将表面下结构投影到物体表面的制作方法

专利名称：将表面下结构投影到物体表面的制作方法
技术领域：
本发明主要与散射红外光的产生有关。更具体地说，本发明涉 及到一种用散射红外光照射物体，并基于反射的红外光产生物体表面 之下埋藏结构的视频图像，然后将该埋藏结构的图像投影到物体表面 的一种系统。
背景技术：
一些医疗步骤和疗法需要医生在病人的胳膊或其它部位找准血 管。这一点可能会比较困难，尤其是当血管比较小和/或血管隐藏在较 厚的皮下脂肪或其它组织之下的时候。现有的用来帮助找到血管的成 像系统之性能是不足的。因此，需要一种增强皮下血管与周围组织间的视觉对比度的系统。 发明内容上述的需求和其它需求可以通过一种提供散射光给一个物体， 例如一位病人，以增强皮下血管的能见度的设备而得以满足。在一个 实施例里，该设备包括一个发光源阵列。每一个发光源都能朝向物体 发射一定波长的红外光。 一个电源给该阵列供电，当电源接通时，该 阵列发射出红外光。该设备还包括一个具有不止一个扩散级的扩散结 构。在自该阵列发射出来的红外线穿过扩散结构时，每一扩散级都提 供一个级别的红外线扩散。在另一个实施例中，披露了一种可提供散射光给物体的设备。 该设备包括一个发光源阵列，每一光源都能朝向物体发射出一定波长 的红外光。 一个电源给该阵列供电。该设备还包括扩散结构，该结构 为该阵列发射出的红外光提供各种级别的扩散。该扩散结构包括一个
紧邻该阵列布置的第一扩散层。第一扩散层为阵列射出的光提供第一 等级扩散。第二扩散层与第一扩散层隔开，并为阵列射出的光提供第 二等级扩散。包括一个起偏器用于将阵列射出的光偏振化。在另一个实施例里，披露了一种可提供散射光给一个物体的设 备。该设备包括一个光源，用于将红外光发射到物体。第一扩散层具 有一个第一扩散平面，截获来自光源的光，并对光源射出的红外光提 供第一数量的散射。该设备包括一个视频成像装置，用于接收自物体 反射的光。该视频成像装置基于反射光而提供物体的视频图像。在另一个实施例里，披露了一种可提供散射光给一个物体的设备。以选定的图案排列的发光二极管(LED)组确定了一个LED平面。 每一 LED都具有一个用于朝物体发射红外光的发射表面和一个用于 提供电信号给LED的电输入端。该设备包括一个控制电路以提供用于 激活一个选定的LED组中的一个或多个LED的控制信号。放置一个扩 散结构以截获和散射发射自一个或多个LED的红外光。使用这里所描述的发明，使在白光或非扩散性红外光下很难或 不可能看见的皮下血管在视频图像里很容易看得清，此时皮下血管在 周围肉质的较浅背景下呈暗线状。附加的实施例被展示以显示照射源、用于观察被照射物体表面 下的埋藏结构的图像的成像装置、以及用于将处理过的图像投影回 物体表面的投影器的多种不同配置。由于本发明不同于现有技术，是 将埋藏结构的图像投影回物体表面(而不是远离物体表面的屏幕或监 视器上)，如果观察者进行离轴观察，则使用本发明的观察者不会出 现现有技术装置中会发生的显着的视差。换句话说，由于本发明是投 影到物体表面而不是远离物体表面的屏幕，所以当观察者离轴移动时 图像仍然停留在物体表面的同样位置。所有实施例的一个重要的特征 是成像装置所观察到的埋藏结构的图像基本上应在投影回物体表面 的图像的第二光谱之外的第一光谱范围内，从而导致成像装置看不到 投影回物体表面的图像。观察到的埋藏结构的图像的光谱与埋藏结构 的投影图像的光谱大体上的不重合有效地减弱了投影图像对埋藏结 构图像处理的干扰。因为投影图像是在第二光谱，如可见光光谱里，
用于成像装置的物体照射是在第一光谱，如红外光谱里，所以保持这 两个光谱的基本不重合。在另一个披露的实施例里，物体可用宽光谱 环境光照射，而非用主要是第一光谱中的光照射，并且第一光谱带通 滤光器被放置在成像装置前面，以移去第一光谱外的所有光谱分量， 从而使成像装置只能看见物体反射的宽光谱散射光的第一光谱分量。 在本发明的优选实施例里，当用于医疗用途来观察皮下血管时，第一 光谱以红外光谱最为优选。本发明描述了两种机构来以镜头与物体之间的适当距离保持成 像装置观察到的埋藏结构的图像清晰。本机构的第一个实施例使用一 对激光指示器从不同角度指向物体，从而只当目标距离成像装置在恰 当的成像距离时，这两个激光指示器才会聚于同一点上。本机构的第 二个实施例给投影图像增加了一个可识别的图案，如一个文字边框， 从而使目标物体表面上可识别的图案仅在目标距离投影器适当的成 像距离时清晰，从而使得目标距离成像装置的成像距离也适当。本发明还披露了图像处理以将不想要的小的假象，如表面毛发 和其它特征，在投影到物体表面之前从观察到的埋藏结构的图像上去 除。本发明描述了一个校准步骤，其中投影器将绿色目标图案投影 到荧光屏上，然后荧光屏将投影的绿色目标图案转化成红外成像装置 可见的深红色光。 一个计算机程序纪录观察到的图案的位置，并计算 用于双线性变换的校准系数，以校正成像装置和投影器之间的放大倍 率、旋转和偏移。 技术层面从技术观点来讲，本发明提出了一种情形，就是某些医疗步骤和疗法需要医生在病人的胳膊或其它部位找准血管。在现有技术里， 这一点可能会比较困难，尤其是当血管隐藏在厚厚的皮下脂肪之下时。用来帮助找到血管的现有的成像系统的性能是不足的。因此，本 发明要解决的技术问题在于提供一种设备和方法增强皮下血管和周 围组织之间的视觉对比度。该问题可通过一种增强物体表面下埋藏结构的能见度的设备来 解决。该医疗设备包含一个用于接收物体反射的散射光并成像的成像 装置和一个用于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面的视频投影器。本发明的技术设想是一种概念上的转变，其使埋藏结构成像， 并使用了具有第一发出光束的第一激光器和具有第二发出光束的第 二激光器，所述的第一发出光束和第二发出光束彼此不平行，而且它 们相交于距所述设备的期望目标距离处，当所述第一发出光束和第二 发出光束的交点位于物体表面上时，所述埋藏结构位于所述成像装置 的焦点上。结果，在病人的胳膊或其它部位上找准血管这一艰巨的任 务变得容易许多，因为图像投影到皮肤上时血管变得可见了。优选的，该设备还包括视频投影器，通过将可见光图像投影到 物体表面来显示埋藏结构。根据另一方面，本发明涉及一种对增强物体表面下埋藏结构的 能见度的设备的校准方法。该设备包括 一个成像装置，用于接收物 体反射的第一光谱范围之内的散射光并产生图像；和视频投影器，用 于将埋藏结构在第二光谱范围之内的可见光图像投影到物体表面，而 所述第一光谱和第二光谱基本上不重合。该方法包括如下步骤将所 述第二光谱里的间隔开的点的图案投影到在所述第二光谱里发出荧 光的荧光屏上；观察所述点的荧光图案的位置；使用所述观察到的位 置计算用于双线性变换的校准系数；然后用所述双线性变换以所述校准系数校正接下来投影的图像。根据另一方面，本发明涉及一种增强物体表面下埋藏结构的能 见度的方法。该方法包括下列步骤提供一种成像装置，用于接收物 体反射的散射光；产生接收图像；然后从接收图像移去细小的黑暗假 象，同时保留接收图像里较大的黑暗物体以产生己处理图像；然后以 可见光谱将己处理图像投影到物体的表面。优选地，该方法还包括在产生已处理图像之后并在投影已处 理图像之前，对已处理图像执行自适应边缘增强。根据另一方面，本发明涉及一种增强物体表面下埋藏结构的能 见度的设备。该设备包括 一个成像装置，用于接收物体反射的散射
