CN102105780B - 用于使用吸收来成像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

介质的衰减和其他光学属性被利用以测量传感器和目标表面之间的介质的厚度。此处公开的是各种介质，硬件的布置，以及被用来捕获这些厚度测量并获得各种成像背景中的目标表面的三维图像的处理技术。这包括用于为内部/凹表面以及外部/凸表面成像，以及为耳道、人齿列等等成像的这些技术的特定适配的一般技术。

Description

用于使用吸收来成像的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年7月24日提交的美国临时专利申请No.61/083,394和2009年4月1日提交的美国临时专利申请No.61/165,708的优先权，通过参考将它们中的每一个整体结合于此。

技术领域

本发明涉及用于使用吸收来成像的系统和方法。

背景技术

已公开了用于使用如例如在下面的文献中所描述的发射重吸收激光诱导荧光（“ERLIF”）来捕获厚度测量的各种技术，所述文献是：Hidrovo, C, Hart, D.P., "Excitation Non- Linearities in Emission Reabsorption Laser Induced Fluorescence (ERLIF) Techniques," Journal of Applied Optics, Vol. 43, No. 4, February 2004, pp. 894-913；Hidrovo, C, Hart, D.P., "2-D Thickness and Temperature Mapping of Fluids by Means of a Two Dye Laser Induced Fluorescence Ratiometric Scheme," Journal of Flow Visualization and Image Processing, Volume 9, Issue 2, June 2002；Hidrovo, C, Hart, D. P., "Emission Reabsorption Laser Induced Fluorescence for Film Thickness Measurement," Measurement Science and Technology, Vol. 12, No. 4, 2001, pp. 467-477；以及Hidrovo, C, Hart, D.P., "Dual Emission Laser Induced Fluorescence Technique (DELIF) for Oil Film Thickness and Temperature Measurement," ASME/JSME Fluids Engineering Division Summer Meeting, July 23-28, 2000, Boston, MA，通过参考将它们整体结合于此。

尽管这些现有的技术提供用于获得厚度测量的有效方法，但是它们依赖于两种或多种荧光染料的各种混合物。仍存在对不要求使用多种染料的其他厚度测量技术以及用于将厚度测量适用于针对三维成像的各种物理背景的技术的需要。

发明内容

介质的衰减和其他光学属性被用于测量传感器和目标表面之间的介质厚度。此处所公开的是可以被用来在各种各样的成像背景中捕获这些厚度测量并获得目标表面的三维图像的各种介质、硬件布置以及处理技术。这包括用于为内/凹表面以及外/凸表面成像的通用技术，以及这些技术在为耳道、人齿列（human dentition）等等成像的特定适配。

在一个方面中，在此处公开的一种用于获得三维数据的方法，包括：在目标表面和传感器之间分布介质，所述目标表面在感兴趣区域上具有预定颜色，并且所述介质由在第一波长下的第一衰减系数以及在第二波长下的不同于所述第一衰减系数的第二衰减系数表征；照明感兴趣区域中的位置；利用所述传感器测量在所述位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。所述介质可以包括液体、气体、固体和凝胶中的至少一个。当所述介质是气体时，该方法还可以包括在目标表面和传感器之间提供透明屏障（transparent barrier）以相对于目标表面保持（retain）该气体。当该介质是液体时，该方法还可包括将目标表面浸入液体；以及将传感器定位于该液体的上表面之上。确定厚度可以包括计算第一波长的强度和第二波长的强度的比值。传感器可以测量该传感器内的对应多个像素位置处、来自感兴趣区域内的多个位置的第一波长的强度和第二波长的强度，从而提供厚度测量的二维阵列。该方法可以包括利用厚度测量的二维阵列构造感兴趣区域的三维图像。该方法可以包括根据多个感兴趣区域的多个三维图像构造该目标表面的三维图像。预定颜色可以是均匀的。预定颜色可以是特定颜色。预定颜色可以包括颜色分布。第一衰减系数可以是零。第一衰减系数可以小于第二衰减系数。照明可以包括利用宽带光源来照明。照明可以包括利用目标表面中的光学波导、化学发光物质和电致发光物质中的一个或多个来照明。用于获得三维数据的方法可以包括对介质和传感器之间的一个或多个波长的光进行滤光（filter）。该方法可以包括衰减不同于第一波长和第二波长的波长下的光。

在一个方面中，此处公开的一种计算机程序产品执行下述步骤：表征目标表面上感兴趣区域上的颜色以提供预定颜色；表征在目标表面和传感器之间分布的介质的第一波长下的第一衰减系数和第二波长下的第二衰减系数；从传感器接收在感兴趣区域中的位置方向上的测量，该测量包括在第一波长下的强度和在第二波长下的强度；以及基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面，此处公开的一种设备包括：目标表面，其在感兴趣区域上具有预定颜色；传感器，其能够测量来自感兴趣区域中的位置的电磁辐射的强度，所述强度包括第一波长下的强度和第二波长下的强度；介质，其分布于所述目标表面和传感器之间，所述介质由第一波长下的第一衰减系数和第二波长下的不同于所述第一衰减系数的第二衰减系数表征；光源，其能够以第一波长和第二波长照明感兴趣区域；以及处理器，被编程为从传感器接收第一波长下的强度和第二波长下的强度并且基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面中，此处公开的一种系统，包括：分布装置，其用于在目标表面和传感器之间分布介质，所述目标表面在感兴趣区域上具有预定颜色，并且所述介质由第一波长下的第一衰减系数以及第二波长下的不同于所述第一衰减系数的第二衰减系数表征；照明装置，其用于照明感兴趣区域中的位置；传感器装置，其用于利用传感器测量在所述位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及处理装置，其用于基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面中，此处公开的一种系统，包括：具有表面的可膨胀膜（inflatable membrane）；介质供给部件（supply），该介质吸收的第一波长的光比第二波长的光多，所述供给部件耦合到所述可膨胀膜以允许将所述介质选择性地递送到可膨胀膜中；光源，其能够照明所述可膨胀膜的表面；位于所述可膨胀膜之内的传感器，用以测量当被所述光源照明时在表面上的位置处的第一波长的强度和第二波长的强度；以及处理器，被编程为基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。可膨胀膜可以是弹性膜。对于第一波长来说该介质基本上可以具有比对于第二波长更大的衰减系数。该介质可以包括气体、液体和凝胶中的一个或多个。可膨胀膜可以包括布置于该表面上的荧光材料，其响应于所述光源而发出荧光。所述传感器可以包括耦合到所述可膨胀膜之外的电子成像设备的光学元件（optical）。所述传感器包括电耦合到所述处理器的电子成像设备。所述传感器可以包括具有用于捕获表面的图像的透镜的纤维镜。该处理器被编程为基于多个厚度测量构造表面上的感兴趣区域的三维图像。该处理器可以被编程为基于多个感兴趣区域的多个三维图像来构造所述表面的三维图像。所述表面可以具有已知的均匀颜色。可膨胀膜可以被定形并确定大小以用于插入到人的耳道中。介质供给部件可以通过泵耦合到可膨胀膜。该泵可以以受控压力将介质递送到可膨胀膜中。该系统可以包括：端口，其为来自供给部件的一个或多个介质提供进入可膨胀膜的内部的接入空间（access space）；用于光源的电源；用于光源的光学源（optical supply）；耦合到传感器的光学元件；以及耦合到传感器的电气元件。所述光源可以被定位于可膨胀膜内。所述光源能够利用一个或多个电磁波长照明。所述光源能够利用宽带可见光源照明。

在一个方面中，此处所公开的一种方法，包括：将可膨胀膜定位于空腔中；利用吸收第一波长的光比第二波长的光更多的介质来使可膨胀膜膨胀；照明所述可膨胀膜的表面；在所述表面被照明时测量所述表面上的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。所述空腔可以是人的耳道。

在一个方面中，此处所公开的一种系统，包括：膨胀装置，用于利用吸收第一波长的光比第二波长的光更多的介质来使可膨胀膜膨胀；照明装置，用于照明所述可膨胀膜的表面；传感器装置，用于在所述表面被所述照明装置照明时测量所述表面上的位置处的第一波长的强度和第二波长的强度；以及处理器装置，用于基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面中，此处所公开的一种设备包括：照相机，其包括透镜和一个或多个能够捕获视场的二维彩色图像的传感器，其包括对于二维阵列中的多个像素位置中的每一个的第一波长下的强度和第二波长下的强度，其中所述多个像素位置中的每一个对应于从透镜进入所述视场的方向；以及处理器，被编程为根据在多个像素位置中的每一个位置处的第一波长的强度和第二波长的强度来计算介质在对应于所述多个像素位置中的该位置的方向上的厚度，由此提供多个厚度测量，该处理器还被编程为基于所述多个厚度测量来计算所述视场内对象的三维图像。所述一个或多个传感器可以包括CMOS传感器。一个或多个传感器可以包电荷耦合设备。该设备可以包括多个滤光器，用于选择性地捕获在多个像素位置的不同像素位置处的不同波长的强度。一个或多个传感器可以包括固态成像设备，多个滤光器还包括布置在所述固态成像设备上的滤光罩（filter mask）。所述多个滤光器可以包括选择性地布置于所述透镜和所述一个或多个传感器之间的多个滤光器，由此允许在第一波长和第二波长中的每一个下的一系列时间分离（time-separated）、波长分离的图像。可以基于三个离散的波长测量计算在多个像素位置的每一个像素位置处的第一波长的强度和第二波长的强度。三个离散波长测量可以包括在红色波长、蓝色波长和绿色波长中的每一个下的测量。所述三个离散波长测量可以包括在青色波长、品红色波长以及黄色波长下的测量。介质可以具有至少一个已知表面、所述至少一个已知表面被用来从多个厚度测量恢复对象的三维图像。所述至少一个已知表面可以包括透镜的表面。该设备可以包括能够照明对象的光源。该光源可以是宽带光源。该光源可以包括用于使介质内的荧光物质激发（excite）的激发光源。该光源可以包括用于使布置在对象的外部表面上的荧光物质激发的激发光源。该设备可以包括为从光源发出的光定形的滤光器。

在一个实施例中，此处所公开的方法包括：从照相机接收彩色图像；处理所述彩色图像以便为照相机的多个像素中的每一个确定第一波长下的强度和第二波长下的强度；以及基于第一波长下的强度和第二波长下的强度以及介质针对第一波长和第二波长中的每一个的已知衰减系数计算介质在来自照相机的、对应于多个像素中的每一个的方向上的厚度。该照相机可以提供彩色图像作为在红色波长、绿色波长和蓝色波长下的多个强度测量。

在一个实施例中，此处所公开的计算机程序产品执行下述步骤：从照相机接收彩色图像；处理所述彩色图像以便为照相机的多个像素中的每一个确定第一波长下的强度和第二波长下的强度；以及基于第一波长下的强度和第二波长下的强度以及介质针对第一波长和第二波长中的每一个的已知衰减系数计算介质在来自照相机的、对应于多个像素中的每一个的方向上的厚度。该照相机可以提供彩色图像作为在红色波长、绿色波长和蓝色波长下的多个强度测量。

