专利名称：用于成像的手机显微镜装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及成像设备，并且更具体地涉及使用移动电子设备来增强成像的设备和方法。
背景技术：
由于诸如移动电话、平板电脑、掌上电脑等手持式移动设备能够随时与其他设备进行无线通信，因此它们越来越多地用于成像。然而，相对于诸如患者皮肤或身体通道等特殊表面可能需要的成像类型，包括在大多数移动电子设备中的摄像头和照明光源是比较简单的。可以使用远程医疗来完成许多常见的医疗测试，但医生使用的单机设备往往过于昂贵或专业而不能吸引消费者。因此，本发明的目的是提供一种装置，该装置允许移动设备利用它们熟悉的界面以及图像拍摄和传输的易用性，作为增强摄像头的移动设备和远程医疗工具来运转。上述目标中的至少一些将在下文的描述中出现。
发明内容
本发明是一种使用具有摄像头(组合有光学附件)的无线传输设备(诸如移动电话)来增强成像的改进系统和方法。可以在移动设备上观察和分析图像，或传输至另一个位置/设备，以由人或软件进行分析。所得结果可用来提供诊断，或用于包括随时间推移的图像比较和产品推荐的各种其他应用。本发明的一个方面是一种用于具有内置摄像头的便携式无线设备的成像装置。该装置包括可拆卸的光学组件，该可拆卸的光学组件包括壳体和光传输元件，该壳体包括用于以可拆卸的方式将可拆卸光学组件联接至便携式无线设备的附接面。该光传输元件构造成在图像被便携式无线设备接收之前增强由内置摄像头拍摄的图像。本发明的另一个方面是一种用于增强和后处理从具有内置摄像头的便携式无线设备获得的图像的系统，其包括:可拆卸的光学组件，该可拆卸的光学组件包括壳体和光传输元件，该壳体包括用于以可拆卸的方式将可拆卸光学组件联接至便携式无线设备的附接面。该光传输元件构造成在图像被便携式无线设备接收之前增强由内置摄像头拍摄的图像。该系统还包括进行能够在所述无线设备或其他外部设备上执行的编程，以用于接收增强的图像和后处理增强的图像。在下面的说明书部分中将阐明本发明的其他方面，其中，详细的描述是出于全面公开本发明优选实施例而不限制于本发明优选实施例的目的。
通过参考以下仅用于说明目的的附图，可以更全面地理解本发明:图1A是定位成邻近移动设备的本发明成像装置的视图。图1B示出了根据本发明安装在移动设备上的图1A成像装置。图2示出了图1A成像装置的后侧视图。图3示出了根据本发明安装在移动设备上的图1A成像装置，其中，为清楚起见，移除了外窥器。图4示出了根据本发明安装在移动设备上的图1A成像装置的截面图。图5示出了根据本发明的替代成像装置。图6示出了图5的成像装置，其中，为清楚起见，移除了柔光器。图7示出了图4成像装置壳体的后视图。图8示出了根据本发明安装在移动设备上的图5成像装置的截面图。图9示出了根据本发明具有校准模块的图5成像装置。图1OA和图1OB分别示出了根据本发明的曝光校准工具的透视图和平面图。图11示出了根据本发明的焦距校准工具的透视图。图12A示出了用于联接本发明光学附件的实施例的侧视图。图12B示出了用于联接本发明光学附件的替代实施例的平面图。图13示出了根据本发明包括用于成像和照明的部件的模块化成像系统实施例的侧视图。
图14示出了根据本发明的模块化附接系统的实施例。图15示出了根据本发明从移动设备进行双向光学数据传输的方法。图16示出了图15的图像归一化步骤的流程图。图17示出了图15的图像分析步骤的流程图。
具体实施例方式更具体地参照附图，可以以各种方法实施本发明。图1A示出了定位成邻近手持式移动电子设备12的成像装置10的透视图。移动设备12作为iPhone4在本文所描述的不同附图中示出。然而，应当认识到，移动设备12可以是任何具有摄像头的无线功能设备，即移动设备12可包括任意数量的移动电话、掌上电脑、平板电脑等的可能构造。图1B示出了根据本发明安装在移动设备12上的成像装置10。成像装置10包括一个或多个光传输构件(例如，透镜、光纤等)，该光传输构件构造成增强图像，其中该图像在其被摄像头22CCD (未示出)接收之前被设备12的摄像头22接收。除了其他成像增强功能之外，光传输构件还可提供对成像目标的放大倍率和/或改进的照明。成像装置10包括能够联接至移动设备12的基部构件14。图1A和图1B示出了“可以夹住的”联接装置或表面20，尽管也可考虑诸如滑动、咬住、或粘合剂/胶粘底布等其他可拆卸的装置。虽然基部构件14在当前附图中作为移动设备12的部分覆盖件示出，但基部构件14也可包括覆盖一个或多个表面的完整壳体或盖(S卩，沿电话12的长度方向延伸)，并且以可拆卸的方式联接至移动设备12。图1A和图1B示出了附接至基部14的可拆卸光学组件16。可拆卸的光学组件16包括圆柱形壳体40和圆锥状窥器18。窥器18以其大小和形状作为用于鼓膜成像的耳镜示出。窥器18是许多不同光学附件中的一个，这些光学附件被用于将成像装置10和不同的解剖特征连接起来。特别是，窥器18的大小和形状可适合用于与各种体腔正确连接，包括鼻腔、口腔、阴道和肛门腔等。窥器18构造成可快速释放至壳体40的附接。如图4所示，窥器18被示出与壳体40接触配合。然而，也可使用其他附接装置，例如，配合螺纹、夹子、按扣、键槽等。因此，基部构件14还包括用于将可拆卸光学组件16联接至基部构件14的诸如可以夹住、咬住、滑动、扭转的装置(未示出)和其他用于附接的常规装置。例如，可拆卸的光学组件16可具有与基部构件中一个或多个相应插槽对齐的插脚并且卡入基部构件中一个或多个相应插槽，或反之亦然。图2示出了成像装置10和基部14的后侧视图。基部14包括可以夹住的壁部20，壁部20有助于将基部14保持在移动设备12上。基部14包括照明口 34，照明口 34构造成与手机LED闪光灯24对齐，以允许照明光线通过壳体并且进入可拆卸的光学组件16。基部14还包括成像口 32，成像口 32允许来自于可拆卸的光学组件16且用于手机摄像头22的瞄准线。图3示出了安装在移动设备12上的成像装置10，其中，为清楚起见，移除了外窥器附件18。光管56位于壳体开口内的中心处并且具有构造成与基部14成像口 32对齐的管孔58。
