可在不同波长（多光谱）中拍摄图像的移动显微成像设备的制作方法

本发明是一种多用途的成像设备，可通不同波长(多光谱)拍摄图像，并集成到手机和便携式成像系统中，以便采集、保存和共享数据与图像，特别适用于医疗卫生诊断领域(如眼科、妇科、皮肤科、耳鼻喉科、法医取证等等)，以及所有需要进行宏观和微观检测的领域(如宝石学、电子产品、矿物学等等)。

具体来说，本发明涉及成像的集成，通过过滤不同波长的光来辨别不同材料的内含物，来获得所需图像，并集成到现有成像系统中，方便携带和进行成像处理。

背景技术：

多光谱成像是指通过发出特定波长的光，并使用特定波长的滤光片过滤此光，从而区分不同材料内含物的一种成像方式。因此，该多光谱成像系统可在不同领域根据材料的性质(诸如荧光性，发光性，磷光性等等)进行检测。

上述领域包括医疗领域，如法医取证、皮肤科、眼科和妇科，以及其它领域，如宝石学、地质学和植物学；其使用范围将随着新技术的研究而不断扩大。

传统的多光谱成像技术在很多领域可提供成像(如法医学、法医科学、皮肤科、妇科、眼科、工程学等等)，但是这些系统组合使用时，很难携带、功能有限，并且在没有电源的情况下无法长时间使用。因此，一些检测物体必须带到实验室进行检测。

此外，成像时间间隔受限于当前的滤光片。某些应用要求在暗室中操作。这种情况下，要将待检测物体从其原处带到一个暗室中，或在待检物体附近建造一间暗室。同样，某些应用要求偏振照明或平面照明，如此，可能需要更多设备。

在现有摄像头前的每个CCD或CMOS(图像检测传感器)前方添加一个或多个滤光片。现有摄像头传感器的前方放置这些滤光片，这些滤光片前方则放置一个或多个镜片。通过这种方法，便能获得有限的成像能力，但因为聚焦和缩放属性有限，系统便不能满足多领域的需求。

同样，镜片、滤光片和发出不同波长光线的LED需要配合使用，且相互位置放置得当，才能在很多领域中使用以及在所需分辨率下收集数据。现有的技术无法满足该要求。采用现有的技术，设备只能获得有限的使用范围，并且不能实现可移动的多光谱成像系统。

现有技术的专利申请编号US2012157160A1和编号WO2012/088351A2的图示中，“成像镜头”的唯一用途是进行微观荧光检测。三个LED彼此呈90度放置便可组成一个系统来检测光照下的样品/物体。为此，皮肤表面、宏观成像、眼科、耳鼻喉科和法医学无法实现多光谱成像，并且也不能在这些领域使用。附加到“成像镜头”的不同波长的光直接面向对象，并朝着传感器完全相反的方向发光。在检测中，荧光成像仅是多光谱成像的一部分。也就是说，正在检测成像镜头外面的物体。在我们申请的图示中，“成像镜头”不需要通过拆解或组装任何构件来更改镜片和滤光系统从而满足需求。在我们不同波长照明申请中图示的“成像镜头”具有镜片环和滤光片环，该“成像镜头”图示与专利申请编号US2012157160A1中图示的“成像镜头”在功能上和外形上没有相似之处。

专利申请编号WO2009088930A2和编号US2011009163A1图示的“成像镜头”的两种照明系统无法如图2、图3和图4所示进行替换；首先，它放置在检测样本/物体的正后方，与传感器的方向完全相反，且与物体水平面呈90度。在我们的系统中，不同波长的光直接发送到检测对象，并朝着传感器完全相反的方向发光。上述成像镜头，如图1所示，能够对放置在帽中的样品/物体进行微观检验。另一方面，我们的系统可以检测帽外面的物体。上述成像镜头，使用了两个单用途不可替换的滤光片；一个置于目镜前，另一个置于LED前。成像镜头有两个不可替换镜片和一个物镜，两个镜片一个置于发射滤光片前，另一个置于LED或感光滤光片前的聚光透镜前。我们申请中图示的“成像镜头”配有可更换镜片环、滤光片环，并且可以发出不同波长的光，与专利申请编号WO2009088930A2中图示的“成像镜头”在功能和外形上没有相似之处。

