CN115200706A - 特征识别设备、成分识别系统及其校准和操作方法及介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及特征识别设备、成分识别系统及其校准和操作方法及介质。提供了用于校准成分识别系统的光学传感器系统的技术。在示例中，一种方法可以包括：在光学传感器系统的光学传感器处接收来自参考对象的光；确定波长范围内的光的第一光谱响应；确定光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否违反第一阈值；调整光学传感器对于第一波长的曝光持续时间或增益，以校正该违反；以及针对范围内的多个波长进行重复。一旦校准，光学系统能够更有效地识别对象的成分，尤其是在用宽谱照明源照射这样的对象时，所述对象为诸如在例如内窥镜、腹腔镜或输尿管镜手术之类的医疗手术期间遇到的解剖对象。

Description

特征识别设备、成分识别系统及其校准和操作方法及介质
技术领域
本发明涉及对象识别，更具体地，涉及用于优化光学成分检测系统的技术。
背景技术
医疗观察仪器允许用户检查患者的隐藏部位。用于对患者的某些内部部位进行视觉检查的观察仪器(诸如内窥镜和腹腔镜)最初是在19世界早期开发的，并且已经用于检查身体内部。典型的医疗观察仪器由远端、近端以及连接各端的实心或管状细长杆组成，远端包括光学或电子成像系统，近端具有用于操纵用于查看图像的工具和装置的控件。一些医疗观察仪器允许医师将工具或治疗沿着中空通道向下传递，例如，切除组织或取回物体。
发明内容
提供了用于校准成分识别系统的光学传感器系统的技术。在一个示例中，一种方法可以包括：在光学传感器系统的光学传感器处接收来自参考对象的光；确定波长范围内的光的第一光谱响应；确定第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否违反第一阈值；调整光学传感器对于第一波长的曝光持续时间或增益，以校正该违反，以及针对范围内的多个波长进行重复。一旦校准，光学系统能够更有效地识别对象的成分，尤其是用宽谱照明源照射这些对象时，所述对象诸如在例如内窥镜、腹腔镜或输尿管镜手术的医疗手术期间遇到的解剖对象。
本节旨在提供本专利申请的主题的概述。其非旨在提供对本发明的排它性或穷尽性解释。包括具体实施方式以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
图1总体例示了根据本主题的示例成分识别系统。
图2总体例示了由示例成分识别系统的光学系统生成的光谱图。
图3图形化地例示了成分识别系统的示例光学传感器系统的编程参数，以允许收集和分析在宽波长范围内的反射光。
图4总体例示了从根据本主题配置的光学系统生成的平坦化的白色参考对象的光谱信息的示例图。
图5总体例示了根据本主题的用于校准成分识别系统的示例方法。
具体实施方式
图像系统可以允许对解剖对象进行视觉确认。更高端的图像系统可以允许检测从解剖对象反射的照明光的光谱响应。这种光谱信息可以用于识别解剖对象的成分，这可以有助于某些手术的功效。然而，能够及时、自动进行成分识别的图像或光学系统可能需要大量的参考信息库，这是因为照明光、光学件以及成像或光学传感器的效应可以影响所得的光谱信息。
医疗观察仪器可以提供患者的解剖对象的视图。这样的医疗观察仪器可以包括但不限于内窥镜、腹腔镜或变体、以及用于诊断和治疗手术的其它类型的观察仪器。在医疗观察仪器手术期间，医师可以控制观察仪器端部的位置以查看解剖对象。无论是诊断性的还是治疗性的，解剖对象的成分都可以提供附加信息，该附加信息可以有助于许多手术的效率和功效。光谱分析是一种检测解剖对象的成分的方法。这种方法可以包括用光照射对象并用光学传感器捕获由对象所反射的光。光学传感器可以提供反射光的光谱信息，进而提供关于对象的光谱信息，诸如反射光的哪些波长受对象成分的影响。通常，用较宽光谱的照明光能够提高成分确定的效率和准确性。
从由反射光得到的光谱信息中识别对象的成分的准确性可以取决于许多因素，其包括但不限于：照射对象的光的光谱宽度和强度、引导光进出对象的光学件、以及光学传感器的配置。因此，试图自动识别对象成分的传统系统可能需要大量的参考信息库，这是因为系统的每个组件(例如，照明源、光学件、光学传感器)都能够影响由系统针对任何一个对象所生成的光谱信息的解释。本主题提供了用于使用宽谱照明源和光学件来提供关于解剖对象的成分的宽谱光谱信息的技术。这些技术基于参考对象调整光学传感器系统的操作条件，以将照明源的光谱和光学件的效应归一化。如此，一旦接收到从手术对象反射的照明时，归一化的光谱与从手术对象的反射照明得到的光谱信息之间的光谱差异提供了关于手术对象的成分的宽谱信息。因此，这些技术可以允许将许多组件以及这些组件的组合的光谱效应进行归一化，使得能够使用较小的光谱信息参考库以在诸如内窥镜或腹腔镜消融手术之类的手术期间及时并准确地识别对象的成分。
