CN109426064A - 高光谱相机 - Google Patents

Abstract

在一个方面，使用棱镜来将白光分离成单独的颜色分量，依次使用各单独的颜色分量来照亮物体。这可以通过旋转棱镜来生效。由高分辨率的黑白相机捕获来自物体的反射。也使用频率检测器来接收照亮物体的单独颜色，使得对于每个捕获值，来自黑白相机的高分辨率像素可以与从物体反射的、创建像素的特定颜色相关。用这种方式，可以以高精度测量物体的颜色光谱。也公开了其它使用固定棱镜的例子。公开了其中棱镜接收来自物体的白光并且将其在成像器上扩展成颜色分量的例子。

Description

高光谱相机

技术领域

本申请涉及用于高光谱相机的系统和方法。

背景技术

了解物体的颜色响应可以揭示关于自然的许多东西和物体的情况。例如，一些疾病可能通过给人特殊的颜色而显现出来。许多其它例子比比皆是，包括测定农场种植面积的化学组成等。然而，正如本文所理解的，宽带颜色传感器可能缺乏分辨率。

发明内容

因此，在一方面，设备包括至少一个分束器，来接收白光并且输出白光的单独颜色分量，以一次用一个单独的颜色分量照亮物体，使得该物体在第一时间用第一颜色分量并且没有其它颜色分量照亮，在第二时间用第二颜色分量并且没有其它颜色分量照亮。至少一个高分辨率的黑白成像器，被配置为从物体接收白光的单独颜色分量的反射。至少一个波长参考接收器(WRR)，从分束器接收白光的单独的颜色分量，使得WRR在第一时间接收第一颜色分量，并且没有其它颜色分量，在第二时间接收第二颜色分量，并且没有其它颜色分量。以这种方式，来自WRR的信息可以与来自黑白成像器的像素信息相关。

在例子中，分束器包括棱镜。在其它例子中，分束器可以包括光栅。在一些例子中，分束器被安装在壳体上旋转。在其它例子中，分束器不被安装在壳体上旋转，并且被固定地安装在壳体上，并且分束器还包括位于包含棱镜的光路中的可移动的狭缝。

在一些实现中，至少第一光导管在分束器和物体之间的光路中，以将颜色分量从分束器引导到物体。类似地，至少第一光导管可以被布置在分束器和WRR之间的光路中，以将颜色分量从分束器引导到WRR。WRR可以包括至少一个频率计数器。在其它例子中，WRR可以包括至少一个棱镜，将光输出到频率感应像素的阵列。

可以提供至少一个处理器，该处理器用指令编程来至少部分地基于来自WRR的、与来自黑白成像器的像素信息相关的信息，输出物体的颜色响应的指示。

在另一方面，装置包括可旋转地安装的棱镜，其将来自物体的白光扩展到单独的颜色分量中。装置还包括固定地安装的棱镜，用于接收来自可旋转地安装的棱镜的光，并且将该光发送到频率检测像素的阵列。图像传感器被布置在可旋转地安装的棱镜和固定地安装的棱镜之间，以接收来自物体的白光的颜色分量，并且建立表示反射的像素值。

在另一方面，装置包括多个棱镜，被配置为接收来自物体的反射。每个棱镜与由至少一个图像传感器建立的各个像素组光通信。各个像素组指示关于来自物体的光谱反射的多个颜色分量的信息。

在一方面，相机使用至少一个棱镜，该棱镜在要被成像的物体的光路中；黑白成像器，来生成物体的图像；以及波长参考接收器，被耦合到棱镜以记录物体成像所涉及的白光的颜色分量。处理器将黑白图像中的像素强度与物体的成像所涉及的白光的颜色分量相关。

