專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于生成場(chǎng)景的輸出圖像的方法用于生成場(chǎng)景的輸出圖像的方法本申請(qǐng)為2008年4月8日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?00680037455.4、發(fā)明名稱(chēng)為“基于任務(wù)的成像系統(tǒng)”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2005年9月19日提交的題為“大的間隔距離下的虹膜識(shí)別(IrisRecognitionataLargeStandoffDistance)”的第60/718，522號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)以及2006年3月6日提交的題為“具有波前編碼的變焦透鏡系統(tǒng)(ZoomLensSystemswithWavefrontCoding)”的第60/779，712號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)還是2005年9月13日提交的且共同未決的題為“虹膜圖像捕獲裝置和相關(guān)系統(tǒng)(IrisImageCaptureDevicesandAssociatedSystems)”的第11/225，753號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的部分延續(xù)申請(qǐng)。第11/225，753號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)要求2004年9月13日提交的題為“用于照相電話(huà)、數(shù)字照相機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理的虹膜識(shí)別安全性(IrisRecognitionSecurityforCameraPhones,DigitalCamerasandPersonalDigitalAssistants)”的第60/609，445號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)還是2004年12月1日提交的題為“用于優(yōu)化光學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)禾口方法(SystemandMethodforOptimizingOpticalandDigitalSystemDesigns)，，的第11/000，819號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的部分延續(xù)申請(qǐng)。第11/000，819號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)要求2003年12月1日提交的題為“用波前編碼元件設(shè)計(jì)光學(xué)成像系統(tǒng)(DesigningOpticalImagingSystemswithWavefrontCodingElements)，，的第60/526，216號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。以上所述的每個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)的全文都通過(guò)引用并入本文。2004年3月25日提交的題為“用于在光學(xué)系統(tǒng)中修改場(chǎng)深度、色差容限和圖像保真的機(jī)械可調(diào)的光學(xué)相位濾波器(Mechanically-AdjustableOpticalPhaseFiltersforModifyingDepthofField,Aberration-Tolerance,Anti-AliasinginOpticalSystems)”的第10/810，446號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)和2006年3月20日提交的題為“具有像素化空間光調(diào)制器的成像系統(tǒng)(ImagingSystemswithPixelatedSpatialLightModulators)”的第PCT/US06/09958號(hào)PCT專(zhuān)利申請(qǐng)的全文也特意通過(guò)引用并入本文。下列美國(guó)專(zhuān)利的全文也特意通過(guò)引用并入本文Cathey等人的題為“擴(kuò)展景深光學(xué)系統(tǒng)(ExtendedDepthofFieldOpticalSystems)”的第5，748，371號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Dowski,Jr.等人的題為“波前編碼相襯成像系統(tǒng)(WavefrontCodingPhaseContrastImagingSystems)，，的第6，525，302號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Dowski，Jr.等人的題為“組合波前編碼禾口振幅對(duì)比成像系統(tǒng)(CombinedWavefrontCodingandAmplitudeContrastImagingSystems)，，的第6，873，733號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Dowski,Jr.等人的題為“波前編碼光學(xué)器件(WavefrontCodingOptics)”的第6，842，297號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Dowski，Jr.等人的題為“波前編碼變焦透鏡成像系統(tǒng)(WavefrontCodingZoomLensImagingSystems)，，的第6，911，638號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、以及Dowski，Jr.等人的題為“波前編碼成像系統(tǒng)(WavefrontCodedImagingSystems)”的第6，940，649號(hào)美國(guó)專(zhuān)利。美國(guó)政府權(quán)力根據(jù)美國(guó)陸軍研究辦公室授權(quán)給WakeForestUniversity(維克森林大學(xué))的授權(quán)號(hào)為DAAD19-00-1-0540的轉(zhuǎn)包合同，本文公開(kāi)的實(shí)施方式中的一部分受到了政府的支持。美國(guó)政府具有本文的某些權(quán)利。
背景技術(shù)：
：基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的一個(gè)目的在于提供用于一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理任務(wù)的特定任務(wù)信息或圖像數(shù)據(jù)。這種任務(wù)可包括生物虹膜識(shí)別、生物面部識(shí)別、用于訪(fǎng)問(wèn)控制的生物識(shí)別、用于威脅鑒別的生物識(shí)別、條形碼閱讀、用于裝配線(xiàn)中的質(zhì)量控制的成像、光學(xué)字符識(shí)別、生物成像、用于對(duì)象檢測(cè)的汽車(chē)成像和自動(dòng)裝配中用于對(duì)象登記的基準(zhǔn)符號(hào)識(shí)別。為了安全或訪(fǎng)問(wèn)的目的，上述生物識(shí)別技術(shù)例如可由基于任務(wù)的成像系統(tǒng)執(zhí)行。作為一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)這種基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的光學(xué)和數(shù)字部分提供足夠詳細(xì)并具有足夠高的SNR(信噪比)的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，生物虹膜識(shí)別可提供非常精確的個(gè)人識(shí)別。已經(jīng)知道，基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的性能與成功完成任務(wù)所需的圖像數(shù)據(jù)的SNR直接相關(guān)。而SNR又與成像系統(tǒng)的特性相關(guān)。影響系統(tǒng)性能的特性包括球面像差和其它像差、散焦、放大率的變化、景深、色差、對(duì)準(zhǔn)容限、動(dòng)態(tài)振動(dòng)和溫度變化。這些特性可使系統(tǒng)具有小于衍射受限系統(tǒng)的SNR的、特定任務(wù)的SNR?，F(xiàn)有技術(shù)中描述的某些系統(tǒng)使用小孔徑實(shí)現(xiàn)短距離的虹膜識(shí)別；例如，見(jiàn)R.Plemmons等人在2004年8月的Proc.SPIE上發(fā)表的“用于虹膜識(shí)別的計(jì)算成像系統(tǒng)(Computationalimagingsystemsforirisrecognition)，，一文。然而，盡管這些系統(tǒng)對(duì)于短間隔距離是有效的，但是其使用小的透鏡孔徑，而小的透鏡孔徑會(huì)產(chǎn)生低的信號(hào)水平(即，低信噪比)和相對(duì)低的分辨率；因此這樣的系統(tǒng)并不適合用于較長(zhǎng)的間隔距離。