图4示出了安装在移动设备12上的成像装置10的截面图。壳体40的后壁68包括成像开口 42，成像开口 42构造成与光管56、成像口 32和摄像头22对齐。光管56可以是与壳体40成一体的构件，或附接至壳体40。成像口 32和成像开口 42提供了用于成像的光路。透镜62 (或透镜系列)优选地设置在光管56、成像开口 42或成像口 32内(在优选构造中示出其设置在成像开口 42中)。透镜62优选地构造成提供解剖目标(例如，鼓膜等)的放大倍率。在一个实施例中，透镜62包括具有48mm焦距的平凸透镜。应当认识到，透镜62可包括任何数量的不同类型的透镜(例如，双凸透镜、凹凸透镜等)，或任何本领域已知透镜的组合。还应当认识到，透镜62可包括代替单一透镜的微透镜阵列(例如，在平面阵列中两个或多个分开的透镜)。光线正交通过二维阵列(未示出)。阵列中的每个透镜元件具有与较大透镜(例如，耳镜中48mm焦距的透镜)相比更短的焦距/更高的放大倍率，所以该设计能够更加紧凑。由于阵列元件之间的空间，可以扫描阵列来拍摄单个图像，然后无间隙地将其聚集成场的统一图像。这允许很小形状因数的高放大倍率系统。成像装置10优选地包括用于引导来自手机LED闪光灯24的光线以提供改进照明的装置。仅使用LED闪光灯24来照明解剖目标(例如，鼓膜)会直接导致来自光管56的阴影。可使用光纤照明来消除阴影。可以引导光线来提供轴上照明，以及倾斜或离轴照明，以使一些应用能获得更好的对比度。壳体40的后壁68还包括构造成与光纤束50a、照明口 34和闪光灯24对齐的照明开口 44。光纤束50a通常包括一个或多个光纤，该光纤构造有端发光或侧发光特性以适应特定的应用或被成像的解剖结构。 在一个优选实施例中，光纤束50a在一端处连接至照明开口 44并且卷绕和延伸至光管56，其中光纤50围绕光管56轴向延伸，以形成至少部分包围光管的同轴层。单独的光纤50优选地形成围绕管56的连续层。然而，应当认识到，光纤也可以以隔开的间隔包围管。光纤50至少延伸管56的部分长度，使得光纤的端部在管56的轴线方向上对齐并优选地靠近管56的自由端。光纤经由粘合剂、带47等附接装置保持在管56上的适当位置。束50a和光纤50构造成传播来自闪光灯24 (例如，LED等)的光线并且朝光管56的自由端和在窥器18的方向上引导光线。围绕管56端部排列的光纤50在解剖目标的方向上提供了更均匀的照明环。这样引导的光线特别有利于观察/成像诸如耳或嘴等光线被限制的体腔。成像装置构造成:当基部构件14和可拆卸的光学组件16附接至设备12时，所有光学孔(窥器孔19、光管孔58、光开口 42和光口 32)与摄像头22大致同心对齐，并相应地，所有照明孔(照明开口 44、照明口 34)与闪光灯24大致同心对齐。在一个优选实施例中，光学组件16还可包含一个或多个在照明路径中的滤光镜，以改善解剖目标的照明。滤光镜可以以固定或可调节的构造方式定位在成像装置10的一个或多个结构处或定位在成像装置10的一个或多个结构之间。滑动的彩色光谱滤光镜也可定位在LED闪光灯24的路径中，以能够进行用于分光光度法应用的选择性彩色照明。在一个实施例中，滤光镜可包括一个或多个偏振滤光镜、中性密度滤光片或柔光镜等。例如，除了控制照明强度和均匀度之外，可使用一个或多个偏振滤光镜来减少眩光和/或阴影。因此，可基于手机LED闪光灯24 (或如图12所提供的集成光源，其在下文进一步详细描述)使用滤光镜来控制照明强度和模式，和/或减少用于成像反射样本的眩光(诸如类似油性皮肤)。通过可变滤光镜的使用，可调整样本照明强度而不改变由设备LED24提供的输出。例如对于iPhone，在不提供可调整强度的软件支持时，LED闪光灯24不是开就是关，使得在一些应用中曝光比较困难。在图4所示可调照明系统的一个示例中，两个偏振滤光镜52、54串联堆叠在手机LED24和被照明的解剖目标之间。进一步参看图7，第一滤光镜52固定并布置在设置于壳体40后壁68中的矩形沉孔46内。第二滤光镜54设置在壳体40的圆形沉孔48中，并且被构造成使用杆66旋转来调节传输至解剖样本的光线的强度。应当认识到，滤光镜52、54可以定位在光路内的任何地方，例如，定位在基部14中相应的沉孔(未示出)内。可以通过滤光镜52、54的相对定向来控制传输光线的强度，其中平行定向允许最大的传输，而垂直定向允许最小的传输。这也可通过渐变的中性密度滤光片来实现，中性密度滤光片可移动(在循环梯度的情况下旋转)，以调整光传输。还可包括光谱选择工具以控制照明波长。可提供含有滤色镜的滑块(或色轮等，未示出)，用于从LED24照明中选取特定的波长。这能够对使用不同颜色拍摄的图像进行比较来寻找吸收差异。例如，这在皮肤成像中特别有用。光学组件16还可在光路(例如，在光口 32和光开口 42之间)中包括一个或多个滤光镜。例如，使用类似于图4照明滤光镜52、54的系统，可将一个或多个包括偏光片、中性密度滤光片或光谱选择滤光片的滤光镜定位在光路中。光学组件16还可允许光学部件的调整(例如，透镜62)。