附图说明

最好参照附图来理解本申请就其结构和操作的细节，其中类似的参考符号表示类似的部件，并且其中：

图1是包含根据本原理的例子的示例系统的框图；

图2是与本原理一致的简化系统的示意图；

图3是使用旋转棱镜的例子的示意图；

图4是使用旋转棱镜来将光引导到物体和固定棱镜上，以将光引导到频率传感器上，用于与来自黑白成像器的像素相关目的的例子的示意图；以及

图5-7是使用固定棱镜阵列来将光的颜色分量引导到各个图像传感器阵列的例子的示意图。

具体实施方式

本公开一般地涉及计算机生态系统，包括消费电子(CE)设备网络方面，诸如但不限于计算机游戏网络。本文中的系统可以包括服务器和客户端组件，它们在网络上连接，使得数据可以在客户端和服务器组件之间交换。客户端组件可以包括一个或多个计算设备，包括游戏控制器，如索尼Play或由微软或任天堂制造的游戏控制器，或其它制造商的虚拟现实(VR)耳机、增强现实(AR)耳机、便携式电视(例如，智能电视、互联网电视)、便携式计算机诸如笔记本电脑和平板电脑、以及包括智能手机和下述附加示例的其它移动设备。这些客户端设备可以与各种操作环境运行。例如，一些客户端计算机可以使用例如Linux操作系统、来自微软的操作系统、或UNIX操作系统、或由苹果计算机或谷歌生产的操作系统。这些操作环境可用于执行一个或多个浏览程序，诸如由微软或谷歌或Mozilla制作的浏览器、或其它由如下所述的互联网服务器发起的能访问网站的浏览器程序。此外，根据本原理的操作环境可用于执行一个或多个计算机游戏程序。

服务器和/或网关可以包括执行指令的一个或多个处理器，这些指令配置服务器以在诸如因特网的网络上接收和发送数据。或者，客户端和服务器可以在本地的内部网或虚拟专用网络上相连接。服务器或控制器可由诸如索尼Play个人计算机等游戏控制台实例化。

信息可以在网络上在客户端和服务器之间交换。为此，并且为了安全，服务器和/或客户端可以包括防火墙、负载平衡器、临时存储和代理，以及其它网络基础设施，为了可靠性和安全性。一个或多个服务器可以形成实现向网络成员提供诸如在线社交网站的安全社区的方法的设备。

如本文中所使用的，指令指的是在系统中用于处理信息的计算机实现的步骤。指令可以在软件、固件或硬件中实现，并且包括由系统的组件承担的任何类型的程序步骤。

处理器可以是任何常规的通用的单或多芯片处理器，其可以通过各种线诸如地址线、数据线、和控制线，以及寄存器和移位寄存器执行逻辑。

本文中通过流程图和用户界面描述的软件模块可包含各种子程序、过程等。不限制本公开，由特定模块执行的逻辑可以被重新分配给其它软件模块和/或组合在一个单独模块中和/或在可共享的库中可用。

本文中描述的本原理可以被实现为硬件、然间、固件或其组合；因此，依据其功能提出说明性的组件、块、模块、电路以及步骤。

下面描述的功能和方法当在软件中实现时，可以用适当的语言编写，诸如但不限于Java、C#或C++，并且可以在计算机可读存储介质上存储或通过计算机可读存储介质传输，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)或其它光盘存储器诸如数字多用盘(DVD)、磁盘存储或其它磁性存储设备，包括可移动拇指驱动器等。连接可以建立计算机可读介质。这种连接可以包括例如硬线电缆，包括光纤和同轴电缆，以及数字用户线(DSL)和双绞线。这样的连接可以包括无线通信连接，包括红外线和无线电。

在一个实施例中包含的组件可以在其它实施例中以任何合适的组合使用。例如，本文中描述的和/或图中描绘的各种组件的任何一个可以被组合、互换或从其它实施例中排除。

“具有A、B和C至少一个的系统”(同样地，“具有A、B或C至少一个的系统”和“具有A、B、C至少一个的系统”)包括仅有A、仅有B、仅有C、同时有A和B、同时有A和C、同时有B和C、和/或同时有A、B和C等的系统。

现在具体地参考图1，示出示例系统10，其可以包括上面提到的以及根据本原理在下面进一步描述的示例设备中的一个或多个。在系统10中包括的第一示例设备是消费电子(CE)设备，诸如音频视频设备(AVD)12，诸如但不限于具有电视调谐器的互联网电视(等效地，控制电视的机顶盒)。然而，AVD 12可替代地可以是家电或家用物品，例如计算机化的互联网冰箱、洗涤器或烘干机。AVD 12可替代地也可以是计算机化的(“智能”)电话、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴的计算机化设备，诸如计算机化的互联网手表、计算机化的互联网手环、其它计算机化的互联网设备，计算机化的互联网音乐播放器，计算机化的互联网耳机，计算机化的互联网植入设备，诸如植入式皮肤装置等。无论如何，应该理解的是，AVD 12被配置为承担本原理(例如，与其它承担本原理的CE设备通信、执行本文中所述的逻辑、并且执行本文中所述的任何其它功能和/或操作)。

