CN109073461B - 光谱-空间成像装置和方法以及成像系统 - Google Patents

Abstract

总体上描述一种用于同步地记录空间图像以及所述空间图像的一部分的光谱图像的成像系统。在一些实例中，所述成像系统的分束器将从观察装置获得的光束分成第一分光束和第二分光束，所述第一分光束由所述成像系统引导至空间相机，所述第二分光束由所述成像系统引导至耦合至光谱相机的成像光谱仪的入射狭缝。电子设备同步地触发所述空间相机和所述光谱相机，以分别同步地记录空间图像和光谱图像。

Description

光谱-空间成像装置和方法以及成像系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月10日提交的第62/306,520号美国临时专利申请的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及光谱成像。

背景技术

从物体反射的光的光学光谱可以通过用成像光谱仪代替例如透镜相机或显微镜的前光学装置的常规成像系统来获得。利用这一构造，通过将相机暴露于从物体反射的光来获得从物体上的单条线产生的光学光谱。只有在此后拍摄所记录表面的单独图像时，才大致知晓光谱起始于物体上的位置。如果物体附接至具有受控运动的移动平台，或附接至机动化显微镜载台，则可以获得含有光谱的一组线，使得个别光谱可以使用高光谱成像(HSI)方法以物体的物理特征作为参考。通过利用HSI的运动受控移动平台的这一技术，可以获得具有网格上的每一点的光谱的常规图像，因此这一方法通常用于将光谱映射至物体特征。

“快照”HSI系统可以在单个瞬间从图像上的所有点获得光谱。然而，所述系统无法获得具有规则间隔波长的连续光谱，而是获得具有有限数目(少于三十)个不等间隔波长的光谱，并且可能需要大量计算来重构。

发明内容

大体上描述一种用于同步地记录空间图像以及所述空间图像的一部分的光谱图像的成像系统。在一些实例中，成像系统的分束器将从观察装置获得的光束分成第一分光束和第二分光束，所述第一分光束由成像系统引导至空间相机，所述第二分光束由成像系统引导至耦合至光谱相机的成像光谱仪的入射狭缝。电子设备同步地触发空间相机和光谱相机，以分别同步地记录空间图像和光谱图像。

成像光谱仪的入射狭缝限定待通过成像光谱仪分成光谱的图像区域。因为第一分光束和第二分光束从公共光束分开，所以成像光谱仪的入射狭缝限定分成光谱的图像区域并与空间图像的对应区域相关。因此，成像系统可以实现图像的限定区域中的点的光学光谱的光谱记录与包括所述限定区域的图像的空间图像记录的同步。因为在图像的限定区域中的点的光学光谱映射至空间图像中的对应点，所以成像系统可以实现借助于光谱与图像中的位置之间的一对一映射而将光学光谱直接分配给常规图像中包含的物理特征。换句话说，本文所描述的成像系统和技术可以允许用户在光学光谱的记录与被测物体的特定物理或结构特征之间产生基本准确且有据可查的分配。

图像系统可以在例如材料科学、生物医学研究和医学诊断的基于化学计量光谱数据执行分析的多个领域中提供优势。在眼科学中，应用可以包括视网膜代谢成像、色素沉着在视网膜疾病(黄斑变性、色素性视网膜炎)、血液传染病和阿尔茨海默病筛查中的作用，以及帕金森病、亨廷顿病和其它淀粉状蛋白相关的神经疾病的筛查。在伤口愈合中，应用可以包括评估慢性伤口的愈合以及病原体检测。作为另一实例，如果光谱记录用于结肠癌检测，则成像系统可以允许向可疑癌组织的光谱相关性分配组织的特定结构特征。

在一个实例中，一种空间-光谱成像设备包括：分束器，所述分束器被构造成接收承载物体图像的光束并将所述光束分成第一分光束和第二分光束；成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收第一分光束并分散第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收第二分光束；以及光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从成像光谱仪接收光谱图像，其中光谱图像相机和空间图像相机被构造成分别同步地记录光谱图像和由第二分光束承载的空间图像。

在另一实例中，一种成像系统包括：视网膜观察装置，所述视网膜观察装置被构造成输出承载物体图像的光束；以及空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备包括：分束器，所述分束器被构造成接收承载物体图像的光束并且将所述光束分成第一分光束和第二分光束；成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收第一分光束并分散第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收第二分光束；以及光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从成像光谱仪接收光谱图像，其中光谱图像相机和空间图像相机被构造成分别同步地记录光谱图像和由第二分光束承载的空间图像。