图1总体例示了根据本主题的示例成分识别系统100。成分识别系统100可以包括照明源101、光学件102、103、104、105、106和光学传感器系统110。在某些示例中，照明源101可以包括多个照明源和控制器。在一些示例中，照明源101可以提供具有宽范围波长(I(λmin，λmax))的光。在一些示例中，宽范围的波长可以跨越可见光谱(例如，约400纳米(nm)波长至约700nm波长)。在一些示例中，除了可见波长范围之外，来自照明源101的光的波长范围还可以包括红外波长或紫外波长。与例如从激光照明源或其它窄波长照明源发射的几束窄谱光相比，来自照明源101的宽谱光可以提供关于对象108的成分的更多的光谱信息。
光学件102、103、104、105、106可以将照明源101的光引导至对象108，以及将从对象108反射的光引导并分离到光学传感器系统110。在某些示例中，光学件可以包括一个或更多个透镜102、103、104，这些透镜包括聚焦透镜和校勘透镜。光学件还可以包括反射镜、分束器106、光纤、光缆等。在一些示例中，光学件可以包括医疗观察仪器105的光路，诸如内窥镜或腹腔镜的光路。光学件的一个或更多个组件可以影响由光学组件传导或引导的光的光谱。每个光学组件的光谱效应可以表示为波长的函数(Ai(λ))，其中“i”标识光学组件。这种光谱效应通常表示给定波长的衰减，但本主题不限于此。在某些示例中，本技术可以辅助补偿照明光101或光学件102-106的光谱效应。
光学传感器系统110可以包括光学传感器112和控制器114。光学传感器112可以接收从对象反射的光。光学传感器可以包括光敏元件阵列，这些光敏元件可以被称为像素或定义了在光学传感器的视场内的像素。控制器114可以控制光学传感器112的元件的增益(k)和曝光持续时间(τexp)，并且可以接收来自光学传感器112的信号，并且可以提供反射光的光谱信息，以用于对象108成分的分析。控制器可以采取许多不同的形式，例如但不限于，作为光学传感器的一部分、与光学传感器分离、存在于网络上、作为云计算资源而存在、或它们的组合。对于校准，对象可以是白色标准，使得在光学传感器处接收到的信号(S)可以表示为：
Figure BDA0003575727830000031
图2总体例示了由示例成分识别系统的光学系统生成的光谱图。光谱图可以表示从由示例成分识别系统的照明源所照明的参考对象(诸如平坦化的白色参考对象)反射的光。垂直轴提供光谱强度的值，并且水平轴提供照明源的波长(λmin,λmax)之间的波长和附近的波长。光谱图指示光学系统尚未配置有示例成分识别系统的一个或更多个光学件或示例成分识别系统的照明源。例如，高于第一阈值(IMAX)的某些波长的强度饱和与低于第二阈值(IMIN)的某些波长的极低强度提供了光学系统尚未被最佳配置的指示。此外，除非得到补偿，否则与饱和以及极低强度相关联的波长在帮助识别对象的成分方面通常没有什么价值。如此，未补偿的光谱信息220仅允许几个波段的波长信息用于识别对象的成分。由于用于生成图2的光谱图的对象是平坦化的白色参考，因此预计一旦尝试识别解剖对象，光谱的可用频带将减少，因为对象很可能不是平坦化的，也不是与参考对象相同的白色阴影，并且可以散射并吸收某些波长，从而降低那些波长的反射照明的强度。
图3图形地例示了成分识别系统的示例光学传感器系统的编程参数，以允许收集并分析在宽波长范围内的反射光。垂直轴是表示增益(k)和曝光持续时间(τexp)的乘积的系数值。水平轴是波长(λ)。每个波长的系数值(k*τexp)被设计为调整光学传感器的某些元件的增益(k)或曝光持续时间(τexp)，使得由系统响应于参考对象而提供的光谱信息被归一化。在校准期间，使光学传感器饱和的波长的未补偿强度可以通过降低该波长的增益(k)和/或降低曝光持续时间(τexp)来补偿。另外在校准期间，低于光学传感器的最小阈值(IMin)的波长的未补偿强度可以通过增加该波长的增益(k)和/或增加曝光持续时间(τexp)来补偿。在所示的示例中，以图形方式表示的系数值(k*τexp)被设计为当系统照射并捕获从平坦化的白色参考对象所反射的光时提供图2的系统的平坦化的光谱响应。平坦化的响应可以被作为目标，使得波长范围内的每个波长强度保持在有用强度的窄范围内，例如，在IMAX和IMIN之间。在某些示例中，平坦化的响应可以被作为目标，使得波长范围内的每个波长强度保持在以光学传感器的最大有用强度(例如，IMAX)和光学传感器的最小有用强度(例如，IMIN)之间的中间点为中心的窄强度范围内。在某些示例中，窄范围的强度可以代表小于光学传感器的有用范围的50％、小于光学传感器的有用范围的40％、小于光学传感器的有用范围的30％，小于光学传感器的有效范围的20％，小于光学传感器的有效范围的10％，小于光学传感器的有效范围的5％，小于光学传感器的有效范围的2％，或小于光学传感器的有效范围的1％。
在某些示例中，当从白色参考对象反射的光的光谱强度约为上阈值强度的一半(例如，Imax/2)时，可以确定对增益和曝光持续时间的修改进行校准。图4总体例示了从根据本主题配置的光学系统生成的平坦化的白色参考对象的光谱信息的示例图。垂直轴提供信号强度的值，并且水平轴提供照明源的波长或照明源的波长附近的波长。