因此，为了承担这样的原理，AVD 12可以由图1所示的一些或全部组件建立。例如，AVD 12可以包括一个或多个显示器14，其可以由高清晰度或超高清晰度的“4K”或更高的平面屏幕来实现，并且可以是可触摸的用来接收通过在显示器上触摸的用户输入信号。AVD12可包括一个或多个扬声器16用来根据本原理输出音频，并且包括至少一个附加输入设备18诸如音频接收器/麦克风，用来例如向AVD 12输入可听见的命令以控制AVD 12。该示例AVD 12还可包括一个或多个网络接口20，用于在一个或多个处理器24的控制下，在至少一个网络22(诸如因特网、广域网WAN、局域网LAN等)上进行通信。还可以包括图形处理器24A。因此，接口20不受限制地可以是Wi-Fi收发器，它是无线计算机网络接口的示例，诸如但不限于网状网络收发器。应该理解的是，处理器24控制AVD 12以承担本原理，包括本文中描述的AVD 12的其它元件，诸如控制显示器14以在其上呈现图像并从其接收输入。此外，注意网络接口20可以是例如有线或无线调制解调器或路由器，或其它适当的接口，诸如如上所述的无线电话收发器或Wi-Fi收发器等。

除上述之外，AVD 12还可包括一个或多个输入端口26，例如，高清晰度多媒体接口(HDMI)端口或USB端口，以物理地连接(例如，使用有线连接)到另一CE设备和/或耳机端口，以将耳机连接到AVD 12用于通过耳机将来自AVD 12的音频呈现给用户。例如，输入端口26可以通过有线或无线地连接到影音内容的电缆或卫星源26a。因此，源26a可以是例如独立的或集成的机顶盒或卫星接收器。或者，源26a可以是包含诸如计算机游戏软件和数据库的内容的游戏控制器或磁盘播放器。当实现为游戏控制器时，源26a可以包括下述关于CE设备44的一些或全部组件。

AVD 12还可以包括一个或多个计算机存储器28，诸如基于磁盘的或固态的非暂时性信号存储器，在一些情况下，其实施在AVD的机箱中作为独立设备或个人视频记录设备(PVR)，或在AVD机箱的内部或外部作为视频磁盘播放器，，用于回放AV节目或作为可移动存储介质。此外，在一些实施例中，AVD 12可以包括位置或方位接收器，诸如但不限于手机接收器、GPS接收器和/或高度计30，其被配置来例如从至少一个卫星或手机基站接收地理位置信息，并且将信息提供给处理器24且/或与处理器24一起确定AVD 12放置的高度。然而，应当理解的是，可以使用除了手机接收器和/或GPS接收器和/或高度计之外的另一个适当的位置接收器来根据本原理例如确定AVD 12(例如，在全部三个维度上)的方位。

接着AVD 12的描述，在一些实施例中，AVD 12可包含一个或多个相机32，其可以是例如热成像相机、数码相机诸如摄像头、和/或集成在AVD 12内的由处理器24可控的相机，来根据本原理收集图片/图像和/或视频。本文中描述的任何一个相机可采用下文进一步描述的高光谱相机的示例或多个示例。

AVD 12还可包括蓝牙收发器34和其它近场通信(NFC)元件36，用以分别使用蓝牙和/或NFC技术和其它设备通信。示例的NFC元件可以是射频识别(RFID)元件，也可以使用Zigbee。

进一步地，AVD 12可包含一个或多个辅助传感器37来向处理器24提供输入(例如，诸如加速度计、陀螺仪、记转器或磁传感器的运动传感器，红外(IR)传感器，光学传感器，速度和/或节奏传感器，姿态传感器(例如，用于感测手势指令)等)。AVD 12可包括空中电视广播端口38，用于接收向处理器24提供输入的OTA TV广播。除上述之外，注意AVD 12还可以包括红外(IR)发射器和/或IR接收机和/或IR收发器42，诸如IR数据通讯(IRDA)设备。可以提供电池(未示出)来为AVD 12供电。

仍然参考图1，除了AVD 12，系统10可以包括一个或多个其它CE设备类型。在一个例子中，通过直接发送到AVD 12的命令和/或通过下述服务器，第一CE设备44可以用于将计算机游戏音频和视频发送到AVD 12，而第二CE设备46可包含与第一CE设备44相似的组件。在示出的例子中，第二CE设备46可以被配置为如所示的由游戏者47穿戴的VR耳机，或者由游戏者47操纵的手持式游戏控制器。在示出的例子中，仅示出了两个CE设备44、46，应当理解的是可以使用更少或更多的设备。

在示出的例子中，为说明本原理，所有三个设备12、44、46被假定为娱乐网络的成员，例如在家中，或者至少是出现在在诸如房屋内彼此接近的位置。然而，除非另有明确声明，本原理不限于特定的位置。