例如，光学组件16可包括类似于图4至图6滑块66的透镜滑块(未示出)，以允许一个或多个透镜移进和移出光路(透镜堆叠)，或允许沿光轴移动透镜的位置。从路径移除所有的附接透镜62提供了设备12的标准成像特性，而将一个或多个透镜62添加在光路中修改了成像特性以适应各种应用。因此，类似于许多显微镜包含目标镜头转头的方式，单一的光学组件16可构造成提供可变的放大倍率和数值孔径特性。图5至图8示出了成像装置25，其优选地构造成用于成像皮肤表面，并且特别是非腔型皮肤表面。参照图5，成像装置25包括附接至基部14的可拆卸光学组件17。可拆卸的光学组件17包括具有光开口 42的开放端部的壳体或调整垫45。如图8截面图进一步详细示出的，光开口 42提供了至基部14光口 32和设备12摄像头22的开放路径。成像装置25的调整垫45提供了在摄像头22、透镜62和图像目标之间的设定距离。当成像装置25直接接触图像目标(皮肤、头发等)时，图像目标在摄像头22的聚焦范围内，从而便于图像采集。这个距离可以是可调整的(调整至离散距离或连续地)，以适应不同的成像应用。调整垫45还可包括额外的滑动管(如设置在图11所示的校准工具90的管96中)，以提供可调整的间距。因此，可将调整垫元件45调整到离散或连续高度的级别，以适应透镜或透镜组62的焦距。可使用光纤束50b来改变光源24的形状和/或位置。如图5和图6所示，可在柔光镜60的下方布置光纤束50b来提供可控的(例如，均匀的)照明(为清楚起见，图6示出已移除柔光镜)。现在参照图8的截面图，光纤束50b设置在壳体45的照明开口 44内，使得光纤束50b与基部14的照明口 34和设备12的LED24对齐。类似于图1至图4和图7所示的装置16，除了壳体45中的孔46和孔48之外，光学附接组件17也可包括滤光镜52、54和滑块手柄66，以提供额外的照明过滤。
图9示出了类似于图5至图6成像装置25的成像装置27，其中校准模块70设置在调整垫45上。校准模块70包括测试模式特征72，测试模式特征72出现在图像视场的一部分中，以能够进行颜色、白平衡、曝光和尺寸的校准。在一个实施例中，校准模式上的黑色、白色、灰色和具有已知色值的色标充当用于图像后处理的参考。测试模式还提供曝光参考(基于图像中黑块的外观)，并由于模式元件已知尺寸而提供尺寸比例。校准模块70有助于控制诸如移动电话等设备12的成像，设备12并未设计成产生绝对的颜色/曝光参考。优选地，将校准模块70集成到成像装置27中。还应认识到，校准模块70可设置在用于校准设备10的一次性窥器18的孔19内。可选地，参考特征可作为外部测试模式或共同目标(例如，硬币)使用。包括视场中的已知目标能够进行所得图像的尺寸和颜色校准，特别是当已知其深度位置或能够从图像确定其深度位置时。可通过软件使用放在耳垂旁的硬币来确定(或合理地估计)面部特征的绝对尺寸。图1OA至图11示出了用于预拍摄校准的对焦和照明工具以在拍摄图像之前预设
置曝光量及对焦。图1OA和图1OB分别示出了根据本发明的曝光校准工具80的透视图和平面图。例如，在耳镜的应用中，摄像头22的曝光量设置可使用比窥器18末梢端部处的实际图像区域更大的关注区(R0I)。在这种情况下，相对于末梢端部处较小范围中的较亮图像来设置曝光量会比较有利，以补偿与摄像头12R0I的失配。曝光校准工具80包括与下平台84距离为h的阶梯平台82。阶梯平台82具有大暗孔86和小暗孔88，以及下平台84相应地包括大的较亮孔76和小的较亮孔78。通过将成像装置10、25 (例如，耳镜末梢18)插在特定孔76、78、86、88处来完成曝光校准。阶梯平台82给预设置的对焦提供了在已知距离处的清晰图像，下平台84是比较亮的(例如，使用无光泽的铝箔或类似材料，或对具有已知反射率数值范围的材料可调)，以预设置曝光量。预设置对焦也很有用，使得摄像头22在成像准确的解剖区域(诸如患者的鼓膜)之前聚焦在已知距离上。图11示出了具有基部92和设置在基部管94内的滑动管96的对焦校准工具90的透视图。滑动管通过在基部管高度内滑动而调整到各种高度H以允许预设置焦距的范围。校准工具包括照明开口 95和成像孔98。用于校准对焦和曝光的工具80和90可以是单独的零件(如图1OA至图11所示)或集成在成像设备内(例如，图9设备27中的校准模块70)。校准工具可以是可调整的以允许焦距范围(如图所示)，或使用色轮或其他装置来调整曝光校准区域。图12A至图13示出了根据本发明的不同附接装置。图12A示出了经由使用环108 (其可以是可更换的)手动定位和固定成像装置104来联接成像装置104的附接装置的侧视图。环108可包括胶带、钩环搭扣或磁铁来可拆卸地附接至手机。图12B示出了联接组件100的替代实施例的平面图。联接组件100包括弹簧承载的夹压附件102，该夹压附件102构造成以滑动的方式定位在竖直方向上。联接组件100还包括矩形槽106，该矩形槽106允许成像组件104在水平方向上调整以与手机12的摄像头22和闪光灯24重合。图13示出了包括用于成像和照明的单独部件的模块化成像系统120。柔性光纤束124附接至光锥122，使得光纤束124可以弯曲以适应定位在移动设备12或设置有该设备的壳体14上的各种摄像头22和LED/闪光灯24。系统120在图1至图4的耳镜型构造10中示出，其中一次性窥器可附接至光锥122。相同的模块化方法也可应用到图5至图6的装置25上。图14示出了具有独立光源162的模块化附接系统150。系统150可包括一次性窥器152，窥器152朝其锥形自由端逐渐变细，并且在其近端处具有用于附接至壳体168中的槽166的翼片164。还可包括单独的附接锥体154，并且具有用于附接至壳体168的槽166。