用于有透镜和无透镜的光学感测的系统和方法与流程

文档序号:12281327阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于跟踪眼睛的运动的系统,所述系统包括:

光电元件的阵列;

光栅,用于采集从所述眼睛反射的光,所述光栅具有将光从点源聚焦到跨越所述光电元件的非相邻光电元件的空间分布的图案的点扩散函数;以及

处理器,被耦合到光电元件的所述阵列以由所述图案的特征计算所述点源的位置。

2.根据权利要求1所述的系统,其中所述光栅是衍射光栅。

3.根据权利要求2所述的系统,其中所述光栅包括波带板。

4.根据权利要求2所述的系统,其中所述图案包括亮线。

5.根据权利要求4所述的系统,其中所述线形成开放曲线。

6.根据权利要求1所述的系统,还包括用于将所述光引导到所述眼睛的光源。

7.根据权利要求6所述的系统,其中从所述眼睛反射的所述光包括Purkinje斑点,所述处理器用于计算所述Purkinje斑点的位置。

8.根据权利要求7所述的系统,所述处理器用于由所述Purkinje斑点的所述位置计算所述眼睛的位置。

9.根据权利要求1所述的系统,其中所述光栅被布置在所述阵列之上并且与所述阵列接触。

10.根据权利要求9所述的系统,其中所述光栅与所述阵列集成。

11.根据权利要求1所述的系统,还包括用于将所述光栅和光电元件的所述阵列保持在所述眼睛附近的框。

12.根据权利要求11所述的系统,还包括光源,所述光源由所述框支持并且被定位以用于将所述光引导到所述眼睛。

13.根据权利要求12所述的系统,其中所述光包括波长带的红外光。

14.根据权利要求13所述的系统,还包括滤波器,所述滤波器邻近所述光栅以阻挡所述波长带外的第二光。

15.根据权利要求14所述的系统,还包括透镜,所述透镜由所述框支持以准许从场景到所述眼睛的第三光。

16.根据权利要求15所述的系统,还包括第二滤波器,所述第二滤波器邻近所述透镜以阻挡所述波长带内的第四光。

17.根据权利要求11所述的系统,还包括图像传感器,被固定到所述框以对在所述眼睛对面的场景进行成像。

18.根据权利要求17所述的系统,所述处理器用于使所述眼睛的所述运动与所述场景相关。

19.根据权利要求11所述的系统,其中所述框支持所述处理器。

20.一种红外线成像系统,包括:

热辐射测定器,具有像素的一维阵列,所述像素的一维阵列具有沿第一维度的像素间距和大于沿垂直于所述第一维度的第二维度的所述像素间距的像素长度;以及

相位光栅,用于接收入射的红外线辐射,所述相位光栅用于响应于所述红外线辐射的点源来引起近场空间调制,所述调制响应于所述红外线辐射照射所述热辐射测定器处的所述像素的非相邻的像素之上的图案。

21.根据权利要求20所述的成像系统,其中所述像素长度大于所述像素间距的10倍。

22.根据权利要求20所述的成像系统,其中所述像素具有五与二十微米之间的室温光谱范围。

23.根据权利要求20所述的成像系统,还包括与所述热辐射测定器集成来监测所述像素的电路装置。

24.根据权利要求20所述的成像系统,还包括:

第二热辐射测定器,具有与所述第一一维像素阵列平行并且间隔布置的第二一维像素阵列;

第二相位光栅,用于接收所述入射红外线辐射,所述第二相位光栅响应于所述点源引起第二近场空间调制,所述第二近场调制照射所述第二热辐射测定器处的所述像素的非相邻像素之上的第二图案;以及

图像处理器,被耦合到所述第一热辐射测定器和所述第二热辐射测定器,以由所述第一近场空间调制和所述第二近场空间调制产生范围计算。

25.根据权利要求20所述的成像系统,其中在所述非相邻像素上被照射的所述图案包括平行线。

26.根据权利要求25所述的成像系统,其中所述平行线在关于所述第二维度的第一角处和关于所述第一维度的第二角处,并且其中所述第一角大于所述第二角。

27.根据权利要求25所述的成像系统,其中所述第一角小于10度。

28.根据权利要求27所述的成像系统,其中所述平行线平行于所述第二维度。

29.根据权利要求20所述的成像系统,还包括:

第二热辐射测定器,具有被布置在关于所述第一一维像素阵列的角处的第二一维像素阵列;以及

第二相位光栅,用于接收所述入射红外线辐射,所述第二相位光栅响应于所述点源引起第二近场空间调制,所述第二近场调制照射所述第二热辐射测定器处的所述像素的非相邻像素之上的第二图案。

30.根据权利要求29所述的成像系统,还包括读电路装置,被耦合到所述第一热辐射测定器和所述第二热辐射测定器来读取代表所述第一图案和所述第二图案的信号。

31.根据权利要求30所述的成像系统,所述读电路装置用于从所述信号提取图像。

32.根据权利要求20所述的成像系统,还包括可见光照相机。

33.根据权利要求20所述的成像系统,其中所述像素包括以下各项中的至少一项:电阻热器件、热敏电阻和热电偶。

34.一种红外线(IR)成像设备,包括:

IR吸收像素阵列,每个像素具有纵横比,所述阵列占据阵列区域;以及

相位光栅,定义在所述像素阵列对面的光界面,所述相位光栅与所述阵列间隔并且具有可操作为引起光线的相邻组之间的相消相位偏移的配对的第一相位光栅特征和第二相位光栅特征,所述相消相位偏移产生形成所述像素上的图案的最小光强度的遮蔽。