光并产生图像；和一个视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投 影到物体表面，所述投影可见光图像包括一个独立于所述埋藏结构的 可识别的附加图案。优选地，该附加图案是一个文字边框。根据另一方面，本发明涉及另一种增强物体表面下埋藏结构的 能见度的设备。该设备包括 一个成像装置，用于接收物体反射的散 射光并成像； 一个视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到 物体表面；和一个红外滤光器，位于所述的成像装置和物体之间。根据另一方面，本发明涉及第三种增强物体表面下埋藏结构的 能见度的设备。该设备包括 一个成像装置，用于接收物体反射的散 射光并成像； 一个视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到 物体表面；和一个照射源，用于照射埋藏结构。优选地，所述设备中所述成像装置只接收第一光谱范围内的所 述散射光，且投影到物体表面的所述可见光图像具有一个基本上与所 述第一光谱不重合的第二光谱。在一个优选实施例里，该装置还包括一个位于所述成像装置和 物体之间的红外滤光器。根据另一方面，本发明涉及第四种增强物体表面下埋藏结构的 能见度的设备，其中所述埋藏结构被四周环境光线照射。该设备包括 一个成像装置，用于接收物体反射的散射光并成像；视频投影器，用 于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面；和一个红外滤光器，位 于所述成像装置和所述物体之间。


通过参考优选实施例中详尽的描述，并连同非按比例的附图一 起考虑时，本发明的其它优点将变得明显，其中相似的参考符号在下 列附图里指定代表相似或相近的元件图1描述了根据本发明的一个优选实施例用于观察红外光照射 下的物体的一种成像系统；图2a和图2b为根据本发明的一个优选实施例使用散射红外光
的一种成像系统的透视图；图3和图4为根据本发明的一个优选实施例的成像系统的横断 面视图；图5为根据本发明的一个优选实施例的成像系统的功能框图； 图6a为根据本发明的一个优选实施例使用散射红外光的一种成 像系统的透视图；图6b为图6a的成像系统的横断面视图；图7a为根据本发明的另一个实施例使用散射红外光的一种成像 系统的透视图；图7b为图7a的成像系统的横断面视图；图8为一种成像系统的另一方面的等距视图；图9为依照图8之线A-A的箭头方向观察到的一部分成像系统 的前视图；图10为依照图9之线B-B的横断面侧视图；和图11为一种成像系统的框图。图12为本发明的第三种成像系统的内部透视图。图13为本发明的第四种成像系统的内部视图，为便于解释，一 些部分合在一起显示。图14为本发明的第四种成像系统的图解视图。图15为本发明的第五种成像系统的内部视图，该成像系统使用 环境光照射被观察的物体。图16a和16b，依次合在一起，是为接收图像进行去除假象的图 像处理的程序列表。图17a、 17b、 17c、 17d和17f，依次合在一起，是接收图像进 行去除假象图像处理的〔++编程语言程序列表。图18为图解透视图，显示一对激光指示器是怎样被用于定位要 观察的物体的。图19为图解透视图，显示本发明的成像系统的校准步骤。图20a、 20b和20c为皮下血管投影到覆盖血管的身体组织之上 的处理过的图像的照片。
图21为周围有文字边框的投影图像的照片。图22为周围有文字边框的投影图像的另一张照片，其与图21 类似，但图22里观察到的物体已经移位，用来显示文字边框是如何 偏离焦点以显示该物体的定位不当。图23显示的是一个文字边框图像，该图像与一个投影图像结合， 一同投影到物体上以确保定位正确。图24为通过本发明将表面下血管投影到一只手上的处理过的图 像，类似于图20 (省去了文字边框)和图21，但显示了文字边框是 如何偏离焦点以显示该物体的定位不当。图25a和图25b为计算机列表，显示了本发明的成像系统的双 线性变换的校准系数解决方法。图26为〔++编程语言程序列表，使用校准过程中决定的系数对 观察到的物体图像进行运行时校正。
具体实施方式
皮肤和一些其它身体组织反射大约700到900毫微米的近红外 光范围的红外光，而血液则会吸收此范围内的辐射。因此，在红外照 射下的身体组织的视频图像里，血管在周围肉质的较亮背景下看似一 条条的暗线。但由于皮下脂肪的反射本性，隐藏在厚厚的皮下脂肪下 的血管在直射光的照射下(也就是说，光一般从单方向入射)将很难 或不可能看得清。发明人已经确定，当具有厚厚的皮下脂肪的一块身体组织在近 红外光范围内在高散射红外光的照射下成像时，血管和周围肉质之间 的对比度要比在直射红外光照射下观察到的要明显得多。尽管本发明 不应被任何特殊操作理论所局限，但看起来皮下脂肪反射的散射红外 光的大部分都朝着远离观察的方向。因而，当高散射红外光被用于照 射组织时，血管和周围肉质之间要求的视觉对比度能得以保持。图1所示是一个成像系统2，用于使用高散射红外光照射物体 32，例如身体组织等，以及在物体32反射的红外光的基础上产生物 体32的视频图像。如这里详细描述的那样，当物体32为身体组织时，
隐藏在组织里皮下脂肪下的血管在系统2所产生的视频图像里清晰 可见。成像系统2包括一个照射系统10，其使用来自多个不同照射方 向的红外光照射物体32。系统10包括多个红外光源10a-10f，每一 光源都从不同的照射方向提供红外光给物体32。红外光从每一光源 10a-10f入射的方向在图1中通过射线4a-4f来描述。如图1所示， 红外光的入射方向从垂直于或近似垂直于物体32表面到平行于或近 似平行于物体32表面的范围之间变动。由于红外线入射到物体32 的方向范围很广，因而红外照射为高散射的。如下文所详细描述的那样，光源10a-10f优选地为光反射表面， 该表面将光从单光源引导到物体32。在其它实施例里，光源10a-10f 为单个光源或光源和反射器的组合。成像系统2还包括一个成像装置38，例如一个摄像机，用于观 察物体32。成像装置38从图1中箭头6所示方向观察物体32。 成 像装置38接收物体32反射的散射红外光，并在反射红外光的基础上 产生物体32的电子视频图像。图2a和2b所示为照射系统10的一个优选实施例。图3描绘的 是对应于图2a和2b所示断面A-A的系统10的横断面视图。系统10 在优选实施例里包括一个将光发射到光扩散结构14一端的光源12。 光扩散结构14包括一个具有反射内表面的延伸外壳16。在优选实施 例里，延伸外壳16的内表面为白色。或者，这些反射表面为镜面， 或白色和镜面的混合。正对光源12的光扩散结构14的端部为一个中 空导光管22。如下文会详细描述的那样，导光管22用作散射光的输 出孔。延伸外壳16包括第一和第二部件16a和16b，每一部件都具有 一个大端和一个小端。更理想地，第一和第二部件16a和16b大体上 为金字塔形，每一个都有四个梯形面。在较优选实施例里，它们的四 个梯面相同，从而在16a和16b的每一端都形成一个方形孔。如图 2a和2b所示，第一和第二部件16a和16b的较大端连在一起形成外 壳16。
