结构化光成像设备的制作方法

专利名称：结构化光成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像系统及其使用方法。本发明尤其涉及包括结构化 光源的成像系统。
背景技术：
一种新型成像方法涉及从物体捕捉低亮度光。光源表明该物体的 可能正在发生值得注意的活动的部分。在一个例子中，该物体是一种诸 如老鼠之类的小动物，所述光源包括用发光才艮告器(如荧光素酶或荧光 蛋白或染料)标记的瘤细胞。该技术作为生物体光学成像是已知的。
生物体内成像的X线断层重构建立了内部光源的三维表示，该
内部光源在所述物体的表面内。 一些x线断层重构技术依赖于所述物
体表面的三维表示。诸如老鼠之类小动物的成像可能对于每个动物和 该动物的每次成像，都需要新的表面表示。
目前，还没有一种系统，可让用户轻松获得物体的表面表示。

发明内容
本发明将结构化光源结合至成像系统来重构成像物体的表面形
貌(surface topography )。该结构化光源包括从一角度传送一束光线 至所述物体的装置。当所述光线遇到有限高度的物体，如老鼠时，所 述光线发生移动，或相对于载物台(stage)发生相移。该相移提供所 述物体的结构化光信息。照相机捕获所述结构化光信息。使用采用结 构化光分析的软件，根据所述光线的所述相移确定所述物体(全部表 面或局部)的表面形貌数据。
一方面，本发明涉及提供动物三维表面表示的成像系统。该成像 系统包括成《象室(imaging chamber)，它包括围住内腔的一组壁并包括配置为安置照相机的照相机架。所述成像系统还包括配置为支撑 在所述内腔内和所述照相机视野范围内的动物的载物台。该成像系统 还包括结构化光源，它配置为当所述动物放置于载物台上时产生用于 传输至所述动物的结构化光。这生成所述动物的结构化光表面信息。 此外，所述成像系统还包括处理器，它配置为使用所述照相机获得的 结构化光表面信息，生产所述动物的至少一部分的三维表面表示。
另一方面，本发明涉及提供动物三维表示的成像系统。该成像系 统包括可移动的栽物台设备，它包括传送装置和配置为支撑内腔内动 物的载物台。该栽物台与所述传送机构耦合，用于将所述动物移动到 所述内腔中多个位置之一。所述成像系统还包括结构化光源，它配置 为当所述动物放置于载物台上时产生用于传输至所述动物的结构化 光，以生成所述动物的结构化光表面信息。
在又一方面，本发明涉及一种提供动物的三维表示的成像系统。
该成像系统包括配置成产生传送至所述动物的光线网格(grid of light)的结构化光源。
结合下列附图，下面在本发明的具体实施方式
中将更详细地描述 本发明的这些及其他特征。


在附图中，通过非限制性实施例具体说明本发明，相同的参考数
字表示同样的部件，其中
图l示出了结构化光从一角度传送的简单视图。
图2A示出了根据本发明的一个实施例，包括扫描激光检流计的
结构化光源。
图2B示出了根据本发明的一个实施例，位于成像箱内的载物台， 包括图2A所示的扫描激光检流计。
图3A示出了根据本发明的一个实施例，用于产生结构化光的结 构化光投影仪的内部组件。
图3B示出了用于获得对象表面形貌的结构化光发投影仪的配
7置。
图3C示出了所述载物台相对于图3D和3E的光传输装置的四个 不同的示例位置0度，90度，180度和270度。
图3D是根据本发明的一个实施例，用于使样本的多视图便于进 行的成像系统的内部组件的剖视透视图。
图3E是根据本发明的一个实施例，用于使所述样本的多视图便 于进行的图3D的内部组件的透视图。
图4A是根据本发明的一个实施例，包括适于捕捉图像的成像箱 的成像系统的透视图。
图4B示出了图4A的成像箱的结构组件。
图4C和4D是根据本发明的另一实施例的成像系统的透视图。 图5示出了使用根据本发明的 一个实施例的成像系统，捕捉照片
的、结构化光的和发光的图像的方法。
图6A示出了根据本发明的一个实施例，获得表面形貌数据的处
理流程。
图6B-6H示出了依照图6A的处理流程的结构化光成像的图示。
图7A是根据本发明的一个实施例，移去外壁的成像箱的内部组 件的顶部透视图，示出了正好在固定基准线之下的可移动载物台。
图7B是根据本发明的一个实施例，移去外壁的成像箱的内部组 件的顶部透视图，示出了固定基准线之下、偏心的可移动载物台。
图7C是根据本发明的一个实施例，移去外壁的成像箱的内部组 件的顶部透视图，示出了固定基准线之上、偏心的可移动栽物台。
图7D是使用图7A的光传输装置，在成像箱内光传输的简单视图。
图8A和8B分别是根据本发明的一个实施例，在成像箱内的载 物台的顶视图和侧^L图。
具体实施例方式
在本发明下面的详细说明中，阐述了大量的具体实施例以便提供对本发明的彻底理解。然而，正如对那些本领域技术人员来说显而易 见的一样，在没有这些具体细节的情况下或通过使用可替换的部件或 过程可以实施本发明。在其他例子中，没有详细描述众所周知的过程、 组件和设计，以免不必要地使本发明的特征变得不明显。 概述
本发明涉及包括结构化光源的成像系统，该结构化光源发出结构 化光发射至诸如小动物的物体。结构化光使用一束光线。在一个实施
例中，所述光线与表面法线成一角度(例如30度)投射至物体表面。 随着每条光线对动物的形状进行反应，所述物体产生结构化光表面信 息。逐渐地，当所述光线通过所述物体时，在空间发生弯曲或改变(图 6C)。可以测量所述结构化光表面信息并用于确定所有被所述结构化 光源照亮的位置的所述表面的高度。
照相机捕获所述结构化光表面信息，将所述信息数字化并生成一 个或多个结构化光图像。使用所述结构化光信息，处理器生成所述物 体，或所述物体面对照相机的那部分的三维表面表示。更特别地，在 存储的根据所述结构化光表面信息生成形貌表示(表面图)的指令上 运行的处理系统使用所述结构化光表面信息构建所述物体的3D形貌 表示。各种重构技术可存储于软件并用于构建3D形貌表示。在一个 实施例中，所述表面形貌重构生成表面网格。
结构化光源
图1示出了结构化光至物体的投射和结构化光表面信息的生成。 本发明的光源以角度e传输一条或多条光线404至物体402。由于投 射角度是已知的，因此每条线404的水平位移和物体402的高度相关。 更特别的，根据即将到来的光线的水平位移，物体402切断每条光线 404处的高度生成每条光线404的结构化光信息。通过投射已知尺寸 的光线404网格至物体402面对的表面，通过在数量上评估捕获光的 水平弯曲，可获得该面对的表面形貌图。图6C示出了投射至老鼠样 本的光线网格发生的弯曲。然后，所述结构化光表面信息包括在没有观测图案之间的区别。尽管本发明将描述关于水平表面法线的所述结 构化光内的水平区别，其他系统当然也可从其他角度传送结构化光， 以生成另一方向(如与表面法向垂直，或在水平表面法线和垂直表面 法线之间的任何角度)的结构化光信息。