在另一实例中，一种方法包括触发具有光谱图像相机和空间图像相机的空间-光谱成像设备，以触发光谱图像相机和空间图像相机来分别同步地记录物体的光谱图像以及物体的空间图像。

在附图和以下描述中阐述一个或多个实例的细节。其它特征、目标和优点将从描述和附图以及从权利要求中变得显而易见。

附图说明

图1是示出根据本公开中描述的技术的成像系统的框图。

图2是根据本文描述的技术的人类眼底的所记录空间图像。

图3是根据本公开的技术的所记录光谱图像，其描绘沿着与图2的空间图像交叉的线的每个点的光学光谱。

图4是根据本公开的技术的来自视神经盘的毛细血管血液在可见光光谱中的所计算吸收光谱的图。

图5是示出人类眼底的选择部分的概念图的图式。

图6包括根据本文描述的技术由成像系统的操作记录的空间图像。

图7A至图7D各自描绘根据本公开中描述的技术由成像系统的操作记录的人类眼底的一部分的一对相关所记录空间图像和光谱图像。

图8至图9包括根据本文描述的技术由成像系统的操作记录的空间图像。

图10A至图10D各自描绘根据本文描述的技术计算的来自人类眼底的一部分的毛细血管血液在可见光光谱中的平均吸收光谱的图。

图11A至图11D各自描绘根据本文描述的技术计算的来自人类眼底的一部分的毛细血管血液在可见光光谱中的平均吸收光谱的图。

相同的参考符号在各个图和文本中表示相同的元件。

具体实施方式

图1是示出根据本公开中描述的技术的成像系统的框图。在此实例中，成像系统10包括附接至视网膜观察装置12的空间-光谱成像设备20。视网膜观察装置12可以表示眼科眼底相机或用于获得图像50的其它装置。在此实例中，图像50是眼底49的图像，但图像50可以是任何物体的图像。光源(图1中未示出)照射眼底49以产生输入到视网膜观察装置12的眼科透镜14的图像50。尽管图1中未示出，但是视网膜观察装置12可以包括具有附着光的网状臂，对于眼科应用，所述网状臂允许操作者控制被观察的眼睛的注视方向。眼底49可以是人类或其它活体的眼底，并且根据受试者的肌肉活动具有独立运动。换句话说，受试者可以进行正常的眼部运动，从而形成眼底和对应的不同图像50随时间的运动。

眼科透镜14包括一个或多个透镜，所述透镜被构造成修改图像50以产生图像51。视网膜观察装置12包括目镜(或“接目镜”)16以聚焦图像51，以供视网膜观察装置12的用户(未示出)进行观察。视网膜观察装置12包括光学硬件，所述光学硬件被构造成经由输出端口17沿着成像路径引导和输出图像51。输出端口17可以表示视网膜观察装置12的辅助相机端口。

根据本公开中描述的技术，空间-光谱成像设备20附接至视网膜观察装置12，以接收经由输出端口17输出的图像51。空间-光谱成像设备20包括适配器18，所述适配器被构造成将空间-光谱成像设备20附接至视网膜观察装置12。光学透镜30将来自视网膜观察装置12的图像51聚焦到空间图像相机30以及成像光谱仪36的入射狭缝。

空间-光谱成像设备20包括位于光学透镜30上方的光学分束器35，所述光学分束器用于将输送图像51的光束分成透射光束和反射光束。分束器35可以表示部分反射镜、分束器立方体、薄膜、隔膜，或用于将输送图像51的光束分开的其它装置。由光学分束器35透射的透射分光束将图像51作为图像54透射到由光谱图像相机40接收的光谱成像路径22。由光学分束器35反射的反射分光束将图像51作为图像52反射到由空间图像相机30接收的空间成像路径24。如下文进一步详细描述，空间成像路径24通过光学装置和其它装置产生。如下文进一步详细描述，光谱成像路径22通过光学装置和其它装置产生。在空间-光谱成像设备20的一些实例构造中，可以交换用于空间成像路径22和光谱成像路径24的相应装置，使得空间成像路径24从分束器35接收透射图像54，并且光谱成像路径24从分束器35接收反射图像52。