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)實(shí)施方式中，用于獲得與任務(wù)中使用的場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)據(jù)的、基于任務(wù)的成像系統(tǒng)包括圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置，其用于(a)將來(lái)自所述場(chǎng)景的電磁能量的波前在空間頻率范圍上成像為中間圖像，(b)修改所述波前的相位，(C)檢測(cè)所述中間圖像，以及(d)在所述空間頻率范圍上生成圖像數(shù)據(jù)。所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)還包括圖像數(shù)據(jù)處理裝置，其用于處理所述圖像數(shù)據(jù)并執(zhí)行所述任務(wù)。所述圖像捕獲裝置與所述圖像數(shù)據(jù)處理裝置協(xié)同工作，以使得在所述空間頻率范圍上，所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比大于對(duì)所述波前不進(jìn)行相位修改的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比。在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于獲得與任務(wù)中使用的場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)據(jù)的、基于任務(wù)的成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)光學(xué)元件，其用于(a)將來(lái)自所述場(chǎng)景的電磁能量波前成像為中間圖像，以及(b)修改所述波前的相位；以及用于在空間頻率范圍上檢測(cè)所述中間圖像的檢測(cè)器。所述至少一個(gè)光學(xué)元件配置用于與所述第一檢測(cè)器協(xié)同工作，以使得在所述空間頻率范圍上，所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比大于對(duì)所述波前不進(jìn)行相位修改的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述任務(wù)選自以下各項(xiàng)中的至少之一生物虹膜識(shí)別、生物面部識(shí)別、用于訪(fǎng)問(wèn)控制的生物識(shí)別、用于威脅鑒別的生物識(shí)別、條形碼閱讀、裝配線(xiàn)中用于質(zhì)量控制的成像、光學(xué)字符識(shí)別、生物成像和用于對(duì)象檢測(cè)的汽車(chē)成像。在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種用于生成由基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的檢測(cè)器捕獲的場(chǎng)景的輸出圖像的方法。所述檢測(cè)器包括多個(gè)像素，所述場(chǎng)景包括位于對(duì)象距離范圍內(nèi)的給定對(duì)象距離處的至少一個(gè)對(duì)象，所述對(duì)象距離由所述對(duì)象和所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)之間的距離限定。所述方法包括在空間頻率范圍內(nèi)捕獲所述場(chǎng)景的高分辨率圖像；將所述高分辨率圖像轉(zhuǎn)化為所述場(chǎng)景的圖像譜；確定所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)在所述對(duì)象距離范圍內(nèi)的散焦的光學(xué)傳遞函數(shù)；以及確定在所述檢測(cè)器的所述多個(gè)像素上的像素調(diào)制傳遞函數(shù)。所述方法還包括將所述圖像譜與所述光學(xué)傳遞函數(shù)和所述調(diào)制傳遞函數(shù)相乘，以生成所述場(chǎng)景的修改的圖像譜；將所述修改的圖像譜轉(zhuǎn)化為所述場(chǎng)景的修改的圖像；以及根據(jù)所述修改的圖像生成所述輸出圖像。在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于與基于任務(wù)的成像系統(tǒng)一起使用的方法包括將來(lái)自場(chǎng)景的電磁能量波前在空間頻率范圍上成像為所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的中間圖像；修改所述電磁能量的波前的相位；檢測(cè)所述中間圖像；以及基于所述中間圖像，生成所述空間頻率范圍上的圖像數(shù)據(jù)，以使得在所述空間頻率范圍上，所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比大于不修改相位的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比。在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種用于優(yōu)化基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的方法，所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)用于獲得對(duì)象距離范圍內(nèi)的、在任務(wù)中使用的場(chǎng)景的數(shù)據(jù)。所述場(chǎng)景包括位于對(duì)象距離范圍內(nèi)的給定對(duì)象距離處的至少一個(gè)對(duì)象，所述對(duì)象距離由所述對(duì)象和所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)之間的距離限定。所述方法包括1)確定所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的目標(biāo)信噪比；幻指定一組初始的光瞳函數(shù)參數(shù)和評(píng)價(jià)函數(shù)；；3)基于所述評(píng)價(jià)函數(shù)生成一組新的光瞳函數(shù)參數(shù)；4)計(jì)算所述對(duì)象距離范圍上的信噪比；5)將所述信噪比與所述目標(biāo)信噪比進(jìn)行比較；以及6)重復(fù)步驟2)到5)，直到所述信噪比在數(shù)值上至少等于所述目標(biāo)信噪比。在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了在用于獲得與在任務(wù)中使用的場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)據(jù)的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)中的改進(jìn)。所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)光學(xué)元件以及檢測(cè)器，所述光學(xué)元件用于將來(lái)自所述場(chǎng)景的電磁能量波前成像為空間頻率范圍內(nèi)的中間圖像，所述檢測(cè)器用于檢測(cè)所述中間圖像并用于在所述空間頻率上生成圖像數(shù)據(jù)。所述改進(jìn)包括相位修改元件，其用于修改所述波前的相位，以使所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比大于不使用所述相位修改元件的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的信噪比。