到所述表面法线的入射角可能发生变化。在一个实施例中，角度
从大约15。至大约30。是合适的。但也使用比该范围的角度大或小的角 度。优选地，投射角要足够大以在光线内获得充分的"弯曲，，来实现空 间分辨率，但足够小不会出现大的阴影。
本发明结构化光源的光输出可能发生变化。 一般说来，光输出可 能包括任何适于生成对建立表面形貌学有用的表面光结构信息的线 条或形状。在一个实施例中，结构化光源传输光线网格至所述动物。 平行网格的线的线距可适合于特定物体或图像。生成光线的平行网 格、具有的线距在每毫米0.5到2线范围内的结构化光源适合于老鼠。 其他线距也适合结合本发明使用。较紧密的线距提供了高分辩率，但 是在诸如毛皮之类的粗糙表面上所述线更难以追踪。所述线距也可基 于所述物体的表面紋理和物体尺寸来变化。
本发明可使用任何合适的结构化光生成系统。在一个实施例中， 用于成像系统的结构化光源包括投射光线网格404的投影仪。在另一 实施例中，结构化光源包括与一对驱动镜操作配合的激光器，所述驱 动镜快速移动单一光束形成穿过所述物体402的一组光线。另一合适 的结构化光投影仪包括激光装置，该激光装置采取衍射模式达到需要 的结构化光图案。其他结构化光源也可用于本发明。
图2A示出了根据本发明的一个实施例，包括扫描激光检流计420 的结构化光源。扫描激光检流计420包括激光器(laser) 422和一对 镜面424和426。
激光器422产生光。激光器422被定位使得其线性激光束的输出 传输至镜面424。激光器422可以包括任何合适的激光器，如二极管 激光器或者二极管泵浦固态激光器。任何颜色都适合用于激光器422。通常可在商业上应用的激光颜色包括红色、绿色和蓝色。在一具体实
施例中，激光器422包括绿色二极管泵浦固态激光器，如可从各种各 样的供应商获得的。
镜面424和426均定向由激光器422提供的光。如图所示，首先 镜面424接收来自激光器422的光线并将其反射至镜面426，该镜面 426将光反射进成像室。所述两面镜面配合，允许两个自由度定位由 激光器422发出的光束。最大传输区域428限定了由镜面424和426 定向光线的空间范围。在范围428内，镜面424禾e 426可产生寸壬何线、 形状、网格或光线图案。例如，所述促动器(actuator)和镜面424 可形成一组和老鼠(任何位置的老鼠)的从头至脚趾面垂直的平行线。 在一个实施例中，镜面424和426接收来自电脑的位置控制，以确定 扫描激光检流计420输出的具体光图像。
促动器430和432分别定位镜面424和426。每一促动器430和 432可包括任何适合的，对电输入作出反应的才几械制动。例如，马达 适合用于促动器430和432。在另一具体实施例中，磁促动适合于促 动器430和432。磁促动提供准确和快速的反应。对于检流计420， 所述促动器高速运行，使由激光器422产生的单一光束可产生一组线。 在该情况下，所述镜面足够快速地移动，使所述激光点(laser point) 足够快速地扫过所述动物的表面，来记录由照相机探获的线。在具体 的实施例中，所述光线网格包括大约一百条线，并且每十分之二秒扫 描全部网格一次。由于采用其他扫描速度，因此网格的线多或少都是 适合的。
在一个实施例中，扫描激光检流计420是用户定制设计用于本发 明的成像室的。在另一实施例中，扫描激光检流计420可以釆用市售 型号的扫描激光检流计。 一个典型的适合应用于本发明的扫描激光检 流计系统是6200H型检流计扫描仪和67120-0627MicroMax Model 671XX伺服驱动器和控制器，由Cambridge,MA的Cambridge Instruments公司提供。
计算机控制扫描激光检流计420的镜面424和426还允许为结构化光源定制光输出，例如，这允许改变线距(line spacing)和精确控 制线距。在该情况下，计算机控制可允许用户提高线距密度和增加结 构化光表面信息的数量，这可获得更详细的形貌表示。计算机控制还 允许控制结构化光图案以提高动物的结构化光表面信息质量。例如， 计算机控制允许线距的改变以适应动物尺寸和皮毛颜色或紋理的变 化。计算机控制还允许控制结构化光图案以适应成像的特定视野和所 述动物的方位。
每个镜面424和426的独立控制也允许用户控制光线在所述成像 室内的不同位置。这有益于用户将动物或物体放置于偏心位置。此外， 这对于多个动物在成像箱内成像也是有用的。
由扫描激光检流计420产生的投射光图案也可用于其他目的。例 如，所述投射图案可用于生成校准目标来定位成像室内的物体或动 物。该情况下，扫描激光检流计420生成十字准线(crosshair)和其 他适合的校准目标，来定位所述成像室的载物台或平台上的动物。光 输出也可表示所述照相才几的视野。
此外，扫描激光检流计420可用于自动调焦技术。更特别地，老 鼠顶部表面的网格光线位移可表明所述老鼠有多高。由于每只老鼠的 高度不同，这为成像系统提供了自动调焦系统，允许照相机为每个单 独老鼠的特定高度进行合适地调焦。
由于镜面424和426允许光线的灵活再定向和传输，扫描激光检 流计420可灵活地定位于成像室内。在一个实施例中，扫描激光检流 计420设置在成像室顶部，往下反射激光束至所述动物的顶部表面。 当把检流计420设置在所述成像室顶壁423 (或底部)外部(如图2B 所示)，所述顶壁设置有允许来自第二镜面的光束穿过进入所述成像 室的小孔。由于以某个投射角展开的任何结构化光图案或其他图案没 有足够的距离放大，因此所述第二镜面与壁423之间的接近减小了孔 421的尺寸。
在一些光成像系统中可灵活实施扫描激光检流计420。在一个实 施例里，扫描激光检流计420设置在成像动物之上，从一角度往下投射光至所述动物。
图2B是根据本发明的一个实施例，位于成像箱内的载物台的简 单剖视图，该成像箱包括所述扫描激光检流计420。所述成像箱具有 可移动载物台58。在另一实施例中，载物台58是固定的，并且构成 成像室的底部表面。
