CN105814434A - 用于将来自样本表面的光和来自其更深漫射层的光分离的偏振光成像装置及其方法 - Google Patents

Abstract

提供了偏振光成像装置。在实施方案中，该装置包括：用于产生光束的光源；与光源耦合的照射镜片，用于朝向样本引导光束；与照射镜片耦合的线性偏振器，配置为朝向样本产生光束各自的线性偏振光；TIR双折射偏振棱镜(BPP)，其与样本耦合以最大化从样本返回的光的寻常波与非寻常波之间的折射差；以及检测镜片单元，其与非TIR BPP耦合，用于将从样本返回的光波朝向单偏振敏感传感器元件(SE)引导，SE配置为俘获样本的从样本的除较深漫射层之外的浅表单散射层返回的光波各自的至少一帧。

Description

用于将来自样本表面的光和来自其更深漫射层的光分离的偏振光成像装置及其方法

相关申请的交叉引用

本申请要求递交于2013年4月21日的美国临时专利申请第61/814,306号以及递交于2013年12月31日的美国临时专利申请第61/922,111的权益，这两个申请包含的全部内容通过引用方式合并于此。

技术领域

本发明一般涉及成像平台，更具体地涉及用于在成像平台中进行光分离的偏振光成像装置。

背景技术

偏振成像系统通常复杂、昂贵，不适用于混浊媒介。偏振差成像(PDI)系统的技术通常用于俘获样本的多个帧(例如，图像)。这些技术通过将样本的一帧与另一帧进行比较来确定光强度的空间差。

当寻找在其单散射层具有浅表结构的样本时，从较深结构返回的光会压过来自感兴趣层的光。该压过的发生是因为，从样本返回的光的大部分(例如，表皮中反射光的80％)是漫射的。另外，存在依赖于样本的折射率和照射角范围的谱反射。这种谱反射补偿了大约15％的反射光。因此，浅表单散射层中的感兴趣层约为反射光的4-5％。去除该背景信号能够加强浅表结构中的感兴趣层。消除背景信号是作为对比增强机制的已知PDI系统的关键原理。在电气工程领域，以类似PDI操控光的方式操控电的电路是共模带除放大器。这种放大器通常用来抵制噪声或背景信号(例如，光源的强度漂移)。

PDI系统通常包括借助机械方式旋转的光学偏振器或者可调谐液晶偏振器。PDI系统的技术通常用偏振光照射样本且利用至少一个偏振敏感传感器阵列来对样本成像。在这些技术中，光从样本表面反射(即，谱反射)，从样本表面背散射的光维持其波特性，然而，从样本返回的散光通常失去其偏振特性。这种情况发生是因为，光在两个偏振通道之间分割，两个偏振通道为偏振平行和偏振垂直。

典型的PDI系统可以通过数学式描述如下：

入射光(PAR)＝谱反射+单散射(SS)+1/2*漫射率；

交叉偏振光(PER)＝1/2*漫射率。PER与PAR正交；以及PDI＝PAR-PER＝谱反射+SS。

下面是在背景技术中论述的两个常规的PDI系统的详细描述。参考图1所示的PDI系统100包括用线性偏振光照射的样本110。这是利用光源120、照射镜片122和线性偏振器124来实施的。从样本110返回的光(即，谱反射、SS和漫射光)由偏振束分割器(PBS)130在两个偏振通道之间分割。分割的光由多个偏振敏感传感器阵列(SA)140-1和140-2来采集。每个敏感SA140-1、140-2配置为俘获图1所示的两个偏振通道的相应的样本110的至少一帧。

线性偏振器124以如下方式相对于PBS130定位：每个SA140配置为俘获PAR或PER成分。照射镜片122以如下方式位于光源120与线性偏振器124之间：使用户能够调节从光源120出来朝向样本110的光束。类似地，多个检测镜片单元(例如，检测镜片单元150-1和150-2)位于PBS130与每个SA140之间以调节朝向每个SA140的光束。

虽然各领域专业人员使用PDI系统100，但是系统100由于其静态本质而存在一些问题。作为示例，在SA140之间会发生未对准。从复杂度方面讲，校正这些未对准是低效的。另外，为了通过系统100捕获PAR和PER，需要多个SA140。这也存在成本和复杂度方面的缺点。此外，系统100受偏振分离元件(即，PBS130)限制。而且，此处所描述的系统100不适用于混浊媒介。

