干光源可以是被设置为在表面上生成激光光斑的激光光源。相干光源可以聚焦在表面上以便提供足够小的光斑，其典型地具有小于2 mm2并且常常优选地小于1 mm2的面积。装置可以尤其被设置为生成相对粗的斑纹图案，并且具体而言，相干光源可以生成足够小以导致至少10个正方形像素的平均斑纹粒度大小的光斑。
两个光斑是空间分离的。距离可以典型地不小于2 cm，但是在许多情况中，优选地不小于5 cm，或者甚至不小于10 cm或15 cm。
照相机可以是无透镜照相机。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为：确定第一斑纹图案的第一性质；确定第二斑纹图案的第二性质；检测第一性质中的第一改变；检测第二性质中的第二改变；以及响应于第一改变的时间时刻与第二改变的时间时刻之间的时间差而确定传播速度。这可以提供传播速度的特别有利的确定。具体而言，它可以提供传播速度的低复杂度但可靠且准确的确定。
改变可以特别地是阶梯（step）改变。检测要求可以是性质的值中的改变跨过给定阈值。例如，如果性质是斑纹图案对比度，那么当斑纹对比度改变超过预定量时或者如果它跨过预定阈值，则可以检测到改变发生。
根据本发明的可选特征，照相机包括用于采集所述至少一个失焦图像的卷帘式快门。这可以尤其允许传播速度的经改进、促进和/或降低的复杂度的确定。具体而言，在许多实施例中，它可以允许时间分辨率与照相机要求之间的经改进的权衡。特别地，在许多实施例中，可以减轻或消除对高速照相机的需要，同时仍实现与这样的照相机相关联的高时间分辨率。方法可以在不要求高帧速率照相机的情况下允许高频率变化的确定。方法可以非常大幅地降低实现方案的成本，因为与例如正常帧速率照相机相对于高帧速率照相机相关联的成本降低是非常大的。此外，在许多实施例中，可以实现简化或经改进的处理，这允许性能对比复杂度和资源使用的经改进的权衡。
卷帘式快门效应可以被用于将动物组织的表面的时间特性转换为所得到的斑纹图案的空间特性，并且这还可以被分析以估计传播速度。具体而言，可以实现的时间分辨率超过被用于采集失焦图像的照相机的时间分辨率，从而允许传播速度的更准确的确定。方法可以尤其允许不同光斑的斑纹图案改变之间的准确的时间差确定，因为它可以允许单个图像提供用于两个斑纹图案的对应/同步的时间信息。它可以尤其消除对同步的要求，因为两个测量点通过相同传感器装备并且以相同时间特性来测量。因此，在许多场景中，单个图像不仅可以提供时间特性的空间表示，而且还固有地提供用于两个光斑的测量的同步。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于一个失焦图像中的第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间比较而确定时间差。这可以提供特别有利的确定并且可以尤其促进分析。由卷帘式快门所提供的时间特性到空间特性中的变换可以被用于提供时间差的经改进的确定。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间相关性而确定时间差。这可以提供特别有利的确定并且可以尤其促进分析。由卷帘式快门所提供的时间特性到空间特性中的变换可以被用于提供时间差的经改进的确定。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于第一斑纹图案和第二斑纹图案在对应于卷帘式快门传播方向的方向上的空间图案变化而确定时间差。这可以提供传播速度的特别有利的估计。
卷帘式快门可以执行线顺序操作，其中它执行线的时间顺序采集。可以在多个顺序时间间隔中实现图像的采集，其中在每个时间间隔中仅采集线的子集（常常单个线）。因此，卷帘式快门将具有垂直于线方向的传播方向。取决于卷帘式快门的取向，线可以典型地被认为对应于图像的行或列。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于第一斑纹图案和第二斑纹图案中的图案改变之间的空间偏移而确定时间差。这可以提供传播速度的特别有利的估计。可靠但低复杂度的空间分析可以允许检测对应的图案改变或转变。失焦图像中的这些转变的位置是改变的时序（timing）的指示，以及因此两个光斑处的表面波的时序的指示。因此，分析器可以从两个图案转变之间的空间距离（在卷帘式快门方向上）和卷帘式快门速度的知识来计算时间差。
根据本发明的可选特征，卷帘式快门被设置为顺序地采集失焦图像线；并且分析器被设置为：针对多个组中的每个组确定第一光斑图像对象的第一斑纹图案性质，所述多个组每一个包括失焦图像的许多相邻线的至少一部分；针对多个组中的每个组确定第二光斑图像对象的第二斑纹图案性质；检测多个组的各组之间的第一图案性质的第一改变；检测第二多个组的各组之间的第二图案性质的第二改变；以及响应于第一光斑图像对象中的第一改变与第二光斑图像对象中的第二改变之间的空间差而确定时间差。这可以提供传播速度的特别有利的估计。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于第一光斑图像对象和第二光斑图像对象的斑纹对比度中的改变之间的空间偏移而确定时间差。这可以提供传播速度的特别有利的估计。具体而言，它可以提供时间差的可靠但低复杂度的确定。分析器可以特别地被设置为确定用于第一和第二光斑图像对象的每条线的斑纹对比度，检测用于第一和第二光斑图像对象中的每一个的线斑纹对比度中的改变，以及响应于第一和第二图像对象中的检测到的改变的相对位置之间的空间偏移而确定时间差。
斑纹对比度可以特别地是线斑纹对比度，并且分析器可以特别地被设置为响应于第一光斑图像对象和第二光斑图像对象的线斑纹对比度中的对应改变之间的空间偏移而确定时间差。
根据本发明的可选特征，分析器被设置为响应于第一光斑图像对象和第二光斑图像对象的线间斑纹图案位移中的改变之间的空间偏移而确定时间差。这可以提供传播速度的特别有利的估计。线间斑纹图案位移可以是两个相邻线的斑纹图案之间的估计的位移。
方法可以尤其提供时间差的可靠但低复杂度的确定。分析器可以特别地被设置为确定第一和第二光斑图像对象的每条线相对于先前线的位移，检测第一和第二光斑图像对象中的每一个的线位移中的改变，以及响应于第一和第二图像对象中的分别检测到的改变的相对位置之间的空间偏移而确定时间差。