在一个方面中，此处所公开的一种系统，包括：用于捕获彩色图像的成像装置；以及用于处理所述彩色图像以便为该彩色图像中的多个像素中的每一个确定第一波长下的强度和第二波长下的强度，并且用于基于第一波长下的强度和第二波长下的强度和介质针对第一波长和第二波长中的每一个的已知衰减系数计算介质在来自成像装置的、对应于多个像素中的每一个的方向上的厚度的处理装置。

在一个方面中，用于获得此处所公开的三维数据的方法包括在目标表面和传感器之间分布介质，所述介质包括具有荧光发射光谱的单个荧光物质，所述荧光发射光谱在波长上与该介质的非零吸收光谱重叠；使单个荧光物质激发以便提供荧光发射；在目标表面的位置方向上利用传感器测量该荧光发射，其包括测量第一波长下的强度和第二波长下的强度，其中该介质具有针对第一波长和第二波长的不同衰减系数；以及基于第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在该位置方向上的厚度。该介质可以在第二波长下具有零吸收。单个荧光物质可以是荧光素钠。第一波长可以是大约510纳米，并且第二波长可以是大约540纳米。单个荧光物质可以包括量子点。该介质可以包括液体、气体、固体和凝胶中的至少一个。当所述介质是气体时，该方法还可以包括在目标表面和传感器之间提供透明屏障以相对于目标表面保持该气体。当该介质是液体时，该方法还可包括将目标表面浸入液体；以及将传感器定位于该液体的上表面之上。确定厚度可以包括计算第一波长的强度和第二波长的强度的比值。传感器可以测量该传感器内的对应多个像素位置处、来自目标表面上的多个位置的第一波长的强度和第二波长的强度，从而提供厚度测量的二维阵列。该用于获得三维数据的方法可以包括利用来自传感器的多个测量构造感兴趣区域的三维图像。该方法可包括根据多个感兴趣区域的多个三维图像构造该目标表面的三维图像。使单个荧光物质激发可以包括使宽带光源指向单个荧光物质。使单个荧光物质激发可以包括使发光二极管指向单个荧光物质。

在一个方面，此处公开的一种设备包括：目标表面，其具有感兴趣的区域；传感器，其被定位成在感兴趣区域中的位置的方向上测量第一波长下的强度和第二波长下的强度；介质，其分布于所述目标表面和传感器之间，所述介质包括具有荧光发射光谱的单个荧光物质，所述荧光发射光谱在波长上与非零吸收光谱重叠，其中该介质具有针对第一波长和第二波长的不同衰减系数；光源，其被定位成使单个荧光材料激发以便提供荧光发射；以及处理器，被编程为基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。单个荧光物质可以是荧光素钠。单个荧光物质可以包括量子点。

在一个方面中，此处公开的一种系统，包括：分布装置，其用于在目标表面和传感器之间分布介质，所述介质包括具有荧光发射光谱的单个荧光物质，所述荧光发射光谱在波长上与非零吸收光谱重叠；照明装置，其用于使单个荧光材料激发以便提供荧光发射；传感器装置，其用于利用传感器在目标表面上的位置方向上测量荧光发射，包括测量第一波长下的强度和第二波长下的强度，其中该介质具有针对第一波长和第二波长的不同衰减系数；以及处理装置，其用于基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。单个荧光物质可以是荧光素钠。单个荧光物质可以包括量子点。

在一个方面中，在此处公开的一种用于获得三维数据的方法，包括：在目标表面上应用发光层，所述发光层发射第一波长和第二波长下的光；在发光层和传感器之间分布介质，所述介质吸收的第一波长多于第二波长；利用所述传感器测量在所述目标表面的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。所述发光层可以包括荧光层，其响应于激发光源而以第一波长和第二波长发射光，该方法还包括利用激发光源使荧光层激发以提供来自于所述荧光层的荧光发射。应用荧光层可以包括将荧光层应用于目标表面以作为液体载体中的荧光颜料。应用荧光层可以包括下述各项中的一个或多个：将荧光层喷射在目标表面上；将荧光层涂在目标表面上；以及将目标表面浸入液体载体中。应用荧光层可以包括在目标表面的制造期间将荧光颜料结合到该目标表面中。激发光源可以提供在不同于第一波长和第二波长的一个或多个波长下的光。激发光源可以包括宽带光源。激光光源可以包括发光二极管。荧光层可以包括目标表面中的光学波导。荧光层可以包括电致发光层或化学发光层。介质可以在第二波长下具有零吸收。该介质可以包括液体、气体、固体和凝胶中的至少一个。所述介质可以是气体，该方法还包括在目标表面和传感器之间提供透明屏障以相对于目标表面保持该气体。该介质可以是液体，该方法还包括将目标表面浸入液体中；以及将传感器定位于该液体的上表面之上。确定厚度可以包括计算第一波长的强度和第二波长的强度的比值。传感器可以测量该传感器内的对应多个像素位置处、来自感兴趣区域内的多个位置的第一波长的强度和第二波长的强度，从而提供厚度测量的二维阵列。用于获得三维数据的方法可以包括利用来自传感器的多个测量来构造感兴趣区域的三维图像。该方法可以包括根据多个感兴趣区域的多个三维图像构造该目标表面的三维图像。

在一个方面中，在此处公开的一种系统，包括：应用装置，其用于将发光层应用于目标表面，所述发光层发射第一波长和第二波长下的光；分布装置，其用于在发光层和传感器之间分布介质，所述介质吸收的第一波长多于第二波长；传感器装置，其用于利用所述传感器测量在所述目标表面的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及测量装置，其用于基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面中，在此处公开的一种设备包括：应用于目标表面的发光层，所述发光层发射第一波长和第二波长下的光；传感器，其被定位成捕获在目标表面上的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；介质供给部件，该供给部件适于在传感器和目标表面之间分布介质，并且介质吸收的第一波长大于第二波长；以及处理器，被编程为基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。

在一个方面中，在此处公开的一种设备包括在内部空间周围形成的可收缩（collapsible）膜，在不存在外力的情况下所述可收缩膜返回到原始形状；流体形式的介质的供给部件，其吸收的第一波长的光比第二波长的光多；将所述供给部件耦合到可收缩膜的内部空间的流体端口，所述流体端口控制介质在所述供给部件和内部空间之间通过的速率；以及形成于所述可收缩膜的内部空间内并且物理上与所述可收缩膜的内部空间分离的接入空间，所述接入空间由包括至少一个透明区的刚性壳体限定，并且该接入空间包括用于从可收缩膜的外部接入（access）所述接入空间的接入端口。所述流体端口可以包括多孔膜。该流体端口可以包括调节阀，其用于可调地控制介质在所述供给部件和内部空间之间通过的速率。该设备可以包括在可收缩膜的末端上的柔软可弯曲盖子。该设备可以包括光源，该光源被定形并且确定大小以便通过接入端口而插入到接入空间。该设备可以包括成像设备，该成像设备被定形并且确定大小以便通过接入端口而插入到接入空间，该成像设备被配置成捕获在第一波长和第二波长下的图像。该设备可以包括保持器（retainer），其将可收缩膜机械地保持为压缩形状。该压缩形状的大小可以被确定成用于插入到人耳中。该介质可以包括单个荧光染料。该介质可以包括两个或更多荧光染料。

在一个方面中，在此处公开的设备包括：围绕内部空间而形成的可扩展膜；流体形式的介质的供给部件，其吸收的第一波长的光比第二波长的光多；该供给部件能够加压递送介质；将所述供给部件耦合到可扩展膜的内部空间的流体端口；以及在所述可扩展膜的内部空间内的接入空间，其由将接入空间与可扩展膜的内部空间分离的透明刚性壳体限定，该接入空间包括用于外部接入到接入空间的接入端口。所述供给部件可以递送来自增压弹性容器的介质。所述供给部件可以包括用于人工施加压力以将介质递送到可扩展膜中的用户控制。该流体端口可以包括用于控制介质到内部空间的递送的阀。该设备可以包括在可扩展膜的末端上的柔软可弯曲盖子。该设备可以包括为了通过接入端口插入到接入空间而定形并且确定大小的光源。该设备可以包括为了通过接入端口插入到接入空间而定形并且确定大小的成像设备，该成像设备被配置成捕获在第一波长和第二波长下的图像。所述可扩展膜可以具有压缩形状，该压缩形状被定形并且确定大小以便插入到人耳中。

在一个方面中，此处所公开的方法包括提供在不存在外力的情况下返回到原始形状的可收缩膜，该可收缩膜具有内部空间；将所述可收缩膜压缩成用于适合人的耳道的形状和大小；利用保持器按形状和大小保持所述可收缩膜；以及将内部空间耦合到流体形式的介质的供给部件，其吸收的第一波长的光比第二波长的光多，其中所述内部空间通过约束介质流入内部空间的端口而耦合到所述介质。该方法可以包括从可收缩膜移除保持器，并且将可收缩膜插入到人的耳道中。

在一个方面中，此处所公开的合成物（composition）包括：由透明流体介质形成的载体；以及均匀分布在所述载体内的多个金纳米粒子，所述多个金纳米粒子被调谐（tune）成吸收可见光波长的预定带内的光学能量。可以使用所述多个金纳米粒子的形状来调谐所述多个金纳米粒子。可以使用所述多个金纳米粒子的大小来调谐所述多个金纳米粒子。所述多个金纳米粒子可以在载体内具有浓度（concentration）以使得所述合成物在预定带之外具有零衰减。所述预定带可以在450纳米和550纳米之间。载体可以是油、凝胶、气体和液体中的一个或多个。该载体可以包括硅油。该载体可以包括甘油。该载体可以被固化。该载体可以是生物相容的。

在一个方面中，此处所公开的合成物包括：由透明流体介质形成的载体；以及均匀分布在所述载体内的染料（dye），所述染料包括单个荧光染料，所述单个荧光染料具有染料在其内吸收光的吸收光谱和染料在其下发荧光的发射光谱，所述吸收光谱和发射光谱具有至少一个重叠非零区域。该载体可以是油、凝胶、气体和液体中的一个或多个。该载体可以包括硅油。该载体可以包括甘油。该染料可以是荧光素纳。该载体可以被固化。该载体可以是生物相容的。该染料可以被封装在氧化硅（silica）纳米粒子中。该吸收光谱在可见光范围内具有峰值。该发射光谱在可见光范围内具有峰值。