专利申请编号WO2006127840A2和编号US2006/279732A1图示的“成像镜头”不是移动设备的外部设备，而在移动设备之中。没有合适的设备拆解，部件则不能更换。如专利申请中图2b所示，具有恒定变焦和对焦距离的镜片放置于传感器前。上述成像技术并不是通过传送不同波长光线向外部物体发光。详见图3，具有变焦和单焦距的镜片放置在传感器前。即便该镜片的外部滤光系统可以更换，由于缺少可更换的镜片环和照明系统，其作用单一且不能置于便携式系统中。与我们方法不同的是，上述成像镜头并不向外部物体发出不同波长的光，且不提供满足不同需求的不同变焦选项。

详见图4，可更换的滤光环系统置于传感器前，放于便携式设备内。具有单变焦和对焦距离的不可更换的镜片置于滤光片前，放于可便携式设备中。上述成像镜头并不通过向外部物体发出不同波长的光来提供照明。为此，无法将其用于皮肤表面、宏观成像、耳鼻喉科、法医检验或事故现场检测的多光谱成像。

我们正在申请专利的“成像镜头”与相似的专利申请在功能和形式上没有相似之处，因为我们的申请没有一个可将成像传感器、滤光片和镜片系统全部置于便携式设备的外部系统(该系统配有镜片环、滤光片环)，并且可以提供不同波长的光照，而且同时满足这些要求。

同样，标题为手机高变焦成像设备，专利申请编号WO 2006083081A1图示的“成像镜头”可放置于便携式设备传感器前方。如图1、图2、图5、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14所示，在改进后的移动设备传感器前方安装一个光源、一个配有标准变焦的不可更换镜片组，和一个非可更换的偏振滤光片。在上述专利申请中，如图1、图2、图3、图4、图5、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14中所示，LED、镜片和滤光片集成到单一物体上，除了光源组，若不拆卸，就不能更换部件，亦无需拆卸。图5所示安装于传感器前的镜片系统，有一个单偏振滤光片，可以循环旋转，从而实现不同的偏振。在我们的申请中，在滤光片环中配有标准化角度的偏振滤光片仅是滤光环中的一环。在其它环中，具有不同变焦系数的镜片若不拆卸则无法用于其它用途，如图9和图10所示。上述专利申请仅是业已存在的微观视频成像系统的微缩版。若不拆卸，则具有环形滤光片或环形镜片系统属性的部件就不能更换。比如，本专利中的系统在拆卸后无需更换部件，就能对皮肤实现高变焦，但是无法宏观成像。此外，在本系统中，不同波长的光在皮肤反射之后无法通过滤光片过滤成不同波长的光，从而被传感器捕获。此时，返回光仅能穿过单个滤光片。这样就影响其在多光谱成像中的运用。

我们正在申请专利的“成像镜头”是放置于传感器、滤光片和镜片系统之外的一个外部系统。我们正在申请专利的“成像镜头”与仅有镜片环、滤光片环和可发出不同波长光线专利申请在功能和形式上没有相似之处，因为它同时满足全部要求。

US2011/009163A1图1、3、4

现已使用的技术中均不存在能集成到手机或便携式成像设备中的这样一个系统，因其能发出不同纳米波长的光而得以大范围地使用，并适用于所有便携式成像系统。

本发明的宗旨是，提供一个可在同一个设备中满足全部指定需求的系统。该系统所有部件均可更换，所有位置均可操作。

由于系统能将这些属性集成到移动设备上，因此能运用向前兼容将数据移动到新的移动设备中。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的是为了克服已知技术的缺点，通过配置，从而得到一个能提供宏观和微观成像所需的不同分辨率的系统，并通过结合必要的组件，将此集成到具有多光谱(不同纳米)摄像头的移动设备中。