根据本发明的可选特征，相干光源被设置为在表面上生成多个光斑，并且照相机被设置为采集失焦图像中的多个光斑；并且还包括：选择器，其被设置为选择光斑的子集以用于由分析器分析。对于许多应用而言，这可以促进并改进操作，并且在许多实施例中，这可以提供传播速度的经改进的确定。特别地，方法可以允许将表面上的特别适合的位置中的光斑用于确定。方法可以尤其允许更灵活地并且在具有较高程度可变性的应用中使用斑纹图案速度确定，尤其就动物组织的定位而言。例如，如果方法被用于确定患者的表面波的传播速度，那么方法可以允许用于确定的适合区域被确定而不要求患者以极限准确度进行定位。经改进的分析常常可以是可能的，因为可以使用导致具有最佳特性（例如，最高斑纹图案对比度）的斑纹图案的光斑。
光斑的子集包括第一和第二光斑，并且实际上在一些实施例中，子集可以由第一和第二光斑构成。在一些实施例中，选择器被设置为从多个光斑选择第一和第二光斑。
多个光斑可以形成光斑的规则或不规则的网格。光斑可以优选地被设置为在失焦图像中是非重叠的。相干光源可以包括多个光源，诸如用于每个光斑的激光。
根据本发明的可选特征，选择器被设置为使用比分析器在确定传播速度时所使用的更低的处理分辨率来选择光斑的子集。这可以降低复杂度和/或资源使用，但是可以提供适合的光斑的可靠且高性能的检测以用于分析。
根据本发明的可选特征，选择器被设置为响应于以下当中的至少一个而选择子集：多个光斑中的光斑的强度；多个光斑中的光斑的斑纹对比度；多个光斑中的光斑的斑纹图案变化；多个光斑中的不同光斑的变化之间的相关性；以及多个光斑的光斑图案中的改变。这可以提供光斑的子集的特别有利的选择以用于在斑纹图案速度确定中使用。具体而言，在许多实施例中，它可以导致表面波传播速度的经改进的确定，因为它可以允许将具有特别适合的斑纹图案的光斑用于确定。
根据本发明的可选特征，装置被设置为确定脉搏波的传播速度。
本发明可以允许脉搏波速度的经改进的确定并且尤其可以允许不要求将传感器附接到或插入患者中的降低的复杂度的确定，并且其还不要求准确的同步或复杂的信号处理。
根据本发明的方面，提供了一种确定表面波的传播速度的方法，所述方法包括：在表面上生成至少第一光斑和第二光斑；采集包括第一和第二光斑的表面的至少一部分的至少一个失焦图像，所述失焦图像包括第一光斑的第一光斑图像对象和第二光斑的第二光斑图像对象，第一光斑图像对象具有第一斑纹图案，并且第二光斑图像对象具有第二斑纹图案；以及响应于第一斑纹图案和第二斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差而确定传播速度。
本发明的这些和其它方面、特征和优点将从下文描述的（多个）实施例显而易见并将参考下文描述的（多个）实施例进行阐述。
附图说明
将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，其中
图1图示了根据本发明的一些实施例的斑纹成像装置的示例；
图2至7图示了斑纹图案的示例；
图8图示了边缘增强的斑纹图案的示例；
图9图示了两个斑纹图案的性质中的变化的示例；
图10图示了用于各向同性和各向异性斑纹图案的斑纹图案的示例；
图11图示了根据本发明的一些实施例的斑纹成像装置的示例；以及
图12至14图示了使用光斑的网格的斑纹图案成像的示例。
具体实施方式
以下描述集中于用于测量包括人体组织的动物组织中的表面波的传播速度的实施例。特别地，发明人已经认识到，方法可以被用于确定脉搏波的传播速度。具体而言，以下描述将集中于允许人类患者中的脉搏波的传播速度的高效、准确、可靠、灵活且容易的确定的系统。系统尤其提供对于评析、检测和诊断许多心血管疾病而言可能非常重要的测量。
图1图示了根据本发明的一些实施例的脉搏波传播速度测量机构的示例。
机构包括斑纹成像装置101，其被设置为通过从投影到患者身体的一部分上的至少两个斑纹图案执行斑纹成像来确定脉搏波传播速度。当血液脉冲传播通过身体时，它导致身体许多部分上的皮肤表面中的小扰动和失真。图1的斑纹成像装置101被设置为在患者皮肤表面上的至少两个位置处检测这样的小变化，并且基于此估计脉搏波传播速度。因此，斑纹成像装置101在患者身体的表面103的适合位置上生成至少两个光斑。对每个光斑进行成像以创建斑纹图案，并且对斑纹图案进行分析以生成脉搏波速度估计。
斑纹成像装置101包括相干光源105，其被设置为在表面103上生成至少两个斑。在具体示例中，相干光源105是激光光源，并且它包括激光器107和透镜109，所述透镜109能够将激光光源聚焦在表面103上使得在表面103上生成足够小的光斑。当然，透镜在所有实施例中可以不是必要的，并且对于其中例如激光光源可以生成足够小的光斑的实施例而言尤其不是必要的。
相干光源105可以通过使用多个激光光源、具有衍射光栅的单个源，或者使用分束器和反射镜来生成例如两个或更多个光斑。
斑纹成像装置101还包括照相机111，其被设置为采集包括由相干光源105所生成的至少两个光斑的表面103（的至少一部分）的图像。照相机111被设置成使得它采集表面103的失焦图像，即照相机被设置为在焦平面与表面130不同的情况下采集图像。因此，当装置在使用时，照相机的焦距与从表面103到照相机111的距离不同。在一些实施例中，照相机可以是没有任何聚焦透镜的照相机。实际上，在一些实施例中，可以使用对应于裸传感器的无透镜照相机。实际上，这样的照相机可以被认为是焦点处于传感器自身上的未聚焦成像的特殊情况。
因此，照相机111被设置为具有与从照相机111到其中可以定位对象的操作距离范围的距离不同的焦距。将领会到，所涉及的具体距离、表面的定位等可以取决于各个应用等。此外，将领会到，斑纹成像装置101的实际设计和实现方案不依赖于存在或处于具体位置处的表面103。而是，斑纹成像装置101可以被设计用于要定位在给定操作体积/距离范围内的表面103。相干光源105和照相机111然后可以被设置为在对象以要被监测的表面处于该操作体积/距离范围内进行定位时提供可接受的性能。
典型地，照相机111的焦距将是操作距离间隔的最大距离的至少两倍并且常常至少五倍。操作距离间隔是斑纹成像装置101已经针对其进行设计的间隔，即它是在装置使用时应该将表面103放置于其中的范围。
将领会到，在一些实施例中，斑纹成像装置101可以被设置为手动或自动地适配于表面103的具体定位。例如，可以通过改变激光器107与透镜109之间的距离手动地调节来自相干光源105的光的聚焦。作为另一示例，调节可以是自动的，并且可以基于最小化表面103上的光斑的斑大小的反馈环。类似地，照相机111的聚焦可以手动可调节，或者可以自动可调节（例如，基于反馈系统，其最大化对应于光斑的图像对象的大小，或者其最大化斑纹图案对比度）。在其它实施例中，焦点可以是恒定的。例如，照相机111可以被设定为具有无限的焦距。
图1的系统基于斑纹成像。斑纹成像利用以下事实：当用相干光照射粗糙表面时，反射场中的细微路径长度差异导致可以由散焦照相机观察到的干涉/斑纹图案。典型地，通过激光光源来生成相干光。斑纹图案可以被认为是由波前的集合的相互干涉所产生的随机强度图案。对这些图案及其动态行为的分析允许对例如目标平移和旋转、流动参数和材料表征的高精度检测。多年以来，斑纹成像已经在工业计量学、医疗应用、材料表征、生命体征分析、血液流动测量、小位移的测量以及更多方面中找到不同应用。