參照下文中結(jié)合以下附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，可更好地理解本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種安全場(chǎng)景，其中可使用基于任務(wù)的成像系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種安全場(chǎng)景，其中示出了共同操作的多功能的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種安全場(chǎng)景，其中示出了共同操作的、多功能的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的非永久性裝備；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種安全場(chǎng)景，其中示出了手持式多功能的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)；圖5是人眼中包括用于生物識(shí)別的感興趣的特征的一部分的圖示；圖6是人臉中包括用于生物識(shí)別的感興趣的特征的一部分的圖示；圖7是將具有和不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像進(jìn)行比較的一系列2D條6形碼；圖8是將具有和不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像進(jìn)行比較的一系列灰度圖像；圖9是將具有和不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像進(jìn)行比較的一系列二進(jìn)制圖像；圖10是不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的、裝配線(xiàn)上的對(duì)象的灰度圖像；圖11是具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的、裝配線(xiàn)上的對(duì)象的灰度圖像；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一種場(chǎng)景，其中可通過(guò)汽車(chē)成像使用基于任務(wù)的成像系統(tǒng)檢測(cè)對(duì)象；圖13是退色過(guò)的果蠅胚胎的圖像，用于顯示有絲分裂過(guò)程中的微管，其中示出了生物系統(tǒng)內(nèi)感興趣的空間頻率可如何加強(qiáng)或維持用于成像和識(shí)別處理；圖14示出了通過(guò)利用可滑動(dòng)的光學(xué)元件配置和可變的波前編碼而提供可變的光學(xué)功率的成像系統(tǒng)在第一和第二狀態(tài)下的一對(duì)圖解說(shuō)明；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的框圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的適用于大間隔距離的虹膜識(shí)別的示例性波前編碼元件的表面凹陷的等高線(xiàn)標(biāo)繪圖；圖17是作為到用于虹膜識(shí)別的成像系統(tǒng)的間隔距離的函數(shù)的、對(duì)著虹膜的圖像的像素?cái)?shù)量的圖形標(biāo)繪圖；圖18是用于成像系統(tǒng)的、在間隔距離范圍上散焦的波的數(shù)量的圖形標(biāo)繪圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、模擬的經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化的PSF(點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù))的一系列圖形標(biāo)繪圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、模擬的經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)的MTF的一系列圖形標(biāo)繪圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的包括波前編碼的示例性成像系統(tǒng)的極性MTF的等高線(xiàn)標(biāo)繪圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明的用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、在所有方向到+π)上均衡的、作為間隔距離的函數(shù)的、感興趣的空間頻率上的平均對(duì)比度的圖形標(biāo)繪圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明的用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、在所有方向(-π到+π)上均衡的、作為間隔距離的函數(shù)的、感興趣的空間頻率上的平均SNR的圖形標(biāo)繪圖；圖M是根據(jù)本發(fā)明的、用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、用于處理由成像系統(tǒng)捕獲的圖像的濾波器的圖形表示；圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于生成模擬圖像的過(guò)程的流程圖，所述模擬圖像與由包括波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像是可比擬的；圖沈示出了用于對(duì)包括波前編碼的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)的框圖；圖27示出了用于對(duì)包括波前編碼的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)的過(guò)程的流程圖；圖觀(guān)示出了由給定的成像系統(tǒng)觀(guān)察到的原始圖像、PSF和下采樣圖像的相對(duì)位置的一系列示意圖四詳細(xì)示出了一對(duì)關(guān)于下采樣的變化原點(diǎn)的混疊的效果；圖30示出了根據(jù)本發(fā)明的一系列模擬虹膜圖像，其中并入了波前編碼及相關(guān)處理的效果；圖31示出了對(duì)于不具有波前編碼的模擬成像系統(tǒng)，作為間隔距離O米到2.5米)的函數(shù)的漢明距離的圖形標(biāo)繪圖；圖32示出了根據(jù)本發(fā)明、用于并入了波前編碼元件和相關(guān)處理的效果的模擬虹膜圖像的、作為間隔距離O米到2.5米)的函數(shù)的漢明距離的圖形標(biāo)繪圖，其說(shuō)明了與不具有波前編碼的系統(tǒng)相比，波前編碼的存在提供了更寬的識(shí)別范圍；圖33是用于獲得虹膜圖像的實(shí)驗(yàn)設(shè)置的示意圖；圖34是根據(jù)本發(fā)明的、用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、實(shí)驗(yàn)獲得的標(biāo)準(zhǔn)化PSF的一系列圖形標(biāo)繪圖；圖35是對(duì)應(yīng)于圖34所述的標(biāo)準(zhǔn)化PSF的、實(shí)驗(yàn)獲得的標(biāo)準(zhǔn)化MTF的一系列圖形標(biāo)繪圖；圖36是包括波前編碼的示例性成像系統(tǒng)的、實(shí)驗(yàn)獲得的極性MTF的等高線(xiàn)標(biāo)繪圖；圖37是用于包括波前編碼的成像系統(tǒng)的、在所有方向到+π)上均衡的、作為間隔距離的函數(shù)的、感興趣的空間頻率上的實(shí)驗(yàn)獲得的平均對(duì)比度的圖形標(biāo)繪圖；圖38是用于使用不具有波前編碼的成像系統(tǒng)進(jìn)行虹膜識(shí)別的、作為到虹膜的間隔距離的函數(shù)的漢明距離的圖形標(biāo)繪圖；以及圖39是根據(jù)本發(fā)明的用于使用包括波前編碼的成像系統(tǒng)進(jìn)行虹膜識(shí)別的、作為到虹膜的間隔距離的函數(shù)的漢明距離的圖形標(biāo)繪圖。具體實(shí)施例方式WFC(波前編碼)使得能夠在大范圍光學(xué)像差(包括散焦)上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的成像。例如，WCF可使成像系統(tǒng)能提供在大范圍的間隔距離上聚焦的圖像。在第60/609，445號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)和第11/225，753號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中介紹了WFC和手持式裝置與虹膜之間的短距離生物虹膜識(shí)別的一種組合。波前編碼及相關(guān)方法(例如某些計(jì)算成像方法)可減少系統(tǒng)特性的某些效應(yīng)，所述系統(tǒng)特性例如球面和高階像差、散焦、放大、景深、色差、對(duì)準(zhǔn)容限、動(dòng)態(tài)振動(dòng)和溫度變化。在WFC中，以能夠保持系統(tǒng)在這些特性大范圍變化的情況下捕獲圖像數(shù)據(jù)的能力的方式，修改成像系統(tǒng)的光瞳函數(shù)。此外，WFC還能在提供將在特定的信號(hào)處理任務(wù)中使用的圖像數(shù)據(jù)的同時(shí)，提供視覺(jué)上可接受的(例如對(duì)于觀(guān)察人而言)圖像。應(yīng)該注意到，為了清楚地說(shuō)明，附圖中的某些元素不是按比例描繪的。圖1示出了在其中可使用基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的安全場(chǎng)景100。