在系统经过调整并且可以在从高反射且基本无损的参考对象(例如，平坦化的、白色的、参考对象)反射的光的波长范围内提供相对平坦化的光谱响应之后，系统可以使得该全光谱能够用于识别在例如内窥镜或腹腔镜手术期间遇到的解剖对象的成分特征。与如使用传统方法那样仅使用照明光谱的一部分相比，使用照明源光的全光谱的能力可以使得成分识别更准确。
图5总体例示了根据本主题的用于校准成分识别系统的示例方法。在501，成分识别系统的光学传感器可以接收来自参考对象的光，诸如来自平坦化的白色参考对象的反射光。在503，成分识别系统的控制器可以基于来自光学传感器的信号确定波长范围内的光的第一光谱响应。在505，控制器可以确定光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值。在507，控制器可以响应于确定出光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值而增加光学传感器对于第一波长的曝光持续时间。增加曝光可以为对应波长的光提供更大的光谱强度，并且可以添加附加信息，以辅助识别实际对象的成分。
在一些示例中，控制器可以响应于确定出光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值而增加光学传感器对于第一波长的增益。在一些示例中，控制器可以响应于确定出光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值而增加光学传感器对于第一波长的曝光持续时间和增益。在一些示例中，如果来自照明源的某一波长的光太暗，或者光学件明显吸收该波长的能量，则控制器可以忽略该波长。
在某些示例中，如果控制器确定光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，则控制器可以降低光学传感器对于第二波长的增益。降低增益可以降低对应波长光的光谱强度，使得光学传感器不饱和，并且可以添加用于帮助识别实际对象的成分的附加信息。在某些示例中，如果控制器确定光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，则控制器可以减少光学传感器对于第二波长的曝光持续时间。在某些示例中，如果控制器确定光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，则控制器可以减小光学传感器对于第二波长的增益和曝光持续时间。
完整的校准可以包括对整个波长范围内的多个波长重复上述过程。一旦校准了经由光学传感器可用波长的全光谱之后，成分识别系统可以用于生成从解剖对象反射的光的光谱信息，并可以使用利用补偿后的增益和曝光持续时间所生成的光谱强度信息，来识别解剖对象的成分。在一些示例中，用校准后的控制器和光学传感器所生成的解剖对象的光谱信息可以由控制器与已知物质的光谱信息进行比较，以识别解剖对象的成分。因为光谱信息是基于使照明源和光学件的光谱效应最小化的基线配置，所以能够显著减少已知物质的光谱信息库。此外，库越少，比较可以越及时地得到成分标识。
因此，对于针对光学系统校准的任何特定波长，可以增加光学传感器系统(例如，光谱仪)的曝光时间和/或增益，以解决光学系统中导致光谱强度低于所需水平的光学失真。此外，对于针对光学系统校准的任何特定波长，可以减少光学传感器系统的曝光时间和/或增益，以解决光学系统中导致光谱强度高于期望水平的光学失真。以此方式，光学传感器系统在校准期间(例如，利用在反射性且很大程度上无损的校准对象上的入射光)的曝光时间和增益中的一者或两者可以向上调整以补偿在特定波长处的低强度光学信号，并且向下调整以补偿在特定波长处的高强度光学信号，以最终校准光学传感器系统(例如，光谱仪)。这些在光源波长范围内向上或向下的增益和/或曝光调整使得在光谱仪或其它光学传感器系统处识别校准后的光学信号，而不存在将以其它方式对校准后信号的准确性产生不利影响的明显失真。
在一些示例中，本文所描述的成分识别系统可以包括光源、光学组件、输尿管镜或其它内窥镜、反射校准对象以及可以与控制器一起操作的光谱仪。可以调整成分识别系统的光谱仪。在已经调整光谱仪后，校准成分识别系统能够创建大部分平坦化的波形。在已经校准了成分识别系统之后，在正常医学碎石术期间使用的在结构上看起来相同但具有肾结石(或其它解剖对象)的第二状态可以然后示出定位于校准后的/平坦化曲线上的光谱分析示例，以描绘在手术期间成分识别系统可以产生反射光的清晰图像，因为已经根据相同光源、相同光学组件、通过内窥镜的相同光纤等引起的失真调整了光谱仪。换言之，系统可以占据第一状态，在第一状态下系统和/或系统操作员可以调整光谱仪上的增益和曝光以考虑所有光源、所有光学组件和观察仪器光纤失真。该系统然后可以占据第二状态，在第二状态下实际发生医疗手术。在第二种状态下，由于在第一种状态下进行的调整或多种调整，能够清楚地看到产生的光谱响应(并且更准确地识别出结石/组织)。