激光斑纹成像使得能够实现对诸如由声音或生命体征（心跳、呼吸）所诱发的非常小的表面运动或者对诸如手持式远程交互设备（游戏控制器、指点设备）的非常远的运动的远距离无接触测量。
斑纹成像的方法要使用被聚焦在表面上以在表面上生成小斑的激光。使用散焦的成像物镜来采集斑的图像。照相机的散焦导致“弥散圆”或“模糊圆”。由于来自激光器的光的相干本性，该圆在强度方面是不均匀的，而是包含由不同波前之间的干涉所导致的斑纹图案。斑纹图案取决于反射激光的表面。具体而言，表面纹理中的粗糙度和小变化导致经反射的波前的变化的相位依赖性，这导致干涉斑纹图案。此外，当平移（translation）时，对象表面的小运动在斑纹图案中将是可见的。斑纹成像的特定优点在于，在斑纹图案的平移中高度放大了对象运动，从而使检测甚至非常小的运动是实际的。实际上，甚至激光照射的表面的位置或取向中的小改变都引起相关联的斑纹场的大位移。此外，如果运动包含时间高频变化，那么相关联的斑纹场将展现相同的时间频率特性。
这些特性已经例如被用于通过使用准直激光和散焦照相机而在大距离（若干米或更多）处测量心跳和言语，如Zeev Zalevsky、Yevgeny Beiderman、Israel Margalit、Shimshon Gingold、Mina Teicher、Vicente Mico和Javier Garcia的文章“Simultaneousremote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondaryspeckles pattern”（Optics Express，17卷，24期，21566-21580页，2009年）中所公开的。
在图1的机构中，由相干光源105所生成的光斑的图像对象将包括归因于照相机111的散焦的斑纹图案。因此，照相机111的散焦导致包含干涉/斑纹图案的每个光斑的图像对象。该干涉起因于由测试当中的人体组织的表面中的轻微变化所导致的不同波形反射之间的相位变化。因此，尽管入射光是相干的，但是表面变化导致具有不同相位的反射波，并且通过采集散焦图像，这些变化导致干涉图案。
在图1的斑纹成像装置101中，照相机111被耦合到分析处理器113，其继续基于由照相机111所生成的斑纹图案来确定传播速度。分析处理器特别地响应于两个所采集的斑纹图案中的对应斑纹图案改变之间的时间差而确定传播速度。
在典型的实施例中，相干光源105被设置为提供具有不超过1 mm2，并且常常有利地明显更小（诸如不超过0.5 mm2，或者甚至不超过0.1 mm2）的总面积的光斑。因此，当表面103处于操作间隔内时，相干光源105可以提供这样的小光斑（要么固定地要么使用手动和/或自动的适配）。
将领会到，观察到的斑纹大小不仅取决于光斑大小而且还取决于其它参数，诸如观察距离、成像光学器件和物理传感器分辨率。然而，典型地，控制光斑大小是更实际的。
尽管由相干光源105所生成的光斑将在表面103的聚焦图像中表现为小点，但是由散焦照相机111所采集的图像的对应图像对象变为具有清楚且锐利的斑纹图案的相对大（典型地圆形）区域。斑纹图案的大小由物距关于可以是无限的（散）焦距来确定。物距与焦距之间的差异越大，填有斑纹图案的区域就越大。
确定其外观的颗粒度的斑纹图案的空间频率带宽由所照射的斑的大小来确定。所照射的斑越小，空间频率带宽就越小，并且斑纹粒度就越粗。
图2中图示了斑纹图案的示例。
图1的斑纹成像装置101利用以下事实：当表面波跨表面移动时，表面波导致到表面的距离中的小变化。因此，在给定点处，当表面波/脉冲的波前经过时，表面特性将改变。系统利用以下事实：该改变导致起因于各个光斑的反射的斑纹图案中的改变。因此，通过检测斑纹图案改变，可以实现对经过光斑的表面波的检测。在图1的系统中，针对空间分离的两个光斑检测斑纹图案改变。时间差在两个斑纹图案改变之间得以确定并且该时间差被认为指示表面波/脉冲从一个光斑行进到另一个所花费的时间。因此，从时间差和光斑之间的距离来计算表面波速度。
因此，系统检测在表面波/脉冲传播到表面上的两个不同点时所发生的对应微小表面扰动和变化。在测量血液脉搏波速度的具体示例中，光斑可以照射紧邻例如上臂或手腕中的相同动脉的邻近位置。光斑之间的典型距离可以例如在1 cm与20 cm之间，并且典型有利地不小于3 cm并且不超过10 cm。
可以根据适合的标准来检测斑纹图案改变。特别地，分析处理器113可以确定用于两个斑纹图案中的每一个的性质。典型地，将针对两个斑纹图案确定相同性质，但是在一些实施例中，被评析的具体性质对于两个图案可以不同。被评析的具体性质将取决于各个实施例的偏好和要求。在许多实施例中，性质可以有利地是斑纹图案对比度或者例如是连续图案之间的位移。
分析处理器113然后继续根据适合的改变检测标准来检测每个性质中的改变。例如，分析处理器113可以检测性质的值在给定时间间隔中改变超过给定水平，性质从标定、默认或时间平均值偏离超过预定水平等。
然后，确定两个检测到的改变之间的时间差，并且基于时间差来计算脉搏波速度。特别地，脉搏波速度PWV可以被计算为所测量的表面上的光斑之间的距离Δrdot与所估计的时间延迟Δt之间的比：
PWV =Δrdot/Δt。
在一些实施例中，可以对图像的序列执行分析，并且特别地，照相机111可以是提供包括帧/图像的序列的视频信号的视频照相机。
在这样的示例中，分析处理器113可以确定性质的单个值，诸如例如每个图像中的每个斑纹图案的斑纹对比度。当脉搏波跨表面移动时，这将首先导致第一光斑处的表面中的偏离，这导致对应斑纹对比度改变的斑纹对比度。因此，对于在表面波跨第一光斑移动但尚未到达第二光斑时的时间时刻处所采集的图像而言，第一光斑的斑纹图案经历改变而第二光斑的斑纹图案不经历改变。在稍后的某一时间处，表面波到达第二光斑并且第二斑纹图案经历改变。表面波经过第一光斑与表面波经过第二光斑之间的时间差然后可以被确定为对应图像之间的时间差。作为简单的示例，时间差可以被确定为帧时间乘以其中第一斑纹图案被检测到已经改变的帧到其中第二斑纹图案被检测到已经改变的帧之间的帧的数目。然后，可以确定脉搏波速度，如以上所描述的。
因此，图1的系统被设置为从包括两个光斑的斑纹图案的图像确定表面波速度。这提供重要的优点，因为它可以避免或降低对不同位置的测量的同步的需要，并且因此它提供更低复杂度的实现方案和/或更可靠的速度确定。
尽管这样的方法对于许多实施例而言可以带来准确的表面波速度测量，但是它要求照相机具有足够高的帧速率以允许帧间时间差足够短以提供足够的时间分辨率来导致用于速度估计的足够分辨率。
