Formación de imágenes espectrales.

Un sistema de formación de imágenes espectrales (1) que incluye:

una lente deformable

(2) de material dispersivo;

un sensor (4) colocado para detectar la radiación electromagnética recibida desde la lente; medio (36) para deformar la lente (2) por medio del cual variar la distancia focal de la lente y enfocar la radiación electromagnética de diferente frecuencia sobre el sensor (4); y

medio discriminador (6) para discriminar una frecuencia enfocada de radiación electromagnética recibida por el sensor de otras frecuencias desenfocadas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2011/050871.

Solicitante: BAE SYSTEMS PLC.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: 6 CARLTON GARDENS LONDON SW1Y 5AD REINO UNIDO.

Inventor/es: LAYCOCK,LESLIE CHARLES, GRIFFITH,MICHAEL STEWART, CULFAZ,FERHAT, VALLEJO VEIGA,IVAN, BLAGG,ADRIAN SIMON.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA INTENSIDAD, DE LA VELOCIDAD, DEL ESPECTRO,... > Espectrometría; Espectrofotometría; Monocromadores;... > G01J3/02 (Partes constitutivas)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA INTENSIDAD, DE LA VELOCIDAD, DEL ESPECTRO,... > Espectrometría; Espectrofotometría; Monocromadores;... > G01J3/28 (Estudio del espectro (utilizando filtros de color G01J 3/51))
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Lentes simples o compuestas (ojos artificiales A61F... > G02B3/14 (de distancia focal variable)

PDF original: ES-2464142_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Formación de imágenes espectrales Campo de la invención La presente invención se refiere a aparatos y métodos de formación de imágenes espectrales.

Antecedentes En los campos de la formación de imágenes hiperespectrales y multiespectrales, denominada en lo sucesivo “formación de imágenes espectrales” por simplicidad, se captan imágenes separadas de una escena de imágenes para una pluralidad de bandas o valores de frecuencia electromagnética. Las diferentes bandas o valores de frecuencia electromagnética están distribuidas típicamente por una pluralidad de regiones del espectro electromagnético, por ejemplo distribuidas por más de una del infrarrojo, luz visible y ultravioleta. Los aparatos de formación de imágenes espectrales convencionales tienden a ser grandes y complejos.

El uso de elementos ópticos binarios difractivos/disposiciones de lentes difractivas en un generador de imágenes hiperespectral se desvela en los siguientes antecedentes: (i) US3.641.354; (ii) “Application of binar y optical element to infrared hyperspectral detection”, Q. Sun y col., Science un Chin (Serie E) , Vol. 46, Nº 6, diciembre de 2003, páginas 654-660; y (iii) “Lenslet Arrays for Simultaneous Infrared Multi-spectral Imaging of CB Targets”, M Hinnrichs y N. Gupta, 7th Joint Standoff Detection for Chemical and Biological Defense, 23-27 de octubre de 2006 (documento disponible en Pacific Advanced Technology) . Tales propuestas tienden a implicar elementos ópticos móviles del aparato axialmente para proporcionar diferentes distancias focales y/o detección de diferentes frecuencias electromagnéticas. Una desventaja es que esto dificulta la implementación para aplicaciones que se beneficiarían de aparatos más pequeños y fácilmente portables.

Se conocen lentes deformables, por ejemplo lentes fluídicas, cuyas formas se cambian para cambiar la distancia focal de la lente. Se conoce la implementación del cambio de forma usando un mecanismo de bombeo, tal como se describe, por ejemplo, en los siguientes antecedentes: (i) “Fabrication of a fluidic membrane lens system”, J. Draheim y col., Journal of Micromechanics and Microengineering, 19 (2009) 095013, IOP Publishing; (ii) “A rapidly deformable liquid lens”, H. Oku y M. Ishikawa, SPIE Newsroom 2009, 10.1117/2.1200912.002505; (iii) “Variable-focus liquid lens”, H. Ren y col., Optics Express, Vol. 15, Nº 10, 14 de mayo de 2007, páginas 5931-5936; y (iv) el documento WO 2010/018403.

Ejemplos de membranas usadas en lentes fluídicas se describen en los siguientes antecedentes: (i) “Self-optimised vision correction with adaptive spectacle lenses in developing countries”, M. G. Douali y J. D. Silver, Ophthal. Physiol. Opt. 2004, Vol. 24, páginas 234-241; y (ii) “Tuneable optical lenses from diamond thin films”, A. Kriele y col., Applied Physics letters, vol. 95, 031905 (2009) .

El uso de un líquido altamente dispersivo en una lente líquida, pero no una lente deformable, se desvela en el documento US 5684636. El líquido altamente dispersivo se usa como parte de una disposición para reducir la aberración cromática, es decir, fundamentalmente todo lo contrario de lo que se está intentando en la formación de imágenes espectrales.

Sumario de la invención Los presentes inventores se han dado cuenta de que diversas desventajas, tales como el tamaño relativamente grande y la complejidad de muchos aparatos de formación de imágenes espectrales convencionales tienden a surgir al menos en parte: (i) de usar objetos separados para proporcionar las funciones respectivas de captación/enfoque de luz en el objetivo, separación de frecuencia electromagnética, y aumento/enfoque; y/o (ii) de implicar típicamente elementos móviles del aparato para proporcionar diferentes distancias focales y/o detección de diferentes frecuencias electromagnéticas.

Los presentes inventores además se han dado cuenta de que sería deseable paliar o superar algunas de estas deficiencias proporcionando una disposición en la cual dos o más de las funciones de captación/enfoque de luz en el objetivo, separación de frecuencia electromagnética, y aumento/enfoque se combinan al menos hasta cierto punto, y/o en las cuales se reduce o elimina el uso de movimiento de elementos.