示例的非限制的第一CE设备44可以由上述设备中的任何一个建立，例如，便携式无线手提电脑或笔记本电脑或游戏控制器(也称为“控制台”)，并且相应地可具有下述元件的一个或多个。第一CE设备44可以是遥控器(RC)，例如，用来向AVD 12发出AV播放和暂停命令，或者可以是更复杂的设备，诸如平板电脑、通过有线或无线链路与AVD 12通信的游戏控制器、个人计算机、无线电话等。

因此，第一CE设备44可以包括一个或多个显示器50，其可以是可触的，用来通过在显示器上触摸以接收用户输入信号。第一CE设备44可以包括一个或多个扬声器52，用于根据本原理输出音频，以及至少一个附加输入设备54，诸如音频接收器/麦克风，用于例如向第一CE设备44输入可听命令以控制设备44。示例的第一CE设备44还可以包括一个或多个网络接口56，用于在一个或多个CE设备处理器58的控制下在网络22上进行通信。还可以包括图形处理器58A。因此，接口56可以是但不限于Wi-Fi收发器，其是无线计算机网络接口的示例，包括网状网络接口。应该理解的是，处理器58控制第一CE设备44以承担本原理，包括本文中描述的第一CE设备44的其它元件，诸如控制显示器50在其上呈现图像并从其接收输入。此外，注意网络接口56可以是例如有线或无线调制解调器或路由器，或者其它适当的接口，诸如上面提到的无线电话收发器或Wi-Fi收发器等。

除上述之外，第一CE设备44还可以包括一个或多个输入端口60诸如，例如HDMI端口或USB端口，用于物理地连接(例如，使用有线连接)到另一CE设备和/或耳机端口，以将耳机连接到第一CE设备44，用于通过耳机将来自第一CE设备44的音频呈现给用户。第一CE设备44还可以包括一个或多个有形计算机可读存储介质62，诸如基于磁盘的或固态存储器。此外，在一些实施例中，第一CE设备44可以包括位置或方位接收器，诸如但不限于移动电话和/或GPS接收器和/或高度计64，其被配置为例如使用三角测量接收来自至少一个卫星和/或手机基站的地理位置信息，并将信息提供给CE设备处理器58和/或与CE设备处理器58一起确定第一CE设备44放置的高度。然而，应该理解的是，可以使用除了手机接收器和/或GPS接收器和/或高度计之外的另一个适当的位置接收器，来根据本原理例如确定第一CE设备44(例如，在全部三个维度上)的方位。

接着第一CE设备44的描述，在一些实施例中，第一CE设备44可包含一个或多个相机66，其可以是例如热成像相机、数码相机如摄像头、和/或集成在第一CE设备44内的由CE设备处理器58可控的相机，来根据本原理收集图片/图像和/或视频。第一CE设备44还可包括蓝牙收发器68和其它近场通信(NFC)元件70，用以分别使用蓝牙和/或NFC技术和其它设备通信。示例的NFC元件可以是射频识别(RFID)元件。

进一步地，第一CE设备44可包含一个或多个辅助传感器72来向CE设备处理器58提供输入(例如，诸如加速度计、陀螺仪、记转器、或磁传感器的运动传感器，红外(IR)传感器，光学传感器，速度和/或节奏传感器，姿态传感器(例如，用于感测手势指令)等)。第一CE设备44还可包括其它传感器，诸如一个或多个气候传感器74(例如，气压计、湿度传感器、风传感器、光传感器、温度传感器等)和/或一个或多个生物传感器76，向CE设备处理器58提供输入。除上述之外，注意在一些实施例中，第一CE设备44还可以包括红外(IR)发射器和/或IR接收机和/或IR收发器78，诸如IR数据通讯(IRDA)设备。可以提供电池(未示出)来为第一CE设备44供电。CE设备44可通过上述通信模式和相关元件中的任何一个与AVD 12通信。

第二CE设备46可包括一些或者全部为CE设备44示出的元件。任何一个或两个CE设备可以由一个或多个电池供电。

现在是关于上述至少一个服务器80，其包括至少一个服务器处理器82，至少一个有形的计算机可读存储介质84，诸如基于磁盘的或固态存储器，以及至少一个网络接口86，其在服务器处理器82的控制下，允许在网络22上与图1中的其它设备通信，并且确实可以促进根据本原理的服务器和客户端设备之间的通信。注意网络接口86可以是例如有线的或无线的调制解调器或路由器、Wi-Fi收发器、或者其它适当的接口，诸如无线电话收发器。