包含一个或多个透镜62的光管156设置在壳体168内，并且卷绕有用于照明的光纤158。光纤束158可通过细长管160从手机LED闪关灯24、外部光源162获得光线。图1至图14所示的图像增强系统不仅可用于拍摄增强的数字图像和视频，而且还可作为用于观察患者解剖的实时显示器。例如，人们可以将集成的移动设备12当作用于在移动设备屏幕上显示的耳镜。在任何时候，还可启动图像拍摄或视频拍摄来将图像或视频存储在存储器中，并且在必要时传输图像或视频。图15至图17示出了用于后处理移动设备12所拍摄图像的系统和方法。虽然结合图1至图14所公开的图像增强装置来使用用于实施方法200的软件是优选的，但应当认识到，在具有或没有图1至图14所公开的图像增强装置的情况下，图15至图17所公开的方法可直接用于任何移动设备、网络摄像头或摄像头。因此，本发明的优选实施例是包括一个或多个图1至图14所公开的增强装置连同使用图15至图17所呈现的方法和算法的软件一起的系统。图15示出了从移动设备进行双向光学数据传输的方法200，该方法允许用户把成像装置10、25指向一个表面，同时在诸如计算机等辅助设备上显示表面的实时图像。辅助设备可控制成像系统10、25的特征，诸如选取对焦的关注区、曝光和图像采集等。可在软件模块或在无线设备处理器上执行的应用以及在诸如计算机等辅助设备上执行的应用中实现方法200。如图15所示，方法200的第一步骤是方框202处的摄像头22校准。接下来的步骤是方框204处的拍摄图像和方框206处的传输至辅助设备。然后，在方框208处完成图像的归一化，以及在步骤210中完成图像分析和/或诊断。可传输所拍摄的图像，以由用于包括诊断、监控和产品推荐等应用范围的软件算法或人进行分析。虽然图像传输步骤可理想地执行计算密集型任务，诸如在计算机或其他构造成快速执行此类计算的设备上进行的图像归一化步骤208和图像分析/诊断步骤210等，但应当认识到，图像传输步骤206是可选的，以及可使用软件及在移动设备12上编程来执行图像归一化步骤208和图像分析/诊断步骤210中的一个或两个。图16进一步详细示出了方法200的图像归一化步骤208。首先，在步骤214中使用已知特征计算图像212的曝光量和对焦清晰度。如果该计算在评估步骤218中返回了不可接受的结果，那么设备12在步骤216中提示另一张待拍摄的图像。如果该计算在评估步骤218中返回了可接受的结果，那么在步骤220中使用来自图像的参考数据。然后在步骤220中调整图像以产生归一化的图像222。当应用程序作为机载软件加载在移动设备12上时，或当通过上传图像212进行服务器端处理时，图像归一化步骤208基于图像212的测试模式部分具有将图像归一化的能力。图像归一化步骤208 (其可包括白平衡、曝光、对焦等)可以以集成有测试模式(例如，校准模块70)的成像装置10为基础，或以另一种已知的标准为基础。在步骤210中，还可使用图像212中的参考特征(例如，在鼓膜成像的情况下，基于鼓膜的“光锥”特征来调整图像的旋转)或使用设备12中诸如加速表或陀螺仪等机载传感器来调整图像212的定向。这在鼓膜成像中是一个显著的优势，例如，在鼓膜成像中医生习惯于某个定向，而成像设备可生成旋转的视图。归一化步骤208能够从两个图像中识别出相应的特征来确定它们是否具有重叠区域。这也可通过添加进加速表/陀螺仪数据进行改善，使得重叠检测基于具有相同定向的图像(这补偿了两个图像之间的旋转差异)。还可使用归一化的数据来替代摄像头22的自动对焦和曝光设置，以便不与所获取的校准设置产生干涉。图17进一步详细示出了方法200的图像分析和/或诊断步骤210。诊断步骤210提供图像处理(经由执行手机/设备12的机载应用程序或上传进行服务器端处理)来分析关注图像的特征，诸如用于皱纹、线条、发红、血管、干燥、着色、紫外线损伤和粗糙度等皮肤的图像分析。在步骤234中，输入归一化的图像222、来自其他用户230所识别的类似图像特性(例如，皮肤类型)以及来自图像分析或其他用户的其他图像数据和结果。来自步骤230和步骤232的数据可包括图像和相关数据的数据库。在步骤236中，归一化的数据222与来自以往的图像数据或其他用户的数据进行比较来获得所产生的图像238。加载在移动设备12或辅助设备上的软件可使用图像分析结果238来给用户提供推荐和/或针对性的广告服务。在皮肤护理的情况下，图像分析提供了关于皮肤类型和状况(例如，菲茨帕特里克(Fitzpatrick)型、油性/干性/混合、紫外线损伤、皱纹等)的数据，并且给用户提供了针对性的产品推荐。该软件还允许用户跟踪随时间推移的图像来监控变化、产品使用的结果等。推荐和广告服务能够以类似种类(例如，具有类似的皮肤类型)用户的汇总数据为基础。例如，可以使用图像分析(来自本发明放大的成像系统10、25或标准的摄像头)来示出，使用了特定产品的具有类似皮肤的用户记录了较好结果。对于面部的皮肤成像，自我拍摄有可能比较困难，方法200和相关的软件具有实时传输图像来在辅助设备(例如，经由设备应用程序或网站的另一个手机或计算机)上显示的能力。通信可以是双向的，使得可以从辅助设备控制成像系统的功能(对焦、曝光、图像拍摄等)。可以使用GPS和/或时间/日期标记信息来标记图像204，这可以用来认证用户或执行结果的地理元分析。还可通过设备12拍摄视频，并且使用设备或服务器端上的软件通过方法200进行分析，以确定关键帧或生成增强的单个帧。例如，在耳朵检查的应用中，通过使用标准的清晰度检测算法来找出具有最高清晰度光锥(从具有限定边界的鼓膜亮反射)的帧，软件可以确定最好的帧来呈现给医生。