第一部件16a的小端为一个输入孔18，由部件16a的四个梯面 的四条短边形成。光源12优选地在输入孔18连接到第一部件16a 的小端。因此，光源12产生的光在输入孔18进入延伸外壳16，照 射外壳16的内表面。第二部件16b的小端为一个输出孔径20，由部件16b的四个梯 面的四条短边形成。连接在输出孔20上的是一个中空导光管22的一 端。导光管22在优选实施例里为白色反射内表面，与外壳16的内表 面相似。系统10还包括一个延伸的内反射器24，其被放置在外壳16里， 且最好与外壳16同轴。为清晰起见，内反射器24在图2b里显示为 从外壳16中移去。在优选实施例里，内反射器24由一个方筒形部件 24a连接到一个金字塔形部件24b的方底形成。更理想地，金字塔形 部件24b有四个面呈塔状逐渐接近相交于顶点。如图3所示，金字塔 形部件24b的顶点靠近外壳16的输入孔18。内反射器24具有白色 的反射外表面，类似于外壳16的内表面。结构14的光扩散特性借助于图3可很好理解。光源12里面是 一个灯26，例如一个石英卣素灯泡和Gilway制造的型号为L517A-G 的镀金反射器。当通电时，灯26发出白光，产生电磁辐射。为了更好地描述，灯26可以被想象成一个点光源，发出多个方 向的光线，如示例射线28和30所表现的那样。如图3所示，射线 28从外壳16的部件16b的内表面反射。然后，射线28穿过输出孔 20，进入导光管22，然后经过导光管22的内表面的多次反射后，从 出口孔23射出。射线30自光源12处以不同于射线28的角度射出， 经过内反射器24反射。射线30经外壳16的部件16b的内表面反射， 然后穿过输出孔20，进入导光管22。经过导光管22的内表面的多次 反射之后，射线30从出口孔23射出，但角度与射线28的不同。当物体32被放置在出口孔23附近时，射线28和30从不同角 度射入物体32。最理想的是，从光源12处射出的光线可以被描述为 无数条从内反射器24和外壳16的内表面以无数个不同角度反射的射 线。因此，从出口孔23射出的光线从许多不同角度射到物体32，成 为高散射光。这些射入的角度从近似垂直直到近似平行于出口孔23的平面的范围之间变动。由于扩散结构14为三维的，光也可从外壳 16和内反射器24的其它表面反射，例如与图3所示表面垂直的表面。 因而，从照射系统IO的出口孔23射出的光线为高散射光，看似是从 许多不同的光源发出。由于外壳16的反射内表面和内反射器24的反射外表面的排列， 扩散结构14有效地将灯26射出的光线传递到出口孔23。因此，灯 26射出的相当大一部分的光线都到达物体32，光能浪费很少。如下文详细描述的那样，照射系统10可被用于提供医学成像所 用的散射光。但是，本发明的范围不仅仅局限于医疗用途。系统10 也可以被用作一个散射光源，用于一般的摄影目的。在一个优选实施例里，如图3所描绘的那样，光源12包含一个 冷光反射镜34，其被置于灯26和外壳16的输入孔18之间。冷光反 射镜34大体上反射波长在选择的红外线波长范围之外的所有光线。 优选的是，所选择的范围包括700到1000毫微米的波长。紧靠着冷 光反射镜34，置于冷光反射镜34和输入孔18之间的是一个红外透 过滤光器36，该滤光器进一步减弱波长在所选择的红外范围之外的 光线，而让波长在所选择的红外范围之内的光线通过。因此，穿过冷 光反射镜34和滤光器36继而进入外壳16的光线为波长在所选择的 红外范围之内的红外光。应该注意的是其它方式亦可以用来将光源12设定为产生红外 光。例如，光源12可包含一个红外发光二极管(LED)或一个红外发光 二极管的阵列。因此，图3所示和上面所描述的光源12的配置只是 一个优选实施例，本发明对光源12的任何特殊配置均没有限制。图4描述的是照射系统10的一个优选实施例的尺寸规格。如图 4所示，光扩散结构14的总长度大约是34.82英寸。第一和第二部 件16a和16b的接合点处的外壳16的高度和宽度大约是10. 04英寸。 导光管22的优选长度大约是14.00英寸，高度和宽度大约是5.08 英寸。在优选实施例里，内反射器24的总长度大约是15.86英寸。 内反射器24的管状部件24a的优选长度大约是7. 93英寸。管状部件 24a的高度和宽度大约是3. 5英寸。光源12的高度和宽度大约是2. 11 英寸。如图4所示，本发明的一个优选实施例包括一个基于物体32反 射的散射光连同视频成像装置38 —起产生视频图像的镜头40。该实 施例的成像装置38优选地为一个电荷耦合器件(CCD)摄像机38，由 Cohu制造，型号为631520010000。而该优选实施例的镜头40是一个 25毫米的f-0. 95电影摄影机镜头，由Angenieux制造。优选实施例的摄像机38和镜头40置于内反射器24的管状部件 24a内。如图4所示，管状部件24a的开口端形成了一个孔，而摄像 机38和镜头40须对准该孔。这样的话，中空导光管22大体上位于 摄像机38的视野中央。因此，摄像机38接收物体32反射的光线， 该光线进入导光管22，穿过外壳16，继而进入部件24a的开口端。如图4所示，本发明的优选实施例包括一个红外透过滤光器42， 其置于管状部件24a的开口端。该滤光器42接收物体32反射的光线 以及任何其它可以进入外壳16的光线，且大致上排除了波长在约700 到1000毫微米的红外线范围之外的所有光线。在优选实施例里，滤 光器42大体上排除了波长约在800到850毫微米的所选红外线范围 之外的光线。因此，穿过滤光器42进入镜头40的光线为所选择的波 长范围之内的红外光。因而，摄像机38主要接收来自于照射系统10 的红外光和物体32所反射的红外光。基于物体32反射的光线，摄像机38产生了一个以电子视频信 号的形式表达的物体32的视频图像。如图5所示，该视频信号优选 地被提供给一个图像增强板44，如DigiVision制造的型号为 ICE-3000的板。板44基于来自摄像机38的视频信号产生一个增强的视频图像信号。该增强的视频图像信号被提供给一个视频采集显卡 46，如Miro制造的一个型号为20-TD的Live卡。卡46仍采集来自图像信号的可能被以数字格式存储在一个数字存储设备上的静态图 像。卡46也可以对视频图像信号进行格式编排以便在视频监视器48 上进行实时显示。照射系统IO可以使用其它方法产生根据本发明的散射红外光。