在图2中示出了另一种常规的PDI系统200。系统200用偏振光照射样本110。系统200以时间为函数顺序地俘获PAR和PER成分。也即，通过可调谐偏振器210来偏振光从而照射样本110。可调谐偏振器210在SA240俘获的每帧之间旋转偏振90°，形成作为时间的函数的方形波。从样本110返回的光(为谱反射、SS和漫射光的组合)通过线性偏振器120在两个偏振通道之间分割。

SA240配置为俘获样本110的多个帧。线性偏振器220平行于或者垂直于可调谐偏振器210的偏振定向，以分别产生PAR和PER图像。照射镜片122位于光源120与可调谐偏振器210之间以调节从光源120出来朝向可调谐偏振器210的光束。类似地，至少一个检测镜片230位于线性偏振器220与SA240之间以调节朝向SA240的光束。另外，系统200需要控制单元，诸如控制器250，以在可调谐偏振器210与帧俘获功能之间同步。

虽然系统200由多领域专业人员使用，但是系统200仍存在一些由于其非静态本质引起的问题。作为示例，会发生偏振旋转的中断，从而导致系统200低效且不可靠。因此，偏振的旋转从复杂度方面讲是低效的。另外，系统受偏振分离元件(即，线性偏振器220)限制。而且，系统200昂贵且不适合于混浊媒介。

两个常规的PDI系统依赖于利用偏振分离元件将各偏振在空间上到单独的SA140的分离，或者在时间上到同一SA240的单独帧的分离。图像和子图像组合而产生PAR和PER的输出图像。

因此，有益的是提供克服常规的PDI系统的缺陷的解决方案以及将从浅表层或样本表面返回的光和从一个或多个较深层返回的光分离的技术。

发明概述

本文公开的一些实施方案包括用于将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为空间的函数的其较深漫射层的光分离的偏振光成像装置。该装置包括：光源，其用于产生光束；照射镜片，其与光源耦合，用于朝向样本引导光束；线性偏振器，其与照射镜片耦合，其中所述线性偏振器配置为产生朝向样本的光束各自的线性偏振光；非总内反射(TIR)双折射偏振棱镜(BPP)，其与所述样本通信耦合以最大化从样本返回的光的寻常波与非寻常波之间的折射差；以及检测镜片单元，其与所述非TIRBPP耦合，用于朝向单偏振敏感传感器元件(SE)引导从样本返回的光波，其中SE配置为俘获所述样本的从样本的除较深漫射层之外的浅表单散射层返回的光波各自的至少一帧。

本文公开的一些实施方案还包括将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为空间的函数的其较深漫射层的光分离的方法。该方法包括：使光源能够产生光束，其中光束朝向样本引导；产生光束各自的线性偏振光；使非总内反射(TIR)双折射偏振棱镜(BPP)最大化从样本返回的光的寻常波与非寻常波之间的折射差；俘获所述样本的从样本返回的包含入射光(PAR)和交叉偏振光(PER)的光波的各自的帧，其中通过检测镜片单元来调节返回的光波；以及产生显示出俘获帧各自的PAR成分和PER成分的输出图像。

本文所公开的一些实施方案还包括用于将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为时间的函数的其较深漫射层的光分离的偏振光成像装置。该系统包括：控制器；第一光源，其在控制器的控制下产生第一预定时间间隔的各自的具有至少第一偏振特征的光束；第二光源，其在控制器的控制下产生第一预定时间间隔的各自的具有至少第二偏振特征的光束；第一照射镜片，其与至少第一光源耦合，其中第一照射镜片将由第一光源产生的光束朝向样本引导；第二照射镜片，其与至少第二光源耦合，其中第二照射镜片将由第二光源产生的光束朝向样本引导；第一线性偏振器，其与第一照射镜片耦合，其中第一线性偏振器配置为产生朝向样本的光束各自的具有至少第一偏振特征的第一线性偏振光；第二线性偏振器，其与第二照射镜片耦合，其中第二线性偏振器配置为产生朝向样本的光束各自的具有至少第二偏振特征的第二线性偏振光；第三线性偏振器，其与检测镜片单元耦合，其中第三线性偏振器配置为产生朝向样本的从样本返回的光各自的第三线性偏振光；以及单偏振敏感传感器元件(SE)，用于俘获样本的检测镜片单元各自的多个帧。