在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，成像系統(tǒng)可理解為照相機(jī)、照相機(jī)系統(tǒng)、一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)及控制器、具有相關(guān)光學(xué)元件(透鏡等)的照相機(jī)、和/或基于任務(wù)的成像應(yīng)用所需的處理器(例如可選地配置有軟件的處理器或計(jì)算機(jī))的任意組合。在安全場(chǎng)景100中，對(duì)象160正從方向150(由箭頭指示)向受控的入口點(diǎn)(例如門(mén))110靠近。對(duì)象160必須通過(guò)在墻115內(nèi)限定的三個(gè)不同的區(qū)域140、130和120到達(dá)入口點(diǎn)110。在區(qū)域120、130和140中的每個(gè)區(qū)域，都可布置有一個(gè)或多個(gè)成像系統(tǒng)，例如，區(qū)域120中的圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置125、區(qū)域130中的圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置135以及區(qū)域140中的圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置145。每個(gè)圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)功能。作為一種選擇，全部的成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)相同的功能。每個(gè)圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置將來(lái)自該場(chǎng)景的電磁能量的波前成像為中間圖像，修改該波前的相位、檢測(cè)中間圖像，并生成感興趣的大范圍空間頻率上的圖像數(shù)據(jù)。全部成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的示例性功能是用生物測(cè)量的方法識(shí)別對(duì)象160。這種生物識(shí)別可包括虹膜識(shí)別和/或面部識(shí)別。同樣，可選地，對(duì)象160可攜帶可由文本或條形碼識(shí)別的鑒別的徽章或其它物品(未示出)。盡管在下文中根據(jù)對(duì)特定類(lèi)型的電磁能量敏感的傳感器(例如但不限于，IR(紅外光)、UWR(長(zhǎng)波紅外光)、RGB(紅綠藍(lán)可見(jiàn)光)等)對(duì)安全場(chǎng)景100和圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置125、135和145進(jìn)行了討論，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置使用的電磁波譜的實(shí)際波長(zhǎng)可以改變。例如，通常指定為頂系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置可響應(yīng)于可見(jiàn)光、OTR(近紅外光)、麗IR(中波紅外光)或UWR。成像系統(tǒng)還可設(shè)計(jì)為根據(jù)待執(zhí)行的任務(wù)的需要，使用窄波帶或?qū)挷◣?。?dāng)對(duì)包括波長(zhǎng)范圍的電磁能量成像時(shí)，圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置125、135和145中的每一個(gè)都可包括適用于在波長(zhǎng)范圍的不同部分中成像和修改相位的成像和波前編碼光學(xué)器件。當(dāng)對(duì)象160遠(yuǎn)離成像系統(tǒng)時(shí)，認(rèn)為對(duì)象160位于該成像系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)，例如當(dāng)對(duì)象160在區(qū)域140中并由圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置125觀(guān)察時(shí)。在遠(yuǎn)場(chǎng)中，對(duì)象160距離圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置的光瞳足夠遠(yuǎn)，以使得由圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置125拍攝的對(duì)象160的圖像幾乎不存在波前像差誤差。在這種情況下，可不必使用波前編碼來(lái)擴(kuò)展景深。然而，仍然可將波前編碼并入到圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置中，以校正在高放大率下對(duì)圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置的操作可能引起的像差。例如，可將用于修改波前相位(即，波前編碼)的調(diào)制元件集成到圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置中，以使得相對(duì)于不具有調(diào)制元件的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)而言，具有調(diào)制元件的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)圖像像差得以減小。如果不進(jìn)行校正，這種像差可降低感興趣的空間頻率的SNR，而該SNR是成功地完成任務(wù)所必需的。在某些情況下，需要高放大率(即，放大)以從安全場(chǎng)景100的較大成像區(qū)域中選擇用于識(shí)別對(duì)象160的區(qū)域(例如，眼睛或面部)在近距離下，對(duì)象160的圖像的景深變得對(duì)波前像差誤差非常敏感，并可受益于WFC的使用以在感興趣的空間頻率上獲得識(shí)別所需的良好的景深和SNR。這種情況的一個(gè)實(shí)施例是當(dāng)對(duì)象160進(jìn)入到圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置(例如安全場(chǎng)景100中的圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置135)的2到4米內(nèi)時(shí)。在這種情況下，為了對(duì)對(duì)象160進(jìn)行生物鑒定，可要求圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置135追蹤移動(dòng)目標(biāo)、自動(dòng)調(diào)整放大率和景深、并維持在感興趣的空間頻率上識(shí)別所需的SNR。在對(duì)象160和圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置(例如成像系統(tǒng)125、135和145中之一)之間的中間距離上，可具有與近距離時(shí)相比更大的景深和更低的所需放大率。這些中間距離可要求中間等級(jí)的波前編碼，以維持在感興趣的空間頻率上識(shí)別所需的SNR。成像系統(tǒng)145、135和125可連續(xù)地或并行地協(xié)同工作，以追蹤、隔離對(duì)象160的面部或眼睛，然后生物地鑒別對(duì)象160。入口點(diǎn)110則可自動(dòng)地響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)成像系統(tǒng)145、135和125作出的允許對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)的正面生物識(shí)別結(jié)果，而允許對(duì)象160訪(fǎng)問(wèn)。作為一種選擇，入口點(diǎn)110可基于將對(duì)象160識(shí)別為威脅的負(fù)面生物識(shí)別，而拒絕其訪(fǎng)問(wèn)。圖2示出了安全場(chǎng)景200，其中示出了共同操作的基于任務(wù)的多功能成像系統(tǒng)。多通道、多光學(xué)器件的成像系統(tǒng)210和220可為對(duì)象沈0的預(yù)覽和斜視圖提供安全場(chǎng)景200。成像系統(tǒng)210和220例如可為彩色可視電磁能量成像裝置，例如RGB(三原色)和CMY(減色系統(tǒng))成像器?？赏ㄟ^(guò)有線(xiàn)的(或無(wú)線(xiàn)的)路徑290將成像系統(tǒng)210和220提供的預(yù)覽信息傳送到集中式的數(shù)據(jù)庫(kù)、通信和控制系統(tǒng)270。控制系統(tǒng)270可包括用于與其它系統(tǒng)(未示出)相連的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備觀(guān)0。