为了以足够的分辨率/准确度测量快速度，因此必须使用高速照相机。这典型地非常大幅地增加成本。此外，分析许多图像的斑纹图案的需要往往导致复杂且需求资源的应用。
在一些实施例中，可以减轻这些缺点。特别地，在一些实施例中，照相机111可以包括卷帘式快门，其中使用卷帘式快门采集来采集失焦图像（或者实际上单个失焦图像）。
并非使用其中通过针对图像的所有部分在相同时间间隔中感测光来创建图像的传统照相机，在这样的实施例中，图1的斑纹成像装置101的照相机111使用图像的不同区域的时间偏移采样。因此，图像可以分为具有相对于彼此偏移的采集时刻的多个区域。因此，采样时刻对于图像的所有像素而言不是恒定的，而是跨图像而变化。
作为具体示例，卷帘式快门可以以线顺序方式来采集图像。特别地，它可以一次一条线地生成图像，其中采样/采集时刻针对每条线进行偏移。因此，实际采集时刻将针对每条线而增加。在许多实施例中，可以通过照相机对成像传感器（诸如电荷耦合设备CCD传感器）的输出进行采样来生成图像。卷帘式快门可以特别地导致逐线采集，并且可以通过成像传感器的每条线基本上同时被采样但是各线之间具有时间偏移来实现。因此，各线可以一次一条线地（或者可能地一次N条线，其中N是整数）被顺序地采样。
因此，所得到的图像将反映稍微不同时间处的表面，因为每条线将对应于不同的采样时刻。结果，斑纹图案不仅表示一个单个时间时刻处的表面的特性，而且还包含时间信息，即每个斑纹图案也可以反映对应光斑位置处的表面性质如何随时间变化。
以下描述将集中于其中实现线顺序卷帘式快门的实施例。因此，在示例中，卷帘式快门的传播方向将在与线方向垂直的方向上。例如，当卷帘式快门一次一行地读取（即，线顺序操作的线对应于图像传感器的像素的行）时，传播方向在列方向上。类似地，如果卷帘式快门一次一列地读取（即，线顺序操作的线对应于图像传感器的像素的列），那么传播方向在行方向上。以下描述将集中于其中卷帘式快门一次一个水平行地读取的示例，并且因此其中卷帘式快门的传播方向在竖直方向上。
将领会到，在其它实施例中，卷帘式快门可以一次超过一条线地读取，或者它可以被设置在其它方向上。例如，在一些实施例中，卷帘式快门可以具有对角线传播方向，并且它可以因此在垂直于该对角线（即，平行于正方形传感器的相反对角线）的线中对图像传感器进行采样。将领会到，传播方向对应于从给定采样时刻处所采样的区域（例如，中心点）到下一采样时刻处所采样的区域（例如，中心点）的方向。
由分析处理器113执行的分析被设置为基于考虑到所采集的图像的空间与时间特性之间的关系的分析来确定两个光斑位置处经过的表面波的时间时刻之间的时间差。具体而言，照相机利用发明人的以下认识：卷帘式快门将时间效应引入到空间图像性质，并且通过分析空间图像性质（甚至是在单个图像中），可以获取时间特性的信息。
使用卷帘式快门的方法可以尤其减轻或消除对于高速照相机的需要。实际上，可以实现基本上高于图像帧速率的所确定的性质的时间分辨率。实际上，在许多应用中，可以实现比图像的帧速率高不止10倍的时间分辨率。
而且，在许多实施例中，系统可以降低所要求的处理的复杂度和资源需求。实际上，将时间特性变换为单个图像中的空间图案的空间特性不仅可以由于需要分析较少图片而降低资源需求，而且可以额外地允许使用许多低复杂度的算法。具体而言，许多空间分析算法可以比基于不同图像之间的时间分析的算法需求更少的资源。
图3中图示了由使用卷帘式快门方法的照相机所采集的移动表面的斑纹图案的示例。可以看到，斑纹图案展现空间图案变化，其反映图案如何在不同的采样时刻之间平移。在具体示例中，振动运动被引入到表面，并且可以看到，这导致其中水平方向上的平移作为竖直位置的函数的空间图案。在示例中，卷帘式快门是行顺序的，并且因此图案的竖直方向还反映时间维度。特别地，图3的图案展现对应于表面的正弦振动的竖直波。作为竖直位置的函数的水平平移因此提供表面的时间变化的信息，并且特别地，表面的运动的信息。
图4和5中图示了具有反映表面的运动的空间特性的斑纹图案的其它示例。图4图示了其中表面的运动对应于具有246 Hz的频率的正弦波的示例，并且图5图示了其中表面经受具有相关联的振动的短脉冲的示例。
分析处理器113被设置为利用表面的时间变化的空间表示来确定表面波（或脉冲）经过第一和第二光斑之间的时间差。因此，分析处理器113可以对斑纹图案执行空间分析并且可以使用此以确定随后被用于计算波速度的时间差。分析处理器113被设置为分析空间斑纹图案在反映时间变化的空间方向上（即，在卷帘式快门的传播的方向上）如何变化。因此，在具体示例中，分析不同竖直位置处的斑纹图案之间的变化。
在使用卷帘式快门的系统中，分析处理器113可以因此响应于两个斑纹图案的空间特性而确定时间差。特别地，可以响应于第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间相关性来确定时间差。例如，两个图案可以是空间相关的，并且可以确定对应于最大相关性的空间漂移或偏移。通过考虑卷帘式快门的速度，该空间差然后可以被转换为时间差。例如，如果对于比方说8条线的偏移找到最大相关性，那么时间差可以被确定为8倍的卷帘式快门的线到线时间。因此，可以通过第一光斑和第二光斑的斑纹图案的空间比较来确定时间差。
将领会到，分析处理器113可以使用不同算法来确定时间差。以下将描述许多方法。然而，应该领会到，分析处理器113不限于这些示例，而是其它方法可以取决于各个实施例的具体偏好和要求而使用在其它实施例中。
在一些实施例和场景中，分析处理器113可以被设置为响应于一个失焦图像中的第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间比较而确定时间差。
当表面波的波前经过光斑时，它将导致表面的运动，其导致斑纹图案中的改变。对于卷帘式快门采集而言，这将导致在对应于波前经过的时间的空间位置处斑纹图案中的改变。因此，所采集的斑纹图案将展现图案特性中的改变，其中改变的空间位置直接表示波前经过的时间。该现象将针对两个光斑图像对象（即，针对光斑）而发生。然而，由于光斑在空间上偏移，因而改变的确切时间将是不同的，并且这将导致改变发生在不同空间位置处。如果两个光斑对于波前经过光斑之间的时间差而言足够近以致于处在单个帧采集间隔内，那么单个图像中的两个图像对象可以展现斑纹图案改变。
图6中图示了这样的场景的示例。从其中激光将两个光斑的图案投影在附接于发射脉冲的小扬声器的一张纸上的实验机构来获取图案。通过将反射点的取向和照相机取向对齐，脉冲到达时间中的差可以被观察为左图案转变与右图案转变之间的竖直漂移。