根据实施方案，多个帧中的每个帧被俘获为分别在第一预定时间间隔具有至少第一独特偏振而在第二预定时间间隔具有至少第二独特偏振。根据另一实施方案，第一照射镜片和第二照射镜片的偏振状态通过定序来区分。这可以通过由与所描述的两个偏振镜片分离且不同的多个照射镜片散布照射标记物来完成。这可以包括引入样本的不同的波长或者照射缺失。

本文所公开的一些实施方案进一步包括将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为时间的函数的其较深漫射层的光分离的方法。该方法包括：使第一光源产生第一预定时间间隔各自的具有第一偏振特征的光束，其中该光束由第一照射镜片朝向样本引导；通过至少第一线性偏振器产生所引导光束给的具有至少第一偏振特征的第一线性偏振光；使第二光源产生具有第二预定时间间隔的各自的具有第二偏振特征的光束，其中光束由第二照射镜片朝向样本引导；通过第二线性偏振器产生所引导光束各自的具有第二偏振特征的第二线性偏振光；通过敏感传感器元件(SE)俘获样本的响应于第一独特偏振而从样本返回的光各自的第一帧，其中返回的光借助第三线性偏振器前行且由检测镜片来调节；通过SE俘获样本的响应于第二独特偏振而从样本返回的光各自的第二帧，其中返回的光由第三线性偏振器照射且由检测镜片调节；返回第一帧和第二帧以产生表征第一独特偏振与第二独特偏振之差的输出图像。

根据实施方案，第一照射镜片和第二照射镜片的偏振状态可以通过定序来区分。这可通过与所描述的两个偏振镜片分离且不同的多个照射镜片散布照射标记物来完成。这可以包括引入样本的不同的波长或照射缺失。

本文公开的各个实施方案可用于对比增强和层分离。该分离通过处理单元在样本的浅表单散射层的结果图像与来自其较深漫射层的结果图像中来执行。为了提高样本的浅表单散射层与较深漫射层之间的对比度，去除了用作矮化信号的背景的过量量。

附图说明

在说明书结尾处的权利要求书中特别指出了本文公开的主题且进行不同的权利要求。公开的实施方案的前述的以及其他的目的、特征和优点将从结合附图进行的以下详述中变得显而易见。

图1是工作的静态偏振差成像(PDI)系统的示意框图；

图2是工作的非静态PDI系统的示意框图；

图3是根据实施方案用于俘获作为空间的函数的样本的至少一帧的偏振光成像装置的示意框图；

图4是根据实施方案的用于俘获作为时间的函数的样本的多个帧的偏振光成像装置的示意框图；

图5是根据实施方案的用来产生输出图像的控制器的示意框图；

图6是根据实施方案显示出同时产生的入射光(PAR)成分和交叉偏振光(PER)的样本的图像重构；

图7是示出PAR成分与PER成分之差的样本的图像重构；

图8是描述根据实施方案的识别作为空间的函数的样本的光学特性的过程的流程图；以及

图9是描述根据实施方案的识别作为时间的函数的样本的光学特性的过程的流程图。

发明详述

重要的注意，本文所公开的实施方案仅为本文创新性教导的多个有益使用的示例。一般地，在本申请说明书中做出的陈述不一定限制各权利要求发明中的任一个。而且，一些陈述可适用于一些创造性的特征，而一些不适用。一般的，除非特别指出，否则单数元素可以是复数，反之亦然，不丧失一般性。在图中，在多幅图中相似的标记指代相似的部件。

本文公开的一些示例性实施方案提供了为达到识别样本的状态而在分离浅表层的同时分析其较深漫射层中样本的光学特性的装置和方法。作为示例而不是限制，诸如人类组织样本的混浊媒介被分析以识别肿瘤的发展。根据实施方案，通过公开的装置来俘获样本的帧，该装置包含光源、一个或多个照射镜片、线性偏振器、双折射偏振棱镜(BPP)、检测镜片、一个或多个孔径光阑、以及配置为作为空间的函数俘获样本的帧的单偏振敏感传感器元件(SE)。