El aparato de formación de imágenes espectrales de la invención combina las acciones de enfoque y separación cromática de la radiación electromagnética en una única lente deformable.

En un aspecto, la presente invención proporciona un sistema de formación de imágenes espectrales que incluye: una lente deformable de material dispersivo, medio para deformar la lente para variar la distancia focal de la lente 65 deformable; y uno o más procesadores dispuestos para discriminar entre diferentes frecuencias de la radiación electromagnética detectada en virtud del diferente enfoque, que surge de la dispersión de la lente deformable, de las diferentes frecuencias electromagnéticas respectivas.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un sistema de formación de imágenes espectrales que incluye: una lente deformable de material dispersivo, un sensor colocado para detectar la radiación electromagnética recibida desde la lente, medio para deformar la lente por medio del cual variar la distancia focal de la lente y enfocar la radiación electromagnética de diferente frecuencia sobre el sensor y medio discriminador para discriminar una frecuencia enfocada de radiación electromagnética recibida por el sensor de otras frecuencias desenfocadas.

El medio para deformar la lente puede hacer que la lente enfoque a su vez en frecuencias sucesivas y el medio discriminador puede, por consiguiente, discriminar a su vez las frecuencias enfocadas sucesivas de las frecuencias desenfocadas.

El sensor puede comprender una matriz de plano focal, por ejemplo un chip de cámara digital, que puede proporcionar un plano de imagen que está fijo, en relación con la lente.

La lente deformable puede ser una lente fluídica.

La lente deformable es, con preferencia, relativamente de alta dispersión.

El medio discriminador puede comprender un procesador que puede determinar una eliminación de borrosidad de un único valor espectral o imagen de banda.

El medio discriminador puede comprender un procesador para eliminar o ignorar la radiación electromagnética de brillo sustancialmente uniforme a través de píxeles detectores para frecuencias desenfocadas.

El sistema puede incluir además una lente no deformable usada sustancialmente para enfocar, con la lente deformable usándose para discriminación espectral.

El sistema puede estar dispuesto además para paliar los efectos del borde espectral, por ejemplo, captando luz hasta el borde de la matriz de sensores, o cualquier límite conveniente dentro del borde, pero sólo formando una imagen a partir de los píxeles a una cierta distancia hacia dentro de este límite. Tal distancia puede ser 0, 5 veces la función de dispersión de punto.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un método de formación de imágenes espectrales,

comprendiendo el método, como primera etapa: deformar una lente deformable de material dispersivo para enfocar una primera banda de frecuencia de radiación electromagnética sobre un plano de imagen, detectar toda la radiación de imagen en este plano de imagen; repetir la primera etapa tantas veces como sea necesario para bandas de frecuencia adicionales de radiación electromagnética y procesar los datos de la radiación de imagen detectada para realizar discriminación espectral.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un programa informático... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de formación de imágenes espectrales (1) que incluye:

una lente deformable (2) de material dispersivo;

un sensor (4) colocado para detectar la radiación electromagnética recibida desde la lente;

medio (36) para deformar la lente (2) por medio del cual variar la distancia focal de la lente y enfocar la radiación electromagnética de diferente frecuencia sobre el sensor (4) ; y medio discriminador (6) para discriminar una frecuencia enfocada de radiación electromagnética recibida por el sensor de otras frecuencias desenfocadas.

2. Un sistema según la reivindicación 1, en el que el medio para deformar la lente hace que la lente enfoque a su vez en frecuencias sucesivas y el medio discriminador discrimina a su vez las frecuencias enfocadas sucesivas de las frecuencias desenfocadas.

3. Un sistema según la reivindicación 1 o 2, en el que el sensor comprende una matriz de plano focal.

4. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que el sensor está situado en un plano de imagen fijo en relación con la lente.

5. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que la lente deformable es una lente fluídica. 25

6. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que la lente deformable es relativamente de alta dispersión.

7. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que la lente deformable forma parte de una lente compuesta que tiene más de un elemento óptico.

8. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que el medio discriminador comprende un procesador para determinar una eliminación de borrosidad de un único valor espectral o imagen de banda.

9. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el medio discriminador comprende un procesador para eliminar o ignorar la radiación de brillo sustancialmente uniforme a través de píxeles detectores para frecuencias desenfocadas de radiación electromagnética.

10. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, que incluye además una lente no deformable usada sustancialmente para enfocar, con la lente deformable usándose para discriminación espectral.

11. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, que incluye un filtro espectral de banda ancha para paliar los efectos de borde espectral.

12. Un sistema según cualquier reivindicación anterior, en el que el sensor incluye una matriz de píxeles para detectar la radiación electromagnética, definiendo la matriz de píxeles un borde exterior, y en el que el sistema incluye medios para seleccionar píxeles por medio de los cuales formar sólo una imagen a partir de píxeles situados a una cierta distancia hacia el interior desde el borde exterior.

13. Un método para formación de imágenes espectrales, comprendiendo el método, como primera etapa: deformar una lente deformable de material dispersivo para enfocar una primera banda de frecuencia de radiación electromagnética sobre un plano de imagen; 55 detectar toda la radiación de imagen en este plano de imagen;

repetir la primera etapa, si se requiere, tantas veces como sea necesario para bandas de frecuencia adicionales de radiación electromagnética, y procesar los datos de la radiación de imagen detectada para realizar discriminación espectral.

14. Un programa informático o una pluralidad de programas informáticos dispuestos de manera que cuando es (son) ejecutado (s) por un sistema informático hace (n) que el sistema informático funcione de acuerdo con el método de la reivindicación 13.

15. Un medio de almacenamiento legible por una máquina que almacena un programa informático o al menos uno de la pluralidad de programas informáticos según la reivindicación 14.