例如，图1的光源10a-10f可通过环形光闪光灯实现。或者，可以使 用一个圆形阵列的发光二极管来照射置于物体32表面附近的一个塑 料扩散器。在后面的实施例里，光源10a-10f对应该阵列里的单个发 光二极管。在图6a和6b所描述的本发明的另一实施例里，成像系统2包 括一个视频投影器50，用于用物体32的图像照射物体32，以增强物 体32较亮区域和较暗区域之间的视觉对比度。如美国专利编号为 5， 969， 754，名称为对比度增强照射装置(Contrast Enhancing Illuminator)的专利(内容并入本文参考)所描述的那样，当物体的 投影可见光图像的部分与物体相应的部分重叠时，该物体的特征对于 观察者来讲在视觉上增强了。重叠的可见光图像使得该物体较亮的部 分看起来更亮，而较暗的区域则没有变化。图6a和6b所示的本发明的实施例以类似于之前描述的方式将 散射红外光(以射线52表示)提供给物体32。然而，在图6a和6b 所示的实施例里，照射光的路径被折叠，导光管22的出口孔23相对 于图l-3所示出口孔旋转90度。如图6b所示， 一个分光器，如一个热镜54，接收来自光扩散结 构14内部的红外光52，并将红外光52反射到导光管22里并朝向物 体32。热镜54也接收物体32的一个红外光图像(以射线56表示)， 并将其反射到摄像机38。热镜54接收来自投影器50的可见光图像 (以射线58表示)，并将其传输到导光管22里并朝向物体32。如美国专利编号为5,969,754的专利里更加详细的描述那样， 来自摄像机38的视频输出信号被当作视频输入信号提供给投影器 50。基于视频输入信号，投影器50将物体32的可见光图像58投影 到热镜54。热镜54接收可见光图像58，并将其传输到导光管22里 朝向物体32。通过适当地调准来自投影器50的投影可见光图像58 和通过摄像机38所检测到的物体32的红外线图像56，投影的可见 光图像58的部分与物体32相应的部分重叠。当物体32为身体组织时，本发明被用于找准身体组织里的皮下 血管，该血管在投影的可见光图像58里看起来像是一条条的暗线。 因此，当可见光图像58被投影到身体组织上时，皮下血管直接位于投影可见光图像58里的暗线之下。如此一来，本发明大大提高了医 生找准皮下血管的能力，同时将病人的不适感降到最低。图7a和7b描述的是本发明的另一个实施例以作为一个对比度 增强照射装置使用。图7a和7b的实施例按与图6a和6b的实施例类 似的方式操作。但是，在图7a和7b的实施例里，摄像机38置于光 扩散结构14的外面。为适应摄像机38的不同位置，图7a和7b所示 热镜54相对于图6a和6b中热镜的位置顺时针旋转90度。另外，热 镜54具有与上面所描述的根据图6a和6b的功能相似的功能。为适 应不同的摄像机位置，红外透过滤光器42被安装在导光管22的壁上。 本实施例提供有一个反射面板60，以进一步将光从光源12传输到导 光管22里和出口孔23处。在优选实施例里，面板60为一个具有一 个孔的扁平反射片以允许光线在物体32和摄像机38以及投影器50 之间通过。一个相对小型且可靠的成像系统70的一个优选实施例在图 8-11里有描述。成像系统70优选地被配置为用于照射物体71，如身 体组织之类，并基于物体71反射的红外光产生物体71的视频图像。 成像系统70在优选实施例里包括一个将系统70的成像部件含在内的 机架72。如图8所示，机架72最好具有一个大体为矩形的构造。机架72 在优选实施例里长度大约在3到5英寸之间，宽度大约为3.5英寸。 所属领域的技术人员会联想到成像系统70可以以多种方式配置，而 且本发明不应受任何特殊例子或这里讨论的实施例所限制。例如，在 图8里，机架被描述成矩形，但是，圆形、多边形和其它几何结构和 大小也是可行的。成像装置74 (比如一台配有镜头75的摄影机)和视频处理组件 都处在机架72内。成像装置74和视频处理组件能够检测红外光，并 处理来自物体71的被检测红外光。成像系统74基于物体71所反射 的被检测红外光生成一个图像，如同这里描述的一样。如图8与9 所示，成像装置74优选地安装于安装壁78的一个孔76之内，镜头
75伸入机架内部77，如以下进一步描述。更具体地说，摄像机74 最好是在中央并且平行地安装于机架72之内。该优选的摄像机对称 位置旨在将摄像机所检测的光的量减少到最小，改善系统70所生成 的图像，从而改善分布在身体组织内皮下脂肪之下的血管的照射。在最佳实施例中，机架72包含多个能够将来自系统70的散射 光传输到物体71的组件。箭头80代表系统70所传输的散射光。箭 头82代表物体71所反射的散射光。如图9所示，以沿图8断面线 A-A的箭头方向观测，壁78包含多个分布于LED阵列85中的用于发 出红外光的红外发光二极管(LED) 84。 LED阵列85定义了一个LED 参照面。通电之后，每一个LED 84优选地以大约740毫微米(nm) 的波长传输光。在优选实施例中，每一个LED 84由奥地利的Roithner Lasertechnik制造，型号为ELD-740-524。如图10所示，并根据优选实施例，LED84被安装于一个靠近壁 78的电路板86上。如图9所示，在最佳实施例中，共有八组LED84 的组92、 94，同心地布置在成像系统74周围。LED的同心布置旨在 保证来自系统70的散射光的最大散透射。更佳的，每一LED84的组 92、 94至少包含十个LED 84。但是，根据系统70的一个实施要求， 在某一组内也能包括更多或较少数量的LED。而且，系统70能在LED 阵列85内包括更多或较少的LED组。继续参照图9，在LED阵列85的角区96处共有四个LED 84的 组92。在最佳实施例中，LED阵列85的每一个角区96内至少布置了 15个LED 84。在LED阵列85的侧区98内优选地布置有四个LED 84 的组94。每一个侧区98大体上位于每一个角区94之间。在最佳实 施例中，LED阵列85的每一个侧区98内至少布置10个LED 84。如上所描述的，在最佳实施例中，LED阵列85布置在电路板86 之上。结合控制系统90，电路板86包括控制电路，其控制在LED阵 列85内的LED 84的某一组或几组92、 94之内的一个或多个LED 84 的激活状态。如图ll中框图所示， 一电源88和一控制系统90 (比 如一台微处理器或类似控制装置)被电连接到电路板86上。另外， 亦可以不使用控制系统90来控制LED,也就是可以将电源88切换到"开"或"关"，以激活或关闭LED阵列85。此外，脉冲调制技术 也可结合到电源88来根据需要的占空比激活或关闭LED阵列85内的 一个或多个LED 84。如图ll的框图所示，在成像系统70的一个优选实施例中，LED 阵列85通过电路板86电连接至电源88和控制系统90。控制系统90 包括控制LED阵列85将红外光发至物体71的控制部件。