可同时在周围移动设备或同时调整焦距(诸如运转摄像头12的自动对焦功能)拍摄该视频。自动对焦期间的视频提供了一组聚焦在一系列焦距平面上的帧。然后，这可以用来确定最好的帧，或用来提供类似于使用共焦显微镜图像栈来完成的3D图像重建的东西。还应认识到，图1至图14的光学增强系统和图15至图17的图像处理方法使用3D立体摄像头(现可在一些手机上使用)也很有用。可使用立体图像来帮助皮肤成像，例如，测量皱纹的深度或痣的高度。可参考根据本发明实施例的方法和系统的流程图说明、和/或算法、公式或其他计算描述(其也可作为计算机程序产品来执行)来描述本发明的实施例。在这方面，流程图的每个方框或步骤，以及流程图中的方框(和/或步骤)、算法、公式或计算描述的组合可以通过诸如硬件、固件和/或包括一个或多个在计算机可读程序代码逻辑中体现的计算机程序指令的软件等各种装置来执行。还将认识到，任何这样的计算机程序指令可加载在计算机上，包括但不限于通用计算机或专用计算机，或其他可编程处理装置来生成机器，使得在计算机或其他可编程处理装置上执行的计算机程序指令生成用于执行流程图方框中指定功能的装置。因此，流程图的方框、算法、公式或计算描述支持用于执行指定功能的装置的组合、支持用于执行指定功能的步骤的组合、以及支持用于执行指定功能的计算机程序指令(诸如在计算机可读程序代码逻辑装置中体现)。还应理解的是，本文所描述的流程图说明的每个方框、算法、公式或计算描述及其组合可以通过特殊用途基于硬件的计算机系统(其执行指定的功能或步骤)来执行，或通过特殊用途硬件和计算机可读程序代码逻辑装置的组合来执行。此外，这些计算机程序指令(诸如在计算机可读程序代码逻辑中体现)还可存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以弓I导计算机或其他可编程处理装置以指定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置(其执行流程图方框中的指定功能)的制品。计算机程序指令还可加载在计算机或其他可编程处理装置上，来使一系列操作步骤在计算机或其他可编程处理装置上执行以产生计算机执行过程，使得在计算机或其他可编程处理装置上执行的指令提供用于执行流程图方框、算法、公式或计算描述中指定功能的步骤。从上文的讨论中，应当认识到，可以以各种方法体现本发明，包括以下方法:1.一种用于具有内置摄像头的便携式无线设备的成像装置，其包括:可拆卸的光学组件，该可拆卸的光学组件包括壳体和光传输兀件，该壳体包括用于以可拆卸的方式将可拆卸光学组件联接至便携式无线设备的附接面，其中，光传输元件构造成在图像被便携式无线设备接收之前增强由内置摄像头拍摄的图像。2.根据实施例1所述的装置，其中，光传输元件包括构造成放大图像的第一光传输兀件。3.根据实施例2所述的装置，其中，光传输元件包括构造成增强图像照明的第二光传输兀件。4.根据实施例3所述的装置:其中，第一光传输元件包括透镜；壳体构造成以在内置摄像头光路内对齐的方式容纳透镜。5.根据实施例4所述的装置:便携式无线设备还包括照明光源；其中，第二光传输元件包括光纤；壳体构造成以在照明光源的照明路径内对齐的方式容纳光纤；以及其中，光纤构造成改变照明路径来增强图像的照明。6.根据实施例5所述的装置:可拆卸光学组件还包括一个或多个联接至壳体的滤光器；以及壳体构造成以在一个或多个照明路径或光路内对齐的方式容纳一个或多个滤光器。
7.根据实施例6所述的装置，其中，一个或多个滤光器包括滤光镜，该滤光镜包括偏光片、中性密度滤光片或光谱选择滤光片中的一个或多个。8.根据实施例6所述的装置，其中，一个或多个滤光器包括:第一滤光镜，其具有固定的定向；第二滤光镜，其具有可变的定向以允许光传输的调整；其中，第一滤光镜和第二滤光镜在一个或多个照明路径和光路中串联堆叠。9.根据实施例5所述的装置:其中，壳体还包括光管；该光管具有中心孔；该光管附接至壳体，使得在可拆卸光学组件附接至便携式无线设备时，中心孔与光路对齐；其中，光管包括延伸远离壳体和内置摄像头的自由端；其中，光纤包括一束光纤中的一个；光纤束从照明光源处或附近的位置延伸至光管；其中，光纤沿光管朝管的自由端轴向延伸以形成至少部分包围光管的同轴层；以及其中，光纤构造成在光管自由端的方向上从照明光源传播光线。10.根据实施例9所述的装置，还包括:窥器，其构造成与患者体腔相连接；窥器具有近端和远侧自由端；所述窥器包括从近端到自由端逐渐变细的圆锥形状；窥器的近端构造成以可拆卸的方式附接至壳体；窥器的所述远端具有孔，该孔构造成在窥器附接至壳体时与光管同心对齐。11.根据实施例5所述的装置:其中，壳体包括具有近端的圆柱形管，该近端包括附接面；当成像装置附接至所述便携式无线设备时，该圆柱形管具有延伸远离所述便携式无线设备的开放远端；其中，该圆柱形管具有对应于所述透镜和所述内置摄像头光学特性的预定长度；以及其中，圆柱形本体的开放远端构造成被定位来接触患者皮肤表面以便于所述皮肤表面的成像。12.根据实施例11所述的装置:其中，光纤包括一束光纤中的一个；还包括设置在光纤和圆柱形管开放远端之间的柔光镜；以及其中，柔光镜构造成漫射通过光纤束传播的光线。13.根据实施例5所述的装置，还包括:校准模块，其附接至所述壳体；该校准模块设置在光路的视场中来提供内置摄像头的校准。14.根据实施例1所述的装置，还包括:基部构件；其中，该基部构件包括用于将基部构件联接至无线设备的附接面；其中，基部构件构造成以可拆卸的方式附接至壳体；以及其中，基部构件包括至少一个与用于穿过壳体成像和照明的照明路径和光路对齐的孔。15.