[go: up one dir, main page]

LV15370B - A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light - Google Patents

A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light Download PDF

Info

Publication number
LV15370B
LV15370B LVP-17-17A LV170017A LV15370B LV 15370 B LV15370 B LV 15370B LV 170017 A LV170017 A LV 170017A LV 15370 B LV15370 B LV 15370B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
reflector
laser
laser light
image sensor
light scattering
Prior art date
Application number
LVP-17-17A
Other languages
Latvian (lv)
Other versions
LV15370A (en
Inventor
Uldis RUBĪNS
Edgars KVIESIS-KIPGE
Jānis SPĪGULIS
Original Assignee
Latvijas Universitāte
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Latvijas Universitāte filed Critical Latvijas Universitāte
Priority to LVP-17-17A priority Critical patent/LV15370B/en
Priority to PCT/EP2017/063565 priority patent/WO2018177565A1/en
Publication of LV15370A publication Critical patent/LV15370A/en
Publication of LV15370B publication Critical patent/LV15370B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48Laser speckle optics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens
    • G02B21/08Condensers
    • G02B21/082Condensers for incident illumination only
    • G02B21/084Condensers for incident illumination only having annular illumination around the objective

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTSDESCRIPTION OF THE INVENTION

Tehnikas joma [001] Izgudrojums attiecas uz attēlošanas tehnoloģijām, konkrēti - uz objekta virsmas attēlu iegūšanu vairāku izkliedētu lāzeru staru apgaismojumā bez speklu graudiem attēlos.TECHNICAL FIELD The present invention relates to imaging technologies, in particular to obtaining surface images of an object under multiple scattered laser beams with no speckle grains in the images.