在一个方面中，在此处所公开的设备包括：成像盘，其具有形成已知尺寸的内部表面的底部和侧壁；以及布置在内部表面内的介质，该介质能够弯曲（yield）以形成插入到成像盘的对象的印记（impression），其中所述介质吸收的第一波长的光比第二波长的光多。成像盘可以被定形并且确定大小以被用作齿咬合盘（dental bite tray）。介质可以能够固化以在从成像盘移除所述对象时保持印记。该成像盘可以包括成像盘内的已知位置处的多个基准。所述多个基准可以为成像系统提供可见界标。侧壁和底部中的至少一个可以是透明的。内部表面可以包括荧光表面。该内部表面可以具有已知、均匀的颜色。该设备可以包括用于照明介质的光源。该设备可以包括适于捕获介质在第一波长和第二波长下的一个或多个图像的照相机。该设备可以包括处理器，被编程为鉴于内部表面的已知尺寸使用一个或多个图像以确定所述对象的形状。该处理器可以被编程为确定在一个或多个方向上的第一波长的强度和第二波长的强度的比值。该比值可以被用来确定介质在所述一个或多个方向上的厚度。该介质可以包括单个荧光染料。该介质可以包括多个荧光染料。

在一个方面中，在此处所公开的方法包括：在具有已知尺寸的内部表面的成像盘内布置介质，该介质能够弯曲以形成插入到成像盘的对象的印记，并且所述介质吸收的第一波长的光比第二波长的光多；将所述对象插入到所述成像盘中；照明所述成像盘的内部表面；捕获内部表面在第一波长和第二波长下的图像；以及处理所述图像以确定在内部表面方向上的介质的厚度。该方法可以包括：获得针对朝向内部表面的多个方向的多个厚度测量；以及鉴于内部表面的已知尺寸应用多个厚度测量来确定所述对象的三维形状。该方法可以包括在所述成像盘内提供多个基准；捕获多个基准的参考图像；以及使用参考图像来确定所述成像盘的三维位置和定向。该参考图像可以是内部表面在第一波长和第二波长下的图像。将对象插入到成像盘中可以包括将人的齿列插入到齿咬合盘中。

附图说明

通过参考下面的附图，可以理解本发明及下面其某些实施例的详细描述：

图1示出三维成像系统。

图2示出荧光素纳的发射光谱和吸收光谱。

图3示出使用应用于对象的发光表面的三维成像系统。

图4示出使用应用于对象的钝化（passive）表面的三维成像系统。

图5是用于使用应用于对象的目标表面的荧光层的三维成像的方法的流程图。

图6是用于使用单个荧光染料的三维成像方法的流程图。

图7是用于基于吸收的三维成像的方法的流程图。

图8图示用于使用上述技术的三维成像的计算机实施方法。

图9示出用于使用单个照相机来测量厚度的方法。

图10图示此处所述的技术到为诸如人的耳道之类的内部空间成像的适配。

图12示出在内部测量中使用的自膨胀囊状物（self-inflating bladder）。

图13是用于使用自膨胀囊状物来捕获内部空间的三维图像的方法的流程图。

图14图示此处所述的技术到捕获诸如人的齿列之类的对象的三维图像的适配。

图15是用于使用上述技术来捕获诸如人的齿列之类的对象的三维图像的方法的流程图。

具体实施方式

此处所公开的是用于基于在两个或多个不同波长下测量的光的强度之间的关系来从薄膜、液体、凝胶、气体或其他介质获得厚度测量的各种技术。此处还公开的是用于捕获在三维重构中使用的内部体积（例如耳道）、外部体积（例如牙齿）等等中的这种厚度测量的各种技术。一般来说，下面所述的系统和方法利用了对于光在介质中的吸收的比尔–朗伯定律（Beer-Lambert Law），更具体地，基于比尔–朗伯定律的推导，其中当一个波长通过介质时其比另一波长衰减得更多。通过控制光源和介质的特性，该不同的衰减可以被用来确定光行进通过介质到达传感器的距离。在下面提供了该普通原理的更具体应用，并且其用于概述用于基于各种波长的光的差异衰减的距离测量的新技术的多种变化。

遍及本公开，术语“吸收”被用来描述能量（诸如电磁能）传播通过介质的衰减。该衰减可以由介质中的物理吸收、或者由任何其他物理现象（例如散射）或导致信号在通过介质时该信号的强度的可测量的减小的现象的组合造成的。例如，将会理解，在一些实施例中，例如那些包括此处所述的金纳米粒子的实施例中，“吸收”是多个无弹性散射事件的结果。因此，在此处所使用的吸收应该被广泛地理解为指的是衰减（或其缺少）的任何形式或原因，除非更具体的意思被明确地提供或以其他方式从上下文中是清楚的。

在下面的描述中，术语例如厚度、厚度计算和厚度测量被可交换地使用以描述使用此处所公开的技术而确定的厚度。一般来说，没有特别的意思应该被归因于术语“测量”和“计算”，以及一个术语或另一个术语、或者“确定”、“计算”或“获得”厚度测量的类似参考的使用不意图暗示厚度可能被确定的各方式之间的任何区别。而是，所有对厚度的这些参考应该被解释为包括在此处所描述的用于确定介质的厚度或其通过的光路径的长度的技术，除非其中明确提供了更具体的意思。

遍及本公开，使用了定量和定性描述的各种术语。这些术语不意图声明关于所述特征的严格数值界限，而是应该被解释为准许某些可变性。因此，例如在介质被描述为在特定波长下是透明的情况下，这应该被理解为意味着基本上透明或者足够透明以准许产生精确厚度计算的测量，而不是在测量或人感觉的限制下的绝对透明。类似地，在目标表面被描述为具有均匀的颜色，或者染料被描述为在特定波长下发荧光，这不应该被解释为排除任何传统材料或制造工艺的典型可变性。因此，在下面的描述中，所有描述术语和数值应该被广泛地解释为本发明许可的性质，并且本领域普通技术人员将会理解以预期于此处所公开的本发明概念的适合操作一致的可变性的范围，除非更具体的意思被明确地提供或以其他方式从上下文中是清楚的。

在下面的描述中，术语波长被用来描述光或其他电磁能量的特性。将会理解，术语波长可以指特定波长，例如其中描述指的是中心频率或频率范围的限制或边界。术语还可以或者另外一般所指的波长带，例如其中波长指定用于传感器、像素等等。因此，一般来说，在此处所使用的术语应该被理解为指的是特定波长和波长范围的任一个或二者，除非更具体的意思被明确地提供或以其他方式从上下文中是清楚的。

在此处所提到的所有文档可以通过参考将其整体结合于此。以单数参考某项应该被理解成包括复数形式的项，并且反之亦然，除非以其他方式明确提到或者从上下文中是清楚的。文法上的关联词意图表达结合的从句、句子、词语等等的任何和所有分离的和结合的组合，除非以其他方式提出或者从上下文中是清楚的。

尽管下面的公开包括示例实施例，但是提供这些实施例仅用于说明并且不意图为限制。对本领域普通技术人员来说显而易见的是组件的所有变化、修改、扩展、应用和组合意图落入本公开的范围内。

图1示出三维成像系统。在一个实施例中，系统100可以在对象和照相机之间采用荧光介质，尽管容易认识到可以使用各种介质、传感器和其他组件。该系统100可以包括具有源滤光器104的激发源102、介质106、具有目标表面110的对象108、具有传感器滤光器114的传感器112以及计算机116。在普通操作中，激发源102沿着通过介质106的光学照明路径118照明对象108，传感器112捕获从对象108在通过介质106的光学返回路径120上的反射光。在传感器112处结果产生的信号可以被计算机116处理以获得介质106的厚度测量，其可以进一步被处理以获得对象108的三维图像。将会理解许多变化、添加、省略和修改是可能的，所有都如下面阐述的各种详细的实施例中所描述的那样。

激发源102可以是任何适合的光源。在各种实施例中，这可以包括发光二极管、白炽灯泡和灯、激光源或任何其他宽带光源、宽带可见光源、窄带光源或在（一个或多个）期望波长下发射光子的前述的任何组合。激发源102（如由源滤光器104所定形的那样）可以提供任何适合的（一个或多个）波长的光，其包括激发介质106中的或目标表面110上的荧光物质的波长，以及具有介质106已知的衰减的（一个或多个）波长，所有都如下文更一般描述地那样。激发源102可以更一般地包括适合用于此处所描述的成像的任何照明源。而可见光包含一个有用范围的波长，激发源102还可以或有用地另外提供可见光范围附近或超出可见光范围的光（例如近红外或红外照明），或者更一般地跨过介质106对其的衰减可以被测量的电磁波的任何范围。下面更详细地讨论各种其他实施例，并且将会认识到，在此处所使用的术语“激发源”应该被广泛地理解为能够实现对象108的照明的任何能量源。在一个实施例中，激发源102可以是被定位成激发对象108（例如在介质106内）周围的单个荧光物质以提供荧光发射的光源，或者更一般地，按照需要照明介质106和/或目标表面110以捕获在传感器112处的适合的强度测量，以用于如下所述的厚度计算。

一个或多个源滤光器104可以可选地被采用以确定激发源102的光谱分布（spectral profile）形状，例如提供来自宽带光源的窄带照明，或者以其他方式衰减感兴趣的波长之外的能量。例如，在传感器112从对象108捕获荧光或其他辐射图像的情况下，一个或多个源滤光器104可以被有效地移除或衰减来自激发源102的（一个或多个）荧光波长以便避免荧光图像的污染。

介质106可以包括适合于此处所述的成像系统和方法的任何物质、混合物、溶液、合成物等等。一般来说，介质106可以具有对于两个不同波长的已知和不同衰减系数，以使得这些波长下的强度比值可以被捕获或在厚度计算中被使用。介质106还可以包括在两个不同波长之一处对电磁能量的强度有贡献的单个荧光的、磷光的或类似的辐射物质。在实施例中，衰减系数之一是零。在实施例中，衰减系数之一大于或小于另一个，或者为了改进计算中的区别包括比值，明显大于或小于另一个。

在一个方面中，可以针对介质106的机械特性来选择该介质106.因此，介质106可以包括液体、气体、固体、凝胶或其他物质或者物质组合中的一个或多个。例如，液体（例如硅油）可以被方便地采用，其中对象108是小的并且可以被适合于有油的浴槽或其他容器中。如另一示例那样，可以在如下面各种实施例中所述的内部空间中有用地采用具有荧光染料的气体。在其他实施例中，介质106可以是铸造的介质（casting medium），例如可固化的凝胶，在其中对象108可以被挤压并且移除离开介质106中的对象的底片（negative）印记。在各种实施例中，这样的可固化材料可以在对象108处于介质106中时、在对象108已经从介质106移除之后、或者这些的某种组合而被固化。介质106可以随着时间的过去、或者随着热、光、压力等等的应用、或者通过某些其他的激活（activation）介质而被固化。