因此，在一些实施例中，服务器80可以是英特网服务器或整个服务器群，并且可以包括和执行“云”功能，使得系统10的设备可以在示例实施例如网络游戏应用中，通过服务器80访问“云”。或者，服务器80可以由一个或多个游戏控制器或其它与如图1中示出的其它设备在同一个房间里的或附近的计算机实现。

进一步关于上面所提到的，逻辑块、模块、以及下述电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备实现或执行，诸如特定用途集成电路(ASIC)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件元件、或旨在执行本文中所述功能的任何其组合。可由控制器或状态机或计算设备的组合来实现处理器。因此，本文中的方法可以实现为由处理器执行的软件指令、适当地配置的特定用途集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)模块、或任何其它可被本领域技术人员领会的可用方式。在使用之处，软件指令可以被实施在非暂时性设备中，诸如硬盘驱动器、CD ROM或闪存驱动器。软件代码指令也可以在英特网上被下载。

考虑上面的内容，现在将注意力放到图2-7上，其示出了可以被图1所示的任何一个相机或被其它相机系统采用的成像元件的各种排布。如下文将要进一步描述的，高光谱相机捕获图像，每个像素捕获大量的频率。颜色分量延伸到简单的红色、绿色和蓝色之外，以包含可见光谱中的其它颜色分量，并且如果需要包含红外和紫外光谱。在下面的第一个例子中，旋转棱镜接收白光(其可能是太阳光)，并且用由棱镜分离的颜色分量照亮物体，在任何时刻仅用来自棱镜输出的窄带的光照亮物体。光导管可以用来捕获棱镜输出的选择性片段并将其引导到物体。光导管可以被分离，将光的一小部分引导到频率传感器。当棱镜旋转并且照亮物体的光的带宽变化时，诸如高分辨率的黑白传感器的图像传感器检测在该带宽反射的光的图像。可以使用宽谱图像传感器，其可以比传统图像传感器更快地捕获图像。可以使用频率计数器来确定在捕获图像时照亮被摄体的光的带宽。图像中的每个像素将具有来自许多不同频率的强度数据，并且来自频率计数器的信息可用于将来自黑白传感器的像素强度信息与引起像素数据要被生成的特定颜色相关。对于例如医学成像，该系统是有效的，因为图像可以作为一种类型的光谱仪，在对应于不同化学物质的不同吸收和反射率的窄频带中显示明亮区域。血糖监测和眼睛状况监测可能是特别的应用。地质测定是另一种应用，由于不同矿物所反射的光谱可以被检测到，以例如确定农田中的化学成分。可使用可调谐激光器代替棱镜。

在不同的情况下，棱镜可以接收来自在每行图像传感器前面的物体旋转的白光。可以使用多个棱镜，并且所有棱镜可以彼此对准地旋转。频率检测器可以包括在每行像素的末端。频率检测器可以位于图像传感器之间，当被捕获的光在图像的边缘处是暗的时是有利的。为此，来自每个图像传感器之间的光纤可以被引导到一个或多个频率传感器。这具有能够从照明不被控制的物体捕获高光谱图像的优点，诸如为探测矿物而被拍摄的阳光景观。镜头可以提供在棱镜的前面，其能够将进入棱镜的光聚焦到各个像素。环境光可以被感测并且从由相机捕获的像素值中减去。

现在转到图2，装置200包括一个或多个分束器202，以接收来自一个或多个灯、太阳等的白光，并且输出白光的颜色分量204，以在每次用一个单独的颜色分量照亮物体206，使得物体206在第一时间用第一颜色分量并且没有其它颜色分量照亮，在第二时间用第二颜色分量并且没有其它颜色分量照亮。更概括地，在各个时间可以使用白光的宽范围的颜色分量分别照亮物体206。例如，在各个时间，使用至少四个和优选五个、或更多个白光的颜色分量照亮物体。事实上，根据这些原理，可以使用几十个、在一些情况下几百个白光的单独颜色分量来照亮物体。

为此，在所示的实施例中，可以通过安装在壳体208上旋转的旋转棱镜来建立分束器，如箭头210所示。例如，棱镜可以通过将其连接到小型直流电机的轴上而旋转。在另一个例子中，棱镜可以不安装在壳体上旋转，并且反而可以固定地安装在壳体上，并且分束器还可以包括位于包括棱镜和从棱镜输出的彩色光的光路中的可移动狭缝212。当使用狭缝212时，它可以适当地移动，以每次将白光的分出颜色分量中单独的一个引导向物体206。作为非限制性的例子，狭缝可以在线性驱动器诸如由步进电机驱动的齿条和齿轮机构上移动。虽然上面的分束器202是使用棱镜实现的，但在一些实施例中，可以使用光栅来实现。