俘获的帧由与SE通信耦合的处理单元来分析以产生显示出样本的光学特性的图像。这种图像然后显示在显示器上。应当注意的是，SE配置为在一帧中同时俘获入射光(PAR)成分和交叉偏振光(PER)成分。

根据另一实施方案，由公开的包含多个光源、多个照射镜片、多个线性偏振器、一个或多个检测镜片和配置为俘获样本的帧的SE的装置来俘获样本的多个帧。应当注意的是，每个帧通常在不同的时间点俘获并且可配置为不同的偏振特性。帧由与SE通信连接的处理单元来分析以产生显示出偏振特性之间的差别的输出图像。输出图像然后显示在显示器上。

图3示出了根据一个实施方案的偏振光成像装置300的示例性的且非限制性的示意图。根据实施方案，作为空间的函数，该装置用来俘获例如样本110的样本的至少一帧。样本110包括表面、浅表散射层和较深漫射层。

装置300包括光源120，照射镜片，诸如照射镜片122，线性偏振器，诸如线性偏振器124，单偏振敏感元件(SE)310、至少一个检测镜片单元320、非总内反射(TIR)双折射偏振棱镜(BPP)330、一个或多个孔径光阑340，例如孔径光阑340-1和孔径光阑340-2，以及控制器350。下面结合图5对控制器350的结构和功能进行详细说明。上文结合图1和图2论述了光源120、照射镜片122和线性偏振器124。

根据实施方案，光源120配置为产生朝向样本110前行的方形光波。根据另一实施方案，光源120可以是其中波长随时间摆动的可调谐光源。照射镜片122与光源120耦合，其用来将从光源120发射的光束引导到样本110。

通过配置为产生所生成的光束的各自的线性偏振光的线性偏振器124来照射样本110。从样本110返回的光波，诸如谱反射、单散射(SS)以及漫射由检测镜片单元320朝向SE310引导。

在实施方案中，SE310配置为俘获样本110的返回光和敏感偏振各自的至少一帧。应当注意，由SE310俘获的每帧是根据入射光(PAR)和交叉偏振光(PER)来取得的。根据实施方案，可以通过SE310以相同的放大率和取向来俘获PAR和PER，如下面参考图6所显示。

使得非TIRBPP330各自能够在单个SE310上俘获PAR和PER。这种非TIRBPP330可以为但不限于沃拉斯顿棱镜、诺马尔斯基棱镜、罗森棱镜、塞拿蒙棱镜以及可设计成具有类似功能的其他光学系统。非TIRBPP330包含以其角度切割的胶合双折射晶体。这种结构使得寻常波与非寻常波之间的折射差最大化，并且允许同时在单个SE310上俘获PAR和PER成分。

在实施方案中，孔径光阑340-1和340-2与非TIRBPP330耦合。每个孔径光阑340-1、340-2配置有可变直径，使得能够调节通过相应的孔径光阑340-1或340-2朝向非TIRBPP330发射的波量。这种波量可以分别由在产生的偏振图像中所要求的焦距来确定。

本文所描述的装置300用来识别光学特性，诸如样本110的空间漫射反射率。样本110可以包括混浊媒介。在分离浅表层的同时，相对于样本110深漫射层来识别光学特性。为了识别样本110的光学特性，由SE310俘获的每个帧被分析而在控制器的控制下产生输出图像，诸如控制器350，如下面结合图5进一步描述的。

作为非限制的示例，本文所描述的装置300可用于医学成像。在一个实施方案中，当需要光学特性识别使，装置300能够用于分析上皮组织，通常是为了判定在浅表层上是否产生癌症，例如在颈部癌症的情况下。为了识别与颈部癌症有关的恶性生长或肿瘤，确定PAR成分与PER成分之间的差别。执行该操作以将来自谱反射的漫射成分与单散射(SS)成分分离。

图4描绘了根据实施方案的用来俘获不同照射配置的偏振光成像装置400的示例性的且非限制性的示意框图。装置400包括多个光源，诸如例如光源410-1和光源410-2，多个照射镜片(例如，照射镜片412-1和照射镜片412-2)，多个线性偏振器(例如，线性偏振器414-1，线性偏振器414-2，以及线性偏振器414-3)，检测镜片单元440以及SE310。装置400还包括控制器350；控制器350的结构和能够将在下文中结合图5进行详细说明。