附记和示例
示例1是一种用于校准成分识别系统的方法，该方法包括：在光学传感器接收来自参考对象的光；确定波长范围内的光的第一光谱响应；确定第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及响应于确定出第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的曝光持续时间，以提供校准后的第一曝光持续时间。
示例2是示例1的方法，可选地还包括响应于确定出第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的增益。
示例3为示例1-2中任一项的方法，可选地还包括：确定第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及响应于确定出第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的增益。
示例4为示例1-2中任一项的方法，可选地还包括：响应于确定出第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的曝光持续时间。
示例5是示例1-4中任一项的方法，可选地还被配置为使得波长范围包括波长为400nm至700nm的可见光谱。
示例6是示例1-5中任一项的方法，可选地还被配置为使得在光学传感器处接收来自参考对象的光的步骤包括接收从参考对象反射的光。
示例7是示例1-6中任一项的方法，可选地还被配置为使得在光学传感器处接收来自参考对象的光的步骤包括经由医疗观察仪器传送光。
示例8为示例1-7中任一项的方法，可选地还包括：在光学传感器处接收来自第二对象的光；使用校准后的第一曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及使用第二光谱响应识别第二对象的成分。
示例9是一种成分识别系统，其包括：光学传感器，其被配置为感测波长范围内的光并提供光的光谱信息；控制器，其被配置为从光学传感器接收光谱信息，并且在校准模式下，确定光谱信息中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及响应于确定出光谱信息中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的曝光持续时间，以提供第一修改后的曝光持续时间。
示例10是示例9的成分识别系统，可选地被配置为使得控制器被配置为响应于确定出光谱信息中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的增益。
示例11为示例9-10中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得，控制器被配置为：确定光谱信息中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及响应于确定出光谱信息中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的增益。
示例12是示例9-11中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得控制器被配置为响应于确定出光谱信息中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的曝光持续时间。
示例13是示例9-12中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得波长范围包括波长为400nm至700nm的可见光谱。
示例14为示例9-13中任一项的成分识别系统，可选地还包括医疗观察仪器，医疗观察仪器被配置为将光传送到光学传感器。
示例15是示例9-14中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得医疗观察仪器是内窥镜。
示例16为示例9-15中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得医疗观察仪器是输尿管镜。
示例17是示例9-16中任一项的成分识别系统，可选地被配置为使得：光学传感器被配置为接收来自第二对象的光；并且其中控制器被配置为：使用第一修改后的曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及使用第二光谱响应识别第二对象的成分。