一种用于增强和后处理从具有内置摄像头的便携式无线设备获得的图像的系统，其包括可拆卸的光学组件，该可拆卸的光学组件包括壳体和光传输兀件；该壳体包括用于以可拆卸的方式将可拆卸光学组件联接至便携式无线设备的附接面；其中，该光传输元件构造成在图像被便携式无线设备接收之前增强由内置摄像头拍摄的图像；进行能够在所述无线设备或其他外部设备上执行的编程以用于:接收增强的图像；后处理增强的图像。16.根据实施例15所述的系统，其中，后处理包括图像归一化。17.根据实施例16所述的系统，其中，图像归一化包括:使用已知特征计算一个或多个曝光和对焦特性；以及基于图像的参考数据调整图像。18.根据实施例16所述的系统，其中，所述编程还构造成用于校准所述内置摄像头作为可拆卸光学组件光学特性的功能。19.根据实施例17所述的系统，其中，所述编程还构造用于:输入归一化图像的数据以及其他图像数据；以及将归一化图像的数据与其他图像数据进行比较来分析所述图像。20.根据实施例19所述的系统，其中，其他图像数据包括的图像来自与归一化图像类似的图像。21.根据实施例20所述的系统，其中，归一化图像包括人的皮肤图像；以及其中，其他图像数据包括来自具有类似皮肤特性的患者的皮肤图像。22.根据实施例19所述的系统，其中，所述编程还构造用于:将所述图像传输至辅助设备来执行后处理。23.根据实施例15所述的系统，其中，光传输元件包括构造成放大图像的第一光传输元件和构造成增强图像照明的第二光传输元件。24.根据实施例23所述的系统:其中，第一光传输兀件包括透镜；壳体构造成以在内置摄像头光路内对齐的方式容纳透镜；便携式无线设备还包括照明光源；其中，第二光传输元件包括光纤；壳体构造成以在照明光源的照明路径内对齐的方式容纳光纤；以及其中，光纤构造成改变照明路径来增强图像的照明。25.根据实施例24所述的系统:可拆卸光学组件还包括一个或多个联接至壳体的滤光器；以及壳体构造成以在一个或多个照明路径或光路内对齐的方式容纳一个或多个滤光器。26.根据实施例25所述的系统,其中，一个或多个滤光器包括滤光镜,该滤光镜包括偏光片、中性密度滤光片或光谱选择滤光片中的一个或多个。27.根据实施例24所述的系统:其中，壳体还包括光管；该光管具有中心孔；该光管附接至壳体，使得在可拆卸光学组件附接至便携式无线设备时，中心孔与光路对齐；其中，光管包括延伸远离壳体和内置摄像头的自由端；其中，光纤包括一束光纤中的一个；光纤束从照明光源处或附近的位置延伸至光管；其中，光纤沿光管朝管的自由端轴向延伸以形成至少部分包围光管的同轴层；以及其中，光纤构造成在光管自由端的方向上传播来自照明光源的光线。28.根据实施例27所述的系统，还包括:窥器，其构造成与患者体腔相连接；窥器具有近端和远侧自由端；所述窥器包括从近端到自由端逐渐变细的圆锥形状；窥器的近端构造成以可拆卸的方式附接至壳体；窥器的所述远端具有孔，该孔构造成在窥器附接至壳体时与光管同心对齐。29.根据实施例24所述的系统:其中，壳体包括具有近端的圆柱形管，该近端包括附接面；当成像装置附接至所述便携式无线设备时，该圆柱形管具有延伸远离所述便携式无线设备的开放远端；其中，该圆柱形管具有对应于所述透镜和所述内置摄像头光学特性的预定长度；以及其中，圆柱形本体的开放远端构造成被定位来接触患者皮肤表面以便于所述皮肤表面的成像。30.一种用于增强和后处理从具有内置摄像头的便携式无线设备获得的图像的方法，其包括:接收来自便携式无线设备内置摄像头的图像；其中，便携式无线设备包括以可拆卸的方式设置在内置摄像头视场内的可拆卸光学组件；其中，可拆卸光学组件包括光传输元件，该光传输元件构造成在图像被便携式无线设备接收之前增强图像；以及后处理增强的图像。
31.根据实施例30所述的方法，还包括:将增强的图像传输至辅助设备来进行后处理。32.根据实施例30所述的方法，其中，后处理包括归一化图像。33.根据实施例32所述的方法，其中，归一化图像包括:使用已知特征计算一个或多个曝光和对焦特性；以及基于图像的参考数据调整图像。34.根据实施例30所述的方法，还包括:校准所述内置摄像头作为可拆卸光学组件光学特性的功能。35.根据实施例33所述的方法，还包括:输入归一化图像的数据以及其他图像数据；以及将归一化图像的数据与其他图像数据进行比较来分析所述图像。36.根据实施例35所述的方法，其中，其他图像数据包括的图像来自与归一化图像类似的图像。37.根据实施例35所述的方法，其中，归一化图像包括人的皮肤图像；以及其中，其他图像数据包括来自具有类似皮肤特性的患者的皮肤图像。38.根据实施例30所述的方法，其中，光传输元件包括构造成放大图像的第一光传输元件和构造成增强图像照明的第二光传输元件。虽然以上描述包含有许多细节，但不应将其理解为对本发明范围的限制， 而仅为了提供本发明的一些当前优选实施例的说明。因此，应当认识到，本发明的范围完全包含对本领域技术人员来说显而易见的其他实施例，因此，本发明的范围不由任何东西限制除了所附权利要求，在所附权利要求中，所引用的单数的元件不旨在表示“一个且仅一个”(除非明确说明)，而是表示“一个或多个”。与本领域普通技术人员已知的上述优选实施例元件的所有结构、化学和功能等效置换以参考的方式清楚地并入本文，并且旨在包含于本权利要求中。此外，本发明所公开的装置或方法不必解决本发明试图要解决的每个问题，因为它将包含于本权利要求中。此外，在本公开内容中没有旨在奉献给公众的元件、构件或方法步骤，不管这样的元件、构件或方法步骤是否在权利要求中明确记载。本文权利要求的要件不依照美国法典第35法案第112条第6款的规定来解释，除非该要件使用词组“用于……的装置”明确记载。