如这里所述， 控制系统90能够激活一组或多组LED阵列85内的一个或多个LED 84 来持续或间歇地发出光。也就是能够选择并控制一个LED 84或多个 LED 84向物体71持续或间歇地发出红外光。因此，系统70可被配 置为从各种排列和组合的LED 84禾B/或LED组92、 94的LED阵列来 传输红外光。现在请参照图IO，第一散射层100布置在邻近LED阵列85内的 LED 84的发光面102处。根据一个优选实施例，第一散射层100用 例如已知的粘合剂等粘合到LED阵列85的发光面102之上，从而将 LED阵列85内一个或多个LED84所发出的光扩散。在最佳实施例中， 第一散射层100为一个全息20度散射体，比如由加利福尼亚托兰斯 的 Physical Optics Corporation 制造的、标识码为 LSD20PC10-F10xlO/PSA的产品。在最佳实施例中，第一散射层100 长度大约为3. 5英寸，宽度大约为3. 5英寸，厚度大约为0. 10英寸。 当激活LED阵列85内的一个或多个LED84时，第一散射层100扩散 来自LED阵列85的红外光，从而向所发红外光提供第一散射量。图10所示为机架72的内表面104。在最佳实施例中，内表面 104涂覆有反射涂层，比如白色油漆或类似产品等，以反射和进一步 扩散第一散射层100所生成的己散射的光。继续参照图10，第二散 射层106与第一散射层间隔距离LDD。在最佳实施例中，第一和第二 散射层100和106之间的距离LDD大约为3英寸。在最佳实施例中， 第二散射层106为一全息20度散射体，与如上描述的第一散射层100 相似或相同。第二散射层106的优选长度大约为3. 5英寸，宽度大约 为3.5英寸，厚度大约为0. IO英寸。第二散射层106进一步扩散内表面104所反射和第一散射层100
所提供的已散射光。如图8所示，第一和第二散射层大体上是平面的，即每一个层100和106都定义了一个平面几何形状。根据最佳实施例， 第一和第二散射层100和106所定义的平面大体上是相互平行的。散 射层100、 106的优选平行平面布置旨在当激活一个或多个LED 84 时，促进从系统70发射出可计量和统一数量的散射光。继续参照图10， 一基底材料108，比如以LUCITE商标销售的由 威尔明顿的DuPont制造的LUCITE (卢塞特树脂)材料，布置成与第 二散射层106相邻。在最佳实施例中，基底材料厚度大约为0.125 英寸。 一可见偏光器110布置成与基底材料108相邻。可见偏光器 110最好为位于伊利诺斯州弗农山的Visual Pursuits制造的产品， 部件号为VP-GS-12U，厚度大约为0.075英寸。因此，随着发射光穿过第一散射层100，在第一隔室72a的内表 面104反射，并继续穿过第二散射层106、基底材料108和偏光器110， 系统70可产生不同等级的扩散。因此，所发出光通过第一散射层100 之后就会产生一个散射等级。从第一隔室72a的内表面104反射第一 散射层100所提供的散射光时就会产生另一个散射等级。而在散射光 通过第二散射层106之后就会再产生一个散射等级。如图8所示，可见偏光器IIO优选地能包括一个中心部分112， 该中心部分112优选的是直径大约为1英寸的圆形。中心部分112 在最佳实施例中与摄像机镜头75的形状和尺寸是一致的。优选的情 况下，中心部分112的偏光相对于偏光器110的周边区域114的偏光 大约旋转90度。在优选实施例中，镜头75接触到基底材料108。如 图8所示，镜头75在机架70中的位置优选地与偏光器110的中心部 分112 —致或与之共中心轴。偏光器110的中心部分112与镜头75 的正面一致，该中心部分112旨在去掉所生成的摄像机图像中的任何 表面眩光("镜面反射")。如图IO所示，基底材料108和可见偏光器IIO具有平坦表面， 其优选地包括相对于第一和第二散射层100、 106定义的平面的类似 的平面取向。根据一个最佳实施例，第一散射层100、内表面104、 第二散射层106、基底材料108和可见偏光器110确定了一个向物体71提供散射光的散射系统116 (图10)。所述扩散结构也可包括更 多或更少数量的组件，且本发明不限于这里所披露的特定例子或实施例。比如，散射系统116可包括第一或第二散射层100、 106之一而 具有或不具有偏光器llQ，或者可包括第一和第二散射层100、 106 二者但不具有偏光器110。一旦激活，系统70会向物体71输送散射光80，并使用成像系 统74生成物体71的视频图像，如上述的那样。更具体的， 一旦电源 88被启动，LED阵列85内的一个或多个LED84会从发光面102发出 红外光。第一散射层100向所发出的红外光提供第一数量的散射。内 表面104进一步扩散从第一散射层100发出的散射光。第二散射层 106进一步扩散所述已散射光，该已散射光在照射物体71之前将穿 过基底材料108和偏光器。如上所描述的，物体71反射所发出的散 射光80来生成被成像系统74所捕获的被散射的反射光82。然后， 成像系统74生成物体71的视频图像。因此，根据一个特殊散射提供 系统70发出的散射光，系统70帮助在物体71的不同材料特性之间 进行定位和区分，比如在血管和组织之间。从先前的描述和附图中，所属领域的技术人员可以很容易知晓， 在本发明的各个实施例中可以作一些修改和/或改变。比如，可以调 整第一或第二散射层100和106定义的平面使其不互相平行，从而提 供来自系统70的不同等级的散射光。而且，LED阵列85所确定的平 面在最佳实施例中大体与第一散射层100所定义的平面相平行。但 是，可以变更LED阵列85与第一散射层IOO所定义的平面以适应不 同的工作条件，而所属领域的技术人员应了解这一点。相应地，希望 强调的是先前的描述和附图仅对各个优选实施例进行解释说明，但并 不限于这些。本发明真正精神和范围应参照附上的权利要求来确定。图20a、 20b和20c是测试对象的图片，显示皮下血管的处理图像被投影到覆盖所观测血管的每一个对象的身体组织的表面之上。现在将描述其他的附加实施例，显示照射源、观测被照射物体 表面之下埋藏结构图像的成像装置、以及将处理图像投影到物体表面 之上的投影器的各种配置。本发明的所有实施例都有很多相同的结构