作為成像系統(tǒng)(例如成像系統(tǒng)220)的替代或補(bǔ)充，控制系統(tǒng)270可直接控制訪(fǎng)問(wèn)，并可保持訪(fǎng)問(wèn)的記錄，例如對(duì)象的時(shí)間標(biāo)記記錄。這些控制系統(tǒng)和/或成像系統(tǒng)還可包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)例如訪(fǎng)問(wèn)記錄和人眼可視圖像的信息，并同時(shí)提供識(shí)別數(shù)據(jù)或其它輸出?？墒褂妙A(yù)覽信息來(lái)準(zhǔn)備用于訪(fǎng)問(wèn)控制事件的詢(xún)問(wèn)系統(tǒng)。預(yù)覽信息可包括但不限于這樣的低分辨率圖像數(shù)據(jù)，其中對(duì)象260已物理地定位但未被生物識(shí)別。預(yù)覽信息例如可從成像系統(tǒng)210或220傳送到包括成像系統(tǒng)230、240和250的多光學(xué)器件成像系統(tǒng)裝配M5，用于例如進(jìn)一步詢(xún)問(wèn)生物識(shí)別。成像系統(tǒng)230例如可為形成成像系統(tǒng)裝配245的一部分的多通道成像系統(tǒng)，其可自我調(diào)節(jié)(例如，通過(guò)路徑四0內(nèi)部通信)以實(shí)現(xiàn)特殊任務(wù)。作為任務(wù)的一部分，成像系統(tǒng)230、240和250可通過(guò)路徑290將圖像數(shù)據(jù)在其相互之間傳送。成像系統(tǒng)230例如可包括用于兩個(gè)分離的電磁能量波段(例如RGB和LWIR)的光學(xué)器件。成像系統(tǒng)裝配245還可包括以IR(對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)M0)和灰度級(jí)(對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)250)操作的傳感器。圖3示出了安全場(chǎng)景300，其中示出了共同操作的、多功能的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)310、320和330的非永久性裝備。RGB成像系統(tǒng)310、CMY成像系統(tǒng)320和頂成像系統(tǒng)330可共同操作，以生物地鑒定對(duì)象360。在示例性的實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)310和320提供預(yù)覽信息，而成像系統(tǒng)330實(shí)現(xiàn)虹膜識(shí)別。有線(xiàn)的(或無(wú)線(xiàn)的)路徑390提供成像系統(tǒng)310、320和330之間的互連。無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備380將成像系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相連。例如由成像系統(tǒng)310,320和330、路徑390和通信設(shè)備380形成的無(wú)線(xiàn)的、便攜式的、多通道的、多光學(xué)器件的系統(tǒng)可用于例如臨時(shí)安全的應(yīng)用。圖4示出了安全場(chǎng)景400的示意圖，其中包括手持式基于任務(wù)的多功能成像系統(tǒng)410和420。成像系統(tǒng)410和420設(shè)置以觀(guān)察對(duì)象460。成像系統(tǒng)410可為例如低價(jià)的手持式便攜單通道部件(例如，足夠低價(jià)以至于認(rèn)為其可任意使用)，并可用于不穩(wěn)定的安全裝備中。成像系統(tǒng)410還可允許通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信配置480的無(wú)線(xiàn)通信。成像系統(tǒng)420可以是和無(wú)線(xiàn)通信配置480—起使用的用于識(shí)別和記錄的手持式便攜單通道設(shè)置。成像系統(tǒng)410和420可設(shè)計(jì)為輕便的、抗震的、并能忍受使用和存儲(chǔ)條件下的極值溫度。下面結(jié)合圖5-15討論根據(jù)本發(fā)明的基于任務(wù)的成像的多種應(yīng)用。結(jié)合圖5及圖16-39詳細(xì)討論關(guān)于虹膜識(shí)別的、示例性的基于任務(wù)的成像應(yīng)用。下文中討論的關(guān)于虹膜識(shí)別的方法、過(guò)程和裝置可適用于其它基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和使用，例如結(jié)合圖5-15討論的系統(tǒng)，S卩，生物面部識(shí)別、用于訪(fǎng)問(wèn)控制的生物識(shí)別、用于威脅鑒別的生物識(shí)別、條形碼閱讀、用于裝配線(xiàn)中的質(zhì)量控制的成像、光學(xué)字符識(shí)別、生物成像和用于對(duì)象檢測(cè)的汽車(chē)成像。作為基于任務(wù)的生物成像的實(shí)施例，圖5中示出了人眼500的一部分。人眼500包括瞳孔區(qū)510、虹膜區(qū)520、睫狀肌區(qū)530以及脈絡(luò)膜區(qū)M0。眾所周知，每個(gè)人的虹膜區(qū)520都是唯一的，并可用于高精度地識(shí)別每個(gè)人。虹膜區(qū)520包含這樣的結(jié)構(gòu)，其具有生物識(shí)別感興趣的空間頻率，使用波前編碼可將這些頻率選擇性地增強(qiáng)。作為基于任務(wù)的生物成像的另一個(gè)實(shí)施例，圖6中示出了人臉600的一部分。人的面部(即使是長(zhǎng)相相同的雙胞胎)都具有可用于生物識(shí)別的區(qū)別特征。這些特征例如頭部的寬度610、眼睛的間隔620、眼睛的寬度630、鼻子的寬度640、嘴部的寬度650，這些特征可提供特定空間頻率，這些頻率可使用本公開(kāi)的詳細(xì)內(nèi)容選擇性地增強(qiáng)。W.Zhao等人在2003年12月的ACMComputingSurveysVol.35，No.4第399-458頁(yè)發(fā)表的“面部識(shí)別文獻(xiàn)調(diào)查(FaceRecognition=ALiteratureSurvey)”一文和Y.Zana等人2006年1月在A(yíng)CMTransactionsonAppliedPerc印tion，Vol.3，No.1上發(fā)表的“基于極性頻率特征的面部識(shí)別(FaceRecognitionBasedonPolarFrequencyFeatures)，，一文中提供了人臉識(shí)別主題的最新調(diào)查。除了生物成像之外，其它的基于任務(wù)的成像問(wèn)題可受益于包括用于增強(qiáng)特定空間頻率的波前編碼的成像系統(tǒng)。這種基于任務(wù)的成像問(wèn)題的實(shí)施例是條形碼閱讀。ID(—維)和2D(二維)的條形碼都具有圖案結(jié)構(gòu)，該圖案結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的周期性并因此具有特定的空間頻率。圖7示出了一系列2D條形碼，將具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像和不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像進(jìn)行了比較。圖像710-714是從不具有波前編碼的成像系統(tǒng)收集的。圖像720-7M是從使用了波前編碼的系統(tǒng)收集的。由包含波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像顯示了少很多的模糊，并因此在到最佳焦距的大范圍距離上保留了用于識(shí)別的感興趣的空間頻率。仍然參照?qǐng)D7，當(dāng)討論非人對(duì)象時(shí)，通常使用術(shù)語(yǔ)“到最佳焦距的距離(distancefrombestfocus)”替代例如“間隔距離(standoffdistance)”的術(shù)語(yǔ)。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)之間的區(qū)別可理解為，“間隔距離”是絕對(duì)距離，而“到最佳焦距的距離”是相對(duì)距離。也就是說(shuō)，可通過(guò)在最佳焦距上加上/減去超出/小于最佳焦距的距離，來(lái)確定用于非人對(duì)象的等價(jià)間隔距離。圖像710和720是在最佳焦距收集的。圖像711和721是在超出最佳焦距Icm處收集的。圖像712和722是在超出最佳焦距2cm處收集的。圖像713和723是在超出最佳焦距3cm處收集的。圖像714和7M是在超出最佳焦距4cm處收集的。與用不具有波前編碼的成像系統(tǒng)拍攝的圖像710-714相比，圖像720-7M顯示了少得多的模糊，并因此在到最佳焦距的大范圍距離上保留了用于識(shí)別的感興趣的空間頻率。圖8和圖9示出了同一系列圖像的兩個(gè)版本。