权利要求
1.一种用于具有内置摄像头的便携式无线设备的成像装置，其包括: 可拆卸的光学组件，其包括: 壳体； 所述壳体包括用于以可拆卸的方式将所述可拆卸光学组件联接至所述便携式无线设备的附接面；以及光传输兀件； 其中，所述光传输元件构造成在图像被所述便携式无线设备接收之前增强由所述内置摄像头拍摄的所述图像。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述光传输元件包括构造成放大所述图像的第一光传输兀件。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，所述光传输元件包括构造成增强所述图像照明的第二光传输兀件。
4.根据权利要求3所述的成像装置: 其中，所述第一光传输元件包括透镜； 所述壳体构造成以在所述内置摄像头光路内对齐的方式容纳所述透镜。
5.根据权利要求4所述的成像装置: 所述便携式无线设备还包括照明光源； 其中，所述第二光传输元件包括光纤； 所述壳体构造成以在所述照明光源的照明路径内对齐的方式容纳所述光纤；以及 其中，所述光纤构造成改变所述照明路径来增强所述图像的照明。
6.根据权利要求5所述的成像装置: 所述可拆卸光学组件还包括联接至所述壳体的一个或多个滤光器；以及所述壳体构造成以在一个或多个所述照明路径或光路内对齐的方式容纳所述一个或多个滤光器。
7.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述一个或多个滤光器包括滤光镜，所述滤光镜包括偏光片、中性密度滤光片或光谱选择滤光片中的一个或多个。
8.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述一个或多个滤光器包括: 第一滤光镜，其具有固定的取向； 第二滤光镜，其具有可变的取向以允许光传输的调整； 其中，所述第一滤光镜和所述第二滤光镜在一个或多个所述照明路径和光路中串联堆叠。
9.根据权利要求5所述的成像装置: 其中，所述壳体还包括光管； 所述光管具有中心孔； 所述光管附接至所述壳体，使得在所述可拆卸光学组件附接至所述便携式无线设备时，所述中心孔与所述光路对齐； 其中，所述光管包括延伸远离所述壳体和所述内置摄像头的自由端； 其中，所述光纤包括一束光纤中的一个； 所述光纤束从所述照明光源处或附近的位置延伸至所述光管；其中，所述光纤沿所述光管朝管的自由端轴向延伸以形成至少部分包围所述光管的同轴层；以及 其中，所述光纤构造成在所述光管自由端的方向上从所述照明光源传播光线。
10.根据权利要求9所述的成像装置，还包括: 窥器，其构造成与患者体腔相连接； 所述窥器具有近端和远侧自由端； 所述窥器包括从所述近端到所述自由端逐渐变细的圆锥形状； 所述窥器的所述近端构造成以可拆卸的方式附接至所述壳体； 所述窥器的所述远端具有孔，所述孔构造成在所述窥器附接至所述壳体时与所述光管同心对齐。
11.根据权利要求5所述的成像装置: 其中，所述壳体包括具有近端的圆柱形管，所述近端包括所述附接面； 当所述成像装置附接至所述便携式无线设备时，所述圆柱形管具有延伸远离所述便携式无线设备的开放远端； 其中，所述圆柱形管具有对应于所述透镜和所述内置摄像头光学特性的预定长度；以及 其中，所述圆柱形本体的所述开放远端构造成被定位为接触患者皮肤表面以便于所述皮肤表面的成像。
12.根据权利要求11所述的成像装置: 其中，所述光纤包括一束光纤中的一个； 还包括设置在所述光纤和所述圆柱形管开放远端之间的柔光镜；以及 其中，所述柔光镜构造成漫射通过所述光纤束传播的光线。
13.根据权利要求5所述的成像装置，还包括: 校准模块，其附接至所述壳体； 所述校准模块设置在所述光路的视场中以提供所述内置摄像头的校准。
14.根据权利要求1所述的成像装置，还包括: 基部构件； 其中，所述基部构件包括用于将所述基部构件联接至所述无线设备的附接面； 其中，所述基部构件构造成以可拆卸的方式附接至所述壳体；以及其中，所述基部构件包括至少一个与用于穿过所述壳体成像和照明的所述照明路径和光路对齐的孔。
15.一种用于增强和后处理图像的系统，该图像从具有内置摄像头的便携式无线设备获得，该系统包括: 可拆卸的光学组件，其包括: 壳体； 所述壳体包括用于以可拆卸的方式将所述可拆卸光学组件联接至所述便携式无线设备的附接面； 光传输兀件； 其中，所述光传输元件构造成在图像被所述便携式无线设备接收之前增强由所述内置摄像头拍摄的所述图像； 进行能够在所述无线设备或其他外部设备上执行的编程以用于: 接收所述增强的图像；以及 后处理所述增强的图像。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，后处理包括图像归一化。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，图像归一化包括: 使用 已知特征计算一个或多个曝光和对焦特性；以及 基于所述图像的参考数据调整所述图像。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述编程还构造成用于校准所述内置摄像头作为可拆卸光学组件光学特性的功能。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述编程还构造用于: 输入所述归一化图像的数据以及其他图像数据；以及 将所述归一化图像的数据与所述其他图像数据进行比较来分析所述图像。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述其他图像数据包括的图像来自与所述归一化图像类似的图像。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述归一化图像包括人的皮肤图像；以及 其中，所述其他图像数据包括来自具有类似皮肤特性的患者的皮肤图像。
