CN110914736A - 用于对成像流动测量方法进行干扰校正的布置和方法 - Google Patents
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Abstract
具有不同折射率的多种流动流体之间的通常随时间变化的边界表面，例如水与空气之间的具有敞开水表面的边界表面，会生成光学干扰。通过边界表面进行的光流动测量过程会受到这种干扰的影响，这可能会导致明显的测量偏差或者甚至可能完全阻止进行的测量。本发明通过提出了用于对由波动的边界表面(211)引起的光学干扰进行瞬时的且基于硬件的校正的布置(1、1a，1')和方法而有助于解决该计量问题。为此，将波前调制器(5)引入到光学测量方法的光束路径之中，该调制器借助于控制系统主动地对光学干扰进行补偿。本发明使得可通过波动的边界表面进行光流动测量。它不局限于单一的流动测量技术，而是可在所有已知的成像方法中实现。本发明可用在多种技术应用中。一些示例包括：液体‑空气边界表面，例如在具有敞开表面的水通道中；薄膜流，例如在用于冷却，纯化、或蒸馏的处理技术中；流体喷射，其表面在所有侧上波动；对悬浮液滴或粘附在不透明基底上的液滴或液体中出现的气泡的测量。本发明还适用于对由于燃烧中的温度梯度、诸如在压力波动中的压力梯度或者诸如在电解处理中的浓度梯度引起的干扰进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对流动(flow)测量方法进行干扰校正的布置和方法，尤其是用于对成像流动测量方法进行干扰校正的布置和方法。
背景技术
化学工程中的许多处理都涉及具有被边界表面分隔开的不同折射率的流体。该边界表面通常随时间而变。最终的折射率波动表示随时间变化的波动的光学干扰。这会大大降低光学测量方法的性能或者使测量完全不可能。例如，在可能形成波浪的水池中的敞开表面中，在水-空气边界表面处光线是随机折射的，并且使用该边界表面来测量水中的流速受干扰严重影响。因此，波动的边界表面是流动测量技术的主要挑战。这在诸如用于冷却，清洁或蒸馏的薄膜流动、液体射流、悬浮液滴、波流道、具有浓度梯度的火焰或流动这样的各种应用中在技术上是相关的。
诸如光学接入窗口这样的静态对象也可能引起光学干扰，例如如果它们具有曲度。
从现有技术中已知可有助于解决所述问题的各种方法。对于静态干扰，可以在光束路径中引入刚性校正光学器件。如果光学条件发生变化，例如如果要观看另一图像部分或者如果要以不同角度进行观看，则校正光学器件将不再适合这种情况，并且会再次发生光学干扰。
无法借助于刚性校正光学器件来补偿波动干扰。一种方法(特别是用于薄膜流动的方法)是例如使用位于流动通道壁上的静态背景图像，并且同时通过敞开表面观察该静态背景图像以为了流动测量的目的。例如，根据可表示点图案的背景图像的失真，可得出与测量图像的失真有关的结论并且可对测量图像进行基于软件的计算校正。
这种基于软件的校正方法的示例是面向背景的纹影方法(BOS)。该方法在InRichard，H.和Raffel，M.：Principle and applications of the background orientedschlieren(BOS)method中介绍。测量科学与技术(12(2001)，第1576-1585页)主要开发用于使透明介质中的密度或折射率梯度可视化。它首先通过在背景与相机之间没有折射率梯度的情况下拍摄背景图片来测量由折射率梯度引起的视在背景点移动。该图像用作参考图像。以存在于背景与相机之间的要检查的折射率梯度来记录其次需要的图像(测量图像)。对背景点与图像的不同部分上的参考图像进行比较。通过互相关，如果背景具有不规则的点图案并且存在明显的对比度，则可准确地确定两个图像之间的背景点的移位。互相关的结果表示参考图像上的点与测量图像上的点之间的位移矢量场，并且可从该矢量计算出折射率梯度场，该折射率梯度场最终可用于对流动测量数据进行软件校正。BOS方法未提供对硬件侧上的光学干扰进行校正这样的可能性。
可从自适应光学器件领域的现有技术获得用于对硬件侧上的光学干扰进行校正的各种选择。已知方法包括其中可通过使用波前传感器和调制器来检测并补偿相位像差的那些方法。例如，DE 602 23 130 T2公开了这种用于对高能激光束进行光束控制的方法。
美国专利No.7,118,216 B2公开了一种用于检查眼底的扫描激光检眼镜，在该扫描激光检眼镜中将从视网膜反射的光的一部分引导至波前传感器以便检测由眼睛引起的波前失真，其中对设置在光路上的可变形镜进行控制以便对波前失真进行补偿以便提供成像。在该应用领域中对控制系统的速度没有特殊要求。
此外在显微镜领域，自适应光学器件的应用是现有技术，此处的目的通常是提高生物样品的检查质量。在Cui，M.和Yang，C.，Imple mentation of a digital opticalphase conjugation system and its appli cation to study the robustness ofturbidity suppression by phase conj ugation.Optics Express 18,第4(2010),第3444页中介绍了一种被称为“数字光学相位共轭”的开环自适应光学器件控制方法，该方法可用于使用光学模糊的(尤其是生物学的)介质来校正相位失真。在这种情况下，CCD相机用作传感器并且表面光调制器用作致动器。所描述的方法要求相机的每个像素在表面光调制器的相应像素上产生虚像，并且反之亦然。因而该方法需要复杂的校准和非常高的调节工作量。无法进行瞬时校正，尤其是无法对波动干扰进行瞬时校正。
还已知使用自适应光学器件来校正具有下述散射介质的小规模边界表面中的光学失真，在所述散射介质处光被直接散射并在小范围内反射。
US 2015/0160118 A1示出了一种用于测量安装在微板的孔中的液体样品的光学测量系统。该系统尤其包括用于照射样品的光源以及用于测量光信号的检测器。在光源与孔之间，设置了诸如空间光调制器这样的光学元件，该调制器用于对液体样品的边界表面处的失真进行校正。
Czarske，JW，Koukourakis，N.，Fregin，B.，
J.和Büttner，L.，Adaptiveflow-field measurements using digital holography，SPIE会议论文集，第10074(2017)卷，第10074F-1-100740F-7页描述了在流体测量技术领域中借助于数字全息术进行流动测量并对光学干扰进行校正。在这里，光在漫散射膜上反射。通过调制器的相位补偿，降低了与之相关联的多次散射对成像处理的影响。这将以降低的对比度恢复图像。