圖8中的一組圖像800是灰度圖像，圖9中的一組圖像900是二進(jìn)制圖像。比較這些圖像可顯示人的視覺(jué)和用于光學(xué)字符識(shí)別的成像之間的對(duì)比。人的視覺(jué)區(qū)分彩色和灰度。對(duì)于OCR(光學(xué)字符識(shí)別)而言，圖像則被處理為二進(jìn)制的黑白圖像。與條形碼類(lèi)似，打印的文字也具有特定的空間頻率，該頻率與字體、字體大小和打字機(jī)字體相關(guān)。圖像810-812和910-912是使用不具有波前編碼的成像系統(tǒng)收集的。圖像820-822和920-922是使用具有波前編碼的成像系統(tǒng)收集的。每一列圖像顯示了在距最佳焦距不同距離處捕獲的相關(guān)的相似圖像。頂部一行圖像810、820、910和920是在小于最佳焦距IOcm處收集的。中間一行圖像811、821、911和921是在最佳焦距時(shí)收集的。底部一行圖像812、822、912和922是在大于最佳焦距20cm處收集的。容易看到，尤其是在一組二進(jìn)制圖像900中可見(jiàn)，與由不包括波前編碼的系統(tǒng)捕獲的圖像相比，由包括波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像顯示了增強(qiáng)的與文字相關(guān)的空間頻率。維持文字字符的空間頻率可提供更高可能性的光學(xué)字符識(shí)別。圖10和11還比較了使用不具有波前編碼的成像系統(tǒng)獲得的圖像(圖10)與使用具有波前編碼的成像系統(tǒng)獲得的圖像(圖11)。圖10和11包括裝配線(xiàn)上的對(duì)象的灰度圖像1000和1100。對(duì)于將識(shí)別相似尺寸和形狀的對(duì)象的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，高空間頻率信息有利地被成像系統(tǒng)維持或增強(qiáng)。在圖10所示的由不具有波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像1000中，中心區(qū)域1020被很好地聚焦，而區(qū)域1010和1030認(rèn)為是未聚焦的，說(shuō)明這些外部區(qū)域中的空間頻率信息已丟失。相反，在圖11所述的由包括波前編碼的成像系統(tǒng)捕獲的圖像1100中，圖像1100的全部區(qū)域都是聚焦的，并且相對(duì)于不具有波前編碼的成像系統(tǒng)而言，空間頻率信息已得到增強(qiáng)。圖12示出了另一類(lèi)型的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)，通過(guò)在成像系統(tǒng)中包含波長(zhǎng)編碼，其可受益于增強(qiáng)或維持用于識(shí)別的感興趣的空間頻率。圖12示出了基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的應(yīng)用的場(chǎng)景1200，其尤其用于通過(guò)在汽車(chē)上成像進(jìn)行對(duì)象檢測(cè)。在此實(shí)施例中，成像系統(tǒng)1240集成在汽車(chē)1230中。這類(lèi)成像系統(tǒng)可使用例如NIR、IR或UWR電磁能量波長(zhǎng)來(lái)提供夜間成像能力。場(chǎng)景1200包括在人行道1220的邊界內(nèi)行走的行人1210。成像系統(tǒng)1240可設(shè)計(jì)用于識(shí)別人行道1220，這樣，在識(shí)別了人行道1220之后，成像系統(tǒng)則可確定行人1210是否出現(xiàn)在人行道上。系統(tǒng)1240識(shí)別人行道1220的能力的增加減小了汽車(chē)1230與行人1210接觸的機(jī)會(huì)。人行道通常由著色的條紋或磚塊或石頭的插入排列表示。因此，盡管人行道1220具有由其構(gòu)造帶來(lái)的特定空間頻率，但是仍然可在成像系統(tǒng)1240中包含波前編碼，以維持或增強(qiáng)這些頻率，從而幫助成像系統(tǒng)1240進(jìn)行識(shí)別?？墒芤嬗谠鰪?qiáng)感興趣的空間頻率的另一類(lèi)基于任務(wù)的成像應(yīng)用是生物成像。作為生物成像的實(shí)施例，圖13是果蠅胚胎的熒光圖像1300，其同步分裂的細(xì)胞核已退色，以顯示有絲分裂過(guò)程中的微管。該圖像已進(jìn)行反向以便于觀(guān)看。微管在圖像中是多個(gè)小黑特征。微管是細(xì)胞的微小子部件，并且是直徑為M到25納米的長(zhǎng)管。其形成細(xì)胞結(jié)構(gòu)中稱(chēng)為細(xì)胞骨架的一部分。在有絲分裂過(guò)程中，微管動(dòng)態(tài)地形成為束，以創(chuàng)建染色體在其上移動(dòng)的有絲分裂紡錘體。示例性的有絲分裂紡錘體結(jié)構(gòu)在框1310中示出。線(xiàn)狀的紡錘體微管可使用光學(xué)顯微鏡分辨，并通過(guò)其特征結(jié)構(gòu)而識(shí)別。微管提供細(xì)胞分裂的物理結(jié)構(gòu)并傳遞細(xì)胞分裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程。微管的不適當(dāng)?shù)臋C(jī)能可導(dǎo)致染色體分隔或分離的缺陷。正確識(shí)別微管和其中的任何誤差可向研究者提供關(guān)于有絲分裂的細(xì)節(jié)的信息。在例如在有絲分裂過(guò)程中用于監(jiān)控微管的成像系統(tǒng)中增加波前編碼可增強(qiáng)或維持感興趣的空間頻率，并有助于不規(guī)則微管的識(shí)別。如參照?qǐng)D1-4進(jìn)行的討論，可要求成像系統(tǒng)適用于多個(gè)不同的任務(wù)或情況。例如，可首先要求成像系統(tǒng)提供用于面部識(shí)別的數(shù)據(jù)，這種識(shí)別可僅需要有限的景深。稍后，可使用同樣的系統(tǒng)用于虹膜識(shí)別，該虹膜識(shí)別需要更大的景深。作為一種選擇，可要求成像系統(tǒng)不使用波前編碼而捕獲傳統(tǒng)的(人眼可視的)圖像。通過(guò)改變焦距(縮放能力)和改變應(yīng)用的波前編碼是用于實(shí)現(xiàn)這種可適應(yīng)的成像系統(tǒng)的兩個(gè)示例性方法。特別地，圖14示出了通過(guò)利用可滑動(dòng)的光學(xué)元件配置和可變的波前編碼而提供可變的光學(xué)功率的成像系統(tǒng)的一對(duì)圖解說(shuō)明1400，所述可變的波前編碼通過(guò)使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)相位濾波器而實(shí)現(xiàn)。在圖解說(shuō)明1402中，成像系統(tǒng)處于第一狀態(tài)，且通過(guò)孔徑1420將從對(duì)象1410反射或散發(fā)的電磁能量在檢測(cè)器1470上成像為中間圖像1465。根據(jù)該中間圖像，檢測(cè)器1470生成該對(duì)象中存在的空間頻率范圍上的圖像數(shù)據(jù)1475(由箭頭表示)?？苫瑒?dòng)元件1430可與元件1460共同工作，以修改對(duì)象1410的放大率。附加元件1440和1450可為例如旋轉(zhuǎn)相位濾波器，用于改變圖像的波前編碼。可滑動(dòng)元件1430、附加元件1440和1450和/或元件1460對(duì)來(lái)自對(duì)象的電磁能量的波前進(jìn)行相位調(diào)制(即，波前編碼)?？赏ㄟ^(guò)DSP(數(shù)字信號(hào)處理)單元對(duì)來(lái)自檢測(cè)器1470的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，然后由DSP輸出期望的數(shù)據(jù)。作為一種選擇，將來(lái)自1470的圖像數(shù)據(jù)1475直接輸出為數(shù)據(jù)1490?？捎扇我宦窂交蛘邇蓚€(gè)路徑將數(shù)據(jù)1490輸出。由DSP1480處理之后的數(shù)據(jù)1490可產(chǎn)生最后的人眼可視圖像，而未由DSP1480處理過(guò)的數(shù)據(jù)1490可用于識(shí)別或其它任務(wù)?？捎煽苫瑒?dòng)元件1430、附加元件1440和1450中的一個(gè)或多個(gè)提供電磁能量波前的相位調(diào)制，元件1460改變中間圖像的特性以使成像系統(tǒng)1400的SNR大于不具有相位調(diào)制的成像系統(tǒng)的SNR。作為一種選擇或補(bǔ)充，相位調(diào)制可配置以與DSP1480共同工作，從而，與其中不具有相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)處理器的相同的系統(tǒng)相比，可減小成像系統(tǒng)中的至少一個(gè)成像像差(例如，與溫度有關(guān)的像差和與沖擊有關(guān)的像差)。在圖解說(shuō)明1404中，成像系統(tǒng)處于放大和波前編碼的第二狀態(tài)?？