发明的另一个目的是使用正确的镜片、滤光片和能发出不同波长的光的LED灯，通过其彼此间的正确安放位置，从而得到一个可以满足不同领域宏观和微观检测需求的成像系统。

发明目的之一是为了方便使用。

发明目的之一是为了其应用和使用的实用性。

发明目的之一是为了扩大使用范围。

为了满足上述要求，发明涉及到的成像设备，可集成在移动设备中，在成像镜头内部有可以插拔的弹射针，可固定到移动设备上，并能通过弹射针连接传输电力到成像镜头；无需专用设备即可更换LED帽；拥有可更换、可旋转的滤光盘和透镜盘；无需更改选照明系统和灯光扩散器，便可可打开或关闭的偏振功能；拥有与扩散器接触的玻璃镜；拥有可对移动设备进行校准的滑动系统和可以在不同波长中成像的成像镜头。

附图说明

图1是本发明图示中成像设备的总体透视图；

图2是本发明图示中成像设备的总体透视图；

图3是本发明图示中成像设备的总体侧视图；

图4是本发明图示中成像设备的总体前视图；

图5是本发明图示中成像设备的成像镜头的装配图；

图6为滤光盘的前视图；

图7为透镜盘的前视图；

图8是宏观成像设备的侧视图。

10 成像设备

20 主体

30 成像镜头

40 LED模块

40.1 LED

50 光扩散器

60 光亮度调节按钮

70 分离按钮

80 固定翼

90 光亮度调节按钮

100 滤光盘

100.1 空滤光盘室

100.2 滤光片

110 透镜盘

110.1 空透镜盘室

110.2 镜片

120 摄像头空间

120.1 滑动

130 滤光片信息

140 镜片信息

150 接触透镜

160 三脚架连接点

170 旋转筒

230 前置保护壳

230.1 插座

240 盘体连接件

250 盘体背面保护

260 连接区域

270 LED前方的偏振滤光片

280 宏观成像设备

具体实施方式

在不同的使用领域，微观检验需要不同的变焦系数。这可以通过使用不同的镜片(110.2)来实现。在之前的技术中，是通过非便携式设备或通过使用专用设备拆解或组装不同的镜片得以实现。

多光谱成像是指通过发出特定波长的光，并使用特定波长的滤光片(100.2)过滤此光，从而区分不同材料内含物的一种成像方式。因此，该多光谱成像系统可以在不同领域通过材料的性质(诸如荧光性、发光性、磷光性等等)进行检测。

上述领域包括医疗领域，如法医取证、皮肤科、眼科和妇科，以及其它领域，如宝石学、地质学和植物学；其使用范围将随着新技术的研究而不断扩大。

传统的多光谱成像系统不可携式，使用困难，且无法随处使用。

成像时间间隔受限于现有的滤光片(100.2)。某些应用要求有暗室。这种情况下，要将待检测物体从其原处带到一个暗室，或在待检物体附近建造一间暗室。

某些应用要求偏振照明或平面照明。这种情况下，此应用可能要求使用不同的镜片或滤光片。

本发明(10)中图示的成像系统可同时满足上述需求。部件全部可以更换，并且系统在所有情况下均可用。

本发明(10)中图示的成像系统供了不同的灯源、滤色和变焦功能，这是因为其LED模块(40)和滤光片(100.2)和镜片(110.2)可更换，且无需拆解。

通过这种方式，可以获得相关领域所需的高分辨率图像。在主体内部供安装有一个内部电池，可供设备长时间使用。

适配成像镜头(30)上的插座(230.1)和主体(20)连接时可通过弹簧针给成像镜头供电。

这样，当需要装置在不同的移动设备时，不需更改成像镜头(30)的设计，只需更改主体(20)的设计便可以相适应。

在多光谱成像中，根据可见光波长的用途选择照明。在这种情况下，较高频段的照明可能会减弱或破坏某些物质的荧光性。

为此，可使用窄带的LED(40.1)。为了观察多光谱效应，物质反射的光必须经所需波长频带过滤。从而，获取的图像通过设备的CCD或CMOS传感器被传输到手机内存。数据可以通过互联网进行传送，因此能够进行快速的数据传输。