特征，只有构造之间的不同之处需要详细讨论，因此，所有实施例的 类似结构特征都具有类似的功能。所属领域的技术人员应很容易就能 认识到出现在本发明的所有实施例中的类似结构特征。因为本发明与现有技术的不同处在于将埋藏结构的图像投影到物体的表面之上(而非投影到远离物体表面的屏幕或显示器之上)， 所以如果观察者从离轴的角度进行观察，则使用本发明的观察者不会 出现现有技术装置将会产生的显着的视差。所有实施例的一个重要的 特征是成像装置所观察到的埋藏结构的图像大体上应在投影回物体 表面的图像的第二光谱之外的第一光谱范围内，从而导致成像装置看 不到投影回物体表面的图像。观察到的埋藏结构的图像的光谱与埋藏 结构的投影图像的光谱的大体上不重合有效地减弱了投影图像对埋 藏结构图像处理的干扰。因为投影图像是在可见光谱内，用于成像装 置的物体照射是在红外光谱内，因此保持这两个光谱的实质不重合。 在另一个披露的实施例里，与使用主要在红外光谱中的光照射物体不 同的是，可以用宽光谱环境光照射物体，并将红外滤光器放置在成像 装置前面，用于移去红外光谱外的所有光谱分量，从而使成像装置只 能看见物体反射的宽光谱散射光的红外分量。成像系统的第三个优选实施例130如图12所示。如同在所有实施例中的一样，这里使用了近红外光来照射公知的带镜头132的CCD 摄像机作为成像装置。如之前对早先实施例所描述的那样，第二偏振 滤光器134介于CCD摄像机和被观测物体的反射光之间，从而减少从 物体表面的镜面反射。在下文对如图13和14所示的成像系统的第四 个实施例的讨论中，对通常全部位于136的照射源、第一偏振滤光器、 全息照射散射环以及光中性玻璃盖板进行最佳的说明，而它们都具有 如横截面中所示的相同结构136。如同所有实施例一样，第三个优选实施例包括一个众所周知的 视频投影器138或所谓的"光引擎"，在检查时将可见图像投影到物 体0之上。视频投影器138的一个理想特征在于高输出光强度，因为 投影器的光输出强度是在正常室内照射下观测投影图像效果的决定 性因数。视频投影器138包括一个高强度绿色LED光源，将光射入众 所周知的棱镜组件142，从而通过棱镜组件142的内反射造成发出光 的折叠，并向后引向众所周知的数字光处理(DLP)装置144，亦叫 做数字微镜器件(DMD)，其具有一紧密的小型微镜阵列，能个别地 转换反射光束的方向，以使光束通过众所周知的投影镜头146导向目 标物体，或使光束不能导向目标物体，从而以所属领域的技术人员众 所周知的方式逐像素地转变发出光束的方向。应了解到，棱镜组件 142容许成像系统的各个实施例采用更紧凑的设备，视频投影器所属 领域的技术人员都了解此种棱镜组件的使用。如同先前描述的实施例， 一个众所周知的所谓的"热镜"148 以45度布置，以截取被观测物体所反射的红外光，并将红外光向下 反射到摄像机132。"热镜"148针对较长波长的光(比如红外光) 用作反射镜，而对于较高频率的光(比如来自投影器138的绿光)则 没有反射地通过并朝向被观测物体。成像系统130还有第一和第二激光器150、 152，以确保正确定 位目标，以便摄像机132聚焦观测，如下文所描述的那样。现在参照图13和14，对本发明的成像系统的第四个实施例154 进行解释。第四实施例154被安装在一个从一移动式手推车158向上延伸 的柱子156上，以保证成像系统154能够容易运送。 一精确调焦平台 160保证成像系统154能够被升高或降低以在目标物体0上准确定 位。如同所有实施例中一样，视频投影器162配有一个525nm绿色 LED照射源("光子引擎")164，用作照射DMD/DLP芯片166。第四 实施例所使用的一台合适光子引擎164是Teledyne Lighting型号为 PE09-G的照射器，输出强度为85流明。匿D芯片166可以是Texas Instruments部件号0. 7SVGA SDR的DMD芯片，分辨率为848X600 像素，镜面倾斜角度为IO度，帧频为30Hz。众所周知的棱镜组件168， 在内部将来自光子引擎164的光反射到DMD芯片，并随后朝向物体O。 DMD芯片166受一个众所周知的驱动电子板167的控制，该驱动电子 版可由Optical Sciences Corporation制造。布置在光子引擎164和棱镜组件168之间的是一聚光透镜170， 比如BK7 Bioconvex透镜，其部件号为013-2790-A55，由OptoSigma 销售，其具有针对425-675nm光的BBAR/AR表面涂层。投影器的光来 自棱镜组件168，通过众所周知的投影透镜172，即Besler部件号为 8680的介质格式放大器镜头，然后穿过众所周知的"热镜"(高通 滤光器)174，其将来自物体O的接收红外光图像反射入第二偏振滤 光器178,然后到达摄像机176。 一合适的摄像机176是Firefly摄 像机，其由Point Grey Research销售且部件号为FIRE-BW-XX，其 使用部件号为索尼ICX084AL的640X480 CCD芯片，它能够通过一个 IEEE-1394 ("火线")接口将图像传送到计算机("CPU" ) 180。 应注意，计算机180有很多接口信号181，可以以所属领域的技术人 员众所周知的方式与成像系统通信。如第三实施例简要提及的那样， 第四实施例也有第一和第二激光器150、 152，确保准确定位目标O， 以便摄像机176聚焦观测。如同图12所示的第三实施例130，并参照图12、 13与14，第 四实施例154有一个组件136，其包括红外光照射源182、第一偏振 滤光器184 (其为有一中心孔的环形，从而不会影响来自投影器162 的投影图像或物体的观测图像)、全息照射散射环186 (同样有一中 心孔，以便来自投影器162的投影图像或物体的观测图像通过，并扩 散来自LED190的光)、以及光中性玻璃盖板188。红外光照射源182 是优选地布置成一个特定式样的一组LED,比如一个有一中心孔以便 投影图像和被观测物体的图像通过的圆环。LED优选的是照射物体0 的740nra近红外LED190，研究己经证明，这种结构为物体O的良好 照射提供了充足的散射红外光。参照图15，现在解释本发明的成像系统的第五个实施例192。 第五实施例与其他实施例的重大区别在于，第五实施例没有提供一个 照射物体的整体散射红外光源(比如，带LED190环的照射源182)， 但是却观测由光谱比之前披露的整体散射红外光照射源更宽的环境 光L (或太阳光S)所照射的物体。虽然环境光有一些红外光谱分量 并且相当的分散，这些红外光谱分量的强度通常比之前披露的散射照 射光源所生成的红外光更低。因此，本实施例要求更好(即更灵敏)