每个光源410配备有偏振分离机构。因此，每个光源410配置为在控制器350的控制下朝向样本110产生具有独特偏振的光束。作为示例，每个光源410-1、410-2可以为LED、偏振器、塑料导光管等。

每个光源410-1、410-2分别与照射镜片412-1、412-2耦合。每个照射镜片412用来将从每个光源410发射的光束朝向样本110引导。另外，每个照射镜片412与多个线性偏振器中的一个，例如414-1或414-2耦合。线性偏振器414-1和414-2中的每一个配置为产生从相应的光源410发射且由照射镜片412引导的光束各自的线性偏振光。

在实施方案中，该装置包括与检测镜片单元440耦合的额外的线性偏振器414-3。该线性偏振器414-3配置为将线性偏振(例如，在180°取向内)的光或者可选地圆形偏振光发射到检测镜片单元440。然后，检测镜片单元440将偏振光朝向SE310引导。

SE310配置为俘获样本110的多个帧。通过根据预定的时间间隔来协调照射或者通过基于散布在独特偏振状态之间的预定标记物在偏振状态之间进行区分，每个帧分别由光源410的独特偏振俘获。在控制器350的控制下分析俘获的帧以产生表示各偏振之差的输出图像。这将在下文结合图5进行进一步论述。

根据实施方案，装置400还可以包括多个波导，诸如导光管(未示出)，其与每个光源410耦合。每个波导用来引导由各个光源410-1或410-2产生的光束(或波)。

作为非限制示例，本文所描述的装置400用于通过层分离来改善层可视化。另外，装置400能够用于指纹识别、伪装无屏蔽、以及其中样本的前景和背景能够被区分的类似应用。这样实现是因为，对于一些偏振而言比其他偏振更好地保持了光的偏振特性。作为示例，通过包含混沌媒介的样本110传播的光漫射。

图5描绘了根据一个实施方案实现的控制器350的示例性的且非限制性的示意框图500。如上所述，控制器350与SE310通信连接。控制器350包括处理单元352，其与诸如存储器354的存储器单元通信连接。存储器354可以包含多个指令以及其他内容，当通过处理单元352执行时，指令使得由SE310俘获的各偏振各自的一个或多个帧产生输出图像。这种图像可以图形方式呈现在显示器356上，显示器356与处理单元352通信连接。

控制器350还包括数据存储单元358。数据存储单元358可以为存储器单元354的部分，或者可以作为外部组件与存储器单元354连接。数据存储单元358通常保存关于所俘获帧的数据，所进行的分析，所产生的偏振图像以及处理单元352使用的其他相关数据。

根据实施方案，本文所示的各个组件经由通信总线510与SE310通信连接。该连接可以是仅本地总线，但是不限制，连接可以是任何类型和组合的数据通信网络。

输出图像的产生包括通过处理器单元352分析由SE310俘获的至少一帧。分析是基于存储在装置300或400类型的各自的存储器354中的指令来进行。

根据实施方案，处理单元352配置为，当SE310俘获作为空间的函数的样本110的帧时，产生显示出PAR成分和PER成分的图像。根据该实施方案，诸如光源120的单个光源产生光束，通过诸如线性偏振器124的单个线性偏振器来噪声光束，以便由SE310俘获，如下文结合图8进一步论述。

根据另一实施方案，处理单元352配置为，当作为时间的函数俘获多个帧时，产生显示出各偏振之间的差别的输出图像。根据该实施方案，诸如光源410的多个光源以预定的时间间隔或预定的序列来产生具有独特偏振的光束。这种光束由诸如线性偏振器414的多个线性偏振器来照射，并且由SE310俘获作为时间的函数。在该情况下，分析多个帧以产生所需的层分离的各自的一个或多个偏振图像。该过程将在下文中结合图9进行论述。

根据各个实施方案，控制器350或由控制器350执行的处理任务可以通过手持式或佩戴式计算设备来实现，例如但不限于，智能手机、平板式计算机、笔记本计算机、各种GoogleGlass的智能眼镜等。在实施方案中，SE310与这种计算设备的照相机耦合，光源120是照相机的闪关灯。在该实施方案中，计算设备的存储器单元将包括指令，当通过设备的处理器执行时，指令将使得从由SE310产生的各偏振各自的一个或多个帧产生输出图像。所产生的图像可以显示在手持式计算设备的显示器上。