35.根据权利要求34所述的成像设备,其中所述纵横比是至少10。

36.根据权利要求35所述的成像设备,其中所述阵列是一维的。

37.根据权利要求36所述的成像设备,还包括:

第二一维IR吸收像素阵列,被布置在关于所述第一一维像素阵列的角处;

第二相位光栅,定义在所述第二像素阵列对面的第二光界面,所述第二相位光栅与所述第二阵列间隔并且具有可操作为引起光线的相邻组之间的相消相位偏移的配对的第一相位光栅特征和第二相位光栅特征,所述相消相位偏移产生形成在所述第二像素阵列上的图案的最小光强度的遮蔽;

读电路装置,被耦合到所述第一像素阵列和第二像素阵列以读取代表所述第一图案和所述第二图案的信号;以及

处理器,被耦合到所述读电路装置以根据所述信号计算图像。

38.根据权利要求34所述的成像设备,其中所述相位光栅占据实质上等于所述阵列区域的光栅区域。

39.根据权利要求34所述的成像设备,其中所述第一相位光栅特征和第二相位光栅特征平行于所述像素。

40.根据权利要求34所述的成像设备,还包括滤波器,所述滤波器可操作地被布置在所述像素上以优选地准许IR光。

41.一种用于感测感兴趣的波长带上的红外线辐射的传感器,所述传感器包括:

红外线敏感像素阵列,每个具有对于大于5微米的波长的红外光的室温敏感性;以及

光学元件,响应于所述红外线辐射的点源引起近场空间调制,所述调制响应于所述红外线辐射照射所述像素的非相邻像素之上的图案。

42.根据权利要求41所述的传感器,其中所述像素被布置在一维阵列中。

43.根据权利要求42所述的传感器,所述像素具有沿所述阵列的所述维度的宽度和垂直于所述维度的长度,并且其中所述长度大于所述宽度。

44.根据权利要求43所述的传感器,其中所述长度是所述宽度的至少十倍。

45.根据权利要求41所述的传感器,其中所述像素共同地形成热辐射测定器。

46.根据权利要求41所述的传感器,其中所述光学元件包括相位光栅。

47.根据权利要求41所述的传感器,还包括处理器,被耦合到所述像素以由所述图案计算所述点源的位置。

48.根据权利要求41所述的传感器,其中所述光学元件是衍射式的。

49.一种用于提取二进制场景的图像的方法,所述方法包括:

将光从所述场景向光敏像素引导;

调制所述光以引起照射图案的近场空间调制;

利用所述光敏像素采集所述图案以产生针对所采集的干涉图案的第一组N个强度值;以及

找到产生与所述N个强度值类似的数据的二进制图案,其中所述二进制图案用作所述二进制场景的估计。

50.根据权利要求49所述的方法,还包括创建灰度图像并且在所述灰度图像中标识有可能亮的区域。

51.根据权利要求50所述的方法,还包括从针对所述有可能亮的区域的所述已知值和所述灰度图像的值形成快照图像。

52.根据权利要求51所述的方法,还包括由N个像素的所述组生成预测,找到所述预测与所述N个强度值之间的差异,并且基于所述差异改进所述二进制场景的所述估计。

53.根据权利要求49所述的方法,还包括搜索产生与所述N个强度值类似的数据的图案。

54.根据权利要求53所述的方法,其中所述搜索图案包括执行模拟退火。

55.根据权利要求53所述的方法,其中所述搜索图案包括执行遗传算法。

56.根据权利要求53所述的方法,其中数学类似性的所述概念反映所述系统中的所述噪声概率的量化知识。

57.根据权利要求53所述的方法,还包括考虑关于所述二进制场景的概率的先验知识。

58.一种包括非暂态计算机可读介质的装置,包括当由一个或多个处理器解译和/或执行时执行包括以下各项的方法的计算机指令:

将光从所述场景向光敏像素引导;

调制所述光以引起照射图案的近场空间调制;

利用所述光敏像素采集所述图案以产生针对所采集的干涉图案的第一组N个强度值;以及

找到产生与所述N个强度值类似的数据的二进制图案,其中所述二进制图案用作所述二进制场景的估计。

59.根据权利要求58所述的装置,其中所述指令创建灰度图像并且在所述灰度图像中标识有可能亮的区域。

60.根据权利要求59所述的装置,其中所述指令由针对所述有可能亮的区域的所述已知值和所述灰度图像的值创建快照图像。

61.根据权利要求60所述的装置,其中所述指令由N个像素的所述组生成预测,找到所述预测与所述N个强度值之间的差异,并且基于所述差异改进所述二进制场景的所述估计。

62.根据权利要求58所述的装置,其中所述指令搜索产生与所述N个强度值类似的数据的图案。

63.根据权利要求62所述的装置,其中所述指令搜索图案包括执行模拟退火。

64.根据权利要求62所述的装置,其中所述搜索图案包括执行遗传算法。

65.根据权利要求62所述的装置,其中所述指令考虑关于所述二进制场景的概率的先验信息。

66.一种提取二进制图像的方法,所述方法包括:

利用相位光栅调制所接收的光场以得到响应;

采集所述响应;

快照正规化响应的高和低亮度高空间频率分量的阈值以生成具有已知和未知高空间频率分量和局域化亮度误差的快照的响应;以及

将所述局域化亮度误差重新分布到所述未知的高空间频率分量中的对应的高空间频率分量。

67.根据权利要求66所述的方法,还包括将所述已知和未知的高空间频率分量采集到区域中,将所述局域化亮度误差归因于所述区域中的相应的区域,并且将所述局域化亮度误差中的亮度误差分配在所述区域的所述对应区域的所述未知的高空间频率分量中。

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