可移动栽物台58支撑被成像物体。可移动载物台58能够在底部 52和顶部封闭板之间线性、往复(reciprocal)移动，并可保持在之 间任何位置进行图像捕获。因此，可移动载物台58在成像室44内有 多个垂直位置，并具有大体上相同的水平位置。在具体实施例中，可 移动栽物台58具有与蜗轮164可操作地啮合的螺紋孔，供所述可移 动载物台58的垂直平移。马达驱动所述蜗轮，使所述栽物台58沿一 对导杆140上下移动。在另一实施例中，使用皮带驱动系统垂直驱动 所述载物台58，该皮带驱动系统比所述蜗轮反应更快。通过位于载物 台58顶部的加热毯提供温度控制部件132，用于控制载物台58上的 哺乳动物的温度。在一个实施例中，温度调节部件132包括固接(如 胶接)至载物台58的剖切部分的热板。
扫描激光检流计420投射结构化光至载物台58顶部表面(或者 其上的所述温度控制部件132)。载物台58 (或者其上的动物)上产 生的网格的尺寸取决于载物台58的位置以及根据需要的网格尺寸的 每一面镜面424和426的控制。
在另一实施例中，结构化光源包括光投影仪。图3A示出了根据 本发明的另一个实施例，结构化光投影仪170的内部组件。结构化光 投影仪170包括光源和产生结构化光图案的滤镜或遮光镜。该情况中， 结构化光投影仪170包括kohler照明系统，该系统中，光源照亮幻灯 片并将幻灯片上的图案投射到所述样本或背景上。如图所示，结构化 光投影仪170包括LED 172，散射屏173，聚光器174，遮光镜(mask) 175，透镜176和光圏178。
LED (发光二极管)172产生光。在具体实施例中，LED 172包 括多个单色LED,如绿色。任何适合颜色的光皆适合使用。LED 172可包括合适数量的发光二极管以发出足够的光，以便生成网格图案。
散射屏173减少穿过其表面区域的光的亮度的空间变化，以在其输出 表面生成光流，其在所述光流区域上具有更平均的光亮度分布。LED 172和散射屏173逐渐以大体上平均的亮度分布提供要求的光流。
聚光器(condenser)接收来自散射屏173的光，聚拢来自LED 172的分散光流，并将其传输至遮光镜175。遮光镜175包括一些有 选择地让光通过的光圏。如图所示，遮光镜175包括一系列形成平行 光线网格的平行线。所述线距和线的数量可如上所述发生变化。通过 遮光镜175可形成平行线以外的图案。遮光镜175的光输出类似于投 射至物体或表面的用于结构化光成像的结构化光网格。
透镜176和177组合以便发出和投射遮光镜175的输出光至要求 的表面。来自透镜176和177的输出穿过光圏178，形成结构化光投 影仪170的输出光线。在一个实施例中，由投影仪170输出的所述光 线网格直接投射至所述成像表面。在另一实施例中，在传输至物体或 所述成像表面之前，输出自投影仪170的所述光线网格投射至一个或 多个投射镜179。然后，在一个实施例中，所述光线网格以大约10x 倍的放大倍数投射至所述动物载物台上。光圏178控制离开投影仪170 的图案尺寸。在一个实施例中，光圏178是可变的，并由计算机控制。
尽管图3A只示出了结构化光投射源的一个具体实施例，但其他 结构化光投射源也可用于本发明。
图3B示出了根据本发明的一个实施例，结构化光投影仪170连 接至光传输装置120，并和其一起旋转。当动物106在载物台上时， 结构化光投影仪170产生传输至所述动物106的光线网格，用于生成 所述动物的结构化光表面信息。在具体实施例中，结构化光投影仪170 包括kohler照明系统，该系统中，光源照亮幻灯片，然后将幻灯片上 的图像投射到所述动物上。
所述投影仪模块170跨在所述旋转光传输装置120背部(图 3C-3E示出了装置120可行的旋转)，这样线总是从全部视角投射至 所述样本106上。水平投射所述光照图案，并由位于所述较大旋转镜的基部的投射镜173反射照亮样本106。图7A-7D更详细地示出了另 外实施例中，投影仪170连接至所述旋转光传输装置120的背部。
典型成像系统
一方面，本发明涉及利用结构化光源对成像系统进行改进。适用 于本发明技术的成像系统的几个实施例还在美国专利申请 No.09/905，668中进行了描述，该专利申请由Nilson等人在2001年7 月13日提交，题目为MULTI-VIEW IMAGING APPARATUS。该申 请所公开的内容全部作为参考并入本申请。
图4A示出了根据本发明的一个实施例，适于捕获拍摄的结构化 光和发光图像的成像系统10。虽然将对成像系统的具体实施例和其组 件进行描述，但本发明并不局限于在此描述的所述具体成像系统，并 且可包括复杂性更高或更低的系统。
系统10向用户提供成像箱12内成像捕捉的自动控制。成像系统 10也可用于捕捉和构建结构化光图像。成像系统10包括适于接收发 光物体的成像箱，该成像箱内，可探测低亮度光，如基于荧光素酶的 发光。成像箱12包括位于该成像箱12的垂直侧壁的壳体16，壳体 16具有适于安装照相机的照相机架109。成像箱12配置成"不透光" 的，即基本上阻止所有外界光线从外界进入所述成像箱12。
高灵敏度相机，例如增强或电荷耦合器件(CCD)相机20，连 接至所述成像箱12，优选地通过固定于壳体16的照相机架连接。CCD 相机20在所述成像箱12内捕捉所述物体的拍摄的结构化光和发光图 像。CCD相机20可以可选地由诸如制冷装置22之类的适当的源来冷 却，所述制冷装置22经由导管24使低温流体穿过所述CCD相机循 环。合适的制冷装置是"CRYOTIGER"压缩机，可从Allentown， PA. 的IGC-APD Cryogenics公司获得。其他诸如液氮或固态的制冷装置， 也可用于冷却所述CCD相4几20。
图像处理单元26可选地分别通过电缆30和32在照相机20和处 理系统28之间连接。处理系统28，可以是任何适当类型的，典型地
15包括包含硬件的主机36,所述硬件包括处理器，诸如随机存取存储器 (RAM)和只读存储器(ROM)之类的存储器组件和硬盘驱动器组 件(例如硬盘驱动器、CD、软盘驱动器等)。系统10也包括显示器 38和诸如键盘40和鼠标42之类的输入装置。处理系统28经由一个 或多个电缆34与在成像箱12内的各种组件通信。系统28也可包括 额外的成像硬件和软件，结构化光软件以及处理由照相机20获得的 信息的图像处理逻辑和指令。例如，处理器28运行的存储指令可包 括执行如下操作的指令i )接收结构化光信息，和ii )当所述动物 放置在载物台上时，使用照相机20获得的结构化光表面信息，构建 成像箱12内的所述物体的3D形貌表示，这将在下面进行进一步详细 描述。