US 2010/0195048 A1公开了自适应光学器件在医学领域中的使用，特别是用于检眼镜，尤其通过该检眼镜来检查眼睛的视网膜。在这种情况下，由第一光学模块来扫描眼睛的一部分，其中将反射光引导到检测设备之中并且对眼睛的被检查部分成像。第二光学模块检测光学失真并对其进行校正。光在组织上的散射会导致多次反射，这导致无法形成任何限定的边界表面。不利的是，对视网膜上的光学失真的校正因而仅能以区段进行，即逐行地进行并且因而在小规模范围内，因为第一模块为此具有用于扫描眼睛的行扫描仪。因而不可能瞬时校正整个视野。通过使测量方法基于共焦设计原理，可通过设备的光束路径中的针孔故意地抑制周围组织层的散射光以便使其不会到达检测器中并且扫描仪接近的测量区域的光学成像质量得到改善。
发明内容
因此本发明的目的是克服现有技术的缺点并提供一种布置和方法，借助于该布置和方法可瞬时且在硬件上校正由具有不同光密度的两种流体之间的连续相变边界表面引起的光学干扰。特别地，该布置和方法将使得可以使用菲涅耳反射对光学平坦的且大规模边界表面处的光学干扰进行大规模校正。
该目的是通过一种用于对由边界表面引起的光学干扰进行校正的无波前传感器布置(该布置具有权利要求1的特征)以及用于对由边界表面引起的光学干扰进行校正的基于波前传感器的布置(该布置具有权利要求9的特征)来实现的，并且该目的是通过一种用于对由边界表面引起的光学干扰进行校正的无波前传感器方法(该方法具有权利要求8的特征)以及用于对由边界表面引起的光学干扰进行校正的基于波前传感器的方法(该方法具有权利要求16的特征)来实现的。此外，在从属权利要求中指定了本发明的进一步改进。
对于用于测量例如用于确定流动流体的流速的成像流动测量方法，根据本发明的解决方案基于使用波前调制器对由边界表面引起的光学干扰进行校正。可以在没有波前传感器或具有波前传感器的情况下实现根据本发明的解决方案。
有利地，根据本发明的解决方案提供了对光学干扰进行基于硬件的瞬时校正的可能性。特别有利的是可通过使用快速组件和算法来实时地操作本发明。对于“实时”，应当理解的是对光学干扰的波动或时间变化的反应频率(即波前调制器的设置的目标变化)高于光学干扰的波动频率。
在本发明的上下文中，作为具有不同光密度或不同折射率的流体在其中相遇的区域的术语“边界表面”包括在光学上大规模的、平坦的、且连续相变的边界表面。在这些边界表面处，根据菲涅耳公式反射光。根据本发明，除了边界表面(诸如水池处的水-空气边界表面或光学接入窗口)之外，术语“边界表面”还包括诸如温度梯度形式的火焰中这样的边界层或者由于浓度梯度而形成的边界层。本发明特别适用于波动的边界表面，但也适用于例如光学接入窗口之类的静态边界表面。
术语“流体”应被理解为是指液体、气体、或蒸气，即流体力学定律可应用于的非固态连续体。
在本发明的上下文中，“波前调制器”是用于选择性地影响光波的相位和/或振幅的设备。波前调制器可具有可各自控制的元件以作为致动器并且因而具有像素结构或连续可变的致动器层。波前调制器可以是透射的或具有反射的照射表面。
本发明可应用于其中使用相机来以非接触方式查看流动的图像场的所有成像流动方法。示例包括颗粒成像测速(PIV)、颗粒跟踪测速(PTV)、分子标记测速(MTV)、或多普勒全局测速。最优选地，本发明用在PIV处理中。
为了测量流动，流动流体必须包含与在成像流动测量方法中所使用的照射相互作用的颗粒。如果流动流体是透明的，则最常见的是将称为“示踪物”的颗粒作为测量对象引入到流动流体之中，示踪物使流动可视化而不会显著影响它。示踪物包括散射颗粒或者其被设计为是荧光的颗粒(以下称为荧光颗粒)。为了本发明的目的，散射颗粒不具有荧光性质。此外，将散射颗粒设计为实现散射。在实施例中，散射颗粒形成为具有约10μm的直径的涂银中空玻璃球。为了本发明的目的，荧光颗粒具有荧光性质并且根据斯托克斯法则发光。
在下文中，在简化符号的意义上，使用术语“散射”或“散射光”，借此在散射颗粒的情况下它们是指漫反射并且在荧光颗粒的情况下它们是指发射的光。
如果流动流体具有借助于其可使流动可视化的本征散射颗粒或本征荧光颗粒，则无需添加示踪物。在术语“本征颗粒”之下将本征上形成的散射颗粒或荧光颗粒概括如下。除非另有说明，否则以下始终使用术语“示踪物”，其中当流体中存在本征颗粒时，这意味着是指本征颗粒而不是示踪物。
根据本发明的用于在用于测量流动流体的成像流动测量方法中对界面光学干扰进行校正的无波前传感器设备，其中流动流体包含其被设计为散射颗粒的示踪物，所述无波前传感器设备包括照射源，该照射源被配置为照射流动流体流过的测量场，其中静态的特征光学图案位于由照射源所照射的测量场中，其通常被称为“背景图案”。例如，激光用作照射源。例如，测量场可是流动流体流过的并且由照射源照射的流动通道的区域。
此外，根据本发明的无波前传感器布置具有相机，该相机被设计为用于特别是同时记录流动图像(flow image)和图案图像。在这种情况下，将由流动流体中的示踪物散射的光的图像称为“流动图像”并且将由静态背景图案散射的光的图像称为“图案图像”。流动图案对应于对流动流中的测量对象所发生的直接描述。在本发明的上下文中，术语“相机”包括下述所有光学仪器，利用所述这些光学仪器可将图像记录在存储介质上和/或通过接口传送图像以进行进一步处理，例如它还可包括检测器阵列。
按照下述方式来设置照射源和/或相机，所述方式即就是使得通过边界表面对流动流体和背景图案进行照射和/或观察。特别地，照射源和相机都被布置成使得通过边界表面对流动流体进行照射和观察。
此外，根据本发明的无波前传感器布置具有可控的波前调制器，该波前调制器被设置在测量场与相机之间的光路中或者在照射源与测量场之间的光路中或者在照射源与测量场之间的以及在测量场与相机之间的光路中。优选地将可控的波前调制器设置在测量场与相机之间的光路中。
此外，根据本发明的无波前传感器布置具有信号处理平台，该信号处理平台被设计为至少评估图案图像，其中对图案图像与背景图案进行比较以确定图像的品质因数，并且为了校准的目的而对波前调制器进行控制。为此，信号处理平台与相机和波前调制器进行通信，其中该通信连接可是硬连线或无线的。信号处理平台按照使品质因数迭代对优化的方式来驱动波前调制器。