如图6中所示，扬声器位移导致左图案的底部中严重的图案平移和运动模糊。在右图案中，当波从一个光斑的位置传播到第二光斑的位置时，可以在指示脉冲到达时间中的延迟的不同竖直位置处观察到脉冲的起始。图案的竖直位移进而可以使用线频率转换在时间延迟中。应指出，照相机对齐对归因于对象运动的失真的起始的竖直位置没有影响。失真的竖直起始仅取决于时间。
在这样的示例中，分析处理器113可以检测第一斑纹图像中发生的改变的空间位置和第二斑纹图像中发生的改变的空间位置。该空间偏移可以基于卷帘式快门传播速度进行估计并转换为波前经过第一和第二光斑之间的时间差。然后，可以从时间差和光斑之间的距离来计算波速度。
将领会到，存在检测斑纹图案中的改变和估计相邻斑纹图案中的改变之间的竖直空间偏移的多种方式。首先，通过追踪线到线的位移和分析所得到的运动图案可以将二维图像数据转换为一维轨迹。可替换地，对于每个斑纹图案而言，可以针对各条线（或者N条线的组）来确定斑纹对比度。然后，可以评析连续线之间的相对改变，并且如果改变超过给定阈值，那么斑纹图案改变可以被认为在该位置处发生。然后，空间偏移可以被确定为第一和第二斑纹图案的检测到的改变位置之间的线的数目。
作为更详细的示例，分析处理器113可以被设置为执行基于线的分析以确定时间差及因此波速度。特别地，照相机可以被设置为一次一组相邻线随后再下一组线等等地进行顺序采样。典型地，照相机一次一条线地采集，但是在一些实施例中，它可以一次N条线地采集，其中N是任何整数。总图像由不同时间处所采集的多组相邻线组成。在这样的实施例中，分析处理器113可以继续将不同组的斑纹图案进行比较以便检测改变何时发生。还将领会到，在一些实施例中，斑纹成像装置101可以通过将未同时采集的相邻线组合来生成线的各个组。例如，对于一次一条线地采集的卷帘式快门而言，可以通过将两条、三条或更多条线组合来形成用于分析的线的组。这将导致在卷帘式快门传播的方向上空间分辨率的有效减小以及因此减小的时间分辨率，但是可以提供对每个组的更可靠评析。
以下描述将出于简洁和清楚而集中于其中每个组包括一条线并且其中卷帘式快门执行一次一条线的线顺序采集的示例。作为具体示例，每个组可以包括单个水平行。
在这种情况中，分析处理器113可以继续（针对每个斑纹图案）比较不同行的行斑纹图案以确定改变何时发生。特别地，针对每条线并且针对每个斑纹图案，分析处理器113继续确定斑纹图案的性质。
性质可以例如是线间斑纹图案位移。例如，分析处理器113可以使相邻线相关以确定估计的图案平移。将领会到，可以应用多条线之上的平均、对生成的移动估计的过滤等等。
在该方法中，斑纹图案优选地被生成为具有相对粗的斑纹粒度，并且尤其具有这样的斑纹粒度，其中斑纹的至少80%具有超过两条线（或者如果快门一次N条线地采集，那么2N条线）的卷帘式快门传播方向（即，在具体示例中竖直方向）上的延伸。
作为具体示例，图7图示了由来自函数发生器的电信号驱动的压电声换能器的表面的斑纹图案的一部分。斑纹图案清楚地展现在竖直边缘的增强之后变得更可见的波形失真。图8图示了在这样的边缘增强操作之后的斑纹图案。将领会到，边缘增强是可选的，并且本领域技术人员将意识到许多适合的边缘增强算法。经增强的图像然后被用作用于逐行交叉相关性操作的输入图像，所述逐行交叉相关性操作以子像素准确度估计连续行之间的位移。
特别地，可以根据以下等式使用线交叉相关性来估计位移dx：
其中，y是线/行号，x是列号，并且i指示像素值。
图9中图示了从将该方法应用到图8的图像所得到的位移。可以看到，估计的位移直接对应于表面的正弦波运动。
可以看到，在卷帘式快门传播的方向上相邻线之间的斑纹图案位移在没有运动时接近零，但是在表面的运动发生时改变为非零值。因此，当线到线平移针对线位置超过给定阈值时，可以找到由表面波经过对应光斑所导致的斑纹图案中的改变的检测。因此，分析处理器113继续确定这针对其在相对地第一和第二斑纹图案中发生的空间位置（特别地，线号）。
将领会到，分析处理器113常常可以将低通过滤（例如，移动平均）应用到所生成的线到线位移估计（在将其与阈值比较之前）。还将领会到，在其它实施例中，可以执行更复杂的评析并且可以应用更复杂的标准。
作为另一示例，分析处理器113可以响应于两个光斑的线斑纹对比度中的对应改变之间的空间偏移而确定时间差。
因此，在这样的实施例中，分析处理器113可以针对第一和第二斑纹图案二者的每条线计算斑纹对比度。
斑纹对比度C可以例如被计算为强度I的标准偏差σ与斑纹图案的平均强度I平均之比：
C =σ/I平均。
因此，分析处理器113可以针对图像的每条线并且针对第一和第二斑纹图案二者计算该值。
当表面波经过光斑时，斑纹图案的所得到的运动将导致严重的运动模糊，其进而大大降低斑纹对比度。因此，分析处理器113可以继续通过检测斑纹对比度减小到阈值以下的位置来检测脉搏波。
同样，将领会到，分析处理器113可以应用过滤或平均，并且实际上可以应用更复杂的分析和/或改变检测标准。
一旦在图像中已经检测到斑纹图案改变的空间位置，分析处理器113就可以使用空间偏移来确定改变之间的时间差。特别地，对应的时间差可以被计算为空间偏移（以线来测量）除以卷帘式快门线频率。脉搏波速度然后可以被计算为光斑之间的距离除以时间差。
在具体示例中，仅考虑一个图像的斑纹图案。然而，两个光斑的斑纹图案之间的比较可以在相同图像/帧中的斑纹图案之间或者可以在不同图像中的斑纹图案之间进行。例如，当表面波经过第一和第二光斑之间的时间差小于帧时间时，可以在相同图像中的斑纹图案之间执行比较，并且当它超过帧时间时，它可以在不同图像中的斑纹图案之间来执行。在一些实施例中，例如可以在一个图像中的第一光斑的斑纹图案与多个图像（例如，包括相同图像）中的第二光斑的斑纹图案之间应用相关性。可以找到最大总体相关性，并且时间差可以被计算为对应于空间偏移的帧间时间偏移。
此外，先前示例基于从单个波前确定表面波速度。然而，在许多应用中，表面波是重复的表面波。特别地，对于脉搏波测量而言，表面波针对心脏的每次跳动重复。在一些实施例中，这可以被用于确定两个斑纹图案中的改变之间的时间差。这可以例如通过针对表面波的每个重复执行以上所述操作并且然后对结果进行平均（例如对所计算的速度或者例如所确定的时间差进行平均）来完成。
作为另一示例，所确定的斑纹图案性质值之间的交叉相关性可以在表面波的多个重复之上延伸。图9中图示了针对重复的表面波的两个斑纹图案所确定的性质的示例。
示例特别地图示了斑纹对比度值，并且可以看到，在两个光斑之间存在清楚且一致的空间偏移。可以使用诸如交叉相关的技术或者通过诸如最大值和最小值的发生的特性特征点的位置的比较来确定该偏移。
因此，图1的系统可以利用卷帘式快门效应来允许脉搏波速度的准确且高分辨率的确定。这可以在不要求高速照相机的情况下得以实现，并且实际上，对于许多应用而言，单个标准低成本兆像素照相机足以提供所要求的空间和时间分辨率二者。此外，由于所有分析基于包括两个斑纹图案的图像，因而可以避免对于不同装备之间的复杂且困难的同步的需要。