Zināmais tehnikas līmenis [002] Izkliedētu lāzeru staru apgaismojumu izmanto vairākās tehnikas jomās, piemēram, monohromatisku spektrālu attēlu iegūšanai (WO 2013135311 AI, 2012), no kuriem iespējams aprēķināt ādas vai citu objektu absorbējošo hromoforu sadalījuma kartes (D.Jakovels and J.Spīgulis, J. Biophoton., 3(3), 125-129, 2010; J. Spīgulis et al., Proc. SPIE, Vol. 7557, 75570M, 2010; J.Spīgulis et al., Proc. SPIE, v.8216, 82160L, 2012). Lāzeru staru izkliede nepieciešama objekta virsmas vienmērīga apgaismojuma nodrošināšanai. Šim nolūkam izmanto gan staru kūlī ievietotus izkliedētājus, kuri nedaudz izmaina un “samaisa” starojuma virzienus (J.Spīgulis and l.Oshina, J.Biomed.Opt., 20(5), 050503, 2015), gan īpašas konstrukcijas izkliedējošus reflektorus (WO 2017/0126 75 AI, 2015). Lai arī minētajos darbos ir izdevies panākt vienmērīgu lāzeru apgaismojuma intensitātes sadalījumu, tomēr iegūto attēlu kvalitāti pazemina “graudi” jeb t.s. lāzeru spekli - gaismas plankumi, kas veidojas koherenta starojuma interferences rezultātā (https://en.wikipedia.org/wiki/Specklejiattem). Speklu veidošanos nosaka lāzeru starojuma spektrālais platums, krišanas leņķis, polarizācija un viļņu garums (http://www.siliconlight.com/wp-content/themes/siliconlight/pdf/speckle-spie.pdf)- Ir zināmas metodes lāzeru speklu lietderīgai izmantošanai, piemēram, zemādas asinsrites attēlošanai {D.Jakovels, I.Saknite and J.Spigulis, Proc.SPIE, 9129, 912931, 2014). Tomēr biežāk lāzeru speklu efekti ir negatīvi - piemēram, lāzeru projektoros to ietekmi mazina, projekcijai izmantojot savstarpēji nekoherentus (randomizētus) lāzerus (https://www.eng.yale.edu/caoiab/papers/nphotonl 2.pdf), lāzerus ar paplašinātām emisijas spektrāllīnijām, starojuma polarizācijas stāvokļa izmaiņas vai kustīgus difuzorus staru kūlī (http://www.dyoptyka.com/publications/Dyoptyka-PW-8252-4-updated.pdf). No spekliem brīvi attēli ir vajadzīgi arī atpakaļ izkliedētu lāzeru staru apgaismojumā, ko izmanto, piemēram, objekta virsmas vai tās tuvumā esošu hromoforu sadalījuma kartēšanai ar digitālajiem RGB attēlu sensoriem (https://www.osapublishing.org'abstract.cfm?uri=Cancer-2016-JTu3A.46). [003] Zināmās ierīces nevar nodrošināt no spekliem brīvu attēlu iegūšanu izkliedētu lāzeru staru apgaismojumā.BACKGROUND OF THE INVENTION Diffused laser beam illumination is used in several fields of technology, such as for obtaining monochromatic spectral images (WO 2013135311 AI, 2012), from which it is possible to calculate skin or other object absorbing chromophore distribution maps (D.Jakovels and J.Spīgulis, J. Biophoton, 3 (3), 125-129, 2010; J. Spigulis et al., Proc. SPIE, Vol. 7557, 75570M, 2010; J. Spigulis et al., Proc. SPIE, v. 8216, 82160L, 2012). Laser beam scattering is required to provide uniform illumination of the subject's surface. For this purpose, beam diffusers are used, which slightly change and “mix” the radiation directions (J.Spīgulis and l.Oshina, J. Biomed.Opt., 20 (5), 050503, 2015), as well as special design diffuse reflectors ( WO 2017/0126 75 AI, 2015). Although the above works have achieved a uniform distribution of laser light intensity, the quality of the obtained images is reduced by "grains" or so on. laser spectra - spots of light produced by coherent radiation interference (https://en.wikipedia.org/wiki/Specklejiattem). Spectrum formation is determined by the spectral width, angle of incidence, polarization, and wavelength of laser radiation (http://www.siliconlight.com/wp-content/themes/siliconlight/pdf/speckle-spie.pdf)- There are known methods for the effective use of laser spectra , for example, for imaging the subcutaneous circulation (D.Jakovel, I.Saknite and J.Spigulis, Proc.SPIE, 9129, 912931, 2014). More often, however, the effects of laser beams are negative - for example, in laser projectors, their effects are mitigated by the use of mutually non-coherent (randomized) lasers (https://www.eng.yale.edu/caoiab/papers/nphotonl 2.pdf), lasers with extended spectral lines, changes in the polarization state of the radiation, or moving diffusers in the beam (http://www.dyoptyka.com/publications/Dyoptyka-PW-8252-4-updated.pdf). Spectrum-free images are also required for back-scattered laser light illumination, which is used, for example, to map the distribution of chromophores on or near an object with digital RGB image sensors (https://www.osapublishing.org'abstract.cfm? Uri = Cancer -2016-JTu3A.46). Known devices cannot provide spectra-free imaging under diffused laser light.

Izgudrojuma atklāsme [004] Izgudrojuma mērķis - nodrošināt no spekliem brīvu digitālu attēlu iegūšanu apgaismojumā, kas homogenizēts, izmantojot atstarojošu(s) lāzeru staru izkliedētāju(s).Disclosure of the Invention The object of the present invention is to provide speckle-free digital images in lighting homogenized using a reflective laser beam scatterer (s).