O.B.d.A.是作为对图案图像(即背景图案的图像)与实际背景图案的光学相似性的量度的品质因数，该品质因数被定义成随着图案图像与背景图案之间的光学相似性的增加而增大。在这种情况下，信号处理平台按照如下方式对波前调制器进行控制和校准，所述方式即就是在由背景图案散射的光与波前调制器相互作用之后在相机中所形成的背景图案的图像的品质因数增大。适当的品质因数的示例包括诸如最大空间频率、最大标准偏差、亮度直方图、强度梯度、或互相关系数这样的锐度度量。归一化互相关系数≤1，其中归一化互相关系数1对应于图案图像与背景图案之间完全匹配。
当然，还可以另一种适当形式来定义品质因数，例如按照它随着图案图像与背景图案之间的光学相似性增加而减小(即偏差减小)，并且可以理解的是此后对波前调制器的控制使得品质因数减小。在任何情况下，按照图案图像与背景图案之间的光学相似性增加的方式来驱动波前调制器。换句话说，使对波前调制器的调节使得适应于对边界表面引起的光学干扰进行校正，优选地尽可能地对其进行补偿。
通过对背景图案的图像进行优化并相应地调节波前调制器来校正光学干扰，还可对示踪物的图像(即流动图像)进行校正。优选地使用与对图案图像的评估相同的信号处理平台来执行对流动图像的评估，但是也可使用另一适当的信号处理平台来进行。
除了所提到的组件之外，根据本发明的无波前传感器布置还可具有进一步适当布置的光学组件，特别是分束器、反射棱镜、以及滤光器元件。
对品质因数的优化以迭代方式进行。当品质因数达到最优时优化完成。替代地，还可为优化期间要达到的品质因数指定限值。
因为在波动或时变干扰的情况下品质因数会随时间而偏离最优值，因此不断地重复优化算法。因而可对由边界表面引起的光学干扰的变化瞬时做出反应。
无波前传感器布置的特征在于特别简单的结构并且因此除了其它之外不昂贵。另外，无波前传感器布置不需要额外的对测量点的光接入。
在本发明的无波前传感器设备的实施例中，流动流体包含荧光颗粒并且图案是非荧光的，或者图案是荧光的并且流动流体不含荧光颗粒，或者流动流体包含荧光颗粒并且图案是荧光的，其中荧光颗粒的荧光波长与图案的荧光波长彼此不同。如果流动流体包含示踪物或本征颗粒，则可将它们作为荧光颗粒引入到流体之中或者该流体包含本征荧光颗粒，借助于其可使流动被可视化以便无需添加示踪物。如果图案是荧光的，则应当理解的是例如油漆这样的制成图案的材料包括至少一种荧光成分。“荧光的”是指通过照射将图案的颗粒或者至少一种成分光学地设置为激发态并且在利用光的发射而激发后的短时间内(约数ms或更小的量级)缓和。散射光的波长(荧光波长)通常大于照射的波长(斯托克斯定律)。应当理解的是这里所使用的术语“波长”总是包括在该波长左右几十纳米的某个狭窄的波长范围，诸如光谱线的自然线宽或者受制于线增宽机制(例如由于热运动引起的多普勒效应)的荧光的线宽。
在所描述的实施例中，根据本发明的无波前传感器布置包括第一和第二相机。用于波长选择的装置被设置在测量场与两个相机之间的光路上。用于波长选择的装置被设计为由第一相机检测第一波长的光并且由第二相机检测第二波长的光。
所描述的实施例有利地使得流动图案与图案图像分离，因为在流动流体的示踪物处散射的光的波长与在图案处散射的光的波长彼此不同。例如，如果在图案是非荧光的同时流动流体包含荧光颗粒，则由荧光颗粒散射的光的波长通常大于在图案上散射的光的波长(其等于照射波长)。使用用于波长选择的装置，此后在第一相机上显示o.B.d.A.流动图像，并且在第二相机上显示图案图像。如果图案被设计为是荧光的并且颗粒是非荧光的，或者如果流动流体包含荧光颗粒并且图案图像被设计为是荧光的，其中荧光波长彼此不同，则同样适用。
在一个实施例版本中，波长选择装置可以被设计为下述部分反射装置，该部分反射装置包括用作波长相关分束器的镜面反射(mirroring)布置，其中第一波长的光主要在一个相机的方向上偏转并且第二波长的光主要在第二相机的方向上偏转。因而将用于部分反射的装置设计成例如第一波长的光主要在一个相机的方向上反射并且第二波长的光主要在第二相机的方向上透射或者例如第一波长的光主要在第一相机的方向上透射并且第二波长的光主要在第二相机的方向上反射。
有利地，在该实施例中，大部分散射光用于成像。
在实施例变形的又一个实施例中，用于波长选择的装置可以包括波长无关分束器以及波长选择滤光器元件。借助于波长无关分束器，与光的波长无关地在示踪物或图案处散射的光被分为传播方向彼此不同的第一和第二分量，第一和第二分量可包含在示踪物处及在图案处两者的散射光。在分束器与第一相机之间，在第一部分的光路中设置滤光器元件，借助于所述滤光器元件，第一波长的光可在第一相机的方向上穿过滤光器元件或者在第一相机的方向上偏转，其中第二波长的光无法穿过滤光器元件或者被偏转成以便在第一相机处不会出现图像。例如，在第一相机上仅显示流动图案。将滤光器元件设置在第二部分的光路中的第二相机与分束器之间，第二波长的光可在第二相机的方向上穿过所述滤光器元件或者在第二相机的方向上偏转，其中第一波长的光无法穿过滤光器元件或者被偏转成以便在第二相机上不会出现图像。此后，在以上示例中仅剩下的是在第二相机处所显示的图案图像。
该实施例的特征在于特别简单且不昂贵的设计。
在又一个实施例中，根据本发明的无波前传感器设备的波前调制器包括多个自适应光学校正元件的组合。例如，可通过电操作的检流计镜来校正图像倾斜并且可通过自适应透镜来校正散焦像差。例如，可通过表面光调制器来校正任何剩余的光学干扰。特别地，各个自适应光学校正元件串联地且在每个情况下通过分配给相应校正元件的控制电路来进行操作。
在另一个实施例中，本发明的无波前传感器设备的波前调制器基于具有反射照射表面的表面光调制器。优选地，反射表面光调制器包括具有连续照射表面的可变形镜或可各自校准的微镜阵列。
在本发明的无波前传感器设备的又一个实施例中，信号处理平台具有FPGA(现场可编程门阵列)或图形处理器或数字信号处理器或其组合。数字控制系统的这些组件有利地特征在于低等待时间时段。为了尽可能地实现用于干扰校正的实时操作，对波前调制器的控制的控制速率必须至少是光学干扰的最大波动频率的两倍。
本发明的方法用于在对流动流体进行测量的成像流动测量方法中对由边界表面引起的光学干扰进行无波前传感器校正，其中流动流体包含被设计为散射颗粒的示踪物，并且其中被设置在由照射源所照射的、流动流体流过的测量场中的是静态光学图案，所述本发明方法的特征在于：利用照射源来照射流动流体，该波前调制器被设置在测量场与相机之间的光路中或者在照射源与测量场之间的光路中或者在照射源与测量场之间以及在测量场与相机之间的光路中，其中相机至少用于将流动图像记录为由流动流体中的示踪物散射的光的受干扰图像并且用于将图案图像记录为由静态图案散射的光的受干扰图像，其由信号处理平台控制以便通过对图案图像与图案进行比较所确定的品质因数被迭代地优化。