苫瑒?dòng)元件1430和旋轉(zhuǎn)相位濾波器1450(由不同的陰影示出)相對(duì)于圖解說(shuō)明1402中相似的元件1430'和1450'來(lái)說(shuō)位于不同的位置，從而生成不同的中間圖像1465'、圖像數(shù)據(jù)1475'和數(shù)據(jù)1490'。盡管結(jié)合旋轉(zhuǎn)相位元件進(jìn)行了討論，但是可變的波前編碼元件可根據(jù)反射的或投射的光學(xué)元件而設(shè)計(jì)以改變相位，所述光學(xué)元件例如液晶空間光調(diào)制器、可變形的反射器、液態(tài)透鏡、液晶變化器、可滑動(dòng)光學(xué)元件配置、滑動(dòng)變化器裝置、滑動(dòng)孔徑變化器、或者其它機(jī)電(即，DLP(數(shù)字光處理))或電光裝置。根據(jù)具體應(yīng)用，可需要電磁能量波前的相位變化范圍為零到十個(gè)波或者更多個(gè)波。作為一種選擇，可使用修改波前的振幅的光學(xué)元件來(lái)替代相位修改元件。此外，在基于任務(wù)的成像系統(tǒng)中可使用適應(yīng)性系統(tǒng)，例如設(shè)計(jì)用于生物成像的系統(tǒng)。例如，如圖13所示，利用顯微鏡對(duì)微管成像。在這種應(yīng)用中，可需要在相同的成像系統(tǒng)內(nèi)觀(guān)察更大或更小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)(例如通過(guò)改變放大率)。此外，可使用波前編碼以校正基于任務(wù)的成像系統(tǒng)中的成像像差。例如，可將用于修改波前相位(即，波前編碼)的調(diào)制元件集成到圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置中，作為可滑動(dòng)元件1430、附加元件1440和1450以及元件1460中的一個(gè)和多個(gè)中的至少一個(gè)，以使得與不使用調(diào)制元件的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)相比，減少基于任務(wù)的成像系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)圖像像差。圖15是示出了基于任務(wù)的成像系統(tǒng)1510的框圖1500。成像系統(tǒng)1510包括圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置1520和成像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1530。示例性的成像系統(tǒng)例如為圖2中的成像系統(tǒng)210和220以及與系統(tǒng)控制器270協(xié)同工作的成像系統(tǒng)裝配對(duì)5。圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置1520可包括但不限于用于從場(chǎng)景捕獲圖像數(shù)據(jù)的裝置、系統(tǒng)和處理?？砂谙到y(tǒng)1520中的組件例如照射源、光學(xué)元件(例如反射、折射和全息元件)、相位修改元件(例如結(jié)合圖16描述的相位修改元件)、可變光學(xué)元件(例如結(jié)合圖14所述的可變光學(xué)元件)、檢測(cè)器(例如傳感器和照相機(jī))以及可需要用來(lái)支持圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置的其它附屬硬件。圖像數(shù)據(jù)處理裝置1530可包括但不限于用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置1520從場(chǎng)景捕獲的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置、系統(tǒng)和處理?？砂谙到y(tǒng)1530中的組件為基于照相機(jī)的處理器、系統(tǒng)控制器(例如圖2中的270)、外部計(jì)算機(jī)、軟件代碼、操作系統(tǒng)、圖像處理軟件、波前編碼濾波器設(shè)計(jì)、基于任務(wù)的軟件程序以及用于記錄圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。在大間隔距離的虹膜識(shí)別的上下文中，可更清楚地理解在基于任務(wù)的成像系統(tǒng)(如上所述)中通過(guò)使用波前編碼增強(qiáng)或維持感興趣的空間頻率的細(xì)節(jié)。在待成像的虹膜處于大間隔距離(例如大于2米)的情況下，在生物虹膜識(shí)別的實(shí)現(xiàn)中出現(xiàn)了一些困難。當(dāng)待成像的虹膜位于距成像系統(tǒng)大于大約1米時(shí)，成像系統(tǒng)應(yīng)該具有大的孔徑，以1)提供高的空間頻率的信息，以對(duì)虹膜的細(xì)節(jié)進(jìn)行成像；以及2、捕獲充足的光，以產(chǎn)生高質(zhì)量的信號(hào)。增大成像光學(xué)器件的孔徑導(dǎo)致了景深的減小，這樣，當(dāng)對(duì)象處于大的間隔距離時(shí)，波前編碼的使用甚至更加有益。此外，對(duì)于大間隔距離應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在感興趣的空間頻率范圍和感興趣的散焦范圍上的高度調(diào)制是期望的。對(duì)于這種應(yīng)用，可使用波前編碼來(lái)增加調(diào)制(與不使用波前編碼的情況相比)。在某些虹膜識(shí)別系統(tǒng)中可通過(guò)例如使用多個(gè)照相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)增加的視場(chǎng)和景深，所述多個(gè)照相機(jī)將全部成像體積分為多個(gè)較小的成像體積。在這種情況下，感興趣的視場(chǎng)可使用機(jī)械裝置(例如反射精或棱鏡)轉(zhuǎn)向一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)。然而，這種機(jī)械裝置可需要額外的功率和更多的維護(hù)、減小圖像捕獲處理的速度、并在捕獲的圖像中引入噪聲。增大景深、視場(chǎng)和成像系統(tǒng)的分辨率有助于大間隔距離下的虹膜識(shí)別。盡管當(dāng)前可用的虹膜識(shí)別成像系統(tǒng)可能不能同時(shí)提供大的視場(chǎng)和高分辨率，但是在成像光學(xué)器件中包含波前編碼可提高這兩方面的性能。虹膜識(shí)別系統(tǒng)可使用近紅外的照射源，用于提高虹膜圖像對(duì)比度。這些照射源的照明度應(yīng)該在整個(gè)成像體積上保持在在安全水平，以防止對(duì)眼睛造成潛在的傷害?？筛倪M(jìn)虹膜識(shí)別系統(tǒng)的多種波前包括余弦形式、散焦面立方形式、高階可分離形式和高階不可分離形式。對(duì)于大間隔距離應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在感興趣的空間頻率范圍和感興趣的散焦范圍上的高度調(diào)制是期望的。示例性的基于任務(wù)的成像系統(tǒng)1510是IHONS1.1系統(tǒng)，其用于獲得在虹膜識(shí)別任務(wù)中使用的關(guān)于場(chǎng)景的數(shù)據(jù)。特別地，在IHONS1.1系統(tǒng)中，圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置1520包括光學(xué)器件，其用于將來(lái)自場(chǎng)景的電磁能量波前成像為中間圖像、修改該波前的相位(即，波前編碼)、檢測(cè)該中間圖像、以及生成大范圍空間頻率上的圖像數(shù)據(jù)。例如，圖像數(shù)據(jù)捕獲裝置1520可包括一個(gè)或多個(gè)成像光學(xué)器件以及波前編碼元件。作為一種選擇，成像光學(xué)器件和波前編碼元件可集成到單一的光學(xué)元件中，或者波前編碼效應(yīng)可分布在一個(gè)或多個(gè)成像光學(xué)器件上。同樣，中間圖像的檢測(cè)和圖像數(shù)據(jù)的生成可由單一的檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)，其用于將入射到其上的電磁能量轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)。此外，IHONS1.1系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)處理裝置1530與圖像捕獲系統(tǒng)1520協(xié)同工作以解決由波前編碼元件對(duì)波前的修改，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)虹膜圖像識(shí)別的任務(wù)。下面，結(jié)合圖16-39和大間隔距離下的虹膜識(shí)別任務(wù)詳細(xì)描述IHONS1.1系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。