示例18是至少一种非暂时性机器可读介质，其包括指令，该指令在由处理电路执行时使处理电路执行操作，操作包括：在光学传感器处感测来自参考对象的光；确定波长范围内的光的第一光谱响应；确定第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及响应于确定出第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的曝光持续时间，以提供第一修改后的曝光持续时间。
示例19是示例18的至少一种非暂时性机器可读介质，可选地还被配置为使得操作还包括：响应于确定出第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度低于第一阈值，增加光学传感器对于第一波长的增益。
示例20为示例18-19中任一项的至少一种非暂时性机器可读介质，可选地还被配置为使得操作还包括：确定第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及响应于确定出第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的增益。
示例21是示例18-20中任一项的至少一种非暂时性机器可读介质，可选地还被配置为使得操作还包括：响应于确定出光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度高于第二阈值，减小光学传感器对于第二波长的曝光持续时间。
示例22是示例18-21中任一项的至少一种非暂时性机器可读介质，可选地还被配置为使得操作还包括：在光学传感器处接收来自第二对象的光；使用第一修改后的曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及使用第二光谱响应识别第二对象的成分。
示例23是一种操作成分识别系统的方法，该方法包括：用来自照明源的光照射参考对象，该光具有跨越大部分可见光谱的波长范围；在成分识别系统的光学传感器处接收从参考对象反射的光；调整光学传感器的多个增益和曝光持续时间，以提供关于波长范围内的对象光谱强度的平坦化的参考光谱响应，以提供校准后的光学传感器；用来自照明源的光照射第一对象；在校准后的光学传感器处接收从第一对象反射的光；提供代表第一对象的成分的第一光谱强度曲线；以及将第一光谱强度曲线与一个或更多个参考光谱强度曲线进行比较，以识别第一对象的成分。
示例24是一种特征识别设备，其包括：光学传感器，其被配置为生成代表参考对象的第一信号和代表第一参考材料的第二信号；以及控制器，其被配置为：接收第一信号；基于第一信号调整光学传感器在波长范围内的增益和曝光持续时间，以提供第一调整后的增益和曝光持续时间，并使第一信号的光谱响应平坦化；接收第二信号；以及进一步调整光学传感器的增益和曝光持续时间，以提供第二调整后的增益和曝光持续时间，并使第二信号的频率响应与第一参考材料的模型频率响应相匹配。
示例25是示例24的特征识别设备，可选地还被配置使得光学传感器被配置为使用第二调整后的增益和曝光持续时间生成代表第二参考材料的第三信号；以及其中控制器被配置为接收第三信号并基于第三信号的频率响应识别第二参考材料的至少一部分。
示例26是示例24-25中任一项的特征识别设备，可选地还包括照明源，照明源被配置为照射参考对象和参考材料。
示例27是示例24-26中任一项的特征识别设备，可选地还被配置为使得照明源是被配置为提供波长在400nm和700nm之间的光的宽谱照明源。
示例28是示例24-27中任一项的特征识别设备，可选地还包括被配置为将照明源的光引导至参考对象和参考材料的第一光学件。
示例29是示例24-28中任一项的特征识别设备，可选地还包括被配置为将来自参考对象和参考材料的反射光引导至光学传感器的第二光学件。
示例30是至少一种机器可读介质，其包括指令，该指令在由处理电路执行时使处理电路执行操作以实现示例1-29中的任一项。
示例31是一种设备，其包括实现示例1-29中任一项的装置。
示例32是实现示例1-29中任一项的系统。
示例33是实现示例1-29中任一项的方法。
以上详细描述包括对形成具体实施方式的一部分的附图的引用。附图通过示例的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。这些实施方式在本文中也称为“示例”。这样的示例可以包括除了那些示出或描述的元素之外的元素。然而，本发明人还考虑了仅提供示出或描述的那些元素的示例。此外，本发明人还考虑了使用示出或描述的那些元素(或其一个或更多个方面)的任何组合或排列的示例，无论是相对于特定示例(或其一个或更多个方面)，还是相对于本文中示出或描述的其它示例(或其一个或更多个方面)。
在本文档与通过引用并入的任何文档之间的用法不一致的情况下，以本文档中的用法为准。