在另一方面中，可以针对介质106的光学属性（例如发光（例如发荧光）和/或衰减）来选择该介质106。因此，介质106可以一般在电磁谱的某一部分上是透明的，以使得通过某些波长中的介质106的光不被衰减。介质106还可以在某些波长下具有非零的衰减系数，以使得在这些波长下的光在它通过介质106时被衰减。这可以例如通过使用添加剂例如金纳米粒子（其可以被非常精密地调谐以实现在波长的特定窄带处的衰减）或实现期望的衰减光谱分布的任何其他物质或物质组合来实现。介质106还可以包含荧光染料，磷光染料、量子点或响应于其他波长或其他刺激（例如所应用的电场、化学反应等等）而发出光的某些其他物质或物质组合。在这样的实施例中，所发出的光的强度可以被用来协助计算介质106的厚度，如下面更详细描述的那样。介质106还可以或另外包括任何化学发光材料、电致发光材料或发出一个或多个可测量的波长的其他材料。

因此，介质106可以一般包括各种染料、溶质、量子点、封装的氧化硅纳米粒子或可以例如在同质混合物中组合的其他物质，以便提供具有在不同波长下的不同发射特性和/或衰减系数的介质106。介质106（包括添加剂）可以由生物相容的材料形成以使得其可以安全地用于活的生物体上、中或其紧密邻近处。一种有效的生物相容染料是荧光素纳，尽管可以认识到各种生物相容染料是已知的，并且可以有效地与此处所述的系统和方法一起使用。

对象108可以是具有目标表面110的任何对象，从其可以获得三维图像。这可以包括例如生物或物理主体，例如牙（或牙模型(cast)）、骨骼、手、指纹或更一般地任何组织、骨架、器官等等，包括但不限于内部表面例如耳道、鼻腔、膀胱等等。这还可以是或另外包括制造的物品，例如精密机器的组件、精密铸造的部件、燃料喷射器、涡轮叶片、印章（seal）或者任何其他三维对象，其中质量控制可以有效地包括三维形状的评估。这还可以或者另外包括针对后续计算机化过程（例如计算机自动化设计、计算机动画等等）而被有效地数字化的模型。更一般地，对象108可以是任何对象，从其可以有效地捕获三维图像。

传感器112可以包括适合于捕获一个或多个波长下的电磁辐射的强度（数字形式或电子形式）的任何传感器或传感器组。这可以包括，例如光电二极管、电荷耦合设备（CCD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）设备、或者任何其他光学传感器或适合于与此处所述的系统和方法一起使用的传感器的组合。一般来说，传感器112可以被定位成测量目标表面110上感兴趣的区域内的位置方向上的一个或多个波长的光的强度，例如在光返回路径120离开对象朝向传感器112和传感器滤光器114的地方所指示的那样。

传感器112可以包括可以捕获二维图像的二维像素阵列，其中每个像素位置处的测量对应于传感器112的视场内的方向上的一个或多个波长的光的强度。这可以例如包括传统的CCD阵列，例如灰度阵列、红-绿-蓝（RGB）阵列、青-品红-黄（CMY）阵列等等。用于区别不同波长的各种技术是已知的，包括覆盖检测器的滤光罩以捕获在每个像素位置处的特定波长范围；滤光轮，利用该滤光轮可以捕获通过一系列滤光器中每一个的时间分离（以及波长分离的）图像；或者将光学路径分成三个子路径的棱镜，每个子路径被用来测量不同波长。在其他实施例中，可以采用嵌套的半导体阱（well）等等来测量半导体设备内的不同深度处的不同波长。尽管没有单独说明，但是将会认识到传感器112可以包括各种照相机光学元件（例如聚焦透镜、变焦透镜、棱镜、反射镜等等），以及其他照相机硬件（例如快门、光圈控制等等），它们中任何一种都可以对于特定成像环境而按照习惯建造或者被集成到市售的照相机或这些的某一组合中。

一般来说，此处所述的技术使用两个所测量的波长，然而，应该认识到，附加的波长可以被有效地采用以增加精度或者适应与一系列不同介质106一起使用。所测量的波长可以在由传统照相机硬件检测的特定波长处或附近，或者在其他波长处，并且一般根据使用的传感器的灵敏度和/或激发源102和介质106的特性可以包括特定中心波长周围的变化大小的范围或带。在一些实施例中，所测量的波长分别是510纳米以及540纳米。

传感器滤光器114可以是有效地用于选择性地将一个或多个波长的光传递到传感器112的任何滤光器或滤光器的组合，包括上述用于区别传感器处的波长的滤光罩、或者用于输入光学信号的大体滤光的与传感器112分离的一个或多个滤光器，例如以便衰减一个或多个感兴趣的波长之外的光。在各种实施例中，传感器滤光器114可以包括可开关的（switchable）光学带通滤光器，光学带通滤光器、颜色滤光器、衰减所测波长之外的所有光的杂光（stray-light）滤光器、在激发带内衰减的激发滤光器等等。

计算机116可以包括任何适合的一个或多个计算设备，其包括但不限于桌上型计算机、膝上型计算机或（一个或多个）专用处理设备。该计算机可以包括被构造和/或编程为接受强度测量、执行计算以确定衰减介质的厚度以及如此处所述的计算的输出结果的一个或多个通用或专用处理器。这可以包括软件、固件、微代码、可编程门阵列、专用电路等等的使用。一般来说，计算机116可以提供下述一个或多个高级功能。

在一个方面中，计算机116可以控制激发源102和传感器112的操作以获得对象108的传感器图像。这可以包括辅助功能，例如控制介质106的供给部件或者以其他方式提供用于此处所述系统和方法的硬件的控制和监视。在另一方面中，计算机可以从传感器112获得数据，例如从包含对象108和介质106的视场捕获的强度值的二维阵列。这可以包括中间处理，例如控制传感器112的操作或来自传感器112的数据馈送，以及处理来自传感器112的数字测量以获得感兴趣的特定波长下的强度值。因此，例如在采用RGB照相机的情况下，计算机116可以接收对于每个照相机像素的三个离散波长测量（例如红色波长、绿色波长、和蓝色波长），并且处理这些在每个像素位置处的RGB值，以确定或估计在离散RGB值之间的一个或多个波长下的强度，以用于后续计算。

在另一方面中，计算机116可以基于两个或更多特定波长下的强度函数来计算介质在对象108上的位置方向上（例如沿着光学返回路径120到特定传感器/像素位置）的厚度。一般来说，每个传感器112（或传感器112内的像素位置）提供在目标表面110上的位置方向上的两个不同波长下的强度的测量，根据传感器112和相关硬件的光学分辨率其可以对应于感兴趣的普通区，或者感兴趣区域内的特定位置。

在介质106在两个测量的波长的每一个处具有不同衰减系数，并且介质106发荧光或者辐射这两个波长中的一个波长的情况下，在两个波长中的每一个处的强度可以与介质106在位置方向上的厚度有关。可以进行适合的适配，其中例如介质106包含由激发源102激发的荧光染料，或者其中介质106包含由激发源102激发的两种荧光染料，或者其中介质106具有已知的衰减系数并且目标表面110具有已知的颜色图案，或者其中目标表面110具有在被介质106衰减的波长下发光的发光表面。在一些实施例中，可以使用目标表面110的基线图像（例如在不存在介质106的情况下取得）来获得已知的颜色图案。优选地，非吸收介质和介质106具有相似的折射指数（即他们是指数匹配的），以使得基线图像以及利用介质106取得的任何图像尽可能地准确地排成直线。还可以采用平移、旋转、扭曲等以使基线图像适应对象上的各自透视图，例如在照相机或其他传感器从多种姿势获得被用来形成合成的三维图像的图像。然而，要适配的是，可以采用该一般的概念来获得目标表面110的对应多个位置的方向上的多个厚度测量。

在另一方面中，计算机116可以处理厚度测量以获得目标表面110的三维重构。通过许多简单的约束（例如关于介质106的物理边界、与像素或其他传感器测量相关联的方向性以及欧几里得几何的直接应用的信息），可以将厚度测量变换成表示目标表面110的三维数据集合。该三维数据可以被存储、显示、输出到另一计算机过程等等。将会认识到尽管在图1中介质106被描绘为具有通常矩形的横截面，但是这不是严格所需的，并且可以采用提供下述内容的任何形状的介质106，即关于介质表面的足够信息可用于准许基于厚度测量的关于目标表面的推论。例如，传感器112的透镜可以被浸入衰减介质中，以使得可以完成直接从透镜的表面到对象108的厚度测量。在另一方面中，对象108可以被浸入到介质106的浴槽中，在这种情况下，浴槽的上表面具有已知的位置以使得可以从该表面将厚度投影（基于方向性）到目标表面。

可以以许多方式来补充该过程。例如，可以利用一系列时间分离的测量来创建三维视频。在另一方面中，传感器112或对象108可以被移动（处于平移、旋转或这些的某种组合）以便捕获更大的感兴趣区或者整个对象108，或者以便获得对象108的封闭表面的测量，或者用于任何其他原因。在这样的基于运动的成像过程中，传感器112、对象108和/或介质106的相对位置可以是在物理上以运动传感器等等跟踪，或者可以使用三维对准（registration）过程将相对运动推断为从空间上将连续的三维数据集合彼此关联。不管特定方法，将会容易地认识到各个空间测量、或空间测量组可以被组合以形成更大的三维模型，并且对本领域普通技术人员来说显而易见的用于创建三维重构的所有这些技术意图落入本公开的范围内。

在另一方面中，计算机116可以提供用于控制和操作系统110的用户界面，以及用于显示厚度测量、显示或操控重构的三维模型等等的工具。

计算机116还可以支持系统100的校准，以便对例如传感器112、激发源102以及相关光学元件中的变化、或者吸收、散射、衰减、发荧光或者以其他方式将各种光学属性给予介质的介质添加剂的浓度变化进行校正。例如并且不限于，将会理解，可以使用校准夹具（fixture）等等来表征传感器112，之后采用系统100中的传感器112。此外，将理解，通过采取对于介质106的吸收光谱或发射光谱的控制测量，有可能改进厚度测量和相关计算的精度。例如，校准可以包括具有已知形状和介质106内的已知位置的对象108的使用，或者用于介质的具有已知形状的容器的使用。基于已知形状、尺寸、表面图案等等的使用可以容易认识到各种适合的校准技术，它们中的任何一个都适于和此处所述的成像系统一起使用。

介质106的供给部件22可以被提供并且适于分布介质106在传感器112和目标表面110之间。将会理解，尽管供给部件22被描绘为外部容器，但是供给部件应该被广泛地理解为以下述方式递送介质106和/或将介质106保留在对象108周围的任何结构，所述方式是准许包括任何泵、阀、容器、排水管、管道等等的厚度测量与供给用于此处所述的使用的介质106一致。