由于波前调制器的取向被形成为对图案图像进行校正并且优选地对由图案图像中的边界表面引起的干扰进行很大地补偿这样的事实，对流动图像进行校正并且优选地对流动图案中的这些干扰进行很大地补偿。
根据本发明的这种无波前传感器方法可具有例如以下方法步骤：
a.照射下述测量场，包括示踪物的流动流体流过所述测量场并且在所述测量场中设置有静态背景图案；
b.光在示踪物和静态背景图案处散射；
c.使示踪物和背景图案散射的光与波前调制器相互作用；
d.借助于相机将流动图像记录为由示踪物散射的光的受干扰图像并且将图案图像记录为由静态图案散射的光的受干扰图像。
其中对流动介质和背景图案的照射和/或观察是通过边界表面进行的；
e.借助于信号处理平台使流动图像和图案图像分离；
f.借助于信号处理平台通过对图案图像与实际背景图案进行比较来确定图像的品质因数；
g.借助于信号处理平台来就其取向而言对波前调制器进行控制；
h.重复处理a步骤到g，其目的是优化品质因数，即：使图案图像与实际背景图案的偏差最小化。
为了优化的目的，可使用本领域技术人员已知的各种适当的算法；例如可以提到线性搜索或通用算法。
自然地，根据本发明描述的无波前传感器设置的特征和细节还与根据本发明的用于对无波前传感器中的光学干扰进行校正的方法一起应用，反之亦然。
在本发明的如下基于波前传感器的布置中，所述基于波前传感器的布置用于在对流动流体进行测量的成像流动测量方法中对由边界表面引起的光学干扰进行校正，流动流体包含其被设计为荧光颗粒的示踪物。也就是说，或者将荧光颗粒引入到流体之中以对其进行测量，或者流体具有本征荧光颗粒，借助于其可使流动被可视化以便无需添加示踪物。
本发明的基于波前传感器的布置具有例如激光器这样的至少一个照射源，借助于该照射源由通过引起光学干扰的边界表面的至少一个照射波长的光来照射测量场并且从而照射流动流体。
此外，根据本发明的基于波前传感器的布置具有下述波前传感器，该波前传感器被设计为检测根据菲涅耳公式从边界表面所反射的光，该光具有至少一个照射波长。为了使菲涅耳公式适用，边界表面必须是光学平坦的、连续的、且大规模的。在这种情况下，“波前传感器”是这样一种布置，借助于该布置可执行用于确定波的相同相位的表面形状的波表面测试。借助于波前传感器，可瞬时确定波前的变形。
根据本发明的基于波前传感器的布置还具有借助于其来记录流动图像的相机，该流动图像表示由流动流体的示踪物散射的光的受干扰图像，该光具有与至少一个照射波长不同的波长。因此，在基于波前传感器的布置的情况下，优选地将示踪物设计为荧光颗粒。
为了使具有彼此不同的波长的这两个光分量分离，在测量场与波前传感器之间以及在测量场与相机之间的光路中设置了用于部分反射的装置，所述装置具有镜面反射布置，该镜面反射布置还被称为“二向色性”，该镜面反射布置的反射和透射度是光波长的函数并且因此用作波长相关分束器。这些用于部分反射的装置起作用以使得至少一个照射波长的光(特别是被边界表面反射的光)主要在波前传感器的方向上偏转并且使得与至少一个照射波长不同的波长的光(特别是荧光颗粒散射的光)主要朝着相机偏转。举例来说，用于部分反射的装置按照如下方式起作用，即：使得至少一个照射波长的光主要在波前传感器的方向上反射并且使得与至少一个照射波长不同的波长的光主要在相机的方向上透射。或者，这些装置以如下方式起作用，即：使得至少一个照射波长的光主要在波前传感器的方向上透射并且使得与至少一个照射波长不同的波长的光主要在相机的方向上反射。
在又一个优选实施例中，流动流体包含散射颗粒，其中由来自第一照射源的具有照射波长的光通过边界表面来照射流动流体流过的测量场并且由来自第二照射源的波长与照射波长不同的光来照射散射颗粒。在这种情况下，相机被设计为用于将流动图案记录为其波长与照射波长不同且由流动流体的散射颗粒散射的光的图像。将设置在测量场与相机之间的用于部分反射的装置设计为分束器。此外，根据本发明的基于波前传感器的布置具有可控的波前调制器，该可控的波前调制器位于测量场与相机之间以及测量场与波前传感器之间的光路中或者位于至少一个照射源与测量场之间的光路中或者位于至少一个照射源与测量场之间以及测量场与照相机之间以及测量场与波前传感器之间的光路中。优选地将可控的波前调制器设置在测量场与相机之间以及测量场与波前传感器之间的光路中。
另外，根据本发明的基于波前传感器的布置具有至少一个信号处理平台，该信号处理平台被设计为至少评估由波前传感器检测到的数据(其目的是确定由于由边界表面引起的光学干扰而造成的波前失真)并对波前调制器进行控制。为此，信号处理平台至少与波前传感器和波前调制器进行通信，其中通信连接可是基于有线的或无线的。借助于信号处理平台进行对波前调制器的控制以便通过与波前调制器的相互作用(基本上是透射和/或反射)，可对由边界表面处的散射引起的波前失真进行校正，优选在很大程度上补偿。举例来说，可按照如下方式对波前调制器进行校准，即：当光与波前调制器相互作用时，将借助于波前传感器所测量的波前失真的逆施加到光上。优选地，信号处理平台还用于评估流动图案；然而，还可在第二信号处理平台上执行对流动图案的评估。
除了所提到的组件之外，根据本发明的基于波前传感器的布置还可具有更进一步适当设置的光学组件，特别是更进一步的分束器、反射棱镜、和/或滤光器元件。
本发明的基于波前传感器的布置作为闭合控制回路进行操作。为了能够实时地执行控制，控制回路的刷新率至少是最大波动频率的两倍，由边界表面引起的光学干扰以所述最大波动频率变化。
有利地，根据本发明的基于波前传感器的布置允许对由边界表面引起的光学干扰进行瞬时的基于硬件的校正而无需潜在的耗时且抢时的迭代方法。基于波前传感器的布置的进一步优点是获得了用于控制波前调制器的明确结果，而迭代方法的使用还可潜在地导致几种解决方案的确定。
在本发明的基于波前传感器的布置的一个实施例中，波前传感器包括Hartmann-Shack型传感器，借助于所述Hartmann-Shack型传感器将从边界表面反射的至少一个照射波长的光的相位信息转换成可测量的强度分布。Hartmann-Shack传感器通常是由微透镜矩阵和空间分辨检测器组成的。由检测器上的每个微透镜所生成的点图像的位置提供了与波前的局部倾斜有关的信息。从所有点图像的总和，可重建波前并且因而可确定波前的可能失真。