为提供各种组件的控制，处理系统28包括适合的处理硬件和软 件，它们配置成提供输出以控制所述成像箱12内的任何装置。所述 处理硬件和软件可包括I/O卡，用于控制所述成像系统10的任何组 件的控制逻辑，以及合适的用于所述成像系统10的图形用户界面。 处理系统28也可包括合适的用于照相机20的处理硬件和软件，如额 外成像硬件、软件和用于处理通过照相机20获得的信息的成像处理 逻辑。由处理系统28控制的组件可包括照相机20，负责照相机20聚 焦的电动机， 一个或多个负责定位控制支撑所述样本的载物台的电动 机，所述照相机镜头和f制光圏等。处理系统28的所述逻辑可采取软 件、硬件或软硬件结合的形式。系统28还与显示器38通信，用于向 用户呈现成像信息。通过举例的方式，所述显示器38是监视器，提 供测量图形用户界面(GUI)。所述图形用户界面允许用户看见成像 结果，并也充当控制所述成像系统10的界面。 一个合适的成像软件 包括由Alameda，CA.的Xenogen ^>司提供的"Livinglmage"。
系统IO提供形貌和X线断层成像工具。形貌表示是指物体的表
面特征。本发明使用结构化光为物体确定其表面形貌。x线断层成像
是指所述表面内的信息。这有利于，例如，以三维方式局部化所述物
体的内部对象。两成像形式的示例性说明使用穿过物体的2D平面形貌给出所述表面(外部边界线)，而X线断层给出所述边界 (bounding)表面内部的每一处。
处理系统28配置为使用通过照相机20获得的结构化光表面信 息，生成动物的三维表面表示。典型地，处理器使用存储于存储器的 指令生成三维表面表示，该指令决定如何利用结构化光表面信息生成 三维表面表示。参考图6B，下面将详细描述处理器将结构化光信息 转换为三维表面表示所使用的一个合适的方法和其具体步骤。对于本 领域技术人员，其他将结构化光信息转换为三维表面表示的系统是已 知的。因此，本发明的系统并不局限于处理器如何利用由照相机获得 的结构化光表面信息而生成动物的三维表面表示。
成像系统10适于从所述物体相对于照相机20的各种视角和位置 捕获图像。这些图像可用于生物体成像应用，这包括分析来自样本内 部的发光、添加至所述样本的拍摄图像的一个或多个表示。在一个实 施例中，成像系统10用于低亮度光源(如来自荧光素酶表达细胞的 光，来自荧光分子的荧光等)的2D， 3D和结构化光成像。所述低亮 度光源可来自任何种类的光发射物体或样本，例如组织培养板、多孔 板(包括96、 384和864孔板)和包含光发射分子的动物之类的物质。 动物可包括诸如老鼠、猫之类的任何动物。
在一个实施例中，所述物体是包含光产生细胞的老鼠。因此，不 用借助所述物体本身之外的任何光源便可捕获得到的发光图像。来自 所述物体的光作为位置的函数记录下来，用于生成发光图像。 一个生 成合成的拍摄/发光图像的方法记载在美国专利No.5，650，135中，该专 利是于1997年7月22日授予Contag等人的。该专利所公开的内容 作为参考全部并入本申请中。
在一个具体的实施例中，2D或3D发光图像代表由所述CCD相 机20的每个探测器在限定长度的时间内接收的发射光子的集合。换 句话说，所述发光图像可以显示表现所述单独探测像素处的光子数的 数量级值。所述物体的发射辐射的区域(如光子)会出现在所述发光 图像上。例如，所述发光图像可以显示生物适合实体的存在。所述实体可以是分子、大分子、细胞、微生物、粒子等。因此，生物体分析 可以包括探测哺乳动物内的生物适合实体的局部化。
图4B示出了根据本发明的一个实施例，图4A的成像箱12的组 件。如图4B所示，示出的成像箱12其门18处于打开位置，示出了 用于接收所述物体的成像室44。成像室44由相对侧的封闭板103、 底部的不透光部分52、顶板(未示出)、背部封闭板47围住以及设 置有进入所述成^f象室44的开口 49的前壁48。
在室44的下面是更小的区间，它通过所述不透光部分52与室 44分开，其上表面是成像室44的底面。在一个实施例中，所述更小 的区间提供壳体空间，适于通过形成于所述壳体14上的前开口 55可 滑动地收纳抽屉54。所述抽屉54内安放电子组件56 (图4A)，该 电子组件56与处理系统28进行电子通信并且控制所述成像箱12的 各种组件和功能。在具体的实施例中，所述成像箱12具有由适合金 属，如钢铁制造的壳体14。
可闭锁门18通过铰链46枢轴地连接至成像箱壳体14，该铰链 46允许所述门18从闭合位置，如图4A所示，转动至打开位置，如 图4B所示。在打开位置，门18允许用户通过所述开口 49进入所述 室44。在闭合位置，门18禁止通过所述开口 49进入所述室44内部。
如4C示出了根据本发明另一实施例的成像系统100。该成像系 统100包括合成的设计，即在单一结构中包括系统10的组件。
成像系统100包括设置有门108和围住内腔201的内壁109 (图 4D)，该内腔201适合放置发光物体。成像箱102适于包括捕获诸如 单个光子量级上的低亮度光的成像。成像箱12大体上阻挡所有外界 光线法进入所述成像箱12内，并且可以包括一个或多个封条，当门 108关闭时，阻止光线进入所述室内。在具体实施例中，门108包括 一个或多个诸如双重密封条的不透光特征，而室102的其余部分配置 为最小化任何进入腔201的透过的光线。通过打开门108、将物体放 入室201并关上门108来将用于结构化光成像的物体放置在箱102内。 一个合适的成^f象系统是由Alameda， CA.的Xenogen />司提供的IVIS 成l象系统200系列。
成像箱102包括安装在上部的照相机20。壳体106适于安放照 相机20 (图4D )。成像系统100也可包括用于从所述样本或仿真模 型装置收集光线、并向所述照相机提供光线的镜头(未示出)。栽物 台205为成像室201的底板，包括马达和控制栽物台205上下移动以 改变照相机20视角203的控件。还可提供多位置滤光片(filter wheel) 用于提供光语成像能力。成像箱102也可包括一个或多个位于室201 顶部的发光二极管，用于在拍摄的图像捕获过程中照亮样本。其他特 征还包括气麻醉系统以及在图像捕获和麻醉过程中保持动物体温的 加热样本搁板。
图4D所示为移去成^f象箱102侧板的系统100，图示了系统100 的各种电子和处理组件。成像系统100包括图像处理单元26和处理 系统28。