图2示出荧光素纳的发射和吸收光谱。一般来说，此处所述的成像技术可以采用使用两个不同荧光染料的已知ERLIF技术。然而，在一个方面中，使用包含单个荧光染料（或其他物质）（例如具有与发射光谱204重叠的吸收光谱202的荧光素纳）的介质的成像系统可以作为代替被实施。通过利用蓝光激发该染料，以及捕获在非零吸收和衰减的重叠谱206内的十纳米带中的荧光图像对（例如以大约510纳米和大约540纳米为中心），可以以类似于上面提到的ERLIF技术的方式获得用于厚度计算的强度值。因此，在一个实施例中，此处所公开的是一种厚度测量和/或三维成像系统，其使用具有单个荧光染料的介质，其中该染料具有重叠的非零发射和吸收光谱。

图3示出使用应用于对象的发光表面的三维成像系统。一般来说，该系统300可以如上面参考图1所述的那样，下面指出不同。发光层322可以被应用于对象108的目标表面110，并且可以发射能够由传感器112测量的第一波长和第二波长的光以便促进介质10的厚度计算。一般来说，传感器112可以被定位成捕获在目标表面上的位置方向上的第一波长和第二波长的强度，并且诸如计算机116之类的处理器可以被编程为基于第一和第二波长的强度的函数来计算介质在位置方向上的厚度。

在一个方面中，发光层322被应用于目标表面110或被嵌入到对象108中（例如使用波导等等）。来自发光层22的发射可以沿着上述光学返回路径120行进。尽管下面的描述明确涉及发光材料的层，但是应该容易地理解对象108还可以或者另外由发光材料而制造，以实现类似效果，或者可以包含发光的波导等等。因此，在此处所使用的术语“发光层”不应该被解释为需要对象108的目标表面110上的发光材料的离散层。而是，当术语发光层在此处使用时，用于使对象108发光的任何技术应该被理解为创建发光层322，除非明确阐述不同的意思或者以其他方式从上下文中是清楚的。一般来说，发光层322可以由针对适当的机械特性、光学特性和其他特性所选择的材料的任何适当的组合来形成。

发光层322的机械特性可以取决于该发光层所应用的方式。例如，油或其他相对粘性的材料可以适合用于浸渍对象108，而较不粘性的流体可能有效地用于喷射或涂到目标表面110上。在其他实施例中，薄膜或其他膜可以被充满发光材料（或者由发光材料制造，或者涂有发光材料），并且被用来在可膨胀膜中形成发光层322，如下所述。该膜可以是弹性的、可变形的、可弯曲的、可曲折的或者这些的任何组合，或者具有有效地在对象108上形成符合的发光层的任何其他特性。

在实施例中，发光层322可以是缠绕对象108的某部分或所有的膜。于是，包围在发光层322中的对象108可以被引入到介质106中，并且可以从来自介质106之内或之外的任何数目个姿势（pose）来获得厚度测量。因此，例如，对象108可以是人的脚，短袜（sock）可以用具有布置在短袜外面的发光层322的材料塑造。然后将脚插入到短袜中，接着将所述短袜放置到介质106中以获得脚的三维模型。该方法被更普遍地采用以将膜（例如此处所述的任何弹性或无弹性膜）作为目标表面的外部壳体来获得三维图像。因此，在一个实施例中，此处所公开的是具有荧光外部表面的短袜（或其他包围膜），其可以被用于捕获插入到短袜中的对象的三维图像。

发光层322的光学属性可以由适合的添加剂的引入而控制。发光层322可以包括响应于来自激发源102的照明的荧光染料或其他辐射物质。一个适合的荧光物质可以包括氧杂萘邻铜-153（它是一种可以在某些塑料中非常好地溶解和/或扩散的粉末），其具有适合的荧光特性并且看起来是无毒性的。在另一方面中，发光层322可以包含用作直接光源的化学发光材料或电致发光材料。适合的化学发光材料可以包括带有催化剂（例如铁或铜）的过氧化氢溶液，在带有催化剂（例如水杨酸钠）的过氧化氢溶液中的光棒（cyalume）等等。应该认识到，可以使用物质的各种液相和气相化学发光组分。适合的电致发光材料可以例如包括掺杂铜或银的硫化锌粉末、掺杂锰的硫化锌薄膜等等。更一般地，各种化学发光和电致发光材料是已知的并且可以被适于用作发光层322，如此处所述的那样。因此，发光层322可以包括化学发光层、电致发光层、荧光层或这些的某种组合。

在可替换实施例中，发光层322可以包括目标表面110上或对象108内的光学波导。将会理解，针对光学波导的各种几何结构、模式结构和材料是可能的，并且可以适于与此处所述的系统一起使用。

激发源102可以提供一个或多个波长的光以激发发光层322内的荧光染料等等。在其他实施例中，激发源102可以被完全忽略或者可以被可替换地实现为从发光层322产生照明的化学、电学或其他源的能量。在实施例中，激发源102可以包括电功率源，其直接为对象108中的波长供电。在其他实施例中，激发源102可以包括电场、化学前体或用于照明发光层322的其他装置。

因此，将会认识到发光层322可以由各种不同载体和添加剂形成。在实施例中，发光层3222可以包含任何适合的发光颜料（pigment）（例如可以被喷射或涂到对象108上的液体载体中的荧光染料），或者涂有或充满荧光材料的薄膜或膜。对于在活体成像中，发光层322可以由生物相容的物质形成。在实施例中，发光层322可以包括生物相容的荧光金属氧化物纳米粒子（并且涂层包含相同的生物相容的荧光金属氧化物纳米粒子），柔性薄膜电致发光源，或具有化学发光分子的表面涂层的纳米粒子。

在具有发光层322的实施例中，可以基于不同波长的相对衰减而获得对于厚度计算的适合的强度测量，而无需荧光或其他发光介质106。为了实现期望的衰减特性，介质106可以包括由透明流体形成的载体，在所述透明流体中金纳米粒子或纳米棒被均匀地分布。金纳米粒子或纳米棒具有可以基于纳米粒子或纳米棒自己的大小和形状而调谐的吸收分布（absorption profile）。在实施例中，金纳米粒子或纳米棒可以被调谐成吸收比其他波长下的光学能量更多的可见光波长的预定带内的光学能量。金纳米粒子或纳米棒可能在载体内具有浓度，以使得介质106在预定带之外是透明的（即保持基本零衰减）。

将会认识到，此处所公开的是用于执行与发光层322的使用相关联的功能的各种装置。用于将发光层322应用于目标表面110的应用装置可以包括例如漆刷、喷射器、雾化器或发光层322的材料的浴槽（目标表面110可以被浸入其中）。分布装置可以包括介质供给部件以及用于将介质保留在对象周围的期望区域的任何结构，例如用于液体的带有侧壁的容器，或者用于将介质以气体形式保留的气密性室。传感器装置可以包括此处所述的任何传感器。处理转置可以包括任何此处所述的计算设备或其他处理硬件。

图4示出使用应用于对象的无源光层（passive optical layer）的三维成像系统。一般来说，下面指出系统400与先前所述的系统的差异。无源层422可以被应用于对象108的目标表面110，以便给予对象108已知的光学属性，可以结合衰减介质106来使用所述光学属性以基于各个波长下的强度的测量来确定厚度。

介质106可以是此处所述的提供对于至少两个不同波长的不同衰减系数的任何一种或多种衰减介质。激发源102可以是宽带光源，其提供一个波长范围（或多个波长范围）内的对象108的照明，所述波长范围包括用于厚度计算的至少两个不同波长。

一般来说，可以使用上述针对发光层322所述的任何技术来构造无源层422。这包括喷射、涂或以其它方式将无源层422应用于对象108，或者利用具有期望特性的外部表面来制造对象108。一般来说，无源层422将已知光学图案给予对象108上以便对象108在感兴趣的区域上具有预定颜色。预定颜色可以是未知的均匀颜色、已知的均匀颜色（例如特定颜色）或者已知的颜色分布。

在操作中，对象108可以由激发源102照明，并且在至少两个波长下的强度可以由传感器112来测量。通过使用宽带光源和对象108上的已知颜色分布，所反射的强度的比值可以被假设成在目标表面110上恒定。因此，所测量的强度的的比值的任何变化可以被关联到衰减介质106的厚度，并且厚度可以被计算。使用比值还可以降低对无源层的反射率或照明源中的任何空间不均匀性的厚度计算的影响。

在一个方面中，无源层422可以具有变化的颜色。这可以是有用的，例如在预期目标表面110展现高度上的明显可变性（以及介质106的厚度上的对应的可变性）的情况下。一般来说，在传感器102处测量的光强度对介质106的厚度的灵敏度可以取决于包括针对无源层422而选择的颜色的一些因素。在预期表面是近平面的情况下，高敏感性可以是优选的以便实现厚度测量的更高分辨率。然而，在预期表面是高度非平面的情况下，可能需要较低的灵敏度以便避免传感器112的饱和（saturation），或者更一般地提供足够深度的场来捕获深度。在某些信息可用于关于所测量的对象108的形状的先验（priori）的情况下，该信息可以被用来相应地利用目标表面110上的颜色的适当、对应选择而相应地缩放（scale）测量分辨率。

无源层422还可以或者另外具有所选的其他特性以协作捕获精确的厚度测量。例如，无光饰面（matte finish）可以提供用于照明条件范围上的目标表面110的更多一致反射特性。类似地，深色饰面（finish）可以吸收将以其他方式与传感器测量干扰的入射光的某些波长。

在一个方面中，此处所述的用于从具有已知颜色分布的目标表面捕获厚度测量的系统可以包括分布装置，其可以是供给部件22或此处所述的用于在目标表面和传感器之间分布介质或者将介质保留在该分布中的任何其他装置。该系统可以包括照明装置，其可以是任何此处所述的光源或其他激发源。该系统可以包括传感器装置，其可以包括此处所述的适合于捕获对应于由照明装置提供的照明的波长强度数据的任何传感器。最后，该系统可以包括处理装置，其可以包括此处所述的被编程为基于波长强度测量来计算厚度，并且在适当的情况下被编程为进一步从（一个或多个）结果产生的厚度来重构三维图像的任何处理器或计算设备。

在一个方面中，此处所述的系统有利地允许使用诸如传统彩色照相机的单个照相机的三维成像。通过根据此处所述的各种实施例在物理上布置对象的表面处理、介质、和/或照明源，可以利用单个照相机获得厚度测量，并且在几何上将其转换成目标表面的三维图像。因此，在一个方面中，此处所公开的三维成像设备包括照相机和处理器。照相机（其可以是传统彩色照相机）可以包括透镜以及能够捕获包括第一波长和第二波长下的强度的视场的二维彩色图像的一个或多个传感器，所述第一波长和第二波长可以是此处所述的任何波长或波长带。在二维图像中的每个像素位置处的强度对应于透镜进入视场的方向，以使得用于测量的适合的方向性可以被推断并且被用于三维重构。处理器（其可以是计算机或此处所述的任何其他处理设备）然后可以根据多个像素位置之一所处的第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在对应于多个像素位置中的每一个的方向上的厚度，从而提供多个厚度测量。根据该多个厚度测量和相关信息（例如与每个像素相关联的方向性和关于介质的几何边界的任何先验信息），该处理器可以计算视场内的对象的三维图像。