在根据本发明的基于波前传感器的布置的又一个实施例中，波前传感器包括用于执行全息测量的布置。波前传感器检测下述干涉图案的空间强度分布，所述干涉图案是由边界表面所反射的照射波长的光与参考波相干叠加而造成的。特别优选地，参考波是由对照射源所发射出的光进行光束分裂而产生的。有利地，全息术提供了特别是快速地确定边界表面所反射的光的相位变形的可能性，而无需进行复杂的迭代。
在又一个实施例中，根据本发明的基于波前传感器的布置的波前调制器包括多个自适应光学校正元件的组合。例如，可通过电操作的检流计镜来校正图像倾斜并且可通过自适应透镜来校正离焦像差。例如，可通过表面光调制器来校正任何剩余的光学干扰。特别地，各个自适应光学校正元件串联地并且在每种情况下通过分配给相应校正元件的控制电路进行操作。
在另一个实施例中，根据本发明的基于波前传感器的设备的波前调制器基于具有反射照射表面的表面光调制器。优选地，反射表面光调制器包括具有连续照射表面的可变形镜或可各自校准的微镜阵列。
在根据本发明的基于波前传感器的布置的又一个实施例中，信号处理平台具有FPGA(现场可编程门阵列)或图形处理器或数字信号处理器或其组合。数字控制系统的这些组件有利地特征在于低等待时间时段。为了尽可能实现用于干扰校正的实时操作，用于控制波前调制器的控制速率应至少是光学干扰的最大波动频率的两倍。
在根据本发明的基于波前传感器的布置的又一个实施例中，照射源发射出至少两个彼此不同的以用于照射流动流体的波长，或者根据本发明的基于波前传感器的布置至少具有如下两个照射源，这两个照射源用于发射出彼此不同的以用于照射流动流体的波长。从这至少两个波长，可计算出大于至少两个波长中的每一个的“合成波长”，从而使波前检查的清晰度范围增大了。使在边界表面处所反射的具有彼此不同的至少两个波长的光叠加并且作为绝对相位偏差，与从现有技术可知的“绝对距离干涉法”方法类似，由波前传感器来确定由边界表面引起的光学干扰所导致的波前失真。此后就绝对相位偏差的测量而言进行对波前调制器的定向。考虑到例如由粗糙的边界表面引起的不稳定干扰，该实施例是特别有利的。
在用于测量流动流体的成像流动测量技术中补偿由边界表面引起的光学干扰的基于波前传感器的方法中，流动流体包含其被设计为荧光颗粒的示踪物，其既可以为流体中的示踪物，也可以为本征地具有荧光颗粒的流体。根据本发明的方法至少包括以下方法步骤：
a.由通过边界表面的至少一个照射波长的光来照射测量场并且从而照射流动流体，并且使流动流体与所述至少一个照射波长的光相互作用，其中在边界表面处根据菲涅耳公式反射之后，该光具有至少一个照射波长，并且在流动流体的荧光颗粒处散射之后，该光具有与所述至少一个照射波长不同的波长；
b.将从边界表面反射的全部光与荧光颗粒散射的光作为波长的函数分离成具有至少一个照射波长的部分以及具有与所述至少一个照射波长不同波长的部分；
c.使具有至少一个照射波长的部分在波前传感器的方向上偏转，借助于波前传感器来检测具有至少一个照射波长的部分，并且借助于信号处理平台来评估检测到的数据以用于确定波前失真；
d.使具有与至少一个照射波长不同波长的部分在相机的方向上偏转并且使流动图案在相机上成像；
e.借助于一个或第二信号处理平台来评估流动图像；
其中使用可控的波前调制器，使从边界表面反射的光与荧光颗粒散射的光、或者用于照射流动流体的光、或者用于照射流动流体的光和来自边界表面的反射光及荧光颗粒散射的光相互作用，并且借助于信号处理平台按照如下方式来对波前调制器进行控制，即使得调制器定向成以便通过与波前调制器的相互作用来校正波前失真。
根据本发明的基于波前传感器的方法例如可如下进行：
i.由通过边界表面的至少一个照射波长的光来照射测量场并且从而照射流动流体，并且使流动流体与所述至少一个照射波长的光相互作用，其中在边界表面上反射之后该光具有至少一个照射波长并且在流动流体的荧光颗粒处散射之后该光具有与所述至少一个照射波长不同的波长；
ii.利用可控的波前调制器使从边界表面反射的光与荧光颗粒散射的光相互作用；
iii.将从边界表面反射的全部光与荧光颗粒散射的光作为波长的函数分离成具有至少一个照射波长的部分以及具有与所述至少一个照射波长不同波长的部分；
iv.使具有至少一个照射波长的部分在波前传感器的方向上偏转，借助于波前传感器来检测具有至少一个照射波长的部分，并且借助于信号处理平台来评估检测到的数据以用于确定波前失真；
v.使具有与至少一个照射波长不同波长的部分在相机的方向上偏转并且使流动图案在相机上成像；
vi.借助于信号处理平台来对可控的波前调制器进行调节以便通过与波前调制器的相互作用来补偿波前失真；
vii.借助于一个或第二信号处理平台来评估流动图像。
本发明的基于波前传感器的方法的另一个可能的序列例如如下：
i'.使用于照射流动流体的至少一个照射波长的光与可控的波前调制器相互作用；
ii'.由通过边界表面的至少一个照射波长的光来照射测量场并且从而照射流动流体，并且使流动流体与所述至少一个照射波长的光相互作用，其中在边界表面上反射之后该光具有至少一个照射波长并且在流动流体的荧光颗粒处散射之后该光具有与所述至少一个照射波长不同的波长；
iii'.将从边界表面反射的全部光与荧光颗粒散射的光作为波长的函数分离成具有至少一个照射波长的部分以及具有与所述至少一个照射波长不同波长的部分；
iv'.使具有至少一个照射波长的部分在波前传感器的方向上偏转，借助于波前传感器来检测具有至少一个照射波长的部分，并且借助于信号处理平台来评估检测到的数据以用于确定波前失真；
v'.使具有与至少一个照射波长不同波长的部分在相机的方向上偏转并且使流动图案在相机上成像；
vi'.借助于信号处理平台来对可控的波前调制器进行调节以便通过与波前调制器的相互作用来补偿波前失真；
vii'.借助于一个或第二信号处理平台来评估流动图案。
还可对所描述的根据本发明的基于波前传感器的方法的可能序列进行彼此组合以便使用于照射流动流体的光和边界表面所反射的光及荧光颗粒散射的光两者与可控的波前调制器相互作用。
特别地，还可使用根据本发明的方法以便由至少两个照射波长来照射测量场并且类似于从现有技术中已知的“绝对距离干涉法”方法，干扰的绝对相位偏差是借助于波前传感器来确定的并且用于对波前调制器进行校准。
当然根据本发明描述的基于波前传感器的布置的特征和细节也结合根据本发明的用于对光学干扰进行基于波前传感器的校正的方法适用，并且反之亦然。
本发明不局限于图示的和所描述的实施例，而是还包括在本发明的上下文中具有相同效果的所有实施例。此外，本发明不局限于具体描述的特征的组合，而是还可以由所有各个公开的各个特征中的特定特征的任何其它组合来定义，除非各个特征是互斥的，或者除非各个特征的特定组合被明确地排除。