图6示出了图示出显示利用本文公开的实施方案实现的PAR成分和PER成分的样本的重构的示例性的且非限制性的图像600。处理单元352由SE310俘获的样本110的作为空间函数的帧各自产生图像600。图像600显示出并排包含PAR成分610和PER成分620的人类前臂的表皮。

图7示出了显示出根据公开的实施方案产生的PAR和PER之间的差别的样本的重构的示例性的且非限制性的图像700。可以通过处理单元352由SE310俘获的样本110的作为空间的函数的帧各自产生示例性的图像700。图像700可以由存储在存储器354中的指令各自产生，以显示出结合图6的PAR成分和PER成分的线性组合。

图8示出了根据实施方案描述了用于识别作为空间的函数的PAR成分和PER成分的过程的示例性的且非限制性的流程图800。该方法可以通过装置300来执行，如上文结合图3进一步论述的。

在S810中，使能通过光源(例如，光源120)产生光束。通过照射镜片(例如，照射镜片122)朝向诸如样本110的样本引导这些光束。

在S820中，具有特定偏振的光束在到达样本之前通过线性偏振器(例如，线性偏振器124)以产生线性偏振光。应理解的是，线性偏振器配置为阻挡不期望的偏振的波。在S830中，通过非TIRBPP(例如，非TIRBPP330)使得从样本返回的光的寻常波与非寻常波之间的反射差。根据实施方案，从样本110朝向非TIRBPP返回的波量由一个或多个孔径光阑(例如，孔径光阑340-1和/或340-2)来调节。

在S840中，样本的帧由从样本返回的光各自的SE(例如，SE310)俘获。这些光包含PAR成分和PER成分，应当强调的是，可以通过一个SE同时俘获PAR成分和PER成分。根据实施方案，从样本返回的光由检测镜片单元(例如，检测镜片单元320)朝向SE引导。

在S850中，通过使用例如处理单元(例如，处理单元352)在帧上采用至少一种图像处理技术，输出图像分别由俘获的帧产生。作为非限制的示例，漫射成分与谱反射和单散射(SS)成分分离以显示出输出图像(例如，图7)中的PAR成分与PER成分之差。根据实施方案，输出图像显示在显示器上。根据另一实施方案，俘获的帧、其中俘获了帧的偏振条件以及输出图像存储在数据存储单元(例如，数据存储设备358)中。在S860中，检查是否需要额外的输出图像，如果需要，则执行以S810继续；否则，执行结束。

图9示出了根据实施方案描绘识别作为时间的函数的样本光学特性的过程的示例性的且非限制性的流程图900。该过程可以通过装置400来执行，如上文结合图4进一步论述。

在S910中，通过第一光源(例如，光源410-1)以第一独特偏振产生光束。这些光束可以在到达样本(例如，样本110)之前穿过第一线性偏振(例如，线性偏振器414-1)而产生第一线性偏振光。应当注意的是，第一线性偏振器用来阻挡具有非期望偏振的波。还应当注意，光束由照射镜片(例如，照射镜片412-1)来引向样本。

在S920中，样本的第一帧由SE(例如，SE310)通过从样本返回的光且响应于第一独特偏振而被俘获。根据实施方案，从样本返回的光由线性偏振器(例如，线性偏振器414-3)偏振且由检测镜片单元(例如，检测镜片单元440)引向SE。根据另一实施方案，第一帧存储在数据存储单元(例如，数据存储单元358)中。

在S930中，通过第二光源(例如，光源410-2)以第二独特偏振来产生光束。这些光束可以在到达样本之前穿过第二线性偏振器(例如，线性偏振器414-2)而产生第二线性偏振光。应当注意，第二线性偏振器用来阻挡具有非期望偏振的波。还应当注意，光束由照射镜片(例如，照射镜片412-2)引向样本。

在S940中，通过SE由从样本返回的光且响应于第二独特偏振而俘获样本的第二帧。根据实施方案，从样本返回的光通过线性偏振器偏振且由检测镜片单元引向SE。根据另一实施方案，第二帧存储在数据存储单元中。