空间成像路径24包括中继光学透镜26，所述中继光学透镜经由任选间隔器耦合至分束器35以对图像52进行操作。中继光学透镜26调整空间图像的大小，使得空间图像的大小与空间图像相机30的胶片或数字图像传感器的大小兼容。任选的滤光器隔室28可以装有滤光器以对图像52的一个或多个波长进行滤光。滤光器的选择可能与应用相关。对于对眼底49成像，例如，任选的滤光器隔室28可以装有红色滤光器，以增强将由空间图像相机30记录的眼底49的图像52的对比度。空间图像相机30可以表示数码或胶片相机。空间图像相机30可以表示彩色或单色相机。空间图像相机30记录图像52作为一个或多个所记录空间图像。图2中示出所记录空间图像的实例。

光谱成像路径22包括中继光学透镜34，所述中继光学透镜经由任选间隔器耦合至分束器35以对图像54进行操作。中继光学透镜34调整光谱图像的大小，使得光谱图像的大小与光谱图像相机40的胶片或数字图像传感器的大小兼容。中继光学透镜34还可以将图像焦点设置在光谱仪36的入射狭缝36的位置处。光谱仪支架33被构造成将成像光谱仪36附接至中继光学透镜34。相机支架38被构造成将光谱图像相机40附接至成像光谱仪36。光谱图像相机40可以表示数码或胶片相机。光谱图像相机40可以表示单色相机。

光谱成像路径22可以或可以不包括滤光器隔室，即，图像可以从眼科透镜14未经滤光而传递到光谱仪36。因此，在一些构造中，空间图像相机30可以接收图像50的滤光后的图像，而光谱图像相机40可以接收图像50的未滤光图像。

成像光谱仪36的入射狭缝从分束器35接收图像54。所述入射狭缝可以位于成像光谱仪36的主体中，并且限定传递到成像光谱仪36并通过成像光谱仪36分散的图像54的区域。在一些实例中，入射狭缝可以具有在1μm至100μm之间的宽度。传递到成像光谱仪的图像54的所述区域可以基本上符合入射狭缝的线形。

成像光谱仪36将包括在图像54的所述区域中的波长分离(或“分散”)成在入射狭缝的纵向维度上形成的连续二维光谱，其具有基本上横向于成像光谱仪36的入射狭缝的纵向维度的波长轴。换句话说，入射狭缝分散波长，以形成其波长轴平行于入射狭缝的横向方向的光谱。对于数码相机，可以用数码相机的二维图像传感器上的像素列(或行)定向此相同的光谱方向。入射狭缝在沿着其长度的每一点处连续地形成光谱，所述光谱可以平行于数码相机的二维图像传感器上的像素行(或列)定向。可以将通过此过程形成的空间-光谱图像记录为单个图像帧。

图像54的所述区域的连续光谱形成输出到光谱图像相机40的光谱图像57，所述光谱图像相机记录光谱图像57作为一个或多个所记录光谱图像并将所记录光谱图像存储到存储介质，例如，硬盘驱动器。图3中示出所记录光谱图像的实例。因为数码相机图像传感器具有离散检测元件，所以所记录光谱图像57表示具有与入射狭缝的横向方向平行的波长轴的多个光谱。所记录光谱图像57的后处理可以用于组合所记录光谱图像57的两个或更多个光谱以供显示或分析。

在一些实例中，分束器35被构造成沿着成像路径24反射来自输出端口17的光束的约30％，并且沿着成像路径22透射所述光束的约70％。以此方式在光谱图像相机40处相对于在空间图像相机30处接收到的更高比例光束可以补偿沿着由光谱图像相机记录的光谱图像57的像素相对于由空间图像相机30记录的空间图像52的像素的波长光谱稀释。

成像系统10包括触发器装置60(“触发器60”)，所述触发器装置经由相应信号链路62和64以通信方式耦合至空间图像相机30和光谱图像相机40。信号链路62和64可以表示用于传输信号的有线或无线链路，所述信号在由相机30和40接收时使得相机拍摄照片。触发器60可以表示任何电子设备，所述电子设备被构造成向触发器提供消息，例如，包、电信号、光学信号或其它类型的信号，以使得相机30和40拍摄照片。可以手动地或自动地启动公共触发器60。例如，用户(例如，临床医生或研究人员)可以手动地按压触发器60的按钮，所述触发器向相机30和40发起相应信号。作为另一实例，触发器60的周期性定时器可以向相机30和40发起信号。对于眼底或其它眼科应用，成像系统10的用户可以使用关节连接式光系统或通过口头指令引导受试者的注视，并且当受试者的注视处于期望的方向时启动触发器60。

