[發(fā)明專利]基于機器學(xué)習(xí)的手機成像系統(tǒng)和分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080063302.7
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN114365024A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克里希納皮萊·阿南達(dá)西萬;賈拉德·里斯·羅
• 申請（專利權(quán)）人: 感知力私人有限公司
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B13/00;H04M1/02;G06V10/10;G06V10/82;G06V10/764;G06N20/00
• 代理公司: 北京睿陽聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11758
• 代理人: 楊生平;王朋飛

一種基于機器學(xué)習(xí)的成像系統(tǒng)，包括用于與移動計算設(shè)備的成像傳感器(如智能手機的攝像頭)連接的成像設(shè)備。基于機器學(xué)習(xí)(或AI)的分析系統(tǒng)基于由所連接的成像設(shè)備捕獲的圖像進行訓(xùn)練，且一旦被訓(xùn)練，可在有或沒有成像設(shè)備的情況下部署。成像設(shè)備包括可放大圖像的光學(xué)組件、連接結(jié)構(gòu)、以及腔室或壁結(jié)構(gòu)，該壁結(jié)構(gòu)在靠著物體放置時形成腔室。腔室的內(nèi)表面是反射性的且具有彎曲輪廓，以在一個或多個被成像的物體上創(chuàng)建均勻的照明條件并創(chuàng)建均勻的背景照明，以減小所捕獲的圖像的動態(tài)范圍。

優(yōu)先權(quán)文件

本申請要求2019年7月11日提交的發(fā)明名稱為“基于AI的手機顯微鏡系統(tǒng)和分析方法”的澳大利亞臨時專利申請第2019902460號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種成像系統(tǒng)。在具體形式中，本公開涉及配置成與包含圖像傳感器的智能移動裝置連接的便攜式成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在許多應(yīng)用中，需要捕獲現(xiàn)場的物體的圖像，例如，以確定蒼蠅是否為果蠅或植物是否患有特定疾病。傳統(tǒng)的顯微鏡系統(tǒng)是大型實驗室設(shè)備，具有昂貴的高精度光學(xué)系統(tǒng)。然而，隨著具有緊湊的高質(zhì)量攝像系統(tǒng)和先進的處理能力的智能手機的發(fā)展，基于手機的顯微鏡系統(tǒng)也得以發(fā)展。在這些系統(tǒng)中，放大鏡系統(tǒng)通常安裝在手機的攝像頭系統(tǒng)上，用于拍攝放大的圖像。然而，到目前為止，系統(tǒng)設(shè)計通常用于捕獲圖像，以便通過肉眼手動查看圖像，且通常著眼于創(chuàng)建包含透鏡和光學(xué)組件的緊湊的輪廓小的連接結(jié)構(gòu)。一些系統(tǒng)使用攝像頭閃光燈進一步照亮物體并改善目標(biāo)物體的照明。通常，這些照明系統(tǒng)要么使用手機閃光燈，要么包括位于圖像傳感器附近的組件，以實現(xiàn)緊湊的輪廓小的連接結(jié)構(gòu)，因此著眼于將光從上方引導(dǎo)到物體上。在一些實施例中，使用光管和漫反射器創(chuàng)建平行于手機表面和目標(biāo)表面的均勻的光平面，即，該平面的法向軸線與攝像頭軸線平行/對齊。這些光管和漫反射器通常被緊湊地布置在放大鏡(以及圖像傳感器和閃光燈)附近。例如，一個系統(tǒng)使用漫反射器在放大鏡周圍創(chuàng)建一個環(huán)，將平面光向下照射到物體上。

還開發(fā)了基于AI(人工智能)的方法將捕獲的圖像分類，但到目前為止，此類系統(tǒng)在部署到現(xiàn)場時還不能實現(xiàn)足夠的準(zhǔn)確性。例如，一個系統(tǒng)試圖使用深度學(xué)習(xí)法對智能手機拍攝的圖像進行自動分類。在這項研究中，基于一個包含14種作物、26種病害的54000個圖像的數(shù)據(jù)庫，訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。雖然深度學(xué)習(xí)分類器對于測試集的準(zhǔn)確率為99.35％，但當(dāng)其應(yīng)用于其它圖像(如在現(xiàn)場或其它實驗室捕獲的圖像)時，準(zhǔn)確率下降到30％-40％。這表明，為了使基于深度學(xué)習(xí)的分析方法有效，需要更大、更健壯的數(shù)據(jù)集。因此，需要提供改進的用于捕獲在現(xiàn)場采集的圖像并將其分類的系統(tǒng)和方法，或者至少是提供現(xiàn)有系統(tǒng)和方法的有用替代方案。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供一種成像設(shè)備，其被配置成與包括圖像傳感器的移動計算設(shè)備連接，該成像設(shè)備包括：

光學(xué)組件，其包括殼體，該殼體具有：圖像傳感器孔、圖像捕獲孔、以及在所述殼體內(nèi)將所述圖像傳感器孔連接到所述圖像捕獲孔的內(nèi)部光路；

連接結(jié)構(gòu)，其被配置成支撐所述光學(xué)組件，并允許將所述成像設(shè)備連接到包括圖像傳感器的移動計算設(shè)備，從而使得所述光學(xué)組件的所述圖像傳感器孔可被放置在所述圖像傳感器上；和

壁結(jié)構(gòu)，其從所述光學(xué)組件向遠(yuǎn)端延伸，并包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面連接到所述光學(xué)組件的所述圖像捕獲孔并從所述光學(xué)組件的所述圖像捕獲孔向遠(yuǎn)端延伸以限定內(nèi)腔，其中所述壁結(jié)構(gòu)是限定所述內(nèi)腔的腔室并包括遠(yuǎn)端部分，該遠(yuǎn)端部分在使用中支撐一個或多個待成像的物體，或者該遠(yuǎn)端部分是透明窗口，該透明窗口浸入一個或多個待成像的物體中并靠著所述一個或多個待成像的物體放置；或者，所述壁結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端形成遠(yuǎn)端孔，從而使得在使用中所述壁結(jié)構(gòu)的所述遠(yuǎn)端靠著支撐面放置，所述支撐面支撐或包含一個或多個待成像的物體以形成一個腔室，且所述壁結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面除了包括光源孔的至少一個部分之外是反射性的，所述光源孔被配置成允許光進入所述腔室，所述壁結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面具有彎曲輪廓，以在所述一個或多個待成像的物體上創(chuàng)建均勻的照明條件和均勻的背景照明；