用于大間隔距離下的虹膜識(shí)別的WFC設(shè)計(jì)是一種由高階不可分離的多項(xiàng)式函數(shù)，被指定為“IH0NS(虹膜高階不可分離)”。這種設(shè)計(jì)提供了風(fēng)險(xiǎn)最小化和性能之間的折衷。IHONS設(shè)計(jì)與用于較短間隔距離下的虹膜識(shí)別的波前編碼應(yīng)用的“IH0S(虹膜高階可分離)”設(shè)計(jì)具有相似性，所述IHOS設(shè)計(jì)例如R.Narayanswamy等人在A(yíng)ppl.Op.，vol.44，no.5，pp.701-712上發(fā)表的“擴(kuò)展用于生物虹膜識(shí)別的成像體積(Extendingtheimagingvolumeforbiometricirisrecognition)”一文中所介紹的設(shè)計(jì)。IHOS設(shè)計(jì)特別地涉及用于波前編碼的相位改變表面的使用，其中相位改變表面在數(shù)學(xué)上表示為Φ(χ,y)=exp{-j[f(χ)+f(y)]}公式1其中，f(χ)和f(y)是高階多項(xiàng)式。盡管IHOS設(shè)計(jì)適用于小間隔距離下的虹膜識(shí)別，但是IHONS設(shè)計(jì)能夠用少量的濾波器在操作間隔距離范圍上實(shí)現(xiàn)WFC調(diào)制。表征IHONS設(shè)計(jì)的一種光瞳相位函數(shù)的數(shù)學(xué)描述是權(quán)利要求1.用于生成由基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的檢測(cè)器捕獲的場(chǎng)景的輸出圖像的方法，所述檢測(cè)器包括多個(gè)像素，所述場(chǎng)景包括位于對(duì)象距離范圍內(nèi)的給定對(duì)象距離處的至少一個(gè)對(duì)象，所述對(duì)象距離被定義為所述對(duì)象和所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)之間的距離，所述方法包括在空間頻率范圍內(nèi)捕獲所述場(chǎng)景的高分辨率圖像；將所述高分辨率圖像轉(zhuǎn)化為所述場(chǎng)景的圖像譜；確定所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)在所述對(duì)象距離范圍內(nèi)上散焦的光學(xué)傳遞函數(shù)；確定在所述檢測(cè)器的所述多個(gè)像素上的像素調(diào)制傳遞函數(shù)；將所述圖像譜與所述光學(xué)傳遞函數(shù)和所述調(diào)制傳遞函數(shù)相乘，以生成所述場(chǎng)景的修改的圖像譜；將所述修改的圖像譜轉(zhuǎn)化為所述場(chǎng)景的修改的圖像；以及根據(jù)所述修改的圖像生成所述輸出圖像。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生成步驟包括根據(jù)所述修改的圖像形成調(diào)整大小的圖像，以及根據(jù)所述調(diào)整大小的圖像形成所述輸出圖像。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成所述調(diào)整大小的圖像包括根據(jù)所述給定對(duì)象距離，將所述修改的圖像下采樣到最終分辨率。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述下采樣包括不進(jìn)行低通濾波而對(duì)所述修改的圖像調(diào)整大小。5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述下采樣包括對(duì)于給定的下采樣原點(diǎn)和下采樣周期，處理所述修改的圖像；以及通過(guò)在所述下采樣周期內(nèi)改變所述下采樣原點(diǎn)，生成所述調(diào)整大小的圖像的多重混疊版本。6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述檢測(cè)器具有散粒噪聲和讀噪聲特性，且形成所述輸出圖像包括將所述散粒噪聲和讀噪聲特性中的至少之一添加到所述調(diào)整大小的圖像中。7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述調(diào)整大小的圖像包括至少一個(gè)邊界線(xiàn)，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)復(fù)制所述邊界線(xiàn)填充所述調(diào)整大小的圖像，以生成具有期望圖像大小的填充圖像。8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括用濾波器內(nèi)核過(guò)濾所述輸出圖像，以生成濾波的圖像。9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從所述輸出圖像計(jì)算所述場(chǎng)景上的信噪比；修改所述成像系統(tǒng)的所述散焦的光學(xué)傳遞函數(shù)，以使所述輸出圖像中的信噪比大于從不修改所述散焦的光學(xué)參數(shù)的輸出圖像計(jì)算的信噪比。10.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在所述場(chǎng)景的方向范圍上對(duì)所述信噪比進(jìn)行平均，以生成平均信噪比；以及改變所述散焦的光學(xué)傳遞函數(shù)，以使所述輸出圖像中的所述平均信噪比大于從不改變所述散焦的光學(xué)參數(shù)的所述輸出圖像計(jì)算的信噪比。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中平均所述信噪比包括計(jì)算所述場(chǎng)景上的加權(quán)平均信噪比。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中計(jì)算所述加權(quán)平均信噪比包括根據(jù)選自信號(hào)強(qiáng)度的減少和不相干成像系統(tǒng)調(diào)制的減少的至少之一，作為所述給定對(duì)象距離的函數(shù)改變所述信噪比的加權(quán)因子。13.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括將所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)設(shè)置在一定的位置，在對(duì)應(yīng)于該位置的位置處計(jì)算出的、所述對(duì)象距離范圍內(nèi)的最小和最大對(duì)象距離的信噪比相等。14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述改變操作包括修改所述基于任務(wù)的成像系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)以下形式的光瞳函數(shù)15.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述輸出圖像進(jìn)行后處理，用于執(zhí)行選自以下各項(xiàng)中至少之一的任務(wù)生物虹膜識(shí)別、生物面部識(shí)別、用于訪(fǎng)問(wèn)控制的生物識(shí)別、用于威脅鑒別的生物識(shí)別、條形碼閱讀、裝配線(xiàn)中用于質(zhì)量控制的成像、光學(xué)字符識(shí)別、生物成像和用于對(duì)象檢測(cè)的汽車(chē)成像。全文摘要用于生成場(chǎng)景的輸出圖像的方法，場(chǎng)景由基于任務(wù)的成像系統(tǒng)的檢測(cè)器捕獲，檢測(cè)器包括多個(gè)像素，場(chǎng)景包括位于對(duì)象距離范圍內(nèi)的給定對(duì)象距離處的至少一個(gè)對(duì)象，對(duì)象距離被定義為對(duì)象和基于任務(wù)的成像系統(tǒng)之間的距離，該方法包括在空間頻率范圍內(nèi)捕獲場(chǎng)景的高分辨率圖像；將高分辨率圖像轉(zhuǎn)化為場(chǎng)景的圖像譜；確定基于任務(wù)的成像系統(tǒng)在對(duì)象距離范圍內(nèi)上散焦的光學(xué)傳遞函數(shù)；確定在檢測(cè)器的多個(gè)像素上的像素調(diào)制傳遞函數(shù)；將圖像譜與光學(xué)傳遞函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)相乘，以生成場(chǎng)景的修改的圖像譜；將修改的圖像譜轉(zhuǎn)化為場(chǎng)景的修改的圖像；以及根據(jù)修改的圖像生成輸出圖像。文檔編號(hào)G02B27/00GK102147853SQ20101050008公開(kāi)日2011年8月10日申請(qǐng)日期2006年9月19日優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日發(fā)明者保羅·E·X·西爾韋拉,小愛(ài)德華·R·道斯基,拉庫(kù)馬·納拉巖斯瓦邁,格雷戈里·E·約翰遜,羅伯特·H·考麥克申請(qǐng)人:全視技術(shù)有限公司