提供一个或多个黑白成像器214，诸如高分辨率黑白相机，用来从物体206接收白光的棱镜分离颜色分量的反射。由此，由成像器214输出的黑白像素值表示产生像素值的特定颜色分量的反射强度。

一个或多个波长参考接收器(WRR)216从分束器202接收白光的分离的颜色分量，使得(使用上面使用的术语来介绍棱镜)WRR 216在第一时间接收第一颜色分量，并且没有其它颜色分量，在第二时间接收第二颜色分量，并且没有其它颜色分量。用这种方式，来自WRR 216的信息可以与来自黑白成像器的像素信息相关。可以使用一个或多个频率计数器来实现WRR,诸如从分束器202接收输出光的颜色敏感光传感器阵列或频率敏感像素。

在任何情形下，在时刻t＝ti时，从WRR 216可知的事实是白光的第i个颜色分量照亮了物体206。从成像器214还可知的是，在时刻ti，基于从物体反射的强度水平为“i”的光生成一个或多个像素值。从这种相关中因此可知的是，物体206以产生强度水平“i”的反射率反射白光的第i个颜色分量，以此提供关于该物质或物体206的物质的特性的信息。

因此，本文中公开的任何一个处理器可以从装置200接收信息，并且可以用实现上述原理的指令编程，以基于来自WRR 216的、与来自黑白成像器214的像素信息相关的信息输出物体206的颜色响应的指示。

在一些例子中，第一光导管218可以被布置在分束器202和物体206之间的光路中，以将颜色分量从分束器引导到物体。在示出的例子中，光导管218将颜色分量引导到窄带透镜220，该透镜将光输出向物体206。来自物体206的反射光可以被捕获透镜222捕获，并且发送到成像器214。如果需要，第二光导管224可以被布置在分束器202和WRR 216之间的光路中，以将颜色分量从分束器引导到WRR，应当理解的是，分束器被配置并且其运动被同步，使得WRR 216从分束器接收与此刻分束器正在向物体206发送的同样的颜色分量。可以通过适当的光传导机制来建立光导管，诸如但不限于光纤。

图3示出了图2中装置200的替代实现的更详细的视图。白光的源300(可以是太阳或者白光灯)向棱镜202发送白光302，该棱镜输出白光的各个颜色分量。当棱镜旋转时，其将与光谱的不同部分对齐，并且因此是不同的光频率。由棱镜输出的颜色分量由窄孔径光收集器304拾取，其转而将光引导到光导管218中。棱镜202输出具有非常窄带宽的光，但是发射的光的频率扫过宽的光频率带宽，在大多数实现中延伸超出人能够在光谱的红外和紫外两端检测的频率范围。光收集器304从棱镜输出的光谱中选择窄带。在一些实现中，光收集器可以通过狭缝来实现，以最大化收集的光的量，同时仍然保持所收集的频率的窄带宽。

在图3的例子中，分光器306拦截由光导管218输出的光，将大部分光通过第二光导管308发送到照明透镜310，该照明透镜照亮物体206。然而，一些光从分光器306通过光导管312发送到光发射器314，光发射器314照亮(优选固定的)棱镜316。然后，固定棱镜316将光适合于其颜色朝频率敏感像素的阵列318弯曲，以在接收到的特定时间记录特定颜色，建立WRR216的例子。换言之，固定棱镜316基于频率扩展频率检测光。阵列318可以通过横跨固定棱镜316的输出光谱的一行像素来实现。照明哪个像素对应于光离开固定棱镜316的角度，这取决于光的频率。在一些实现中，阵列318可以是图像传感器214的边缘上的一行像素，这些像素通过光屏蔽与图像传感器的其余部分分离。这样的优点是，照明像素的强度可以被用来补偿在不同频率发射的光的不同强度，以及由图像传感器214在不同频率对光的不同敏感度。

图3也示出了成像器214可以通过捕获透镜222接收来自物体206的反射光。WRR216和具有透镜222的成像器214可以在如图所示的模块化图像捕获单元320中实现，该模块化图像捕获单元可以与装有旋转棱镜的壳体分离。