在一些实例中，包括图1的所示实例，触发器60也经由信号链路65以通信方式耦合至视网膜观察装置12。公共触发器60可以另外通过产生闪光来发信号通知视网膜观察装置12，以例如照射受试者(例如，眼底49)。经由信号链路65发送的信号可以与经由信号链路62、64发送的信号同步，使得相机30和40拍摄通过视网膜观察装置12照射的受试者的照片。

光谱图像相机40和空间图像相机30被构造成响应于从触发器60接收信号而记录图像(例如，拍摄照片)。当通过公共触发器60触发时，光谱图像相机40和空间图像相机30分别同步地记录来自光谱图像57的光谱图像以及来自图像52的空间图像。光谱图像相机40和空间图像相机30可以记录与相应所记录图像相关联的关联数据，以在表示同时(即，同步)记录的空间图像和光谱图像时实现所记录图像的后续关联。关联数据可以表示由每个相机30、40存储的用于图像的图像编号(例如，指示为会话拍摄的第一张、第二张等照片并且在一些情况下指示所记录图像的文件名的整数)、时间戳，或指示给定的一对所记录光谱和空间图像在时间上相关的其它数据。

以此方式，成像系统10同步地记录空间图像以及所述空间图像的一部分的光谱图像。如上所述，成像光谱仪的入射狭缝限定传递到成像光谱仪36的图像54的区域，通过所述成像光谱仪，来自所述区域的光被分散成连续的一组光谱并通过光谱图像相机40记录。因为承载图像54的第一分光束和承载图像52的第二分光束从承载图像51的公共光束分开，所以成像光谱仪36的入射狭缝限定被分成光谱的给定图像的区域并与空间图像的对应区域相关。因此，成像系统10可以实现同步记录图像的限定区域中的点的光学光谱的光谱图像以及记录包括所述限定区域的光谱图像的空间图像。在一些实例中，成像系统10产生具有均匀空间波长、即在可见和近红外范围内多达数百个波长的光谱。因为在图像的限定区域中的点的光学光谱映射至空间图像中的对应点，所以成像系统10可以实现借助于光谱与图像中的位置之间的一对一映射而将光学光谱直接分配给常规图像中包含的物理特征。换句话说，本文描述的成像系统10和技术可以允许用户在光学光谱的记录与被测物体的特定物理或结构特征之间产生基本准确且有据可查的分配。

成像系统10可以通过此方式提供优于以下成像系统的优点：在所述成像系统中，通过将相机暴露于从物体反射的光来获得从物体上的单条线产生的光学光谱，并且其中基于所记录表面的不同的后续(即，非同步)图片而大致确定光谱起始于物体上的位置。例如，成像系统10可以特别适用于以下应用：其中作为图像源的物体不由用户精确地控制，例如，如在人类或其它活体的情况下具有独立运动；或其中物体对光敏感。例如，成像系统10可以特别适用于运动受控的移动平台的高光谱成像不可行的情况。当不需要获得网格上的每一点的光学光谱时，成像系统10可以实现高分辨率光谱和物体特征的共同分配，但是仍然需要完整记录测量线周围的物体特征。

图2是人类受试者眼睛的视神经盘和视网膜周围的所记录空间图像100。线102描绘空间图像100的输入到成像光谱仪以产生由成像系统10同步记录的光谱图像的区域，如本公开中所描述。线102可以在位置上对应于成像系统102的成像光谱仪36的入射狭缝。在一些实例中，线102可以跨越空间图像100的整个宽度。在一些实例中，线102可以具有一个或多个像素的宽度。

图3是根据本文描述的技术的所记录光谱图像150，其描绘沿着与图2的空间图像100交叉的线102的每个点的光学光谱。光谱图像150描绘沿着竖直图像维度的光谱的光波长，以及沿着水平维度的物体的一维图像，水平维度对应于空间图像100的中心水平线。空间图像100中的中心水平线的位置固定并且在图2中通过线102描绘。作为图像之间的关系的另外说明，空间图像100中的明亮反射视神经盘与光谱图像150中的亮带、即视神经盘的光谱相关联。而且，空间图像100中的血管对应于光谱图像150中的暗竖直带的位置。光谱图像150的每一列像素可以表示针对空间图像100的线102上的单个像素的宽度的光谱。可以使用图像分析程序来获得反射光光谱图以沿着光谱图像中的竖直线测量光，所述光随后是各个特定光谱分析的对象。