下面参考附图通过示例的方式来解释本发明，但不局限于此。
附图说明
如图所示：
图1是用于在成像流动测量方法中对通过边界表面的光学干扰进行校正的无波前传感器设备的示意图，
图2是用于在成像流动测量方法中对通过边界表面的光学干扰进行校正的无波前传感器设备的又一实施例的示意图，其中流动流体包含颗粒，并且
图3是用于在成像流动测量方法中对通过边界表面的光学干扰进行校正的基于波前传感器的布置的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于在成像流动测量方法中对通过波动边界表面211的光学干扰进行校正的无波前传感器设备1的示例性实施例。流体21沿流动方向210流过流动通道2，其中流体21具有面向环境的敞开边界表面211。因此，在敞开边界表面211处的散射因此引起波动的光学干扰。为了借助于成像流动测量方法进行测量，流体21包含散射颗粒(未示出)。将静态图案22设置在流动通道2的底部。
照射源3发射出照射光31，该照射光31通过分束器4a和另一分束器4b被引导至表面光调制器5并且由此在流动通道2的方向上反射，以便通过边界表面211照射流动流体21和图案22。在示例性实施例中，测量场表示流动通道2的照射区域。在表面光调制器5处的反射引起光波前的限定的失真(在下文中在每种情况下在光组件的标记中均用撇号表示)，其取决于表面光调制器5的元件的取向。由流动流体21中的散射颗粒散射的及在图案22处散射的所有光23也被表面光调制器5反射并且此后在透射通过分束器4a，4b之后被分束器4b在相机6的方向上反射。将下述波长带通滤光器7设置在相机6的前面，所述波长带通滤光器7仅使照射光31的波长周围的窄波长范围的散射光23'穿过以便滤出不是由流动流体21或图案22处的散射引起的不希望的背景辐射。借助于相机6来检测两种流动图案，即由流动流体21中的散射颗粒散射的光23'的图像以及即就是由图案22散射的光23'的图像的图案图像。使用与相机6以及表面光调制器5进行信息通信的信号处理平台8来执行对流动图像和图案图像的评估以及对表面光调制器5的控制(如图1中的虚线所示)。信号处理平台8可是具有相应接口的PC或FPGA。
借助于信号处理平台8，首先例如通过线性搜索使流动图像与图案图像分离。此后，对由于在边界表面211处散射而变形的图案图像与作为理想目标图像的图案22进行比较，其中计算品质因数(例如图案图像与图案22的偏差)。举例来说，将图案图像和图案的归一化互相关系数用作品质因数，从而根据定义，随着图案图像与图案之间的偏差减小，品质因数接近值1，由此值1对应于图案图像与图案之间的匹配。
信号处理平台8与表面光调制器5进行信息通信并对形成其反射表面的元件(例如多个可各自控制的微镜)的取向进行控制。表面光调制器5的元件由信号处理平台8来驱动，并且元件的取向迭代地变化以便品质因数随着所描述的用于照射流动流体21和图案22并且确定品质因数以及表面光调制器5的取向的方法而增加。当品质因数达到最大值或超过预定极限时，迭代优化完成。由于由敞开边界表面211引起的干扰的波动性质，优化基本上是连续进行的。为了能够实时地执行干扰校正，必须足够迅速地执行优化处理以及对表面光调制器5的定向。特别地，对布置1的控制速率应至少是干扰的最大发生波动频率的两倍。
使表面光调制器5定向以优化图案图像还导致对由开放边界表面211相对于流动图案的干扰进行校正。校正后的流动图案可以与信号处理平台8或另一信号处理平台一起使用以使用诸如PIV、PTV、MTV这样的已知方法来确定流动参数。
图2示出了用于在成像流动测量方法中对由于波动边界表面211的光学干扰进行校正的无波前传感器设备1a的另一实施例。如图1中所示，流体21在流动方向210上流过流动通道2，其中流体21具有朝向环境的敞开边界表面211。因此，在敞开边界表面211处的散射引起波动的光学干扰。流体21包含荧光颗粒(未示出)，而固定地设置在流动通道2的下侧上的图案22是非荧光的。
如图1所示，照射源3发射出具有照射波长λ1的照射光31。使用分束器4a和另一分束器4b将照射光31引导至表面光调制器5并由此在流动通道2的方向上反射，以便照射波长为λ1的照射光31′通过边界表面211照射流动流体21和图案22。在表面光调制器5处的反射引起光波前的限定的失真(在下文中在每种情况下在光组件的标记中均用撇号表示)，其取决于表面光调制器5的元件的取向。
照射光31'的一部分在静态图案22处散射并且在该处理中不经历波长变化。
照射光31'的另一部分通过流动流体21中的荧光颗粒散射。在荧光颗粒处散射之后，散射光25具有通常与λ1不同的并且根据斯托克斯定律而大于λ1的波长λ2。
在图案22处散射的λ1的光231和在下文中被称为荧光并由颗粒散射的光25通过两个分束器4a和4b而透射至表面光调制器5。在表面光调制器5处的反射之后，在图案22处散射的光231'和荧光25'借助于分束器4b在二向色滤光器71的方向上发生了偏转。二向色滤光器71具有其反射率是光的波长的函数的镜面反射布置，以便该镜面反射布置用作波长选择分束器。因此，二向色滤光器71以限定的方式高度地反射特定波长或波长范围的光并且高度透射另一特定波长或另一波长范围的光。在图2的实施例中，二向色滤光器71被设计为使得波长为λ2的荧光25'被二向色滤光器71很大地在第一相机61的方向上反射，并且因而在相机61上描绘了流动图像。在图案22上散射的波长为λ1的光231'在很大程度上透射通过二向色滤光器71，并且在第二照相机62处描绘了图案图像。
使用与相机61、62及表面光调制器5进行通信的信号处理平台8来进行对流动图像和图案图像的评估以及对表面光调制器5的控制(在图2中用虚线表示)。信号处理平台8可是具有相应接口的PC或FPGA。
借助于信号处理平台8，对由于在边界表面211处的散射而变形的图案图像与作为理想目标图像的图案22进行比较，其中计算品质因数，例如图案图像与图案22的偏差。
信号处理平台8与表面光调制器5进行通信并且根据如图1所描述的对品质因数的迭代优化来控制用于形成其反射表面的元件的取向。使表面光调制器5定向以优化图案图像还导致对由开放边界表面211相对于流动图案的干扰进行校正。使用信号处理平台8来对已校正的流动图案进行评估并且已校正的流动图案可用于使用诸如PIV、PTV、MTV这样的已知方法来确定流动参数。
图3说明了用于在成像流动测量处理中对由波动的边界表面211引起的光学干扰进行校正的基于波前传感器的设备10的实施例。如图1和图2，流体21沿流动方向210流过流动通道2，其中流体21具有面向环境的开放边界211，并且在边界表面211处的散射引起波动的光学干扰。为了借助于成像流动测量方法进行测量，流体21包含荧光颗粒(未示出)。