发明中图示的成像设备(10)与三维成像相机兼容。已经开发了分离镜片(110.2)和滤光片(100.2)用于此目的。系统的架构允许使用图像处理或分析程序。

在这方面，本发明提供了诸如全景成像、通过图像处理进行图像过滤、更改对比度、自动对焦、颗粒消除、在图像上进行角度和距离测量、在图像上绘制图形、色彩光谱和数码变焦的功能。

此外，高级功能，比如边缘检测、自动曲面计算、自动颜色检测和指纹分析，都可以集成在系统中。这将保障其在大范围内的使用。

成像镜头(30)可在不同的设备进行安装，以便实现多光谱成像。由于集成了三脚架连接点(160)，可以实现固定成像。系统还可用于高光谱成像。无需其他的设备。

根据使用领域，系统可以集成到云或安全的云系统中。这样，实现了瞬时的数据传输和保存。这些数据可在移动设备或服务器上进行处理，并传回至移动设备。

此发明中图示的成像设备(10)，由于手机和/或成像系统的摄像头、置于成像镜头(30)内部的镜片(110.2)和滤光片(100.2)，和据此形成的不同的LED(40.1)组合；

现有移动设备中的镜片(110.2)仅能提供宏观成像。宏观成像不足以满足预期结果以及医疗和法医的微观检验。

图1和图2，为成像设备(10)的一般透视图。

主体(20)装置到带有摄像头的移动设备中，并使用固定翼(80)固定，移动设备摄像头与成像镜头(30)的对齐通过使用滑动系统(120.1)完成，该滑动系统专门用于各移动设备型号。

主体(20)包含内置的电池，用于长时间照明，无需浪费移动设备的电池，并为成像设备(10)提供电源。此外，成像设备(10)可以连接到手机内部或外部电源。

成像镜头(30)包含一个LED模块(40)、一个滤光盘、一个透镜盘(110)、一个可选扩散器(50)和一个扩散器的可选接触式玻璃盖(150)，所有这些都可更换，无需拆解，且无需任何外部工具。

成像镜头(30)可与主体断开连接(20)。通过插座(230.1)连接至主体(20)，并且所需电源通过主体(230.1)传输到成像镜头(30)。这样，主体(20)可用作移动设备的一个外置电源。

此外，由于安装特性，通过更改主体(20)可以实现低成本适配不同的手机型号。

装有主工作元件的成像镜头(30)保持不变，这样，将生产和营销成本最小化。

使用主体(20)上的光亮度调节按钮(90)可设置光亮度。通过插座(230.1)传输必需的电力。通过调整按钮(70)可以更改或关闭LED模块(40)的光亮度。使用分离按钮(70)可以拆卸或更换LED模块(40)。光扩散器(50)可选择放在LED模块(40)前方。

在成像镜头(30)中的滤光盘(100)和透镜盘(110)可旋转，从而实现所需的多光谱成像特性，无需任何工具。

滤光盘(100)允许通过其具有的滤光片(100.0)组合，通过摄像头传感器检测经物质(荧光、冷光等等)反射从LED模块(40)发出的光。透镜盘(110)通过置于其上的镜片(110.2)提供成像区域必要的变焦，空透镜盘室(110.1)提供了透镜盘(110)，用于宏观成像。

在主体(20)上的摄像头空间(120)将摄像头连接到成像镜头(30)。在成像镜头(30)上的滤光片信息空间(130)显示了当前选择的滤光片(100.2)。这样，可以调整所需的滤光片(100.2)。如果使用微型转子或类似部件全自动执行旋转操作，则不需要这些空间。