成像系统操作和结构化光捕荻
本发明可在成像应用的很宽范围内应用。通常，本发明可以和非 入侵方法，以及探测、局部化和追踪发光实体和哺乳动物对象内的生 物学事件的合成方法一起使用。例如，所述成像系统10可以和增强 电荷耦合装置(CCD)相机一起，探测活体，如老鼠体内发光细胞(如 某些细菌或瘤细胞，其通过用荧光素酶DNA构造进行转化而变为生 物发光的)的方位。在这样的应用中，将包含生物发光细胞的动物放 置在成像箱12内的载物台204上。然后驱动照相机20探测所述发射 光子。这时使用所述光子信号构建发射光子的发光图像。所述发光图 像的构建不需使用所述物体本身的发光之外的其他光源。记录该发光 作为位置的函数，以生成发光图像。也可对相同物体捕获拍摄的图像 来辅助发光图像的位置显示。 一个生成此类合成的拍摄/发光图像的方 法，记载在美国专利No.5，650，135中，该专利于1997年7月22日授 予Contag等人。该专利公开的所有内容作为参考并入本申请。
参见图5，处理流程500表示根据本发明的一个实施例，利用所述成像系统10捕捉拍摄的、结构化光和发光的图像的方法。处理流 程500开始于将诸如动物的对光发射成像的对象放置于成像箱12 (202)内的栽物台204上。使用计算机28，用户输入载物台204的 需要位置。在该输入基础上，根据计算机28 (504)提供的控制信号， 传送机构202可移动栽物台204至相应位置。光传输装置111也根据 计算机28提供的控制信号重新定位。
这时，使所述成像箱12和相关的成像组件准备用于所述物体的 拍摄的图像捕捉。准备过程可以包括启动所述计算机28上的成像和 获得软件(如由Alameda， CA.的Xenogen公司提供的"Livinglmage") 以及初始化照相机20。准备过程还包括关上门18，激活所述软件的 拍摄捕获选项，将照相机20聚焦至所述物体或动物的特定距离，以 及打开成像箱12的光源。准备过程还可包括使镜头100聚焦，使适 当的镜头滤片118选择地定位，设定f制光圏等。然后，捕获拍摄的 图像。完成拍摄捕捉后，所述拍摄的图像数据被传送至图像处理单元 26和/或计算机系统28内的处理器。这些可用于处理和存储所述拍摄 的图像数据，也可将所述数据显示在计算机监视器38上。
这时，准备所述成像箱12和相关的成像组件用于所述物体的结 构化光图像捕获。结构化光准备可包括激活所述结构化光源，指定结 构化光图像捕获参数，如光线网格密度等。这时可进行结构化光图像 捕获(510)。完成结构化光捕获后，所述结构化光图像数据被传送 至图像处理单元26和/或计算机系统28内的处理器。
随后，把载物台204保持在相同位置，所述成像设备10为发光 图像的捕获作准备(512)。这些准备包括使用所述计算机28选择发 光的膝光时间和装仓(binning)等级，以及关掉腔44内部的光。准 备好后，所述CCD相机20在设定时间段(多达几分钟)内捕获所述 发光图像(514)。把所述发光图像数据传送至所述图像处理单元26 和/或计算机28内的处理器(516 )。
这时，用户可以处理和存储所述发光图像的数据，以及对其进行 处理以显示在所述计算机的显示器38上。所述处理可将所述发光图像和所述拍摄图像重叠，并一起显示所述两图像作为2-D"覆盖"图像, 其中发光数据典型地以伪彩色方式显示以示出亮度。该覆盖图像可以 作为用户分析的基础，并可按要求分析和处理。特别的，分析可以包 括在所述发光表示的一部分内的象素上的发光量的总和。需注意的 是，尽管讨论集中在用于所述覆盖图像的单一发光图像，所述处理流 程500可包括从载物台204的相同位置，如在相同时间或稍后的时间， 获得多个发光图像(518)。
然后，如果需要可把载物台204按要求移动至第二位置(520)。 当所述载物台位于第二位置时，如上所述，可以捕获所述物体的一个 或多个拍摄的和/或发光图像。每个图像的捕捉完成后，计算机28内 的处理器接收所述图像数据。可以通过捕获来自所述物体的可替换位 置和视角的所述物体的图像来进一步继续图像釆集。
如上所述，所述光子发射数据代表了所述CCD相机20上的具 体像素，其探测图像捕获时期上的光子。所述物体的结构化光的拍摄 表示和发光图像结合一起，形成结构化光重合或覆盖图像。由于所述 成像设备100典型地用于测量整个物体106，所述发光表示的数据典 型的具有一个或多个值得注意的不同发光部分。
照相机20捕获所述结构化光的图像。捕获和存储所述2-D结构 化光图像后，计算机28可处理所述结构化光信息来生产表面形貌 (522 )。正如本领域技术人员理解的一样，有大量惯用算法用于从 结构化光图像中重构表面。例如，所述图像上每条线在所有点处的相 移可通过计算有效的2D傅立叶变换来确定。然后，通过"展开"所述 相位图来计算实际的表面高度。
可灵活使用结构化光捕获和表面形貌学构建。在一个实施例中， 本发明只为所述动物面对所述相机的那一面构建了表面形貌。在另一 实施例中，本发明为所述动物的大于只是所述动物面对所述照相机的 那一面的较大表面构建了表面形貌。该情况下，成像设备10从多个 位置捕获一系列图像。所述一系列图像是从不同视角获取的，并给缝 合多个表面形貌部分提供了必需的信息(如图7A-7C所示)。然后，所述表面形貌用于重构所述动物体内光源的位置、亮度和 尺寸。
一个适合应用于本发明的合适的重构算法(或替换算法)是扩
散光学形貌。扩散光学形貌使用所述动物的3D表面形貌并将所述生 物发光映射到该3D表面。
处理器28可运用任何合适的结构化光信息重构算法，从而获得 3D表面形貌。正如本领域技术人员所理解的一样，有大量从结构化 光图像重构表面的算法。例如，所述图像上每条线在所有点处的相移 可通过2D 傅立叶变换来确定。在 M.Takeda，H.Ina 和 S.Kobayshi，JOSA72， 156-160 ( 1982 )的题目为"Fourier-transform method of fringe-pattern analysisi for computer-based topography and interferometry，，文章中详细描述了这种过程，该文章的内容作为 参考全部并入本申请。然后，通过"展开"所述相位图来计算实际表面 高度。在由D.C.Ghiglia和M.D.Pritt (John Whiler and Sons, New York, New York, 1998 )所写的题目为"Two-Dimensional Phase Unwrapping,Theory,Algorithms,and Software"的教科书中详细描述 了此过程，该书中^^开的内容作为参考全部并入本申请。