可以根据本公开中描述的技术使用成像系统10记录空间图像100和光谱图像150。

为了识别与光谱图像150的光谱对应的空间图像100的位置，以便将光谱直接映射至空间图像100的坐标和物理特征，可以确定通过成像系统10记录的空间图像100的例如线102的位置。在一些实例中，用户可以创建具有离散造影剂的目标。通过精确地控制目标的运动并移动目标直到所记录光谱图像指示所记录光谱用于造影剂，成像系统10的用户可以根据同步记录的空间图像确定线102的位置。

图4是根据本公开的技术的来自视神经盘的毛细血管血液在可见光光谱中的所计算吸收光谱200的图。本公开中描述的成像系统10可以用于同步地记录受试者的空间图像和光谱图像。空间图像和光谱图像可以用于检测眼科病症、视网膜疾病或阿尔茨海默病。在2014年11月27日公开的美国专利公开案2014/0348750中能找到使用图像来检测阿尔茨海默病的实例描述，所述专利以引用的方式整体并入本文中。计算的吸收光谱是由盘组织中的毛细血管血液产生的光谱，表示氧合血红蛋白。使用来自视网膜图像以及中性反射表面的空白图像的竖直线轮廓获得吸收光谱，所述竖直线轮廓一起用于计算光吸收。可以使用相同或相似的图像分析程序来检测表示早期阿尔茨海默病的光学信号。在此光谱中还存在从血液以及视网膜中的其它小分子散射的光的影响。

图5是示出人类眼底的选择部分的概念图的图式。图式300示出视神经盘302、神经纤维层和多个血管304、上视网膜区域(“上视网膜”)306、下视网膜区域(“下视网膜”)308和近中心凹。成像系统10的用户可以使眼科透镜14聚焦，以将成像系统10构造成同步地捕获受试者眼底49的部分的一个或多个空间和光谱图像50，包括图式300中示出的任何部分的一个或多个空间和光谱图像50。

图6包括根据本文描述的技术的由成像系统10的操作记录的空间图像。空间图像400是受试者眼底49的实例的视神经盘的图像。空间图像410是受试者眼底49的实例的神经纤维层的图像。空间图像420是受试者眼底49的实例的黄斑的图像。空间图像430是受试者眼底49的实例的视网膜的图像。

图7A至图7D各自描绘根据本公开中描述的技术由成像系统10的操作记录的人类眼底的一部分的一对相关所记录空间图像和光谱图像。对于每一对空间-光谱图像，光谱图像描绘沿着竖直图像维度的光谱的光波长，以及沿着水平维度的物体的一维图像，所述水平维度对应于空间图像的中心水平线。图7A描绘视神经盘的相关空间图像480A和光谱图像480B。图7B描绘神经纤维层的相关空间图像482A和光谱图像482B。图7C描绘视网膜的相关空间图像484A和光谱图像484B。图7D描绘黄斑的相关空间图像486A和光谱图像486B。

图8至图9包括根据本文描述的技术由成像系统10的操作记录的空间图像。空间图像500是未被诊断为阿尔茨海默病的人类视网膜的图像。空间图像510是已被诊断为阿尔茨海默病的人类视网膜的图像。

图10A至图10D各自描绘根据本文描述的技术计算的来自人类眼底的一部分的毛细血管血液在可见光光谱中的平均吸收光谱的图。本公开中描述的成像系统10可以用于同步地记录受试者的空间图像和光谱图像。所计算的吸收光谱是由盘组织中的毛细血管血液产生的光谱，表示氧合血红蛋白。使用来自视网膜图像以及中性反射表面的空白图像的竖直线轮廓获得吸收光谱，所述竖直线轮廓一起用于计算光吸收。

图600A至图600D中的每个图包括一组对照受试者(在用于计算光谱的实例数据集中的11个受试者)的平均吸收光谱，以及不同的一组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱，每个受试者被确诊为阿尔茨海默病(用于计算光谱的实例数据集中的5个受试者)。每个受试者呈现不同吸收光谱，其中一组的平均吸收光谱计算为每个波长数据点的相应吸收光谱的值的平均值。