的图像装置摄像机，光学性能要比之前描述的实施例更佳。就像其他实施例，第五实施例192包括视频投影器162，其包括 一个绿色"光子引擎"164、棱镜组件168、投影透镜172以及DMD 芯片166。为允许紧凑的设计，如同其他实施例，第五实施例192包 括一个折镜194，其能在投影器内在光子引擎164和棱镜组件168之 间以直角折叠光束。如同其他实施例，第五实施例192包括一个"热 镜"174。第五实施例192也有一个红外滤光器196，其被插在成像装置 (摄像机198)和物体0之间的光路中，以滤掉除摄像机198所观测 的图像的红外分量以外的全部分量。摄像机198优选的是Basler CMOS摄像机，型号为A600-HDR，由德国Basler Vision Technologies 制造，其有一个IEEE1394 ("火线")接口，能保证捕获高达112dB 动态范围的图像。第五实施例的一个优点在于，它能够(并且应该) 用于光亮照明的室内。实验测试显示，有些人的手臂或腿被表面毛发覆盖，以致难于 清楚地看到被投影到皮肤表面之上的投影皮下构造。调查显示，所有 的毛发，甚至是白发，在近红外光中看起来也是黑色的。因此，对所 接收的图像进行图像处理，以便去掉小而暗的假象，比如毛发，同时 保留接收图像里较大的黑暗物体，以保持静脉的能见度。图16a与 16b依次合在一起，是接收图像进行去除假象图像处理的程序列表。 执行同样的假象去除程序两次，然后执行一个众所周知的适应性边缘 改善程序，比如模糊掩盖锐化处理，再接下来平滑处理由毛发去除所 生成的图像假象。程序列表已被很好的注释，能向所属领域的技术人 员解释用于图像的图像处理步骤。在范围(0…255)内具有整数像素值的接收图像被转换为0.0 和1.0之间(含)的浮点值。然后，使用具有8像素的西格马的高斯 巻积将结果图像转换为平滑(模糊)图像。这是相当小的西格玛值， 在平滑的结果图像中留下一些小特征，比如细毛发。 一个"差值图像" 被生成，其系原始图像减去高斯法平滑图像得到的，从而生成一个从 -l.O到1.0的零中心值集。毛发，甚至是白发，在近红外光中看起
来也是黑色的，所以像素负值显示是毛发，这些负值像素因此被来自 高斯法平滑图像的相应像素替换。这是接收图像处理的第一步骤。其 次，创建一个值阵列，将原始"差值图像"为负值所在的所有像素位 置("毛发"位置)设置为1.0，所有其他像素位置设置为零，从而 创建一个由0. 0或1.0值组成的阵列，而每一个"毛发像素"有一个 值l.O，所有其他像素具有一个零值。原始图像("图像l")，其有从O.O到l.O的像素值，在每一个"毛发像素"位置增加0.015。 因为这是一种高度非线性操作，因此如果相当小，增加量只有1.5%。再次执行同样的操作设置(用8像素的西格马进行高斯法平滑、 创建一个差值图像、确认负值像素的位置、并增加负值像素所在位置 的图像)，然后使用具有64像素的西格马的高斯巻积再次平滑结果 图像。创建第三差值图像，其系原始图像减去高斯法平滑图像所得； 在第三差值图像内创建一个从每一个像素的绝对值开始形成的图像。 然后，使用具有64像素的西格马的高斯巻积再次平滑生成的绝对值 图像；然后，用平滑绝对值图像分割第三个差值图像，使用具有4 像素的西格马的高斯巻积平滑结果分割图像。前述的假象去除算法允许以皮下静脉的对比度(感兴趣的表面 下组织)来设置对比度，忽视假象(毛发)，从而为自适应模糊掩盖 边缘增强而准备图像，以设置最终图像的对比度。参数例如西格玛值、 阀值等可能根据对象的年龄和色素沉着程度等会有所变化。图17a、 17b、 17c、 17d和17f，依次合在一起，为接收图像去 除假象图像处理的0++编程语言程序列表，其基于图16a和图16b所 示的研究Z调查程序之上，但使用英特尔图像处理库以更快地执行数 学操作。本发明的任何或全部实施例应包括一个保持成像装置所观测到 的埋藏结构图像以合适的成像距离与图像装置摄像机焦点对准的机 械装置。如图18所示，这个机械装置的第一实施例使用一对激光器 150、 152，每一个激光器相应地发出光束200、 202，而光束200、 202 互不平行，因此从不同的角度导向物体；当目标处在距离成像装置的 合适成像距离时，这两条激光光束只能会聚在相同点204并相交，如
交叉面206的位置所示。如果目标比合适的成像距离更靠近设备，如平面208所示，或者如果目标比合适的成像距离更远离设备，如平面 210所示，这两条光束就不会在单一点相交，而会作为第一对可见点 212、 214 (平面208的)或作为第二对可见点216、 218 (平面210 的)出现在物体表面，从而显示埋藏结构并没有位于图像装置摄像机 的焦点，而从物体到设备的距离应当被改变，来将埋藏结构的观测图 像带入焦距。激光器150和152也可以在图12、 13和14中看到。本 发明所用的适宜激光器为由奥地利维也纳的Roithner Lasertechnik 制造、型号为LM-03的激光模块。目标定位机械装置的第二个实施例给投影图像添加了一个独立 于被观测埋藏结构的可识别可见光图案，比如文字边框，以进行相互 投影。只有在当目标处在距离投影器的理想距离时，被投影的可识别 图案聚焦在目标物体的表面上才能被观测者识别出来，从而使得目标表面之下的埋藏结构也处在距离成像装置的合适成像距离处。如果需 要的话，可以提供对小孩子有吸引力的卡通图案，用来鼓励孩子将身 体部位放好，以便观测皮下血管，或者可以将医院或诊所的标识或名 称用作图案。虽然埋藏结构的投影图像经常因为去除假象的图像处理 去除而有些模糊，但人们能够迅速地通过一个众所周知或可识别的可 见光图案是否脱离焦距来确认。目标定位机械装置，即可识别可见光 图案的投影而非激光器的使用的该第二实施例的一个优点在于如果 使用激光器时没有采用合适的安全防范措施，可能会有造成伤害的危 险，比如失明。 '图21的照片显示的是周围有文字边框的投影图像。 图22是周围有文字边框的投影图像的另一张照片，与图21类 似，但图22里被观察的物体已经移位，用来显示文字边框是如何偏 离焦点以说明该物体相对于图像装置摄像机定位不当。图23显示的是一个文字边框图像，该图像与一个投影图像结合， 一同投影到物体上以确保定位正确。由于如以上所描述的那样，当图 像反射在棱镜结构之内时，本发明的有些实施例中会出现图像反转的 现象，该文字边框是反转显示的，但是，当被投影时，看起来就没有 反转了。投影图像在与文字边框结合之前得到良好的修剪，因此投影 时文字边框仍然明显且清楚。图24为通过本发明将表面下血管投影到一只手上的处理过的图像，类似于图20 (省去了文字边框)和图21，但显示了文字边框是如何偏离焦点以说明该手的定位不当。如图19所示，提供了一个校准方法，其中，视频投影器138 (或 162，或者本发明的任何投影器)将一绿色目标图案220投影到荧光 屏222上，然后荧光屏将投影的四点绿色目标图案220转化成红外成 像装置132可见的深红色光。 一个计算机程序在直角坐标系即(xl， yl) 、 (x2， y2) 、 (x3， y3)与(x4, y4)中纪录了四个投影点 Pl、 P2、 P3和P4的观测图案，如果正确排列时，相对于各个点的理 想或"真实"位置即(Xl， Yl) 、 (X2， Y2) 、 (X3， Y3)与(X4， Y4)，并计算了用于双线性变换等式(图25a和图25b中对于"解" 函数的自变量)的校准系数(a、 b、 c、 d、 g、 h、 k、 f),以校正成 像装置和投影器之间的放大倍率、旋转和偏移。图25a和图25b显 示使用MAPLE 9计算机解方程程序将双线性变换系数作为校准过程中 测定的各个值的一个.函数。这些校准系数在装置运作过程中用于将图 像(x， y)的坐标系变换为校正的坐标系(X，Y)，以生成一个校准过 的图像。图26显示的是这些坐标在校准过程中完成计算后如何用作 集成电路公司Intel为匹配其处理器的使用而提供的一个众所周知 的图像处理库数学程序的参数，以使用双线性变换等式达到高性能图 像对准校正。这些运行时计算使用双线性变换等式而非浮点算术完 成，以便对图像进行更迅速的处理。校准程序将一个测试图案220投影到荧光屏之上，其由四个点 Pl、 P2、 P3和P4组成，分别在一个320X240像素矩形尺寸(如成 像装置摄像机观测)的矩形的各个端角处，每一个点有一个25像素 的半径(从成像装置摄像机观测)。例如，摄像机132的分辨率可能 是640X480像素，而投影器138的分辨率可能是1024X 780像素。 点半径从4到50像素变化的实验测试显示，100个样品的标准偏差 迅速地从5像素的点半径降低到大约25像素，然后再较缓慢地降低