在先前示例中，由相干光源105生成的光斑已经被认为是圆形斑，并且圆形斑的采集已经导致圆形图像对象。这样的方法典型地被用于斑纹成像。
然而，在一些实施例中，图1的斑纹成像装置101被设置成使得由照相机111的图像传感器所采集的斑纹图案是各向异性的。这样的非圆形斑纹成像可以导致用于卷帘式快门的经改进的斑纹图案，并且可以尤其促进斑纹图案的分析。
各向异性成像可以特别地通过将相干光源105设置为将表面上的光斑生成为各向异性光斑来实现。因此，并非生成圆形光斑，而是相干光源105生成可以例如是椭圆的光斑。
实际上，斑纹图案中的斑纹的大小与激光斑大小反相关，使得斑大小越小，斑纹就越粗。发明人已经认识到，该考虑也可以分别适用于每个维度以获取各向异性斑纹图案，并且当使用卷帘式快门采集时这是特别有益的。具体而言，各向异性光斑可以被用于增加斑纹图案的竖直相关性（即，在卷帘式快门传播方向上），同时维持精细的水平位移分辨率（即，在垂直方向上）。
可以例如通过作为圆柱形透镜的图1的斑纹成像装置101的透镜109来控制斑纹图案。这将导致椭圆光斑。如果光斑椭圆的长轴水平地取向（即，与垂直于卷帘式快门传播方向的方向对齐，并且在具体示例中，与图像传感器列方向对齐），那么这将导致在竖直方向上（即，与卷帘式快门传播方向对齐，并且在具体示例中，与图像传感器行方向对齐）细长的斑纹。该方法可以提供各线之间的较高相关性，同时维持每条线的高分辨率和斑纹变化。这可以导致对斑纹图案中的改变的经改进的检测，并且具体而言，基于线间位移的经改进的检测。
图10中图示了该效应，其示出分别用于没有运动和表面正弦运动的各向同性和非各向同性光斑的对应斑纹图案之间的比较。
图10特别地示出了当不存在运动时（图案1003）和当存在高频表面运动时（图案1005）利用卷帘式快门照相机采集的各向异性光斑1001的斑纹图案。它还示出了当不存在运动时（图案1009）和当存在高频表面运动时（图案1011）利用卷帘式快门照相机采集的各项同性光斑1007的斑纹图案。
可以看到，各向同性光斑导致各向同性斑纹图案，其中运动信息（对应于水平线漂移）难以辨别。然而，对于各向异性光斑而言，斑纹是细长的，这导致运动信息检测起来容易得多。在示例中，各向异性光斑1007相对于各向同性光斑1001已经在水平方向上延伸。这清楚地导致斑纹的增加的竖直尺寸并且因此提供较高的线到线相关性。同时，维持水平分辨率。
将领会到，光斑的确切各向异性度将取决于各个实施例的具体细节。然而，在许多实施例中，在对应于卷帘式快门传播方向的方向上的斑纹粒度的平均延伸是在垂直于其的方向上的斑纹粒度的平均延伸的至少两倍。因此，在许多实施例中，各向异性光斑图像（或者实际上光斑自身）可以具有是最短尺寸的至少两倍的最长尺寸。
各向异性斑纹图案不需要由表面上的各向异性光斑来生成。而是，在一些实施例中，相干光源105可以被设置为将光斑生成为各向同性光斑，但是照相机111被设置为将对应斑纹图案生成为各向异性光斑图像对象。
因此，在一些实施例中，可以修改成像光学器件而不是投影光学器件。这可以例如通过使用各向异性光学孔径、散光光学器件、变形光学器件或者棱镜来实现。实际上，通过改变成像光学器件，使图像在一个方向上比在另一个上伸展更多是可能的。这可以影响模糊圆的轮廓和（观察到的）斑纹的形状二者。
特别地，可以类似于在胶片记录和电影投影中使用变形透镜以便通过采集和/或投影元件中的宽高比的改变获取超宽屏幕图像来完成。光学器件可能包括圆柱形透镜或者曲面镜。
在示例中，将对变形光学器件进行取向，使得斑纹在卷帘式快门的传播方向上相对地伸展。
先前实施例已经集中于其中相干光源105仅生成两个光斑的示例，所述两个光斑每一个然后创建要被分析的斑纹图案图像对象。然而，在一些实施例中，相干光源105可以被设置为在表面上生成超过两个光斑。
图11中图示了这样的示例性实施例。示例对应于图1的示例，但是其中相干光源105生成超过两个光斑。这可以例如通过使用多个激光光源、具有衍射光栅的单个源，或者使用分束器和反射镜来实现。
照相机111被设置成使得它采集所有光斑。斑纹成像装置101还包括选择器1101，其被设置为选择多个光斑中的至少两个的子集。选择器1101还被耦合到分析处理器113，其继续分析光斑的子集的斑纹图案。
方法可以特别适合于自动或半自动适配于表面/组织的具体定位，并且可以尤其提供在定位要被监测的对象时增加的灵活性和自由度。
例如，多个光斑可以形成规则或非规则的网格。要被测量的对象然后可以放置在相对粗的测试区域内，并且系统评析多个光斑以找到位于表面上的适合位置处的光斑中的两个或更多个。分析然后可以基于所选择的光斑。此外，通过在详细分析之前执行光斑的子集的选择，可以实现更高效且需求更少资源的系统。
因此，方法可以使用多个光斑（例如，在规则图案中）的投影来增加照射要被测量的（例如，患者的）组织的感兴趣部分的可能性。此外，通过选择照相机传感器上的感兴趣区，可以从光斑的集合选择子集。然后，可以例如通过仅采集和处理所选择的感兴趣区来增加空间分辨率和帧速率。
在许多应用中，在不执行手动适配或要求对象的非常具体放置的情况下，照射研究当中的受检者或对象上的优选或甚至适合的斑的可能性非常小。实际上，在大部分应用中，要求将所分析的光斑定位在其中例如经历适合的振动的表面区域上。典型地，这是相对小的区域并且必须仔细地对两个光斑进行定位。然而，通过使用更多光斑，仅要求要被监测的对象相对于相干光源105（和照相机）的粗略和灵活的定位，并且斑纹成像装置101然后可以自动地适配并且选择定位在表面的适合位置处的光斑。
然而，观察多个光斑的缺点在于，信息量的增加可能增加所要求的资源需求和处理。然而，通过对用于分析的适合光斑进行分离的选择，这可以得以减轻并且所得到的增加计算需求可以保持非常低。例如，可以减小空间或时间分辨率。例如，可以通过丢弃或子采样来降低空间传感器分辨率。作为另一示例，可以通过使用较低帧速率，例如通过在执行选择时跳过帧来降低时间分辨率。此外，一旦已经标识光斑的子集，这些就可以用全像素分辨率和帧速率进行分析，从而确保在表面运动的估计中不存在降级。
作为示例，具有全分辨率处的12帧每秒的帧速率的两个兆像素传感器可以被用于选择。然而，当执行全分析时，仅可以选择对应于例如一个所选择的光斑图像对象的小区域。这可以允许快得多的帧速率，诸如例如200帧每秒。
作为具体示例，斑纹成像装置101可以被用于确定患者的脉搏波速度。相干光源105可以生成如图12中所图示的光斑的网格。机构可以例如定位在病床的上方，其中光斑图案与静止的患者的胸部区域重叠。图案不必是可见的，但是可以例如基于不可见的红外照射和感测。透镜或透镜的集合对于投影而言不是必要的，但是可以改进信号质量，因为斑纹粗度及因此有效的对比度与激光光斑的大小有关。