应该认识到，当前所公开的在获得三维图像中的单个照相机的使用还可以被应用于传统ERLIF技术的背景中。

对于传感器112，照相机可以包括固态设备中的具有一个或多个CMOS传感器的互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片照相机，或者该照相机可以包括固态设备中的电荷耦合设备阵列。该照相机可以包括任何数目个滤光器，以选择性地捕获在多个像素位置中的每一个处的第一和第二波长的强度。滤光器可以包括布置在成像设备上的滤光罩（即集成在照相机芯片或其他固态成像设备中）。例如，该照相机可以包括多个滤光器，用于选择性地捕获多个像素位置中的不同像素位置处的不同波长的强度，例如传统RGB或CMY滤光罩，或者可以包括多个滤光器以选择性地捕获在厚度计算中使用的特定波长。该滤光器还可以或者另外包括外部滤光器设备或系统，并且可以包括允许在操作期间对滤光特性进行调整的有源（active）滤光器，或者固定滤光器（例如手动在照相机透镜前面定位的分色镜等等）。

照相机可以捕获如典型地在市售硬件中得到的，或者任何其他有用窄或宽波长范围的RGB（红、绿、蓝）或CMY（青、品红、黄）彩色图像。在一个实施例中，在介质是气体的情况下，照相机连同目标表面可以被浸没在气体中，并且厚度测量可以是从照相机透镜到对象的表面上的位置的整个距离。光源或气体激发源还可以被包括，所有都如上文普遍所述的那样，并且光源可以包括适合于特定介质的任何滤光器或滤光器的组合。这样的滤光器可以是有用的，例如以选择性地传递一个或多个波长来激发荧光材料，或者衰减荧光在此处被发射的波长的光以便避免与来自目标表面或居间介质的荧光发射的干扰。

在另一方面中，公开用于与上文所述的成像系统一起使用的有用介质。一般来说，这些介质包括特别被设计以便与上述系统一起使用并且不然市售的或者本领域所描述的载体或其他物质（用于衰减或用于荧光）的任何组合。

例如，在一个方面中，此处所述的物质的合成物包括由透明流体介质形成的载体，和在该载体内均匀分布的多个金纳米粒子。金纳米粒子可以被有利地调谐成吸收可见光波长的预定带内的光学能量，以便促进此处所述的三维成像和厚度测量。

可以使用多个金纳米粒子的形状来调谐多个金纳米粒子以及/或者可以使用多个金纳米粒子的大小来调谐多个金纳米粒子。多个金纳米粒子可以具有载体内的浓度，以使得该合成物具有预定带之外的零衰减。预定带可以在450纳米和550纳米之间。载体可以是油、凝胶、气体和液体中的一个或多个，可以根据要成像的主体和要使用的成像技术来有效地选择它们中的任一个。在一个实施例中，载体可以包括硅油。在另一方面中，在主体可以被铸造或者凝胶可能以其他方式用作有用介质的情况下，载体可以包括甘油或更一般地任何明胶、甘油和各种溶液或者它们的其他配置或制剂，或者任何其他物质或具有相似特性的物质的组合。在其他实施例中，载体可以是可固化的。载体可以包括聚合物，聚合物混合，或可以与目标表面一致并且然后使用例如化学固化、热固化、光固化、时间固化等等而被固化的任何其他可固化物质。载体还可以是生物兼容的以便它可以被安全地用于主体（例如人的牙齿或人的耳道）的活体成像。

在另一方面中，介质可以包括由透明流体介质形成的载体和在该载体内均匀分布的染料。染料可以包括单个荧光染料，其具有在其内该染料吸收光的吸收光谱以及染料在其处发荧光的发射光谱，其中吸收光谱和发射光谱具有至少一个重叠非零区。通过将在介质中所需的荧光染料的数目减小到一个，该单染料制剂改进在例如传统ERLIF中使用的载体。通过适配成像硬件并利用适合的数学方法，申请人已设计出一种用于利用包含单个荧光染料的介质来捕获图像的技术。因此，应该认识到在该上下文中，对单个染料、单个荧光染料、单个荧光物质等等的任何引用意图确切地指的是一种荧光物质，即一种或仅一种荧光物质并且不多于一种荧光物质，其标记从先前ERLIF成像技术的明显偏离以及对其的改进。

载体可以是油、凝胶、气体和液体中的一个或多个。例如，载体可以包括硅油或甘油。染料可以是荧光素纳。该载体可以是可固化的，如上文通常所述的那样，并且载体可以是生物兼容的。在一个实施例中，染料可以被封装在氧化硅纳米粒子中。合成物可以具有包括可见光内的峰值的吸收光谱，所述峰值可以是局部最大值或绝对最大值。合成物可以类似地具有包括可见光范围内的峰值的发射光谱。

图5是用于使用应用于对象的目标表面的发光层的三维成像方法的流程图。

该方法500可以以将发光层应用于目标表面开始，如在步骤502中示出的那样。使用上述任何技术（包括喷射、涂、浸涂等等），或者通过根据荧光材料制造对象，可以应用发光层（其可以是荧光层、化学发光层、电致发光层等等）。例如，这可以包括将荧光层作为液体载体中的荧光颜料而应用于目标表面。发光层可以例如响应于任何激发源或上述其他刺激而发射第一波长和第二波长下的光。在其他实施例中，发光层可以例如归因于荧光而发射第一波长的光，并且反射第二波长的光，其中第一波长和第二波长被用来获得周围介质的厚度测量。

如在步骤504中所示的那样，方法500可以包括在发光层和传感器之间分布诸如任何上述介质的介质。将会认识到，这可以包括用于在对象和传感器之间放入介质的各种技术，例如将液体形式的介质灌入到具有对象的容器中，将对象浸如介质中，或者将气体供应到具有对象的腔中。在另一方面中，这可以包括用包含荧光染料的气体使气球、囊状物或其他可膨胀膜膨胀，并且然后将传感器插入到可膨胀膜中。在另一方面中，这可以包括在如上述那样分布介质之前，将对象插入到短袜或其他套（enclosure）中。

在一些实施例中，包含介质的气球等等可以被推入、放置或以其他方式使得与对象接触，以使得它与目标表面一致。使用此处所述的任何技术，处于这种姿势的气球的内部被用来获得靠着气球的目标表面的三维印压。因此，将会认识到此处所述的用于内部空腔的测量的技术还可以或者另外适于任何表面的测量。在一个方面中，部署可膨胀膜的设备可以特别适于该目的，例如通过使锥形物（其还可以形成沿着膜的密封内部）内或者在促进可膨胀膜靠着对象的放置的支撑手柄的末端处的膜膨胀。

如在步骤506中示出的那样，方法500还包括激发发光层以便它提供反射光和/或辐射光的某些组合。如上所讨论的那样，这可以包括来自反射回目标表面的激发源的一个或多个波长的光，和/或归因于荧光、电致发光、化学发光或者任何其他适合机制而辐射自发光层的一个或多个波长的光，以使得发光层发出光，如在步骤502中所述的那样。发光层可以包括响应于激发光源而发射第一波长和第二波长的光，以使得此处所述的激发发光层包括利用激发光源激发荧光层以提供来自荧光层的荧光发射。可以利用激发源（例如宽带光源或提供不同于第一波长和第二波长的一个或多个波长的光的任何其他光源）来激发该发光层。激发光源还可以或者另外包括一个或多个激光器、一个或多个发光二极管、白炽灯等等。在另一方面中，波导可以被内置到对象或目标表面并且直接用作发光层。

如在步骤508中所示的那样，方法500可以包括利用所述传感器测量在目标表面上的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度，所述传感器可以例如是上述任何传感器。

如在步骤510中所示的那样，方法500可以包括基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。将会理解，波长强度和厚度之间的实际关系可以取决于各种因素，例如发光层的性质、介质对各个波长的衰减系数，激发源的强度等等。在传感器提供来自（对应于目标表面上的多个位置的）多个像素位置的测量的情况下，这样的强度测量的二维阵列可以被用来获得厚度计算的二维阵列。

现在提供使用荧光表面来计算或确定厚度的更详细分析展开。目标表面的荧光特性和吸收介质的特性可以被选择以使得荧光谱的一部分比荧光谱的其他部分被吸收得更多。例如，测量以波长λ₁和λ₂为中心的两个强度带（在此处也被简单地称为强度）的情况下，介质的吸收系数（absorptivity coefficient）ε_λ1和ε_λ2应该不同。在以λ₁为中心的带是优先的吸收带的情况下，则ε_λ1>ε_λ2。从荧光表面行进到位于介质内距离d（或对于介质之外的传感器通过介质的d）并且远离表面的图像传感器的两个波长带的归一化测量强度可以由下面的等式描述：

           等式1

           等式2

荧光表面处的带的强度和完全取决于表面的荧光特性和激发照明的谱和强度。尽管激发强度的变化可以改变表面处的荧光的强度，和的比值（ratio）中的任何改变将是可忽略的。因此，可以从上面的等式1和等式2获得归一化强度的比值并且获得仅仅取决于介质的吸收系数和浓度和厚度的表达式：

            等式3

显著地，随着通过介质的距离的增加，强度比值以指数形式降低。这一关系允许通过介质的厚度的计算。将会理解，实际上，使用任何适合的技术可以获得实际测量并且所述实际测量适合该关系，以便根据工作的系统来提供校准的厚度测量。

如在步骤512中示出的那样，方法500可以包括重构目标表面的三维图像。这可以包括例如连同根据强度测量而计算的介质厚度一起使用任何各种几何形状约束利用来自传感器的多个测量来重构感兴趣的区域的三维图像。几何结构约束可以例如包括关于介质的边界的任何空间信息，例如可以与一个或多个厚度测量（和对于其的方向）结合来得到目标表面上的表面点的介质的至少一个已知表面。将会认识到，至少一个已知表面可以是此处讨论的各个实施例中的任何各种表面，其中关于表面（或者更特别地表面介质边界）的空间信息是已知的。因此，例如，已知表面可以是包含液体形式的介质的罐（tank）的暴露顶表面，或者介质的透明容器的内部侧表面或底表面。已知表面还可以或者另外包括照相机透镜或者将传感器从气体介质分离的其他光学元件。更一般地，已知或者可以被测量的介质的任何空间边界可以用作如在此处的各种方法和系统中所述的那样在三维重构中使用的至少一个已知表面。此外，可以通过对准等等结合任何数目的三维图像以形成某些或所有目标表面的合成三维图像。