到50像素的半径。要实施本发明的校准方法时，较理想的是使用绿光在第一光谱内将一个有四个间隔开的点Pl、 P2、 P3和P4的测试图案投影到荧光 屏222上，之后，该荧光屏发出荧光并生成第二光谱里的光，较理想 的是临近或处在红外光谱里的光，比如红光，其能为图像装置摄像机 132所见，甚至是通过图像装置摄像机可以通过它来观测到目标物体 的红外光传输滤光器。之后，校准软件测量这四个点的观测位置，计 算双线性变换等式的校正系数(a、 b、 c、 d、 g、 h、 k、 f)，然后使 用这些系数作为双线性变换的参数，通过在投影之前扭曲图像校正图 像装置摄像机和投影器之间的未对准误差(旋转、偏移和放大)，从 而校正投影图像。应注意，该程序允许对在水平和垂直方向不同的放 大倍率误差的校正，也允许对在水平和垂直方向不同的偏移误差的校 正。测试显示，该校准程序能够校正该图像摄像机大概一半像素尺 寸内高达土25.4mm的未对准误差。靠近测试图案的四个点的图像部 分的对准效果最佳，但对整个图像的对准效果也非常之好。应理解到，任何这些实施例的一个特征都可以以在前述的披露 之后能够理解的方式与另一个特征一起使用。比如，任何实施例都能 选择在环境照射里的红外分量照射物体，而非提供一个独立的散射红 外光源，禾卩/或可在一个激光目标定位器和一个结合埋藏结构的投影 图像的可识别图案之间选择，以保持图像装置摄像机到物体的理想距 离。虽然已对本发明进行描述并对照一个实施例和一个较佳用途进 行例证，但不仅限于这些内容，因为在本发明的全面设计范围内可以 出现某些修改和更改。
权利要求
1.一种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的设备，该设备包括成像装置，用于接收物体反射的散射光并生成图像；和具有第一发出光束的第一激光器和具有第二发出光束的第二激光器，所述第一发出光束和第二发出光束彼此不平行，并相交于距离所述设备理想的目标距离处，当所述第一发出光束和第二发出光束的交点在物体表面上时，所述埋藏结构在所述成像装置的焦点上。
2. 如权利要求l所述的设备，另外包含视频投影器，用于将所 述埋藏结构的可见光图像投影到物体表面。
3. —种对设备进行校准的方法，所述设备用于增强物体表面之 下埋藏结构的能见度，所述设备包括成像装置，用于接收物体反射的第一光谱范围之内的散射光并 生成图像；和视频投影器，用于将埋藏结构在第二光谱范围之内的可见光图 像投影到该物体表面，所述第一光谱和第二光谱基本不重合； 所述方法包括下列步骤(a) 将一个所述第二光谱里的间隔开的点的图案投影到一个发 出所述第二光谱荧光的荧光屏上；然后(b) 观察所述点的荧光图案的位置；然后(C)使用所述观察到的位置计算一个用于双线性变换的校准系 数；然后(d)使用所述双线性变换以所述校准系数校正随后投影的图像。
4. 一种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的方法，该方法包 括下列步骤(a) 提供一个成像装置，用于接收物体反射的散射光；(b) 生成一个接收图像；然后(C)从接收图像移去小而暗的假象，同时保留接收图像里较大 而暗的物体以产生一个已处理图像；然后(d)将已处理图像以可见光谱投影到物体的表面。
5. 如权利要求4所述的方法，另外包括在生成已处理图像之后 并在投影已处理图像之前对已处理图像执行自适应边缘增强的步骤。
6. —种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的设备，该设备包括成像装置，用于接收物体反射的散射光并生成图像；和 视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面，所述投影的可见光图像包括一个独立于所述埋藏结构的可识别的附加图案。
7. 如权利要求6所述的设备，其中所述附加图案为一个文字边框。
8. —种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的设备，该设备包括成像装置，用于接收物体反射的散射光并生成图像； 视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面；禾口插在所述成像装置和所述物体之间的红外滤光器。
9. 一种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的设备，该设备包括成像装置，用于接收物体反射的散射光并生成图像； 视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面；和照射埋藏结构的照射源。
10. 如权利要求9所述的设备，其中所述成像装置只接收第一 光谱范围之内的散射反射光，并且所述投影到物体表面上的埋藏结构 的可见光图像具有与所述第一光谱基本上不重合的第二光谱。
11. 如权利要求9所述的设备，其中所述设备另外包含一个插 在所述成像装置和所述物体之间的红外滤光器。
12. —种增强物体表面之下埋藏结构的能见度的设备，其中所 述埋藏结构被环境光照射，该设备包括成像装置，用于接收物体反射的散射光并生成图像； 视频投影器，用于将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面；和插在所述成像装置和所述物体之间的红外滤光器。
全文摘要
一种成像系统，利用红外光照射一个物体，以增强该物体表面之下埋藏结构的能见度，并将埋藏结构的可见光图像投影到物体表面。该系统可以包括一个可产生红外光的红外光源以及一个红外光散射结构。该散射结构可包括一层或多层散射材料以用于光散射。该系统还包括一个视频成像装置，用于接收物体反射的红外光，并基于反射的红外光形成埋藏结构的视频图像。该埋藏结构可以是一条皮下血管。本申请案对校准步骤进行了描述，并提供有确保物体在焦点上且距离适当的实施例。
文档编号A61B6/00GK101166467SQ200580049430
公开日2008年4月23日 申请日期2005年7月1日 优先权日2005年7月1日
发明者冈纳·勒夫霍伊登, 卡洛斯·弗兰肯, 约翰·斯诺德格拉斯, 詹姆斯·A·德朗, 赫伯特·D·泽曼 申请人:路明尼斯科技公司