[005] Mērķa sasniegšanai tiek piedāvāta ierīce, kas ietver objekta attēlošanai izmantojamu digitālu attēlu sensoru ar objektīvu, apgaismošanas lāzeru bloku, reflektoru ar gaismu izkliedējošu pārklājumu, mehāniski svārstošu elementu un šo svārstību ģeneratoru. Reflektors ar gaismu izkliedējošo pārklājumu ir piestiprināts pie mehāniski svārstoša elementa un to kopējo svārstību frekvence f apmierina nosacījumu ft>5, kur t - digitālā attēla uzņemšanas ekspozīcijas laiks, turklāt/1>5 vērtība tika izvēlēta aprēķinu un eksperimentu ceļā, lai kameras ekspozīcijas laikā notiktu vismaz piecas pilnas svārstības (rezultātā pārvietojot speklu maksimumus), bet jo to vairāk, jo labāk. Ierīcē kā mehāniski svārstošais elements var tikt izmantota akustiskā skaļruņa kustīgā daļa. Ierīces reflektors ar gaismu izkliedējošo pārklājumu var būt izveidots gredzena formā ar aizsargbarjeru pret lāzeru starojuma nokļūšanu attēlu sensorā un tas ir novietots tā, lai attēlu sensors ar objektīvu atrastos objektu atstarojošiizkliedējošā gredzena iekšpusē.To achieve this object, there is provided a device comprising a digital image sensor with a lens for use in displaying an object, a laser for illumination, a reflector with light scattering, a mechanical oscillating element and a generator for such oscillation. The light-scattered reflector is mounted on a mechanically oscillating element and their total oscillation frequency f satisfies the condition ft> 5, where t is the exposure time of the digital image, and / 1> 5 was chosen by calculation and experiment to obtain the camera exposure. at least five full fluctuations (resulting in movement of the spike peaks), but the more the better. The moving part of the acoustic speaker can be used as a mechanical vibrating element in the device. The reflector of the device with a light scattering coating may be designed in the form of a ring with a barrier against laser radiation from the image sensor and positioned so that the image sensor with the lens is located inside the object's reflective lens ring.

Zīmējumu īss apraksts [006] 1. zīm. ir attēlota piedāvātās ierīces blokshēma;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [006] FIG. A flowchart of the proposed device is shown.

2. zīm. ir salīdzināti ar viedtālruņa kameru uzņemti ādas RGB attēli lāzeru (448-532-659 nm) vienlaicīgā apgaismojumā: a - ar nekustīgu un b ar svārstošu reflektoru-difuzoru;Fig. 2 skin RGB images taken with a smartphone camera under laser (448-532-659 nm) simultaneous illumination are compared with: a - still and b with reflector-diffuser;

3. zīm. ir attēlots ierīces telpiskais risinājums.Fig. 3 shows the spatial solution of the device.

[007] Piedāvātā ierīce (1. zīm.) ietver objekta (1) attēlošanai izmantojamu un ar objektīvu aprīkotu digitālu attēlu sensoru (2), apgaismošanas lāzeru bloku (3), reflektoru (4) ar gaismu izkliedējošu pārklājumu (5), mehāniski svārstošo elementu (6), svārstību ģeneratoru (7).The proposed device (Fig. 1) comprises a digital image sensor (2) used for displaying an object (1) and equipped with a lens, a laser unit for illumination (3), a reflector (4) with a light-scattering coating (5), a mechanical oscillator. element (6), oscillator (7).

[008] Objekta (1) virsmas vienmērīgai apgaismošanai izmanto no reflektora (4) atstarotu un tā pārklājumā (5) izkliedētu lāzeru starojumu, kurš tiek pievadīts no apgaismošanas lāzeru bloka (3). Šajā blokā ievietoti vairāki atbilstoši orientēti lāzeri un to barošanas ierīces, kas nodrošina lāzeru darbību un to ieslēgšanu un/vai izslēgšanu. Lāzeru stari caur izkliedējošo pārklājumu (5) tiek virzīti uz reflektoru (4), kurš ir savienots ar mehāniski svārstošu elementu (6), piemēram, akustiskā skaļruņa kustīgo virsmu. Svārstību ģenerators (7) nodrošina regulējamu svārstību frekvenci / kura izvēlēta tā, lai apmierinātu nosacījumu tf >5, kur t - attēlu sensora (2) ekspozīcijas laiks, vienas ekspozīcijas laikā nodrošinot vismaz piecas reflektora (4) ar izkliedējošo pārklājumu (5) svārstības. Pat svārstības ar dažu mikronu amplitūdu izmaina izkliedētā lāzeru starojuma interferences nosacījumus uz objekta (1) virsmas, kā rezultātā lāzeru spekli periodiski pārvietojas pa šo virsmu. Tas noved pie speklu “izsmērēšanās” ekspozīcijas laikā uzņemtajā objekta attēlā, samazinot vai pilnībā novēršot tā graudainumu un tādējādi uzlabojot attēla kvalitāti.For uniform illumination of the surface of the object (1), laser radiation reflected from the reflector (4) and diffused in its coating (5) is applied, which is supplied from the illumination laser unit (3). This unit contains a number of suitably oriented lasers and their power supply units that ensure the operation of the lasers and their on and / or off. The laser beams are guided through the scattering cover (5) to a reflector (4) connected to a mechanically oscillating element (6), for example, to a moving surface of an acoustic speaker. The oscillator (7) provides an adjustable oscillation frequency / selected to satisfy the condition tf> 5, wherein t is the exposure time of the image sensor (2), providing at least five oscillations (5) of the reflector (4) per exposure. Even oscillations with a few microns amplitude change the interference conditions of the scattered laser radiation on the surface of the object (1), causing the laser spectra to move periodically over this surface. This results in the blurring of speckles in the subject's image during exposure, reducing or eliminating its graininess and thus improving image quality.