照射源3发射出具有照射波长λ1的照射光31。照射光31通过反射棱镜9a或镜子和分束器4a被引导至另一分束器4b并且被棱镜反射到表面光调制器5之上，由此照射光31的波前接收限定的失真(在光组件的标记中用撇号表示)。在表面光调制器5处反射、透射通过分束器4b、并且在又一个反射棱镜9b处在流动通道2的方向上偏转之后，由照射波长为λ1的照射光31'照射流动流体21。
由于流体21与环境之间的折射率差，根据菲涅耳公式，一部分照射光31'在边界表面211处反射，并且不经历波长变化。在下文中将在边界表面处反射的λ1的光称为菲涅耳光24。
照射光31'的另一部分被流动流体21中的荧光颗粒散射。在荧光颗粒处散射之后，散射光25具有通常与λ1不同的并且根据斯托克斯定律而大于λ1的波长λ2。反射棱镜9b使菲涅耳光24及以下称为荧光25的散射光在表面光调制器5的方向上偏转，并且在透射通过分束器4b之后被调制器反射。
在表面光调制器5处反射之后，菲涅耳光24'和荧光25'借助于分束器4b和4a在二向色滤光器71的方向上偏转。二向色滤光器71具有其反射率是光的波长的函数的镜面反射布置，以便该镜面反射布置用作波长选择分束器。因此，二向色滤光器71以限定的方式高度地反射特定波长或波长范围的光并且高度透射另一特定波长或另一波长范围的光。在图3的示意性实施例中，二向色滤光器71被设计为使得波长为λ2的荧光25'在第一相机6的方向上很大地透射通过二向色滤光器71并且在相机61上描绘了流动图案。波长为λ1的菲涅耳光24'在二向色滤光器71处被很大地反射，并且此后借助于又一个反射棱镜9c在波前传感器10的方向上偏转。波前传感器10可以被设计为例如Hartmann-Shack传感器。
使用信号处理平台8来评估由波前传感器10检测到的菲涅耳光24'的波前的失真，所述失真是由边界表面211引起的。借助于信号处理平台8，此后计算用于调节表面光调制器5的参数集以便通过对表面光调制器5的元件进行校准来校正所确定的波前失真。还通过信号处理平台8来执行对表面光调制器5的元件的控制。为此，信号处理平台8与波前传感器10和表面光调制器5进行通信(图2中的虚线所示)。信号处理平台8可是具有相应边界表面的PC或FPGA。
还可以在信号处理平台8上执行对作为荧光25'的图像的流动图案的评估。为此，信号处理平台8另外与相机6进行通信。
布置1'包括闭环。为了能够实时执行控制，必须将控制回路的更新率选择为至少是由开放边界表面211引起的光学干扰的最大发生波动频率的两倍。
用于优化菲涅耳光24'的波前失真的表面光调制器5的定向类似地校正了由于开放边界表面211引起的流动图案中的干扰。已校正的流动图案此后可以用于使用诸如PIV、PTV、MTV这样的已知方法来确定流动参数。
参考标记
1,1a 无波前传感器布置
10 基于波前传感器的布置
2 流动通道
21 流体
210 流动方向
211 边界表面
22 图案
23 散射光
23’ 在表面光调制器处反射之后的散射光
231 在图案处散射的光
231’ 在表面光调制器处反射之后在图案处散射的光
24 菲涅耳光
24' 在表面光调制器处反射之后的菲涅耳光
25 荧光
25' 在表面光调制器处反射之后的荧光
3 照射源
31 照射光
31' 在表面光调制器处反射之后的照射光
4a,4b 分束器
5 表面光调制器
6 相机
61 第一相机
62 第二相机
7 波长带通
71 二向色滤光器
8 信号处理平台
9a,9b,9c 反射棱镜
10 波前传感器
Claims (15)
1.一种在用于测量流动流体(21)的成像流动测量方法中对由边界表面(211)引起的光学干扰进行校正的布置(1)，其中所述流动流体(21)包含被形成为散射颗粒的示踪物，所述布置包括：
-照射源(3)，所述照射源(3)被设计为照射所述流动流体(21)流过的测量场，其中在所述测量场中设置有静态光学图案(22)；
-至少一个相机(6)，所述至少一个相机(6)适于将流动图案记录为由所述流动流体(21)中的所述示踪物散射的光的图像并且将图案图像记录为由所述静态图案(22)散射的光的图像，
其中将所述照射源(3)和/或所述至少一个相机(6)布置成通过所述边界表面(211)对所述流动流体(21)和所述图案(22)进行照射和/或观察；
-可控的波前调制器(5)，所述可控的波前调制器(5)被设置在所述测量场与所述相机(6)之间的光路中、或者在所述照射源(3)与所述测量场之间的光路中、或者在所述照射源(3)与所述测量场之间的以及在所述测量场与所述相机(6)之间的光路中；
-信号处理平台(8)，所述信号处理平台(8)被设计为用于评估至少所述图案图像，其中将所述图案图像与所述图案(22)进行比较以确定所述图像的品质因数，并且用于根据其取向来控制所述波前调制器(5)，其中以迭代地优化所述品质因数的方式来定向所述波前调制器(5)。
2.根据权利要求1所述的布置(1a)，其特征在于：
-所述布置包括第一相机(61)和第二相机(62)；
-使所述流动流体(21)的所述示踪物或所述图案(22)为荧光的，或者使所述流动流体(21)的所述示踪物和所述图案(22)为荧光的，荧光波长彼此不同；
-用于波长选择的装置(71)被提供在所述测量场与所述相机(6)之间的光路中，其中所述用于波长选择的装置(71)被配置为主要使用所述第一相机(61)来检测第一波长的光，并且主要使用所述第二相机(62)来检测第二波长的光。
3.根据权利要求2所述的布置(1a)，其特征在于：所述用于波长选择的装置适于作为用于光的部分反射的装置(71)，所述装置包括用作波长相关分束器的镜面反射布置。
4.根据权利要求2所述的布置，其特征在于：所述用于波长选择的装置包括至少一个波长无关分束器和至少两个波长选择滤光器元件，其中借助于所述滤光器元件选择的波长彼此不同。
5.根据权利要求1至4中的一个所述的布置(1)，其特征在于：所述波前调制器(5)是具有反射照射表面的表面光调制器并且包括多个自适应光学校正元件的组合。
6.根据权利要求1至5中的一个所述的布置(1)，其特征在于：所述信号处理平台(8)包括FPGA、或图形处理器、或数字信号处理器、或其组合。