图13图示了可以通过失焦照相机111采集的图像。可以看到，针对每个光斑生成斑纹图案。图14图示了针对其中表面是压电换能器的表面的实验机构所采集的对应图像。
图12和13的示例可以特别地被用于患者的脉搏波速度的远程测量。当心脏跳动时，可以在患者的皮肤表面上，例如在患者的胸部上（或者例如在手臂、颈部等等上）检测到小扰动。在示例中，斑纹图案的分析可以因此提供患者的脉搏波速度的信息。然而，为了提供可靠的估计，重要的是将用于确定速度的光斑适当地定位。
因此，为了增加脉搏波速度估计的准确度，系统被设置为选择光斑中的两个。在子集（其对应于图像传感器的较小区域）的选择之后，可以增加（传感器的）空间分辨率和帧速率/时间分辨率以用于更准确的测量。应该牢记，空间分辨率不仅指示像素的总数目而且指示每单位长度的像素的数目或者分辨能力。
用于选择子集的确切算法和标准将取决于各个实施例的偏好和要求。
在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于失焦图像中的光斑的光斑强度而选择子集。从图14可以看到，失焦图像中的光斑的强度针对不同光斑而变化。具体而言，失焦图像中的光斑图像对象的平均亮度可以取决于反射表面的反射性质，并且这可以被用于确保所选择的光斑确实来自适当的表面。因此，子集可以被选择为包括具有高强度的光斑，从而导致经改进的分析。
在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于多个光斑中的光斑的斑纹对比度而选择子集。如图14中所示，斑纹对比度可以取决于与光斑的具体位置相关联的确切性质。例如，如果到光斑的距离从确切的焦距偏离，那么斑纹图案可以变得更粗并且可以导致降低的对比度。通过将光斑的子集选择为具有高斑纹对比度，可以执行经改进的分析。例如，相关性估计可以变得更准确和可靠。
在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于多个光斑中的光斑的斑纹图案变化而选择子集。具体而言，可以基于不同光斑的斑纹图案之间的相关性来选择子集。因此，在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于多个光斑中的不同光斑的变化之间的相关性而选择子集。
在一些实施例中，可以响应于具有满足相似性标准的时间行为的斑纹图案变化而选择子集。例如，子集可以被选择为仅包括这样的光斑：对于所述光斑而言，斑纹图案在基本上对应的但可能具有时间偏移处改变，或者所述光斑例如具有以相同频率重复的变化。例如，当监测脉搏波时，这可以确保仅考虑定位在随患者的脉搏移动的表面上的光斑。
在一些实施例中，斑纹图案的变化可以被测量为用于斑纹图案的运动估计。特别地，低复杂度的运动估计可以被执行并用于选择具有对应运动的光斑。
在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于光斑的光斑图案中的改变而选择子集。特别地，相干光源105可以被设置为生成光斑的规则网格。然而，当网格覆盖具有大幅深度变化的区域（例如，患者的胸部和医院病床的一部分二者）时，深度距离导致所采集的图像中的光斑的相对位移。因此，非规则网格可以被记录在所采集的图像中，并且该偏离可以被用于标识不具有期望的深度的光斑。该方法可以例如被用于检测哪些光斑命中患者的胸部。
在一些实施例中，选择器1101可以被设置为响应于非斑纹图案图像而选择子集。例如，可以使用另一图像来评析相对于患者的定位的光斑位置。该图像可以例如是对焦图像，其可以连同患者和病床的一部分而将光斑示出为小斑。系统然后可以评析哪些斑与患者的胸部重叠。作为其它示例，斑位置与患者位置的关系可能从额外的照相机图像、背景图像或先验信息得以导出。
将领会到，不需要针对基于视频的成像系统的每个帧执行子集选择。例如，可以在给定时间间隔处重复子集选择。例如，每隔几秒重新选择用于子集的光斑将允许系统追踪患者移动。
在一些实施例中，系统可以包括反馈功能性，其可以例如控制相干光源以将光斑中的一些接通和断开。而且，尽管可以常常使用基本上同样的光斑的规则网格，但是系统也可以与非均匀的网格一起使用。实际上，不仅网格间距可以变化，而且光斑大小也可以变化。这可以被用于优化对应用的具体特性的监测。
还将领会到，尽管多个光斑的使用可以特别适合于卷帘式快门斑纹成像，但是它也可以适合于许多其它斑纹成像类型和应用。
将领会到，方法可以特别地被用于估计脉搏波速度测量，并且因此可以提供不引人注意的血压估计。这些可以被用于不同的医疗应用，诸如对遭受心脏病的患者的新生儿监测或持续（家庭）患者监测。
还将领会到，通用原理可以被用于估计沿着靶向表面的其它类型的波传播，这可以找到诸如对生产装备的振动监测的工业应用。
将领会到，出于清晰的目的，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见的是，可以在不损害本发明的情况下使用不同的功能电路、单元或处理器之间的功能性的任何适合的分布。例如，被图示为由分离的处理器或控制器执行的功能性可以由相同的处理器或控制来执行。因此，对特定功能单元或电路的引用应仅被视为对适合的器具的引用以用于提供所描述的功能性而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。
可以以包括硬件、软件、固件或这些的任何组合的任何适合的形式来实现本发明。本发明可以可选地至少部分实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。可以以任何适合的方式在物理上、功能上和逻辑上实现本发明的实施例的元件和部件。实际上，功能性可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其它功能单元的一部分来实现。同样，本发明可以在单个单元中实现或者可以在物理上和功能上分布于不同的单元、电路与处理器之间。
尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是其不旨在限于本文所阐述的具体形式。而是，本发明的范围仅由随附权利要求书来限制。此外，尽管可能似乎结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，所描述的实施例的各种特征可以根据本发明组合。在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤的存在。