现在转到图4的另一个例子。细长旋转棱镜400接收来自物体的白光。因此，与图3的实施例不同，在图4中，物体用白光照亮并且白光的反射在成像器上被扩展成分离的颜色分量。在所示的例子中，棱镜的输出被发送到诸如黑白高分辨率传感器的图像传感器402，应当理解的是，成像器像素的每行或列可以由相应的旋转棱镜照明，并且图4仅示出具有该行棱镜的单行像素。通过旋转棱镜400，在传感器402的像素404的方向上发射的光的频率扫过沿像素方向进入相机的光的光谱。一些实现可以由列而不是行(仅示出了单个行)来定向。容易理解的是，图像传感器像素404对宽频带的频率敏感。在大多数实现中，这将超出人类能够检测到的频率。每个像素404捕获被捕获的图像的一个像素。

光收集器406是传感器402的部分，并且感应/收集由棱镜400在像素404的方向上发射的光的频率。光收集器406和像素404呈直线，以捕获由棱镜400在像素的方向上发射的光，用来确定该光的频率。通过使每行具有数个收集器406，当该行的一部分对当前频率是暗的时，仍然允许频率检测。

光导管408将光从各个光收集器406引导向光发射器410。光发射器410转而将频率检测光引导到固定棱镜412。在一些实现中，光仅在像素行的平面中发射，使得当离开固定棱镜412时，光仅撞击对应于该像素行的频率检测像素414。在一些实现中，在频率检测像素414的行之间使用光屏蔽，以防止来自光发射器或与其它行相对应的光发射器410的光撞击像素414。

固定棱镜412根据频率扩展频率检测光。在一些实现中，使用单个固定棱镜，横跨实现频率检测像素414的整个第二图像传感器416。第二图像传感器416检测撞击到每行像素414的光的频率。第二(频率检测器)图像传感器416中的每行像素414对应于主图像传感器402中的一行像素，并且对应于一个旋转棱镜400，其中每行像素404潜在地被其各自的旋转棱镜照亮。到达该行的图像传感器像素404的光的频率由频率检测像素的该行中哪个像素414接收光确定。频率检测像素414对频率的宽带宽敏感。频率检测像素414的行与固定棱镜412输出光的光谱对准，使得跨越频率带宽的行被检测。

为了校准这样的相机，可以使用设置自定义白平衡所用的类似技术。散射入射光的漫射介质被放置在透镜的前面，并且相机对准照亮被摄体的光源。图像被捕获。在每个频率捕获的光强度是光源中该频率的强度和像素对该频率的光的敏感度的结合。这可以用来补偿这两个因素以获得平坦的频率响应。

为了校准哪个频率检测像素对应于光的每个频率，可以使用在已知频率的窄带内发射光的光源，诸如已知组成的白色LED。激活的频率检测像素将对应于那些已知的频带。

现在参考图5来看与本原理一致的另一实现。多棱镜500被配置为接收来自物体的白光反射。在图5中，每个棱镜与由至少一个图像传感器建立的各个像素组502光通信，其中各个像素组指示与来自物体的多个颜色分量的反射相关的信息。

可以固定地安装在壳体上的棱镜500将来自被成像的物体的入射光扩展成光谱。棱镜500可以与入射光束或光平面对准，并且对准以将它们发射的光谱投射到各自的图像传感器502上。在一些实现中，相邻的棱镜可以连接，如图5所示。在一些实现中，棱镜500横跨由各个阵列502建立的整个图像传感器。

在图5的例子中，图像传感器502布置在锯齿形表面上，以对准传感器的每个像素的部分，使得其垂直于由各个棱镜500对于该像素的输出光谱。图像传感器上的像素对宽频带的频率敏感。在一些实现中，使用非正方形矩形像素，其优点是需要在光谱传播的维度中具有高分辨率，但是垂直维度的分辨率可以不那么密集。

在一些实现中，使用具有方形像素的图像传感器。其优点是现有制造流程生产方形像素的图像传感器。在一些实现中，使用来自多个图像传感器像素的、与由棱镜500对于单相机像素的频谱输出的同一频率对准的值来计算该相机像素的该频率的强度值。

透镜504可以布置在包括各个棱镜500的各个光路中。透镜504将光聚焦到定向光束中。在一些实现中，每个像素都有单独的透镜。在一些实现中，透镜条可以跨越整个像素行或像素列，这将为每个像素创建光平面而不是单个光束。