图600A描绘该组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱602A以及该组对照受试者的平均吸收光谱604A，光谱602A、604A使用来自视神经盘的光谱图像的光谱计算，使用成像系统10的实例捕获。

图600B描绘该组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱602B以及该组对照受试者的平均吸收光谱604B，光谱602B、604B使用来自黄斑的光谱图像的光谱计算，使用成像系统10的实例捕获。

图600C描绘该组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱602C以及该组对照受试者的平均吸收光谱604C，光谱602C、604C使用来自视网膜神经纤维层(RNFL)的光谱图像的光谱计算，使用成像系统10的实例捕获。

图600D描绘该组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱602D以及该组对照受试者的平均吸收光谱604D，光谱602D、604D使用来自视网膜的光谱图像的光谱计算，使用成像系统10的实例捕获。

图11A至图11D各自描绘根据本文描述的技术计算的来自人类眼底的一部分的毛细血管血液在可见光光谱中的平均吸收光谱的图。本公开中描述的成像系统10可以用于同步地记录受试者的空间图像和光谱图像。所计算的吸收光谱是由盘组织中的毛细血管血液产生的光谱，表示氧合血红蛋白。使用来自视网膜图像以及中性反射表面的空白图像的竖直线轮廓获得吸收光谱，所述竖直线轮廓一起用于计算光吸收。

图700A至700D中的每个图包括来自图600的数据集的该组对照受试者的平均吸收光谱以及该组阿尔茨海默病受试者的平均吸收光谱。图700A至700D还包括用于表示早期阿尔茨海默病的受试者的额外数据集的相应平均吸收光谱706A至706D。每个受试者呈现不同吸收光谱，其中一组的平均吸收光谱计算为每个波长数据点的相应吸收光谱的值的平均值。

本文描述的技术可以用硬件、软件、固件，或其任何组合实施。描述为模块、单元或组件的各种特征可以一起实施于集成逻辑电路中，或单独地实施为离散但可互操作的逻辑装置或其它硬件装置。在一些情况下，电子电路的各个特征可以实施为一个或多个集成电路装置，例如，集成电路芯片或芯片组。

如果用硬件实施，则本公开可以涉及例如处理器或集成电路装置的设备，例如，集成电路芯片或芯片组。或者或另外，如果用软件或固件实施，则所述技术可以至少部分地通过计算机可读数据存储介质实现，所述计算机可读数据存储介质包括在执行时致使处理器执行一个或多个上述方法的指令。例如，计算机可读数据存储介质可以存储所述指令以供处理器执行。

计算机可读介质可以形成计算机程序产品的一部分，所述计算机程序产品可以包括分组材料。计算机可读介质可以包括计算机数据存储介质，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器、磁性或光学数据存储介质等。在一些实例中，制品可以包括一个或多个计算机可读存储介质。

在一些实例中，计算机可读存储介质可以包括非暂时性介质。术语“非暂时性”可以指示存储介质不在载波或传播信号中实施。在某些实例中，非暂时性存储介质可以存储可以随时间变化的数据(例如，存储在RAM或缓存器中)。

代码或指令可以是由处理电路执行的软件和/或硬件，所述处理电路包括一个或多个处理器，例如，一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，或其它等效集成或离散逻辑电路。因此，本文使用的术语“处理器”可以指前述结构或适用于实施本文描述的技术的任何其它结构中的任一者。另外，在一些方面中，本公开中描述的功能性可以提供于软件模块或硬件模块内。

除了上述内容之外或作为上述内容的替代，描述以下实例。在以下实例的任一者中描述的特征可以用于本文描述的其它实例中的任一者。

实例1.一种空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备包括：分束器，所述分束器被构造成接收承载物体图像的光束并将所述光束分成第一分光束和第二分光束；成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收所述第一分光束并分离所述第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收所述第二分光束；以及光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从所述成像光谱仪接收所述光谱图像，其中所述光谱图像相机和所述空间图像相机被构造成分别同步地记录所述光谱图像和由所述第二分光束承载的空间图像。

实例2.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述分束器被构造成将所述光束的约70％分成所述第一分光束以及将所述光束的约30％分成所述第二分光束。