在S950中，通过使用例如处理单元(例如，处理单元352)在至少第一帧和第二帧上采用至少一种图像处理技术来产生输出图像。作为非限制的示例，第一帧与第二帧进行比较以显示出PAR成分与PER成分之差。应当理解，虽然第一帧是由PAR成分各自俘获，第二帧可由PER成分各自俘获，反之亦然。因此，在第一帧中表征的第一独特偏振与在第二帧中表征的第二独特偏振进行比较。因此，图像可配置为显示出各偏振之间的差别。根据实施方案，第一帧和第二帧从数据存储单元取回。根据另一实施方案，图像存储在数据存储单元中，和/或显示在显示器上。

在S960中，检查是否已经俘获了额外的帧，如果是，则以S920继续执行；否则，执行S970。在S970中，检查是否要求产生额外的偏振图像，如果是，则执行以S910继续；否则，执行结束。

本文所公开的一些实施方案可以实现为硬件、固件、软件或其任意组合。而且，软件优选地实现为有形地具体实施在程序存储单元或计算机可读介质上的应用程序。应用程序可以装载到包括任何适合的体系结构的机器中且由该机器来执行。优选地，在具有诸如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、存储器和输入/输出接口的硬件的计算机平台上实现该机器。计算机平台还可以包括操作系统和微指令码。本文所描述的各个过程和功能可以是微指令码的一部分或者是应用程序的部分，或者其任意组合，其可以通过CPU来执行，无论是否明确显示出这种计算机或处理器。另外，其他各种外围设备单元可以连接到计算机平台，诸如额外的数据存储单元和打印单元。

在本文所引述的所有的示例和条件语言均意在教导的目的，以辅助读者理解公开的实施方案和发明人贡献的推动技术发展的构思，而且应当解释为不限于这些具体引述的示例和条件。而且，本文引述本发明的原理、方案和实施方案以及其具体示例的所有陈述意在涵盖其结构和功能上的等同布置。另外，目的在于这些等同布置包括当前已知的等同布置以及在未来发展的等同布置，即，不考虑结构的情况下实施相同功能而发展的任何元件。此外，非暂态计算机可读介质是除了暂态传播信号之外的任何计算机可读介质。

Claims (19)

1.偏振光成像装置，用于将来自样本的浅表单散射层的光与来自其作为空间函数的较深漫射层的光分离，该偏振光成像装置包括：

用于产生光束的光源；

照射镜片，其与所述光源耦合，用于朝向所述样本引导所述光束；

线性偏振器，其与所述照射镜片耦合，其中所述线性偏振器配置为产生朝向所述样本的所述光束各自的线性偏振光；

非总内反射(TIR)双折射偏振棱镜(BPP)，其与所述样本通信耦合以使得从所述样本返回的光的寻常波和非寻常波之间的折射差最大化；以及

检测镜片单元，其与所述非TIRBPP耦合，用于将从所述样本返回的光波朝向单偏振敏感传感器元件(SE)引导，其中所述SE配置为俘获所述样本的从所述样本的除较深漫射层之外的浅表单散射层返回的光波各自的至少一帧。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

与所述非TIRBPP耦合的多个孔径光阑，其中所述多个孔径光阑调节通过所述非TIRBPP的从样本返回的光波的各自的光量。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述SE进一步配置为在一帧中俘获入射光(PAR)和交叉偏振光(PER)。

4.如权利要求3所述的装置，其中俘获的所述至少一帧由处理单元分析而产生显示出从样本反射的PAR成分和PER成分的输出图像。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述装置进一步配置为执行如下操作至少之一：发送所述输出图像用于存储在数据存储单元中，以及在显示器上显示所述输出图像。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述非TIRBPP进一步包括：至少一个胶合双折射晶体，以其角度切割以使得返回的光波的寻常波与非寻常波之间的折射差最大化。

7.将来自样本的浅表单散射层的光与作为空间函数的其较深漫射层的光分离的方法，包括：

使光源能够产生光束，其中光束朝向样本引导；

产生所述光束各自的线性偏振光；

使得非总内反射(TIR)双折射偏振棱镜(BPP)最大化从样本返回的光的寻常波与非寻常波之间的折射差；

俘获样本的从样本返回的包含入射光(PAR)和交叉偏振光(PER)的光波各自的帧，其中返回的光波由检测镜片单元来调节；以及

生成显示出俘获的帧的各自的PAR成分和PER成分的输出图像。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括如下至少之一：发送所述输出图像以便存储在数据存储单元中，以及在显示屏上显示所述输出图像。