在本文档中，如同在专利文档中常见的，使用术语“一”或“一个”以包括一个或更多个，独立于“至少一个”或“一个或更多个”的任何其它实例或用法。在本文档中，术语“或”用于表示非排它性的，诸如“A或B”包括“A而不是B”、“B而不是A”以及“A和B”，除非另有说明。在本文档中，术语“包括”和“在…中”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简单英语等同替代。此外，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，包括除在术语之后列出的元素之外的元素的系统、装置、物品、成分、制剂或过程仍被视为落入所讨论的主题的范围内。此外，诸如权利要求中可能出现的术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其对象施加数字要求。
以上描述旨在是示例性的，并非限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。诸如本领域普通技术人员在阅读以上描述后，可以使用其它实施方式。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，以使读者快速确定技术公开的性质。提交时理解它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上详细描述中，可以将各种特征聚合在一起以简化本公开。这不应被解释为旨在未要求保护的公开特征对于任何权利要求都是必不可少的。相反，发明主题可以不依赖于特定公开的实施方式的所有特征。以下方面在此作为示例或实施方式并入具体实施方式中，每个方面作为单独的实施方式独立存在，并且预期这些实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。

Claims (29)

1.一种用于校准成分识别系统的方法，该方法包括以下步骤：
在光学传感器处接收来自参考对象的光；
确定波长范围内的光的第一光谱响应；
确定所述第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的曝光持续时间，以提供校准后的第一曝光持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的增益。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
确定所述第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的增益。
4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括以下步骤：
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的曝光持续时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波长范围包括波长为400nm至700nm的可见光谱。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在光学传感器处接收来自参考对象的光的步骤包括接收从所述参考对象反射的光。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在光学传感器处接收来自参考对象的光的步骤包括经由医疗观察仪器传送所述光。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在光学传感器处接收来自第二对象的光；
使用所述校准后的第一曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及
使用所述第二光谱响应识别所述第二对象的成分。
9.一种成分识别系统，该成分识别系统包括：
光学传感器，该光学传感器被配置为感测波长范围内的光并提供所述光的光谱信息；
控制器，该控制器被配置为从所述光学传感器接收所述光谱信息，并且在校准模式下，
确定所述光谱信息中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及
响应于确定出所述光谱信息中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的曝光持续时间，以提供第一修改后的曝光持续时间。
10.根据权利要求9所述的成分识别系统，其中，所述控制器被配置为响应于确定出所述光谱信息中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的增益。
11.根据权利要求9所述的成分识别系统，其中，所述控制器被配置为：
确定所述光谱信息中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及
响应于确定出所述光谱信息中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的增益。