实例3.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：触发器装置，所述触发器装置被构造成响应于公共触发器而向所述空间图像相机和所述光谱图像相机发送相应信号，其中所述空间图像相机和所述光谱图像相机被构造成响应于接收所述相应信号而分别同步地记录由所述第二分光束承载的所述空间图像以及所述光谱图像。

实例4.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述第一分光束承载对应于所述图像的第一图像，并且所述第二分光束承载对应于所述图像的第二图像，其中所述成像光谱仪包括入射狭缝，所述入射狭缝限定所述第一图像的输入到所述成像光谱仪并分成所述波长范围以形成所述光谱图像的区域。

实例5.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，其中所述第一图像的所述区域与所述第二图像的对应区域相关。

实例6.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，其中所述多个光谱中的每个光谱映射至所述第二图像中的点。

实例7.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，其中所述第一图像包括：用于第一维度中所述多个光谱中的每个光谱的所述波长范围；第二维度中所述物体的一维图像；其中所述第二图像的水平线对应于所述第二维度中所述物体的所述一维图像。

实例8.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围均匀地间隔开。

实例9.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围包括多于30个波长。

实例10.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围包括多于100个波长。

实例11.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述空间图像相机被构造成生成所述空间图像的所记录空间图像，并且其中所述光谱图像相机被构造成生成所述光谱图像的所记录光谱图像。

实例12.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：适配器，用于将所述空间-光谱成像设备附接至视网膜观察装置，所述视网膜观察装置被构造成输出承载所述物体的所述图像的所述光束。

实例13.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：用于滤光器的滤光器隔室，所述滤光器隔室位于所述第二分光束的成像路径上。

实例14.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述光谱图像相机被构造成存储所述光谱图像的第一关联数据，并且其中所述空间图像相机被构造成存储所述空间图像的第二关联数据，所述第一关联数据和所述第二关联数据可用于确定同步记录了所述光谱图像和所述空间图像。

实例15.一种成像系统，所述成像系统包括：视网膜观察装置，所述视网膜观察装置被构造成输出承载物体图像的光束；以及如权利要求1-14中任一项所述的空间-光谱成像设备。

实例16.如权利要求15所述的空间-光谱成像设备，其中所述视网膜观察装置包括眼底相机。

实例17.一种方法，所述方法包括：触发如权利要求1-14中任一项所述的空间-光谱成像设备，以触发所述光谱图像相机和所述空间图像相机来同步地记录图像。

实例18.如权利要求17所述的方法，其中所述图像是具有固有运动而不是直接在所述空间-光谱成像设备的用户控制下的物体的图像。

实例19.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：使由所述空间图像相机记录的所记录空间图像与由所述光谱图像相机同步记录的所记录光谱图像相关联。

实例20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：基于所述所记录空间图像和所述所记录光谱图像的所述关联性，将所述所记录光谱图像的多个光谱中的光谱映射至所述所记录空间图像中的点。

实例21.一种方法，所述方法包括使用如权利要求1-14中任一项所述的空间-光谱成像设备检测视网膜疾病或通过视网膜呈现症状的其它疾病。

实例22.一种方法，所述方法包括使用如权利要求1-14中任一项所述的空间-光谱成像设备检测伤口愈合、阿尔茨海默病和皮肤老化效应中的一者。

实例23.一种方法，所述方法包括使用如权利要求1-14中任一项所述的空间-光谱成像设备执行本公开的应用中的任一者。

此外，上述任何实例中阐述的任何特定特征可以组合成所描述技术的有益实例。也就是说，任何特定特征通常可适用于本发明的所有实例。已描述本发明的各个实例。

Claims (20)

1.一种空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备包括：

分束器，所述分束器被构造成接收承载物体图像的光束并将所述光束分成第一分光束和第二分光束；

成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收所述第一分光束并分散所述第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；

空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收所述第二分光束；以及

光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从所述成像光谱仪接收所述光谱图像，

其中所述光谱图像相机和所述空间图像相机被构造成分别同步地记录所述光谱图像以产生所述光谱图像的所记录光谱图像以及记录由所述第二分光束承载的空间图像以产生所述空间图像的所记录空间图像，所述所记录光谱图像包括在所述物体图像的限定区域中的多个均匀地间隔开的光学光谱，所述光学光谱映射至所述所记录空间图像中的对应点，以使得所述所记录光谱图像的各个光学光谱能够分配至所述所记录空间图像中的物理特征。