9.如权利要求7所述的方法，其中从所述样本返回的光波由多个孔径光阑来调节，所述孔径光阑配置为控制通过所述非TIRBPP的返回光量。

10.偏振光成像装置，用于将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为时间函数的其较深漫射层的光分离的，所述偏振光成像装置包括：

控制器；

第一光源，其用于在所述控制器的控制下产生具有至少第一偏振特征的光束；

第二光源，其用于在所述控制器的控制下产生具有至少第二偏振特征的光束；

第一照射镜片，其与所述至少第一光源耦合，其中所述第一照射镜片将由所述第一光源产生的光束朝向所述样本引导；

第二照射镜片，其与所述至少第二光源耦合，其中所述第二照射镜片将由所述第二光源产生的光束朝向所述样本引导；

第一线性偏振器，其与所述第一照射镜片耦合，其中所述第一线性偏振器配置为产生朝向所述样本的所述光束各自的具有所述至少第一偏振特征的第一线性偏振光；

第二线性偏振器，其与所述第二照射镜片耦合，其中所述第二线性偏振器配置为产生朝向所述样本的所述光束各自的具有所述至少第二偏振特征的第二线性偏振光；

第三线性偏振器，其与检测镜片单元耦合，其中所述第三线性偏振器配置为产生朝向所述样本的从所述样本返回的光的各自的第三线性偏振光；以及

单偏振敏感传感器元件(SE)，用于俘获所述样本的所述检测镜片单元各自的多个帧，其中所述多个帧中的每个帧被俘获各自具有所述至少第一偏振特征和所述至少第二偏振特征。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述至少第一偏振特征和所述至少第二偏振特征分别由如下任一产生：预定的时间间隔，在与所述样本耦合的照射阵列内定序的配置有唯一偏振状态的预定标记物。

12.如权利要求10所述的装置，其中所述检测镜片单元与所述SE耦合且配置为将从所述样本返回的所述线性偏振光朝向所述SE引导。

13.如权利要求10所述的装置，其中所述第一光源和所述第二光源中的每一个配备有产生具有相应的独特偏振的束的偏振分离机构。

14.如权利要求10所述的装置，其中所述第一光源和所述第二光源中的每一个是如下任意之一：LED、偏振器和塑料导光管。

15.如权利要求10所述的装置，进一步包括配置为将光束朝向所述样本引导的至少一个导光管。

16.如权利要求10所述的装置，其中所述控制器进一步配置为处理由处理单元俘获的多个帧以产生表征各偏振的输出图像。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述装置进一步配置为执行如下至少之一：发送所述输出图像以便存储在数据存储单元中，以及在显示器上显示所述输出图像。

18.用于将来自样本的浅表单散射层的光与来自作为时间的函数的其较深漫射层的光分离的方法，包括：

使第一光源能够产生具有第一偏振特征的光束，其中所述光束由第一照射镜片朝向所述样本引导；

通过至少第一线性偏振器产生所引导的光束的各自的具有至少第一偏振特征的第一线性偏振光；

使第二光源能够产生具有第二偏振特征的光束，其中所述光束由第二照射镜片朝向所述样本引导；

通过第二线性偏振器产生所引导的光束的各自的具有至少第二偏振特征的第二线性偏振光；

通过敏感传感器元件(SE)来俘获所述样本的响应于第一独特偏振从所述样本返回的光各自的第一帧，其中返回的光借助第三线性偏振器前行且由检测镜片来调节；

由所述SE俘获所述样本的响应于第二独特偏振而从所述样本返回的光各自的第二帧，其中返回的光由第三线性偏振器照射且由所述检测镜片来调节；

将所述第一帧和所述第二帧返回以产生表示所述第一独特偏振与所述第二独特偏振之间的差的输出图像。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述至少第一偏振特征和所述至少第二偏振特征各自由如下产生：预定时间间隔，在与所述样本耦合的照射阵列内定序的配置有独特偏振状态的预定标记物。