将会理解，对上述方法500的各种变化是可能的，所述各种变化包括适于特定成像技术的变化。例如，在将气体用作介质的情况下，方法500可以包括在目标表面和传感器之间提供透明屏障（barrier）以相对于目标表面保持该气体。例如，对象可以被放置在透明、气密性室中，并且填充有荧光气体。通过使用从该气密性室之外得到的厚度测量，连同关于该室的内部尺寸的信息，对象上的目标表面的三维重构可以被获得，如上文通常描述的那样。在另一方面中，方法500可以包括将目标表面浸入液体以及将传感器定位于该液体的上表面之上，以用于捕获光强度测量。在这样的实施例中，液体的顶表面的位置可以容易被确定并且用作将厚度测量转换成三维重构的基础。

更一般地，将会认识到，以示例而非限制的方式来阐述上述方法500。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的，并且所有这样的修改意图落入本公开的范围内。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。

因此，例如，在将介质分布在目标和传感器之间之前或之后，照明层可以被应用于目标，这取决于该层被应用的方法。作为另一示例，介质可以被分布在目标和传感器之间，或者目标可以被浸入到液体形式的介质的罐中，这实现了为了准确厚度测量的目标而将介质放置为靠着表面的相同目的。作为另一示例，这可以包括将照相机插入到具有目标的液体容器中，在这种情况下，厚度测量在照相机透镜处开始。作为另一示例，这可以包括对于介质的其他边界信息，例如液体表面位置、通过其来测量介质的透明屏障位置等等。作为另一示例，激发发光层可以包括通过荧光、磷光、电致发光、化学发光等等来激活表面上的发光层。

图6是用于使用单个荧光染料的三维成像的方法的流程图。

如在步骤602中示出的那样，方法600可以包括在目标表面和传感器之间分布介质，所述介质包括具有荧光发射光谱的单个荧光物质，所述荧光发射光谱在波长上与该介质的非零吸收光谱重叠。该机制可以例如具有在第二波长下的零吸收。单个荧光物质可以是荧光素钠，其具有上文说明的吸收和发射光谱。使用该或类似荧光物质，第一波长可以是大约510纳米，并且第二波长可以是大约540纳米。在另一实施例中，单个荧光物质可以包括量子点或响应于入射电磁辐射而辐射的其他闪光体。在各种实施例中，该介质可以包括具有对相关联的硬件的适当适配的液体、气体、固体和/或凝胶。例如，在所述介质是气体的情况下，该方法600还可以包括提供如上所述的透明屏障或其他套。在该介质是液体的情况下，该方法600可以包括将目标表面浸入液体以及将传感器定位于该液体之上。

如在步骤604中示出的那样，该方法600可以包括激发单个荧光物质以提供荧光发射，例如通过朝向荧光染料和/或在目标表面的方向上定向宽带光源或（一个或多个）发光二极管。

如在步骤606中所示的那样，方法600可以包括在目标表面的位置方向上利用传感器测量荧光发射，其包括测量第一波长下的强度和第二波长下的强度，其中该介质具有针对第一波长和第二波长的不同衰减系数。在使用传统的照相机或具有二维像素阵列的其他传感器设备的情况下，测量荧光发射可以包括测量传感器内的相应多个像素位置处、来自目标表面上的多个位置的第一波长的强度和第二波长的强度，从而提供厚度测量的二维阵列。

如在步骤608中示出的那样，方法600可以包括基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来计算介质在所述位置方向上的厚度。这可以包括例如计算计算第一波长的强度和第二波长的强度的比值。

对于在使用包含其吸收和发射光谱重叠的荧光物质的介质来执行三维成像的情况下，可以通过得到以波长λ₁和λ₂为中心的两个荧光带的强度比值来测量厚度，只要介质自己重吸收（self-reabsorb）优于其他的一个荧光带。假设仅以λ₁为中心的带经历自己重吸收，则ε_λ1是某一有限正值并且ε_λ2≈0。

在离传感器距离x（或者到介质内的距离x）的任何点处，激发照明强度Ie（x）由下式给出：

                        （4）

其中是传感器位置处的激发强度，并且是激发波长λ_e下的介质的吸收系数。

以波长λ₁和λ₂为中心的两个带中的介质内的微分元件（differential element）贡献的荧光发射由下式给出：

                     （5）

                     （6）

其中Ф是介质的量子效率（quantum efficiency），或者所发射的能量与所吸收的能量的比值，并且η₁和η₂是两个波长λ₁和λ₂下的介质的相对发射。如果ε_λ1>0并且ε_λ2≈0，则第一波长带将经历吸收，而第二波长带将不。在激发照明强度比任何荧光发射更大的情况下，在重吸收和非重吸收波长带二者中的任何强度增加可以被忽略。因此，包括λ₁带的重吸收的不同荧光强度等式可以被写成：

         等式（7）

                等式（8）

为了计算离传感器（或者在从传感器的特定方向上通过介质）距离d的荧光强度，可以从x＝0到x＝d积分（integrate）这些等式：

        等式（9）

                等式（10）

可以采用两个荧光测量的比值以获得深度和所测量的波长之间的关系：

      等式（11）

该关系允许通过介质的厚度的计算。将会认识到，实际上，使用任何适合的技术可以获得实际测量并且所述实际测量适应该关系，以便根据工作的系统来提供校准的厚度测量。

如在步骤610中示出的那样，该方法600可以包括与根据强度测量而计算的介质厚度一起使用任何各种几何形状约束（例如由此的介质的已知边界或容器）利用来自传感器的多个测量来重构感兴趣的区域的三维图像。此外，可通过对准等等结合多个这样的三维图像以形成某些或所有目标表面的三维图像。

将会认识到，以示例而非限制的方式来阐述上述方法600。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。因此，例如可以在将介质分布于目标和传感器之前激发荧光或其他发光表面，或者磷光物质可以容易地代替荧光物质。所有这些修改意图落入该公开的范围内，这应该被解释成非限制性的意义。

图7是用于基于吸收的三维成像的方法的流程图。在该方法700中，目标表面上的预定颜色被用来与宽带光源结合以获得在两个不同波长下的反射，其中的一个波长比另一波长被居间介质衰减得更多。可以使用各种预定颜色。例如，该颜色可以是特定颜色（例如蓝色），或者该颜色可以是假设它在目标表面上是均匀的未知颜色。在其他实施例中，可以使用已知颜色分布，例如以便提供不同测量缩放（scaling）或增益（gain）。

如在步骤702中示出的那样，方法700可以以在目标表面和传感器之间分布介质而开始，所述目标表面在感兴趣区域上具有预定颜色，所述感兴趣区域可以是对象的目标表面内的任何区域。所述介质由在第一波长下的第一衰减系数以及在第二波长下的不同于所述第一衰减系数的第二衰减系数表征。第一衰减吸收可以是零，或者更一般地小于第二衰减系数的任何值。

传感器可以是上述适合于捕获第一波长和第二波长下的强度的任何传感器。在一个方面中，传感器可以CCD阵列等等，其测量在该传感器内的对应多个像素位置处来自感兴趣区域内的多个位置的第一波长的强度和第二波长的强度，从而提供厚度测量的二维阵列。

在一个方面中，介质可以是上述任何介质，例如固体、液体、凝胶或气体。该介质可以包括产生第一和第二波长下的不同衰减系数的任何物质或物质的组合。在介质是气体的情况下，方法700可以包括提供目标表面和传感器之间的透明屏障以相对于目标表面保留气体。在介质是液体的情况下，方法700可以包括将目标表面浸入液体以及将传感器定位于该液体的顶表面之上。

如在步骤704处示出的那样，该方法700可以包括例如利用宽带光源、激光器、一个或多个发光二极管或更一般地能够以允许传感器处的反射波长的捕获的方式照明位置的任何激发源来照明感兴趣的区域中的位置。在另一方面中，照明位置可以包括照明利用目标表面中的光学波导和化学发光物质、电致发光物质中的一个或多个来照明。在照明源被布置在目标源上或对象内的情况下，将会认识到该源可以自己给予预定颜色，厚度计算基于所述预定颜色。

如在步骤706中所示的那样，方法700包括利用传感器测量位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度。该方法700可以包括例如通过使用上述任何传感器滤光器对介质和传感器之间的一个或多个波长的光进行滤光。该方法700还可以或另外包括为了任何各种目的衰减一个或多个其他波长的光，例如滤光或整形宽带光源，或者在介质内衰减以便允许在其他波长下的附加测量，这可以被用来通过提供像素位置处的附加厚度测量来改进整体精度。

如在步骤708中示出的那样，方法700还包括例如通过计算第一波长的强度和第二波长的强度的比值，并且使用该关系来确定厚度来基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。现在为该上下文中的厚度计算提供更详细的分析展开。

在此处所述的基于吸收的方法中，可以选择以波长λ₁和λ₂为中心的两个强度带，其中介质的吸收系数ε_λ1和ε_λ2不同以使得一个带优于另一个带而被吸收（或者可替换地表明，可以利用期望波长下的不同吸收率来选择介质）。照明源可以包含波长λ₁和λ₂，并且表明的特性可以是使得这两个带被容易地朝向传感器反射回去。如果表面具有已知的均匀颜色，或者其他已知的颜色图案，强度的比值将随着介质的厚度而有预测地改变。

当在该背景下计算三维几何结构时，传感器和照明源的几何结构需要被考虑，因为一旦照明源射线开始行进通过吸收介质波长就被吸收。最简单的情况包括同轴成像光学系列（optical train）和照明源。在此，行进的吸收距离简单地等于传感器到表面（或者介质边界到目标表面）的距离的两倍，以使得上面的等式（3）变成：

              （12）

在此，R₁和R₂分别是表面在波长λ₁和λ₂处的反射率。因为随着通过介质的距离的增加，强度比值以指数形式降低，这一关系允许通过介质的厚度的计算。将会理解，实际上，使用任何适合的技术可以获得实际测量并且所述实际测量适应该关系，以便根据工作的系统来提供校准的厚度测量。

如在步骤710中示出的那样，方法700可以包括重构目标表面的三维图像。这可以包括例如包括利用厚度测量的二维阵列（例如根据传感器测量的二维阵列）构造感兴趣区域的三维图像。该方法还可以包括例如通过对准或以其他方式结合多个三维图像来根据多个感兴趣区域的多个三维图像构造该目标表面的三维图像。

将会认识到，以示例的方式并且非限制性地阐述上述方法700。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。因此，例如系统可以测量在三个或更多不同波长下通过介质的强度以便改进精度。作为另一示例，三维重构可以包括使用保持介质的成像室内的任何数目的基准来定位介质的一个或多个边界表面。作为另一示例，可以通过捕获不包括选择性吸收特定波长的居间介质的目标表面的彩色图像来预先确定目标表面的颜色或颜色图案。一旦在目标表面和传感器之间引入选择性吸收介质，该基线图像可以提供后续厚度计算所需的预定颜色图案。例如可以从用于捕获厚度计算的强度数据的（一个或多个）相同传感器，或者从单独的彩色照相机等等捕获彩色图像。所有这些修改意图落入该公开的范围内，应该以非限制意义解释此。