可以结合所述样本的结构化光表示和发光表示一起形成结构化 光重叠或3D覆盖图像，其中发光数据典型地以伪彩色示出以在视觉 上表征亮度。
图6A示出了根据本发明一具体实施例的用于使用光成像系统获 得表面形貌数据的处理流程530 (从处理流程500的502开始)。图 6B-6H示出了对应于处理流程530的结构化光成像的图示。
处理流程530从对结构化光参考进行成像以生成没有所述样本 的图案开始(531和图6B)。这可通过在对样本成像前把结构化光施 加到放置所述样本的载物台或表面上来执行。在所述样本图像捕获期 间，移动所述栽物台至一般位置，正如那些在没有所述样本情况下用 于图像捕获的位置。
随后当所述样本处于成像室时，用结构化光使所述样本成像(532 和图6C)。结构化光使用一连串的光线，所述光线以和表面法线成一定角度向下投射到样本上。当所述线越过所述样本时发生弯曲，并 且线的弯曲可用于确定由结构化光投影仪照亮的所有位置上的表面 高度。投射角度要足够大以便得到线的充分"弯曲"来实现空间分辩 率，但是足够小不会出现大的阴影。
然后处理流程530在不使用结构化光的情况下对所述样本成像 来进行(533和图6D)。根据2D傅立叶变换可以确定在背景和样本 上所有点处每条线的相移。
然后，转换背景数据为包装(wrapped)相位(534和图6E)。 这里，在计算包装相位之前对所述背景数据进行傅立叶变换和滤波。 类似地，通过傅立叶变换和滤波所述样本数据，以及计算所述样本的 包装相位，来把所述样本数据转换为包装相位(535和图6F)。
然后计算所述样本的表面形貌(536和图6G)。在该情况下， 这通过"展开，，(unwrap)所述相位图来执行。为此任务，几个展开算 法对本领域技术人员来说是可以采用的。例如，可以根据使用傅立叶 轮廓测定法技术(Fourier profilometry technique)来确定在所述图 像上所有点处每条线的相移。使用这些方法，对所述边缘数据(图6D ) 进行2D快速傅立叶变换(FFT)来确定在所述图像中各处的线的相 移(图6F)。因为对于典型的物体所述相位将移动27t的多倍，所以 如图6F所示所述相位显示2;r跳跃。"展开，，这些相位跳跃以便确定实 际的表面。
然后可以根据不同的视图和位置重复(537 )上述过程(531-536 )。 根据多视图对样本成像提供了额外信息，有助于这里所描述的技术提 供更精确的3D表面再现。然后，把根据在所述3D成像系统中的每 个视图所获得的多个图像或部分表面 一起记录(register )以形成完整 的3D表面(538和图6H)。可以通过使用非线性最小二乘拟合技术 来完成记录，以使在连接的两个表面上的网格元之间的距离最小化。 典型地，所述表面应该具有相当接近于最后记录位置的开始方向。换 句话说，用这种方法只可以提供对表面位置的精调。例如，另一记录 技术是在图像中提供绝对参考线或某种基准，其给出了任何部分表面
23相对于所述载物台的位置。如果每个表面的绝对定位足够精确，那么 可以跳过上述的非线性拟合法。
来源于结构化光数据的所述表面形貌有多种应用。一些用户使用 所述表面形貌来提供所述物体表面的图示。所述表面形貌也可用于内
部光源的形貌重构。在该情况下，使用a) —个或多个涉及所迷物体 的内部光源的发光图像，和b)所述表面形貌的方位或以所述表面形 貌构建的表面网格，可以确定表面以下的光子密度。所述表面以下的 光子密度与发射自所述表面的和发光图像捕获的光亮度相关。可以在 所述表面内部的体积内构建一组体积元。然后可以使用就在所迷表面 以下的光子密度确定每一体积元(volume element)中的源强度。在 共同拥有的、待审的、题为"Method and Apparatus for 3D Imaging of Internal Light Sources，，的专利申请No.10/606976中，进一步描述了 一个用于形貌重构的适合的系统，该内容作为上述参考并入本申请。
因此，所述处理硬件和软件可应用于执行形貌重构和各种在此描 述的图像处理功能。例如，使用结构化光信息(包含在从内腔内的载 物台的一个或多个位置捕获的图像内)，所述处理器可配置为生成3D 结构化光图像。在一个实施例中，成像系统10使用数量模型估计组 织内光子的扩散。在一个实施例中，所述模型处理生物体内图像数据， 以便空间解析所述发射光源的尺寸、形状和位置的3D表示。典型地， 形貌模型作为指令存储于处理系统28的存储器内。通过系统10执行 各种扩散和重构模型，来描绘光子通过哺乳动物或此描述的仿真装置 的传播。软件的一个适当形貌实施例(其使用来源于一个或多个图像 的数据，构建哺乳动物样本或仿真装置内部的光源的数字表示)在共 同拥有的、待审的、题为"Method and Apparatus for 3D Imaging of Internal Light Sources"的专利申请No.10/606976中进行描述。该申
请作为参考全部并入本申请。
尽管，上面已经描述了涉及结构化光源的结构化光生成及其方 法，本发明也涉及包括用于执行这里描述的结构化光操作的程序指 令、状态信息等机器可读介质。机器可读介质的例子包括但部局限于诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁介质；诸如CD-ROM盘之类的光学 介质；诸如可光读的盘之类的磁光介质；以及专门配置为存储并执行 程序指令的硬件装置，例如只读存储器(ROM)和随机存取存储器 (RAM)。然后，如上所述的处理器配置为从存储指令运行和执行如 上所述的许多方法(如处理流程530)。程序指令的例子包括如由编 译器生成的机器代码和包含高级编码的文件，该高级编码可以由计算 机使用解释器来执行。
使用结构化光的3D成像设备
在一个实施例中，本发明构建了大于所述动物的只是面对照相机 的表面的较大表面的表面形貌。在该情况下，成像设备10从多个位 置捕获一系列图像。这一系列图像是在不同视角捕获的，并给缝合多 个表面形貌部分提供了必需的信息。每个结构化光图像仅提供了所述 动物大约半个面的表面形貌。通过从几个视角捕获图像，例如大约每 45度，所述动物的全部3D表面可通过将从每一视角荻得的部分表面 重构"缝合"在一起而获得。图7A-C示出了一个适于从多视角捕获一 系列结构化光图像的设备。