22.根据权利要求19所述的系统，其中，所述编程还构造用于: 将所述图像传输至辅助设备来执行后处理。
23.根据权利要求15所述的系统，其中，所述光传输元件包括构造成放大所述图像的第一光传输兀件和构造成增强所述图像照明的第二光传输兀件。
24.根据权利要求23所述的系统: 其中，所述第一光传输元件包括透镜； 所述壳体构造成以在所述内置摄像头光路内对齐的方式容纳所述透镜； 所述便携式无线设备还包括照明光源； 其中，所述第二光传输元件包括光纤； 所述壳体构造成以在所述照明光源的所述照明路径内对齐的方式容纳所述光纤；以及 其中，所述光纤构造成改变所述照明路径来增强所述图像的照明。
25.根据权利要求24所述的系统: 所述可拆卸光学组件还包括联接至所述壳体的一个或多个滤光器；以及所述壳体构造成以在一个或多个所述照明路径或光路内对齐的方式容纳所述一个或多个滤光器。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述一个或多个滤光器包括滤光镜，所述滤光镜包括偏光片、中性密度滤光片或光谱选择滤光片中的一个或多个。
27.根据权利要求24所述的系统: 其中，所述壳体还包括光管； 所述光管具有中心孔； 所述光管附接至所述壳体，使得在所述可拆卸光学组件附接至所述便携式无线设备时，所述中心孔与所述光路对齐；其中，所述光管包括延伸远离所述壳体和所述内置摄像头的自由端； 其中，所述光纤包括一束光纤中的一个； 所述光纤束从所述照明光源处或附近的位置延伸至所述光管； 其中，所述光纤沿所述光管朝管的自由端轴向延伸以形成至少部分包围所述光管的同轴层；以及 其中，所述光纤构造成在所述光管自由端的方向上传播来自所述照明光源的光线。
28.根据权利要求27所述的系统，还包括: 窥器，其构造成与患者体腔相连接； 所述窥器具有近端和远侧自由端； 所述窥器包括从所述近端到所述自由端逐渐变细的圆锥形状； 所述窥器的所述近端构造成以可拆卸的方式附接至所述壳体； 所述窥器的所述远端具有孔，所述孔构造成在所述窥器附接至所述壳体时与所述光管同心对齐。
29.根据权利要求24所述的系统: 其中，所述壳体包括具有近端的圆柱形管，所述近端包括所述附接面； 当所述成像装置附接至所述便携式无线设备时，所述圆柱形管具有延伸远离所述便携式无线设备的开放远端; 其中，所述圆柱形管具有对应于所述透镜和所述内置摄像头光学特性的预定长度；以及 其中，所述圆柱形本体的所述开放远端构造成被定位为接触患者皮肤表面，以便于所述皮肤表面的成像。
30.一种用于增强和后处理图像的方法，该图像从具有内置摄像头的便携式无线设备获得，该方法包括: 接收来自所述便携式无线设备内置摄像头的图像； 其中，所述便携式无线设备包括以可拆卸的方式设置在所述内置摄像头视场内的可拆卸光学组件； 其中，所述可拆卸光学组件包括光传输元件，所述光传输元件构造成在图像被所述便携式无线设备接收之前增强所述图像；以及后处理所述增强的图像。
31.根据权利要求30所述的方法，还包括: 将增强的图像传输至辅助设备来进行后处理。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，后处理包括归一化所述图像。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，归一化所述图像包括: 使用已知特征计算一个或多个曝光和对焦特性；以及 基于所述图像的参考数据调整所述图像。
34.根据权利要求30所述的方法，还包括:校准所述内置摄像头作为可拆卸光学组件光学特性的功能。
35.根据权利要求33所述的方法，还包括: 输入所述归一化图像的数据以及其他图像数据；以及将所述归一化图像的数据与所述其他图像数据进行比较来分析所述图像。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述其他图像数据包括的图像来自与所述归一化图像类似的图像。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，所述归一化图像包括人的皮肤图像；以及 其中，所述其他图像数据包括来自具有类似皮肤特性的患者的皮肤图像。
38.根据权利要求30所述的方法，其中，所述光传输元件包括构造成放大所述图像的第一光传输兀件和构造 成增强所述图像照明的第二光传输兀件。
全文摘要
一种用于增强包括在诸如移动电话或平板电脑等无线传输设备中的摄像头的成像的改进系统和方法。成像系统包括用于给皮肤表面和体腔成像的可拆卸光学附件。该可拆卸光学附件包括诸如放大透镜、照明换向元件和滤光镜等光学增强元件。图像可以在移动设备上观察和分析，或传输至另一个位置/设备以由人或软件进行分析。所得结果可用来提供诊断，或用于各种包括随时间推移的图像比较和产品推荐的其他应用。
文档编号H04N5/232GK103181154SQ201180051600
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月29日
发明者丹尼尔·弗莱彻, 埃里克·道格拉斯, 埃米·盛, 威尔伯·拉姆, 罗比·马阿迈里 申请人:加利福尼亚大学董事会