[009] Ierīces optiskās daļas izmēri var būt ļoti nelieli - piemēram, ja tiek izmantots mazgabarīta telefona skaļrunis, kura kustīgajai daļai piestiprināta viegla alumīnija folija, kas pārklāta ar difūzi izkliedējošu līmlenti. Šādi veidotas ierīces efektivitāti ilustrē 2. zīmējums, kurā salīdzināti ar viedtālruņa kameru uzņemti ādas RGB attēli (3) lāzeru (448-532-659 nm) vienlaicīgā apgaismojumā: a - ar nekustīgu un b - ar svārstošu reflektoru-difuzoru, pie frekvences f= 80 Hz un ekspozīcijas laika t = 0,1 s (tf= 8). Redzams, ka reflektora-difuzora svārstības efektīvi novērš lāzeru speklu radītos graudus ādas attēlā.The optical part of the device may have very small dimensions - for example, when a small telephone speaker is used, the movable part of which is fitted with a lightweight aluminum foil covered with a diffusive scattering tape. The effectiveness of this device is illustrated in Figure 2, which compares skin RGB images (3) taken with a smartphone camera under simultaneous illumination of lasers (448-532-659 nm): a - with rigid and b - with reflector-diffuser at frequency f = 80 Hz and exposure time t = 0.1 s (tf = 8). Reflector-diffuser oscillations are shown to effectively eliminate laser-generated grains in the skin image.

[010] Reflektora-izkliedētāja (4), (5) ģeometriskais novietojums attiecībā pret attēlu sensoru (2) var būt dažāds, un arī tā forma var būt dažāda. Par optimālu uzskatāma gredzenveida forma, aptverot attēlu sensoru un tādējādi nodrošinot iespējami vienmērīgāku objekta apgaismojumu, pie nosacījuma, ka izmantojamie lāzeri simetriski apstaro visu reflektora-izkliedētāja virsmu. Šāds ierīces telpiskais risinājums ilustrēts 3.zīmējumā. Gredzena svārstības var nodrošināt divi vai vairāki savstarpēji sinhronizēti svārstošie elementi, piemēram, gredzena pretējās pusēs novietoti skaļruņi, kuru kustīgās daļas ir mehāniskā kontaktā ar šo gredzenu.[010] The reflector diffuser (4), (5) may have different geometrical positions with respect to the image sensor (2), and may also have different shapes. An annular shape that covers the image sensor and provides the most uniform illumination of the subject is considered optimal, provided that the lasers used radiate symmetrically across the surface of the reflector. Such a spatial solution of the device is illustrated in Figure 3. Ring oscillation can be provided by two or more synchronized oscillating elements, such as loudspeakers on opposite sides of the ring, the movable parts of which are in mechanical contact with the ring.

Claims (3)