图6和图7示出了图5的改进系统。图7中的棱镜500相关于图5和6中的棱镜500的方向旋转，以使它们的光谱输出与图像传感器502对准，从而在横跨平面图像传感器上有均匀分布。在图6和图7中，图像传感器502是平面上的单个图像传感器。在图6中，图像传感器502不垂直于由棱镜500为各个像素输出的光谱，这使得光谱的一端在图像传感器上比另一端更扩展。这可以用软件进行补偿，但是所得图像中的频率分辨率将小于频谱在图像传感器上跨越的像素数，或者单个频率的选择性将被模糊。

此外，在图7中，可以将各个反射镜700布置在至少一些透镜504和棱镜500之间。反射镜700改变入射光的角度，使得棱镜500可以被定向，使得它们输出的光谱中心垂直于图像传感器502，其允许光谱在横跨图像传感器像素上均匀分布。

在图5-7所示的实现中，所使用的图像传感器上的像素和由相机生成的图像中的像素之间不必有一一对应关系。为了避免歧义，“相机像素”指的是生成图像中的像素，而“图像传感器像素”指的是图像传感器上的像素。

要领会的是，虽然已经参照一些示例实施例描述了本原理，但这些并不旨在限制，并且可以使用各种可替代安排来实现本文中所述的主题。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

至少一个分束器，用于接收白光并输出所述白光的单独颜色分量，以一次用一个单独的所述颜色分量照亮物体，使得所述物体在第一时间用第一颜色分量并且没有其它颜色分量照亮，并且在第二时间用第二颜色分量并且没有其它颜色分量照亮；

至少一个黑白成像器，被配置为从所述物体接收所述白光的单独颜色分量的反射；以及

至少一个波长参考接收器(WRR)，其从所述分束器接收所述白光的所述单独颜色分量，使得所述WRR在所述第一时间接收所述第一颜色分量，并且没有其它颜色分量，在所述第二时间接收所述第二颜色分量，并且没有其它颜色分量，使得来自所述WRR的信息能够与来自所述黑白成像器的像素信息相关。

2.权利要求1所述的装置，其中，所述分束器包括棱镜。

3.权利要求1所述的装置，其中，所述分束器被安装在壳体上旋转。

4.权利要求2所述的装置，其中，所述棱镜不被安装在壳体上旋转，并且被固定地安装在所述壳体上，并且所述分束器还包括位于包含所述棱镜的光路中的可移动的狭缝。

5.权利要求1所述的装置，其中，所述分束器包括光栅。

6.权利要求1所述的装置，包括至少第一光导管，其在所述分束器和所述物体之间的光路中，以将颜色分量从所述分束器引导到所述物体。

7.权利要求1所述的装置，包括至少第一光导管，其在所述分束器和所述WRR之间的光路中，以将颜色分量从所述分束器引导到所述WRR。

8.权利要求1所述的装置，其中，所述WRR包括至少一个频率计数器。

9.权利要求1所述的装置，包括至少一个处理器，所述处理器用指令编程来至少部分地基于来自所述WRR的、与来自所述黑白成像器的像素信息相关的信息，输出所述物体的颜色响应的指示。

10.权利要求1所述的装置，其中，所述WRR包括至少一个棱镜，其将光输出到频率感应像素的阵列。

11.一种装置，包括：

可旋转地安装的棱镜，其将来自物体的白光扩展到单独的颜色分量中；

固定地安装的棱镜，用于接收来自所述可旋转地安装的棱镜的光，并且将所述光发送到频率检测像素的阵列；以及

图像传感器，其布置在所述可旋转地安装的棱镜和所述固定地安装的棱镜之间，以接收来自所述物体的白光的颜色分量，并且建立表示所述颜色分量的像素值。

12.权利要求11所述的装置，包括至少一个光收集器，其与所述图像传感器集成，并且与所述固定地安装的棱镜通信，以将光引导到所述固定地安装的棱镜。

13.一种装置，包括：

多个棱镜，被配置为接收来自物体的反射；

每个棱镜与由至少一个图像传感器建立的各个像素组光通信，所述各个像素组指示关于来自所述物体的光谱反射的多个颜色分量的信息。

14.权利要求13所述的装置，其中，所述各个像素组通过一个单独的图像传感器建立。

15.权利要求13所述的装置，其中，所述各个像素组通过各个图像传感器建立。

16.权利要求13所述的装置，包括在包括各个所述棱镜的各个光路中的各个透镜。

17.权利要求16所述的装置，包括在至少一些所述透镜和棱镜之间的各个反射镜。

18.权利要求13所述的装置，其中，所述棱镜被固定地安装在壳体上。

19.权利要求13所述的装置，其中，所述棱镜彼此相连接。

20.权利要求13所述的装置，其中，所述图像传感器被布置在锯齿形的表面上。