图7A是移去外壁的成像箱的内部组件的顶部透视图，示出了载 物台204正好在固定基准线(fixed datum) 107下方。图7B是移去 外壁的成像箱12的内部组件的顶部透视图，示出了载物台204在固 定基准线107下方并偏离该固定基准线107。图7C是移去外壁的成 像箱12的内部组件的顶部透视图，示出了载物台204在固定基准线 107上方并偏离该固定基准线107。
如图7C所示，照相机架109连接至侧壁103b的侧面壳体16。 照相机架109适合安装和相对于固定基准线107定位照相机20，以通 过该照相机观察腔44内的物体。虽然照相机20能够捕获拍摄的和结 构化的光图像，它也足够灵敏来捕获发光图像。
可移动载物台200设置在腔44内部，包括传送机构202和支撑 所述发光物体106的载物台204。可移动载物台200可从两个自由度移动来重新定位所述载物台204 (和物体106)到腔44内部的一系列 位置。上述位置的任何一个皆可保持来捕获图像。
如图7A-C所示，所述实施例中的所述传送机构202包括两个基 本相互垂直的线性促动器206和208。每个线性促动器206和208皆 可分别沿相应促动器定位载物台204。线性促动器206提供载物台204 的垂直定位，而线性促动器208提供载物台204的水平定位。线性促 动器206有和成像箱12连接的固定部分以及和线性促动器208连接 的移动部分。线性促动器208具有和线性促动器206相连的相对固定 部分以及和载物台204相连接的移动部分。 一个适合用于所述传送装 置202的此类线性促动器的例子，是Port Washingtong， New York的 Thomson Industry生产的LC-33。
所述传送装置202优选的包括一组可操作地和所述计算机28耦 联的位置传感器，以提供位置反馈来控制载物台204的位置。线性促 动器206和208，位置传感器201和计算;f几28组合以向内腔44内的 载物台204提供闭环位置控制。更特别的，用户可以通过计算机28 输入载物台204的沿着围绕固定基准线107的大体环形路径的一个或 多个位置。在一个实施例中，用户提供载物台204相对于固定基准线 107的视角。然后，计算机28的软件将所述视角转换为控制信号来移 动每个线性促动器206和208。
光传输装置111将从物体106反射或发出的光沿固定基准线107 定向并引向透镜IOO，用于照相机20的图像捕获。光传输装置lll使 用固定支架119安装在壳体16上(图7A),包括在固定支架119和 移动支架126之间周向地设置的轴承(其允许将镜面组合件120相对 于固定支架119自由旋转)。因此镜面组合件120旋转地耦合至壳体 16并围绕与固定基准线107的固定轴同轴对准的轴旋转。
参考图7C，镜面组合件120包括把来自载物台204上物体106 的光沿固定基准线107的方向反射的斜镜(angled mirror) 121。外 壁123基本上是圆柱形的并且包括光圏122，所述光圏122使光能够 从载物台204和斜镜121之间穿过。镜面组合件120的外壁123还防止内腔44的余光到达透镜100，所述余光不直接与载物台204的当前 视角相关联。这部分地通过把镜面121配置得足够长以便跨过载物台 204的长度来执行。由于把所述栽物台沿绕所述固定轴的环形路径定 位，所以外壁123和斜镜121协作以主要地从载物台204的角度方向 收集光，然后沿固定基准线107将光反射以由透镜100接收。
图7D示出了成像箱12内使用光传输装置111进行光传输的简 化视图。图7D也示出了结构化光投影仪170的另一构造。如图所示， 从结构化光投影仪170发射的结构化光175，被镜面173反射，经过 部分透明的镜面121至样本106。在一个实施例中，可使用半银或部 分银的镜面来实现镜面121的半透明。在另一实施例中，可使用其波 长具有特定透明特性的二色镜。然后，照相机20捕获所述结构化光 175。
由传送装置202提供的所述两自由度移动可将载物台204和样本 106相对于固定基准线107在多个角度定位，以供照相机20进行图像 捕获。因此，根据通过计算机的用户输入，传送装置202和光传输装 置111协作将来自载物台204上的样本106的光传输至固定基准线107 和透镜100，以供照相机捕获图像。在提供围绕环形路径的物体的完 整360度视角之外，传送装置202能够改变所述载物台204相对于固 定基准线107的给定角度的图像深度。传送装置202和光传输装置111 协作一起给照相机20提供视区，大约在7.5cm至16.5cm的范围内。 在具体的实施例中，光传输装置111协作来给照相机提供大约在13cm 至16.5cm的范围内的视区。与上述用户启动的角度位置控制类似， 用户可输入所述载物台204的所需聚焦深度和视角。然后，计算机28 包括的软件和线性促动器206和208联合将载物台204相对于固定基 准线107定位在所述要求的角度和距离。
栽物台
如在此使用的术语，"载物台"是指图像捕获过程中用于支撑物体 的结构。诸如成像箱内固定平坦的底板(固定载物台)，平坦的表面很适合使用。在另一实施例中，栽物台是可移动的。上面已经讨论了 一个合适的可垂直定位的载物台。 一般的，本发明并不局限于任何特 定的栽物台结构或构造。
一些栽物台可以包括透明部分以允许穿过栽物台进行图像捕获。
例如，上面所描述的所述传送装置202依赖于所述载物台的透明度。 现在参考图8A-8B，载物台204包括框架252和透明部分254。 透明部分254允许从物体106发出或反射的光以大体上无干扰的方式 穿过并且对载物台204相对于固定基准线107的任何位置而言失真最 小。优选地，透明部分254包括透明的线排列256以支撑物体106。 在具体实施例中，透明线排列256是单根透明尼龙线，该尼龙线通过 位于框架252相对边缘的孔258织入，并以拉紧的方式保护来支撑物 体106。在另一个实施例中，排列256是类似于交叉图案网格的网(与 网球拍上的网类似)。
在具体的实施例中，载物台204包括基于硬件的防撞措施，这些 措施防止了载物台204和成像箱12内的其他部件之间出现不期望有 的接触。在具体的实施例中，撞销250位于载物台204与所述照相机 20最接近的一侧，如图8A所示。撞销阻止栽物台204和腔44内的 部件的接触。为防止载物台204和光传输装置111、照相机20或壁 103b的接触，金属环260围绕固定支架119上的光传输装置111的周 长设置。