7.一种在用于测量流动流体(21)的成像流动测量方法中对由边界表面(211)引起的光学干扰进行校正的方法，其中所述流动流体(21)包含被设计为散射颗粒的示踪物，并且其中将静态光学图案(22)被设置在所述流动流体(21)流过的测量场中，其特征在于：利用照射源(3)来照射所述流动流体(21)，以迭代地优化通过对图案图像与所述图案(22)进行比较而确定的品质因数这样的方式来进行波前调制器(5)的控制，所述波前调制器(5)被设置在所述测量场与相机(6)之间的光路中，其中所述相机(6)用于将流动图案记录为由所述流动流体(21)中的所述示踪物散射的光的图像并且用于将所述图案图像记录为由所述静态图案(22)散射的光的图像，或者所述波前调制器(5)被设置在所述照射源(3)与所述光源之间的光路中、或者在所述照射源(3)与所述测量场之间的以及在所述测量场与所述相机(6)之间的光路中。
8.一种在用于测量流动流体(21)的成像流动测量方法中对由边界表面(211)引起的光学干扰进行校正的布置(10)，所述流动流体(21)包含被设计为荧光颗粒的示踪物，所述布置包括：
-至少一个照射源(3)，所述至少一个照射源(3)被设计为利用通过所述边界表面(211)的至少一个照射波长的光(31)来照射所述流动流体(21)流过的测量场；
-波前传感器(10)，所述波前传感器适于检测根据菲涅耳公式从所述边界表面(211)反射的所述至少一个照射波长的光；
-相机(6)，所述相机适于将流动图像记录为由所述流动流体(21)的所述示踪物散射的、波长与所述照射波长不同的光的图像；
-用于部分反射的装置(71)，所述部分反射的装置(71)被设置在所述测量场与所述波前传感器(10)之间的以及在所述测量场与所述相机(6)之间的光路中，所述装置包括用作波长相关分束器的镜面反射布置，其中所述至少一个照射波长的光主要在所述波前传感器(10)的方向上偏转，并且与所述至少一个照射波长不同的波长的光主要在所述相机(6)的方向上偏转；
-可控的波前调制器(5)，所述可控的波前调制器(5)被设置在所述测量场与所述相机(6)之间的以及所述测量场与所述波前传感器(10)之间的光路中、或者在所述照射源(3)与所述测量场之间的光路中、或者在所述照射源(3)与所述测量场之间的以及所述测量场与所述相机(6)之间的以及所述测量场与所述波前传感器(10)之间的光路中；
-至少一个信号处理平台(8)，所述至少一个信号处理平台(8)被设计为用于评估至少由所述波前传感器(10)检测到的数据以确定由于由所述边界表面(211)引起的所述光学干扰而导致的波前失真，并且用于控制所述波前调制器(5)；
其中所述信号处理平台(8)以通过与所述波前调制器(5)的相互作用对确定的所述波前失真进行校正这样的方式来控制所述波前调制器(5)。
9.根据权利要求8所述的布置(10)，其特征在于：所述流动流体(21)包含被设计为散射颗粒的示踪物，其中所述布置被设计为利用在照射波长处的第一照射源(3)的光(31)通过所述边界表面(211)来照射所述流动流体(21)流过的所述测量场并且由来自第二照射源的、波长与所述照射波长不同的光来照射所述散射颗粒，
所述相机(6)适于将所述流动图像记录为由所述流动流体(21)的所述散射颗粒散射的、波长与所述照射波长不同的光的图像，并且其中将设置在所述测量场与所述相机(6)之间的用于部分反射的所述装置(71)设计为分束器。
10.根据权利要求8所述的布置(10)，其特征在于：所述波前传感器(10)包括Hartmann-Shack类型的传感器。
11.根据权利要求8所述的布置(10)，其特征在于：所述波前传感器(10)包括用于执行全息术的布置。
12.根据权利要求8至11中的一个所述的布置(10)，其特征在于：所述波前调制器(5)是具有反射照射表面的表面光调制器并且包括多个自适应光学校正元件的组合。
13.根据权利要求8至12中的一个所述的布置(10)，其特征在于：所述信号处理平台(8)包括FPGA、或图形处理器、或数字信号处理器、或其组合。
14.根据权利要求8至13中的一个所述的布置(10)，其特征在于：所述照射源(3)发射用于照射所述流动流体(21)流过的所述测量场的至少两个波长，或者其特征在于：所述布置具有至少两个照射源(3)，所述至少两个照射源(3)每一个发射不同波长用于照射所述流动流体(21)流过的所述测量场，其中能够从所述至少两个波长计算出合成波长，所述合成波长大于所述至少两个波长中的每一个，并且其中通过叠加在所述边界表面(211)处反射的具有彼此不同的至少两个波长的光，借助于所述波前传感器(10)来确定由于由所述边界表面(211)引起的所述光学干扰而导致的绝对相位偏差，并且其中由所述信号处理平台(8)控制所述波前调制器(5)以便借助于与所述波前调制器(5)的相互作用来校正确定的所述绝对相位偏差。
15.一种在用于测量流动流体(21)的成像流动测量方法中对由边界表面(211)引起的光学干扰进行校正的方法，其中所述流动流体(21)包含被设计为荧光颗粒的示踪物，所述方法包括以下方法步骤：
a.利用至少一个照射波长的光通过所述边界表面(211)来照射所述流动流体(21)流过的测量场并且使所述流动流体(21)与所述至少一个照射波长的光相互作用，根据菲涅耳公式，所述光具有在所述边界表面(211)处的所述至少一个照射波长以及在所述流动流体(21)的所述荧光颗粒处被散射之后与所述至少一个照射波长不同的波长；
b.将从所述边界表面(211)反射的光的全部与由所述荧光颗粒散射的光根据所述波长分离成具有所述至少一个照射波长的部分以及具有与所述至少一个照射波长不同波长的部分；
c.使具有所述至少一个照射波长的所述部分在所述波前传感器(10)的方向上偏转，借助于所述波前传感器(10)来检测包括所述至少一个照射波长的所述部分，并且借助于信号处理平台(8)来评估检测到的数据用于确定波前失真；
d.使具有与所述至少一个照射波长不同波长的所述部分在所述相机(6)的方向上偏转并且使流动图案在所述相机(6)上成像；
e.借助于所述信号处理平台(8)或第二信号处理平台(8)来评估所述流动图像；
其中借助于可控的波前调制器(5)引发从所述边界表面(211)反射的光和由所述流动流体(21)中的所述荧光颗粒散射的光、或者用于照射所述流动流体(21)的光、或者用于照射所述流动流体(21)的光和从所述边界表面(211)反射的光以及由所述流动流体(21)中的所述荧光颗粒散射的光的相互作用，并且借助于所述信号处理平台(8)以对所述波前调制器(5)定向这样的方式来控制所述波前调制器(5)，以便通过其与所述波前调制器(5)的相互作用来校正检测到的所述波前失真。
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