滤光盘(100)可以装有多达三个滤光片(100.2)。滤光盘(100)自身容易更换，无需任何工具。空滤光盘室(100.1)用于宏观成像。

在透镜盘中(110)，有两种镜片(110.2)和一个空透镜室(110.2)，通过摄像可进行宏观成像。为此，LED模块(40)通过置于其上的LED(40.1)点亮。LED模块(40)可提供至少一种特定波长的光。

需要多光谱成像的照明区域需要优先处理。使用LED(40.1)完成的照明置于LED模块(40)上。LED模块(40)提供至少一种特定波长的光。

发出特定波长光的原因是利用了物质吸收和反射特性，从而得到最佳分辨率的图像。

使用光亮度调节按钮(90)激活相同LED模块(40)的不同的照明选项。使用调节按钮(40)可以逐步增大或减小光亮度。或者，由于LED处于标准化角度，无需更改LED模块，就可以使用偏振滤光片(270)实现偏振成像，(40)。

这样，一些曲面的底面可以在一定距离成像。

LED模块(40)发出的光在曲面反射后且在进入摄像头前，必须穿过一个专用的滤光片(100.2)。这些滤光片(100.2)都位于成像镜头(30)中的滤光盘(100)，并且编号不同，根据滤光盘(100)的旋转特征的使用领域，调整这些滤光片。

当需要未经过滤的宏观成像时，可使用空滤光盘室(100.1)。

在成像期间，根据不同编号的距离，不同的镜片(110.2)置于透镜盘，并且通过旋转特征进行选择。当要求宏观成像时，可在透镜盘(110)上使用空透镜盘室(110.1)。

正面保护(230)将LED模块(40)、滤光盘(100)和透镜盘(110)结合并装在一起。其也包括带有主体(20)的成像镜头与旋转筒(170)的连接，当连接后，该旋转筒的旋转部件就位。

透镜盘(110)和滤光盘(100)之间的连接通过连接件(240)实现。

盘体背面保护(250)使成像镜头防尘和免受背面冲击，并且装有连接件(240)和旋转筒(170)，当连接后，旋转筒装的旋转部件就位。

如需要，可以使用扩散膜(50)并可以根据用途而更改。扩散膜(50)能阻挡外部光，并且也能确保光的均匀传播。

如需要，接触玻璃盖(150)可安装在扩散膜(50)上，用于接触成像。

如需要，为了完成水平和垂直方向的照明成像，可以使用宏观成像设备(280)及其自身的LED照明，并可以移除LED模块(40)。这样，垂直方面照明产生耀斑的曲面可使用水平照明进行成像。

在法医学中，现场的指纹快速成像尤其重要。为此，根据曲面情况，必须进行特殊的照明和滤光。否则，无法成像，或者成像质量低。

例如，在Ardrox用作试剂的曲面上，光的波长必须是380nm，且反射光必须经过500nm滤光片(100.2)进行过滤。这种情况下，两个系统必须提供这两个具体值，专用的照明系统和专用的滤光系统。此发明中图示的成像设备(10)可以实现此类型的成像，无需任何重型设备，并且图像可以瞬间传送到中心。

另一个例子，在现场，在黑色区域上可以看见一些不明显的火药残渣。为此，光的波长必须是430-470nm，并且通过滤光片(100.2)过滤阻挡在550nm以下。此发明中图示的成像设备(10)因其高级透镜盘(110)，所以可实现显微成像，无需暗室，并且图像可瞬间传输到中心。

在另一个应用领域中，此发明中图示的成像设备(10)可以实现皮肤科学中的真菌和类似结果的成像，无需Woods(紫外线)灯。这样，可以记录在皮肤检测区域的不同表皮组织，用于病人记录的进一步检测。

对于三维相机，需要在两个摄像头前的滤光盘(100)和透镜盘(110)中放置相同类型的两个滤光片(100.2)和镜片(110.2)。