此外，尽管被单独列出，但是多个器具、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实现。此外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些可能可以有利地组合，并且包括在不同的权利要求中不隐含特征的组合不是可行和/或有利的。而且，一个类别的权利要求中的特征的包括不隐含限于该类别，而是指示特征同样适用于其它权利要求类别，这视情况而定。此外，权利要求中的特征的次序不隐含特征必须以任何具体次序来工作，并且具体而言，方法权利要求中的各个步骤的次序不隐含步骤必须以该次序来执行。而是，步骤可以以任何适合的次序来执行。此外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的参考标记仅作为澄清示例而提供，不应以任何方式解释为对权利要求的范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于确定表面波的传播速度的装置，所述装置包括：
相干光源（105），其用于在表面（103）上生成至少第一光斑和第二光斑；
照相机（111），其用于采集包括所述第一和第二光斑的表面（103）的至少一部分的至少一个失焦图像，所述失焦图像包括用于所述第一光斑的第一光斑图像对象和用于所述第二光斑的第二光斑图像对象，所述第一光斑图像对象具有第一斑纹图案，并且所述第二光斑图像对象具有第二斑纹图案；以及
分析器（113），其用于响应于所述第一斑纹图案和第二斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差而确定所述传播速度，
所述装置的特征在于，所述分析器（113）被设置为响应于由所述照相机所采集的一个失焦图像中的第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间比较而确定所述第一斑纹图案和第二斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差，其中所述照相机包括用于采集所述至少一个失焦图像的卷帘式快门。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为：
确定所述第一斑纹图案的第一性质；
确定所述第二斑纹图案的第二性质；
检测所述第一性质中的第一改变；
检测所述第二性质中的第二改变；以及
响应于所述第一改变的时间时刻与所述第二改变的时间时刻之间的时间差而确定所述传播速度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为响应于所述第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间相关性而确定所述时间差。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为响应于所述第一斑纹图案和第二斑纹图案在对应于所述卷帘式快门传播方向的方向上的空间图案变化而确定所述时间差。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为响应于所述第一斑纹图案和第二斑纹图案中的图案改变之间的空间偏移而确定所述时间差。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述卷帘式快门被设置为顺序地采集失焦图像线；并且所述分析器（113）被设置为：
针对多个组中的每个组确定第一光斑图像对象的第一斑纹图案性质，所述多个组每一个包括所述失焦图像的许多相邻线的至少一部分；
针对所述多个组中的每个组确定第二光斑图像对象的第二斑纹图案性质；
检测所述多个组的各组之间的第一图案性质的第一改变；
检测第二多个组的各组之间的第二图案性质的第二改变；以及
响应于所述第一光斑图像对象中的第一改变与所述第二光斑图像对象中的第二改变之间的空间差而确定所述时间差。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为响应于所述第一光斑图像对象和第二光斑图像对象的斑纹对比度中的改变之间的空间偏移而确定所述时间差。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述分析器（113）被设置为响应于所述第一光斑图像对象和第二光斑图像对象的线间斑纹图案位移中的改变之间的空间偏移而确定所述时间差。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述相干光源（105）被设置为在所述表面上生成多个光斑，并且所述照相机被设置为采集所述失焦图像中的多个光斑；并且所述装置还包括：
选择器（1101），其被设置为选择光斑的子集以用于由所述分析器（113）分析。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述选择器（1101）被设置为使用比所述分析器（113）在确定所述传播速度时所使用的更低的处理分辨率来选择所述光斑的子集。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述选择器（1101）被设置为响应于以下当中的至少一个而选择所述子集：
所述多个光斑中的光斑的强度；
所述多个光斑中的光斑的斑纹对比度；
所述多个光斑中的光斑的斑纹图案变化；
所述多个光斑中的不同光斑的变化之间的相关性；以及
所述多个光斑的光斑图案中的改变。
12.根据权利要求1所述的装置，其被设置为确定脉搏波的传播速度。
13.一种确定表面波的传播速度的方法，所述方法包括以下步骤：
在表面（103）上生成至少第一光斑和第二光斑；
采集包括所述第一和第二光斑的表面（103）的至少一部分的至少一个失焦图像，所述失焦图像包括所述第一光斑的第一光斑图像对象和所述第二光斑的第二光斑图像对象，所述第一光斑图像对象具有第一斑纹图案，并且所述第二光斑图像对象具有第二斑纹图案；以及
响应于所述第一斑纹图案和第二斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差而确定所述传播速度，
所述方法的特征在于，确定所述传播速度的步骤包括响应于一个失焦图像中的第一斑纹图案和第二斑纹图案的空间比较而确定所述第一斑纹图案和第二斑纹图案中的斑纹图案改变之间的时间差，其中所述失焦图像由包括用于采集所述至少一个失焦图像的卷帘式快门的照相机来采集。
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