虽然为了简便起见省去了许多细节，但明显的设计改变是可实现 的。例如，虽然本发明在上下文中主要对适用于生物活体成像应用的 结构化光源进行了描述，但本发明适合于其他成像应用和可以进行相 应修改。因此，本发明的实施例仅作为解释说明而不是限制性的，并 且本发明不局限于所述细节，可以在从属权利要求的范围内进行修 改。
权利要求
1.一种提供动物的三维表面表示的成像系统，所述成像系统包括成像室，包括围住内腔的一组壁并包括配置为安置照相机的照相机架；载物台，配置为支撑在所述内腔内和所述照相机视野范围内的所述动物；结构化光源，配置为当所述动物放置于载物台上时产生出用于传输至所述动物上的结构化光，其中所述动物对所述结构化光的拦截生成所述动物的结构化光表面信息；和处理器，配置为使用所述照相机获得的结构化光表面信息生成所述动物的至少一部分的三维表面表示。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述结构化光源包括配置为产 生结构化光的结构化光投影仪。
3. 如权利要求1所述的系统，其中所述结构化光源配置为向所述 动物传输光线网格。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述结构化光投影仪从一角度 投射光线网格至所述动物。
5. 如权利要求3所述的系统，其中所述光线网格的线距在每亳米 大约0.5至大约2条线范围内。
6. 如权利要求1所述的系统，还包括将从所述动物表面发出的光 传送至所述照相机的光传输装置。
7. 如权利要求6所述的系统，其中所述结构化光源耦合至所述光 传输装置。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述光传输装置包括镜面，所 述镜面配置为在所述照相机接收从所述动物发出的光前，拦截所述 光。
9. 如权利要求8所述的系统，还包括穿过所述照相机架和与所述成像室的垂直壁垂直的固定基准线。
10. 如权利要求9所述的系统，其中所述光传输装置配置为围绕 所述固定基准线旋转。
11. 如权利要求IO所述的系统，其中所述结构化光源耦合至所述 光传输装置并和所述光传输装置一起围绕所述固定基准线旋转。
12. 如权利要求1所述的系统，其中所述载物台可移动至所述内 腔中的多个位置之一。
13. 如权利要求1所述的系统，其中所述处理器还配置为使用存 储在存储器中的指令生成所述动物的三维表面表示，所述指令确定如 何从所述结构化光表面信息生成所述三维表面表示。
14. 如权利要求1所述的系统，其中所述一组壁围住所述内腔， 使得所述成像室大体上是不透光的。
15. 如权利要求1所述的系统，其中所述结构化光源包括扫描激 光检流计，所述扫描激光检流计包括产生光束的激光器；和至少一个镜面，可定位为反射所述光束和投射光线网格至所述动物,其中所述光线网格的线距大约在每毫米大约0.5至大约2条线范围内。
16. 如权利要求15所述的系统，其中所述扫描激光检流计设置在 所述载物台上，并向下反射所述光束至所述动物的顶部表面。
17. 如权利要求1所述的系统，其中所述结构化光源包括扫描激 光检流计，该扫描激光检流计从相对于所述载物台的表面法线大约 15°和大约30。的角度投射结构化光。
18. —种提供动物的三维表示的成像系统，所述成像系统包括 成像室，包括围住内腔的一组壁并包括配置为安置照相机的照相机架；可移动的载物台设备，包括传送装置和配置为支撑在所述内腔内 的所述动物的栽物台，所述载物台与至所述传送装置耦合以将所述动物移动至所述内腔中的多个位置之一；和结构化光源，配置为当所述放置于载物台上时产生出用于传输至 所述动物上的结构化光，以生成所述动物的结构化光表面信息；和处理器，配置为使用由所述照相机获得的所述结构化光表面信息 生成所述动物的三维表面表示。
19. 如权利要求18所述的系统，其中所述结构化光源包括扫描激 光检流计，所述扫描激光检流计包括产生光束的激光器；和镜面，该镜面可定位为反射所述光束和投射光线网格至所述动物。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述扫描激光检流计设置在 所述载物台上，并向下反射所述光束至所述动物的顶部表面。
21. 如权利要求18所述的系统，其中所述结构化光源包括配置为 产生所述结构化光的结构化光投影仪。
22. 如权利要求21所述的系统，其中所述结构化光投影仪配置为 投射光线网格至所述动物。
23. 如权利要求22所述的系统，其中所述结构化光投影仪从一角 度投射光线网格至所述动物。
24. 如权利要求18所述的系统，其中所述成像室大体上是不透光的。
25. —种提供动物的三维表面表示的成像系统，所述成像系统包括成像室，包括围住内腔的一组壁并包括配置为安置照相机的照相机架；载物台，配置为在支撑所述内腔内和所述照相机视野范围内的所 述动物；结构化光源，配置为当所述动物放置于所述载物台上时产生出用处理器，配置为使用由所述照相机获得的所述结构化光表面信息 生成所述动物的三维表面表示。
26. 如权利要求25所述的系统，其中所述结构化光源从一角度传 送所述光线网格至所述动物。
27. 如权利要求25所述的系统，其中所述结构化光源投射线距在 每毫米大约0.5至大约2条线范围内的一组光线网格。
28. 如权利要求25所述的系统，其中所述一组壁围住所述内腔， 使得所述成像室大体上是不透光的。
29. 如权利要求25所述的系统，其中所述结构化光源是投射所述 光线网格的结构化光投影仪。
全文摘要
本发明将结构化光源结合至用于重构成像物体的表面形貌的成像系统中。该结构化光源包括从一角度传送一束光线至所述物体的装置。当所述光线遇到有限高度的物体(如老鼠)时，所述光线发生移动，或相对于载物台发生相移。该相移提供所述物体的结构化光信息。照相机捕获所述结构化光信息。使用采用结构化光分析的软件，根据所述光线的所述相移确定所述物体的表面形貌数据。
文档编号G01N21/64GK101310515SQ200680016070
公开日2008年11月19日 申请日期2006年5月9日 优先权日2005年5月11日
发明者凯文·卡尼, 布拉德利·W·里斯, 戴维·尼尔森, 米切尔·D·凯布尔 申请人:色诺根公司