PretenzijasClaims 1. Ierīce no spekliem brīvu digitālu attēlu iegūšanai izkliedētu lāzeru staru apgaismojumā, kas ietver objekta (1) attēlošanai izmantojamu digitālu attēlu sensoru (2) ar objektīvu, apgaismošanas lāzeru bloku (3), reflektoru (4) ar gaismu izkliedējošu pārklājumu (5), mehāniski svārstošu elementu (6) un šo svārstību ģeneratoru (7), kura atšķiras ar to, ka reflektors (4) ar gaismu izkliedējošo pārklājumu (5) ir piestiprināts pie mehāniski svārstošā elementa (6), kura svārstību frekvence f apmierina nosacījumu ft>5, kur t - digitālā attēla uzņemšanas ekspozīcijas laiks.An apparatus for obtaining spurious-free digital images in diffused laser beam illumination, comprising a digital image sensor (2) for displaying an object (1) with an objective, a laser illuminator unit (3), a reflector (4) with a light scattering coating (5), a mechanical oscillating element (6) and a oscillating oscillator (7), characterized in that the reflector (4) with the light scattering coating (5) is fixed to the mechanically oscillating element (6), whose oscillation frequency f satisfies the condition ft> 5 , where t is the exposure time of the digital image. 2. Ierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kurā par mehāniski svārstošo elementu (6) ir izmantota akustiska skaļruņa kustīgā daļa.Device according to claim 1, in which the movable part of the acoustic speaker is used as the mechanically oscillating element (6). 3. Ierīce saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, kurā reflektors (4) ar gaismu izkliedējošo pārklājumu (5) ir izveidots gredzena formā ar aizsargbaijcru pret lāzeru starojumu un tas ir novietots tā, lai attēlu sensors (2) ar objektīvu atrastos objektu (1) apgaismojošā gredzena iekšpusē.The device according to claim 1 or 2, wherein the reflector (4) with the light scattering coating (5) is formed in the form of a ring with a laser barrier shield and is positioned so that the image sensor (2) with the lens 1) inside the illuminating ring.
LVP-17-17A 2017-03-28 2017-03-28 A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light LV15370B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-17-17A LV15370B (en) 2017-03-28 2017-03-28 A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light
PCT/EP2017/063565 WO2018177565A1 (en) 2017-03-28 2017-06-02 Device for speckle-free imaging under laser illumination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-17-17A LV15370B (en) 2017-03-28 2017-03-28 A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV15370A LV15370A (en) 2018-10-20
LV15370B true LV15370B (en) 2019-07-20

Family

ID=59152825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-17-17A LV15370B (en) 2017-03-28 2017-03-28 A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light

Country Status (2)

Country Link
LV (1) LV15370B (en)
WO (1) WO2018177565A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7670027B2 (en) * 2006-01-31 2010-03-02 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Laser illuminator
WO2013135311A1 (en) 2012-03-13 2013-09-19 Latvijas Universitate Method and device for imaging of spectral reflectance at several wavelength bands
WO2017012675A1 (en) 2015-07-23 2017-01-26 Latvijas Universitate Method and device for smartphone mapping of tissue compounds

Also Published As

Publication number Publication date
LV15370A (en) 2018-10-20
WO2018177565A1 (en) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5904502B2 (en) Method of operating scanning laser projector to reduce speckle and image flicker
US7742217B2 (en) Image generation unit and method to use an image generation unit
KR102163728B1 (en) Camera for depth image measure and method of measuring depth image using the same
JP5168526B2 (en) Projection-type image display device
US9360679B2 (en) Illumination device, projection type image display device, and optical device
US7944598B2 (en) Speckle mitigation in laser scanner projector systems
JP2013533502A (en) System and method for reducing speckle using diffusive surfaces
CN103293678B (en) Even laser illuminating device based on supercontinuum source
JP2009163901A (en) Light source device and projector
JP2010520515A5 (en)
US10754168B2 (en) Illumination device
JP5207013B2 (en) Illumination device and optical device
KR101811085B1 (en) Surface lighting device and backlight device
JP2012114358A (en) Exposure device
LV15370B (en) A device for obtaining speckle-free images under diffused laser light
TWI617767B (en) Laser illumination system and method for eliminating laser spot
KR102577017B1 (en) Laser diode speckle reduction device
KR20090082827A (en) Optical Engine Apparatus for reducing speckle
JP2016110822A (en) Underwater lighting equipment
Yoneyama et al. Speckle control for electro-holographic display using high-brightness yellow phosphor light source in projector
JP5794442B2 (en) Projection-type image display device
Sun et al. Novel speckle suppression in LCoS based laser projection
Tong et al. Dynamic interference fringes generated by optical interferometer for laser speckle reduction
CN109425995A (en) Laser lighting system and laser spot eliminating method thereof
TW201821858A (en) Device for modulating light intensity