12.根据权利要求11所述的成分识别系统，其中，所述控制器被配置为响应于确定出所述光谱信息中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的曝光持续时间。
13.根据权利要求9所述的成分识别系统，其中，所述波长范围包括波长为400nm至700nm的可见光谱。
14.根据权利要求9所述的成分识别系统，该成分识别系统包括医疗观察仪器，该医疗观察仪器被配置为将所述光传送到所述光学传感器。
15.根据权利要求14所述的成分识别系统，其中，所述医疗观察仪器是内窥镜。
16.根据权利要求14所述的成分识别系统，其中，所述医疗观察仪器是输尿管镜。
17.根据权利要求9所述的成分识别系统，其中，所述光学传感器被配置为接收来自第二对象的光，并且
其中，所述控制器被配置为：
使用所述第一修改后的曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及
使用所述第二光谱响应识别所述第二对象的成分。
18.至少一种非暂时性机器可读介质，所述至少一种非暂时性机器可读介质包括指令，该指令在由处理电路执行时使所述处理电路执行操作，所述操作包括以下项：
在光学传感器处感测来自参考对象的光；
确定波长范围内的光的第一光谱响应；
确定所述第一光谱响应中与第一波长相对应的第一光谱强度是否低于第一阈值；以及
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的曝光持续时间，以提供第一修改后的曝光持续时间。
19.根据权利要求18所述的至少一种非暂时性机器可读介质，其中，所述操作还包括以下项：
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第一波长相对应的所述第一光谱强度低于所述第一阈值，增加所述光学传感器对于所述第一波长的增益。
20.根据权利要求18所述的至少一种非暂时性机器可读介质，其中，所述操作还包括以下项：
确定所述第一光谱响应中与第二波长相对应的第二光谱强度是否高于第二阈值；以及
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的增益。
21.根据权利要求20所述的至少一种非暂时性机器可读介质，其中，所述操作还包括以下项：
响应于确定出所述第一光谱响应中与所述第二波长相对应的所述第二光谱强度高于所述第二阈值，减小所述光学传感器对于所述第二波长的曝光持续时间。
22.根据权利要求18所述的至少一种非暂时性机器可读介质，其中，所述操作还包括以下项：
在光学传感器处接收来自第二对象的光；
使用所述第一修改后的曝光持续时间确定波长范围内的光的第二光谱响应；以及
使用所述第二光谱响应识别所述第二对象的成分。
23.一种操作成分识别系统的方法，该方法包括以下步骤：
用来自照明源的光照射参考对象，该光具有跨越大部分可见光谱的波长范围；
在所述成分识别系统的光学传感器处接收从所述参考对象反射的光；
调整所述光学传感器的多个增益和曝光持续时间，以提供关于波长范围内的对象光谱强度的平坦化的参考光谱响应，以提供校准后的光学传感器；
用来自所述照明源的光照射第一对象；
在所述校准后的光学传感器处接收从所述第一对象反射的光；
提供代表所述第一对象的成分的第一光谱强度曲线；以及
将所述第一光谱强度曲线与一个或更多个参考光谱强度曲线进行比较，以识别所述第一对象的成分。
24.一种特征识别设备，该特征识别设备包括：
光学传感器，该光学传感器被配置为生成代表参考对象的第一信号和代表第一参考材料的第二信号；以及
控制器，该控制器被配置为：
接收所述第一信号；
基于所述第一信号调整所述光学传感器在波长范围内的增益和曝光持续时间，以提供第一调整后的增益和曝光持续时间，并使所述第一信号的光谱响应平坦化；
接收所述第二信号；以及
进一步调整所述光学传感器的增益和曝光持续时间，以提供第二调整后的增益和曝光持续时间，并使所述第二信号的频率响应与所述第一参考材料的模型频率响应相匹配。
25.根据权利要求24所述的特征识别设备，其中，
所述光学传感器被配置为使用所述第二调整后的增益和曝光持续时间生成代表第二参考材料的第三信号；以及
所述控制器被配置为接收所述第三信号并基于所述第三信号的频率响应识别所述第二参考材料的至少一部分。
26.根据权利要求25所述的特征识别设备，该特征识别设备包括照明源，该照明源被配置为照射所述参考对象和所述参考材料。
27.根据权利要求26所述的特征识别设备，其中，所述照明源是被配置为提供波长在400nm和700nm之间的光的宽谱照明源。
28.根据权利要求26所述的特征识别设备，该特征识别设备包括第一光学件，该第一光学件被配置为将所述照明源的光引导至所述参考对象和所述参考材料。
29.根据权利要求28所述的特征识别设备，该特征识别设备包括第二光学件，该第二光学件被配置为将来自所述参考对象和所述参考材料的反射光引导至所述光学传感器。
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