2.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述分束器被构造成将所述光束的约70％分成所述第一分光束以及将所述光束的约30％分成所述第二分光束。

3.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：

触发器装置，所述触发器装置被构造成响应于公共触发器而向所述空间图像相机和所述光谱图像相机发送相应信号，

其中所述空间图像相机和所述光谱图像相机被构造成响应于接收所述相应信号而分别同步地记录由所述第二分光束承载的所述空间图像以及所述光谱图像。

4.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，

其中所述第一分光束承载对应于所述图像的第一图像，并且所述第二分光束承载对应于所述图像的第二图像，

其中所述成像光谱仪包括入射狭缝，所述入射狭缝限定所述第一图像的输入到所述成像光谱仪并且具有分散到所述波长范围以形成所述光谱图像的光的区域，其中，所述第一图像的所述区域是所述物体图像的所述限定区域。

5.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，其中所述第一图像的所述区域与所述第二图像的对应区域相关。

6.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，其中所述多个光谱中的每个光谱映射至所述第二图像中的点。

7.如权利要求4所述的空间-光谱成像设备，

其中所述第一图像包括：

用于第一维度中所述多个光谱中的每个光谱的所述波长范围；

第二维度中所述物体的一维图像，

其中所述第二图像的水平线对应于所述第二维度中所述物体的所述一维图像。

8.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围均匀地间隔开。

9.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围包括多于30个波长。

10.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，其中所述波长范围包括多于100个波长。

11.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：

适配器，用于将所述空间-光谱成像设备附接至视网膜观察装置，所述视网膜观察装置被构造成输出承载所述物体的所述图像的所述光束。

12.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备另外包括：

用于滤光器的滤光器隔室，所述滤光器隔室位于所述第二分光束的成像路径上。

13.如权利要求1所述的空间-光谱成像设备，

其中所述光谱图像相机被构造成存储所述光谱图像的第一关联数据，并且

其中所述空间图像相机被构造成存储所述空间图像的第二关联数据，所述第一关联数据和所述第二关联数据可用于确定同步地记录了所述光谱图像和所述空间图像。

14.一种成像系统，所述成像系统包括：

视网膜观察装置，所述视网膜观察装置被构造成输出承载物体的图像的光束；以及

空间-光谱成像设备，所述空间-光谱成像设备包括：

分束器，所述分束器被构造成接收承载所述物体的所述图像的所述光束并将所述光束分成第一分光束和第二分光束；

成像光谱仪，所述成像光谱仪被构造成接收所述第一分光束并分散所述第一分光束的波长范围以形成包括多个光谱的光谱图像；

空间图像相机，所述空间图像相机被构造成接收所述第二分光束；以及

光谱图像相机，所述光谱图像相机被构造成从所述成像光谱仪接收所述光谱图像，

其中所述光谱图像相机和所述空间图像相机被构造成分别同步地记录所述光谱图像以产生所述光谱图像的所记录光谱图像以及记录由所述第二分光束承载的空间图像以产生所述空间图像的所记录空间图像，所述所记录光谱图像包括在所述物体图像的限定区域中的多个均匀地间隔开的光学光谱，所述光学光谱映射至所述所记录空间图像中的对应点，以使得所述所记录光谱图像的各个光学光谱能够分配至所述所记录空间图像中的物理特征。

15.如权利要求14所述的成像系统，其中所述视网膜观察装置包括眼底相机。

16.一种空间-光谱成像方法，所述方法包括：

触发如权利要求1-13中任一项所述的空间-光谱成像设备，以触发所述光谱图像相机和所述空间图像相机来分别同步地记录所述光谱图像以生成所记录光谱图像以及记录所述空间图像以生成所记录空间图像。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述光谱图像和所述空间图像是具有固有运动而不是直接在所述空间-光谱成像设备的用户控制下的物体的图像。

18.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：

使由所述空间图像相机记录的所记录空间图像与由所述光谱图像相机同步记录的所记录光谱图像相关联。

19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括：

基于所述所记录空间图像和所述所记录光谱图像的关联性，将所述所记录光谱图像的多个光谱中的光谱映射至所述所记录空间图像中的点。

20.如权利要求16所述的方法，其中所述物体是活的人类对象的人类眼底。

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