图8说明使用上述技术的三维成像的计算机实施方法。该方法800可以被实施例如为包含在计算机可读介质中的计算机程序产品，当在一个或多个计算设备上执行所述计算机程序产品时，其进行所详述的步骤。

如在步骤802中所示的那样，可以通过表征目标表面上的感兴趣区域上的颜色以提供对于该感兴趣的区域的预定颜色来开始方法800。为了执行在该实施例中所述的厚度计算，计算利用目标表面的已知颜色（或者更具体地，在两个或更多特定波长下的已知反射，尽管为了该描述的目的两个有时不同的概念被看作相同的）。在目标表面具有已知、均匀的颜色的情况下，在计算机存储器中预定颜色可以被表征为一个或多个标量值，其描述整个目标表面（例如具有被测颜色的特定波长或RGB分量）的颜色，或者描述进行测量的两个或多个波长下的表面的反射率o。在使用可变图案等等的情况下，预定颜色可以被存储为表征目标表面上的颜色图案的空间分布的阵列。

如在步骤804中所示的那样，方法800还可以包括表征在目标表面和传感器之间分布的介质的第一波长下的第一衰减系数和第二波长下的第二衰减系数。这些值可以被用来评估从目标表面朝向传感器反射的光的（预期）衰减，以使得可以计算厚度。一般来说，可以基于混合在介质中的或遍及介质以其他方式分布的任何物质和介质来采取（assume）衰减系数，或者可以使用任何适合的技术（例如校准过程等等）来测量衰减系数。

如在步骤806中所示的那样，测量可以从传感器接收，所述传感器可以是光传感器、像素阵列或上述捕获感兴趣的区域中的位置方向上强度的其他传感器。第一波长下的强度和第二波长下的强度的测量可以被提供为到处理器（或与处理器相关联的存储器）的信号供在后续计算中使用。

如在步骤808中所示的那样，方法800可以包括基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。上文描述了适合的计算。

如在步骤810中所示的那样，并且如在上文更一般描述的那样，可以获得目标表面的三维重构。在该重构过程中，使用例如厚度测量及相关联的方向性连同关于通过其捕获厚度测量的介质的几何结构的信息的组合来将厚度测量转换成目标表面的三维图像。使用任何适合的对准技术，单独的三维图像还可以被聚集成合成的三维图像。

将会认识到，以示例的方式并且非限制性地阐述上述方法800。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。因此，例如表征目标表面的颜色可以包括利用分光镜硬件来为目标表面成像，所述分光镜硬件提供关于表面特征（不包括居间衰减介质）的足够信息以允许基于衰减的厚度测量。此外，可以在捕获波长特定强度信息之前、期间或之后来执行颜色以及衰减系数的表征。所有这些修改意图落入该公开的范围内，应该以非限制意义解释此。

图9示出用于使用单个照相机来测量厚度的方法。将会认识到，参考图9所述的方法900可以被包含到耦合到一起并且如所述的那样进行操作的处理器和照相机中，或者方法900可以被包含到包括计算机可执行代码的计算机程序产品中，当在一个或多个计算设备上执行所述计算机程序产品时其执行所详述的步骤。

如在步骤902中所示的那样，方法900可以以从照相机接收彩色图像开始。照相机可以例如是任何市售的彩色照相机，其提供包含例如在红色波长、绿色波长和蓝色波长下的强度测量的二维图像。照相机可以另外是市售的彩色照相机，其提供包含在青色波长、品红色波长和黄色波长下的强度测量的二维图像。将会理解，每个这样的强度测量可以（作为实际问题）表示由对应传感器检测的波长范围上的强度，根据滤光器、传感器灵敏度以及照相机的其他硬件和处理特性，其可以是关于相应红色、绿色和蓝色中心频率的相对宽带或窄带测量。二维图像可以采用任何数目的形式，例如对于红色、绿色和蓝色图像中的每一个的像素值的三个阵列。

如在步骤904中示出的那样，方法900可以包括处理彩色图像以为照相机的多个像素中的每一个确定第一波长下的强度和第二波长下的强度。在照相机例如通过滤光器的对应使用提供感兴趣的波长下的直接测量的情况下，这些值可以直接在后续的厚度计算中使用。在照相机另外提供RGB或CMY数据的情况下，可以从包含在图像中的离散颜色值推断感兴趣的波长。

如在步骤906中示出的那样，方法900可以包括基于第一波长下的强度和第二波长下的强度连同对于第一波长和第二波长中的每一个的已知介质衰减系数计算介质在来自照相机的、对应于多个像素中的每一个的方向上的厚度。更一般地，可以利用传统彩色照相机和捕获此处所述的厚度测量的适合对应处理来采用上述任何技术。

如在步骤908中所示的那样，方法900可以包括例如使用上述任何技术来提供目标表面的三维重构。步骤908可以由提供厚度计算的相同的处理器来执行，或者厚度数据可以被转移到利用厚度数据连同其他几何结构信息（例如介质的边界信息）并且重构目标表面的三维图像的另一过程、处理器或者机器。在一个实施例中，厚度计算可以被有效地集成到单个设备中，所述单个设备包含照相机和处理器并且提供作为输出的例如在执行后续三维重构的桌上型计算机中使用的厚度计算的阵列。

将会认识到，以示例的方式并且非限制性地阐述上述方法900。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。所有这些修改意图落入该公开的范围内，应该以非限制意义解释此。

在另一方面中，此处所述的系统包括：用于捕获彩色图像的成像装置，例如上文所述的照相机或任何类似的传感器或传感器集合，以及已被编程为执行上述数据处理步骤的处理装置，其包括此处所述的任何处理器等等。

图10说明此处所述的技术到成像内部空间（例如人的耳道）的适配。如图10所示，系统1000可以包括关于内部空间1004（其具有内部表面1006和外部表面1008）、密封（seal）1010（其具有第一端口1012和第二端口1014）、介质1018的供给部件1016、泵1020、光源1022、传感器1024和计算机1025（其具有处理器1026和其他硬件1028）而形成的可膨胀膜。将会理解，尽管系统1000可以与此处所述的任何发明性的成像技术一起使用，但是系统100还可以或者另外适于在已知的薄膜厚度测量技术（例如ERLIF）或任何其他类似技术中使用。

在一般操作中，供给部件1016在压力下将介质1018递送到可膨胀膜1002的内部空间1004中，以使得可膨胀膜1002扩大以填充内部测量体积（未示出）。当可膨胀膜1002被膨胀以使得它与内部测量体积某部分接触并且采用该部分的形状时，光源1022可以照明可膨胀膜1002的内部表面1006，并且传感器1024可以使用一般上述任何技术捕获在两个或多个波长下的强度测量。处理器1026可以接收结果得到的测量，所述处理器1026可以确定在可膨胀膜1002的内部表面1006上的一个或多个位置处的内部空间1004内的介质1018的厚度，并且这些厚度测量可以被进一步处理以获得一部分内部表面1006的三维图像。

可膨胀膜1002可以是关于内部空间1004形成的气球等等。一般来说，可膨胀膜1002可以是弹性膜，所述弹性膜由当填充受压气体或其他材料时可以被伸展的任何橡胶、弹性或其他材料形成的。在实施例中，可膨胀膜1002还可以或者另外是任何可伸展的膜、弹性的或非弹性的，其可以压有材料或者用材料填充以增加内部（和/或外部）体积。因此，例如可膨胀膜1002可以是上述任何膜，或者非弹性膜（例如由多个无孔的非弹性板（例如MYLAR膜等等）形成的可伸展膜）。该方法允许可膨胀膜1002的膨胀形状与预期的空腔形状或大小匹配。在另一方面中，可膨胀膜1002可以具有基本上球形的或梨形的形状，并且可以是由允许可膨胀膜1002伸展并扩展以填充空腔的材料制造的。容易认识到，可以在不同空腔中使用不同大小的气球和其他可膨胀膜。

可膨胀膜1002可以是无孔的或者能够以其他方式将受压气体或气体材料保留在其内部，以使得它在内部体积内可以被膨胀并且在压力下采取内部体积的形状。在一个方面中，可膨胀膜1002可以是足够柔性且弹性的以在它向其中膨胀时紧密遵循内部体积的任何轮廓，并且足够薄，当可膨胀膜1002被膨胀以接触这样的内部体积的壁时内部表面1006的测量可以被用来准确推断内部表面1008的形状。更一般地，能够将材料保留在其内部空间并且能够扩展以便以紧密遵循其表面轮廓的方式填充内部体积的任何膜可以被用作可膨胀膜1002。

将会认识到，许多变化是可能的，并且可膨胀膜1002的任何表面可以用于成像。例如，可膨胀膜1002可以由透明材料制造，并且外部表面1008可以涂有荧光或发光层。在这样的实施例中，当重构目标表面时，三维重构结构可以考虑可膨胀膜1002的厚度。在另一方面中，诸如内部表面1006之类的表面可以具有预定颜色（例如已知均匀颜色）或预定颜色分布以允许使用上述某些成像技术。在另一实施例中，要被成像的空腔可以本身具有已知的颜色或者具有应用于其上的荧光或发光涂层。可以利用透明的并且包含上述成像介质之一的可膨胀膜1002来为这样的空腔成像，利用适当的调整来考虑在介质和空腔表面之间的可膨胀膜1002的厚度。

密封1010可以被用来从周围环境（例如大气压力下的空气）隔离内部空间1004。密封1010可以包括用于接入内部空间1004的任何数目的端口例如第一端口1012和第二端口1014。在实施例中，密封1010可以包括o型环等等，允许忽略套管1015。在这样的实施例中，o型环和通过其插入的光学元件、电子器件等等之间的紧配合可以保持内部空间1004内的受压气体（或液体介质等等）。

第一端口1012可以是例如具有在内部空间1004内的开口端的流体端口，并且可以用作在压力下将诸如气体或任何其他上述介质的介质递送到内部空间1004以使得可膨胀膜1002可以膨胀带有用来促进厚度测量的介质的供给部件端口。第一端口1012可以包括控制介质1018到内部空间1004中的递送的阀1013等等。

第二端口1014可以用作可能被插入到内部空间1004以捕获用于厚度测量的数据的光学元件、光源等的接入端口。第二端口1014可以耦合到套管1015，当将其插入到内部空间1004并且从内部空间1004移除时物理上包含这样的硬件。在一个方面中，套管1015可以是弹性的或者可扩展的套管，其耦合到光源1022和/或传感器1024，并且在膨胀时允许该光源1022和/或传感器1024在可膨胀膜1002的内部空间1004内动来动去。在另一方面中，套管1015可以是限定可膨胀膜1002内的接入空间1017并且物理上从受压并且介质填充的内部空间1004的剩余部分隔离的透明刚性壳等等。以这种方式，诸如光纤束等等、透镜、滤光器或其他光学元件、传感器、光源、电子元件（例如用于传感器和/或光源的操作）、用于电源的接线或电耦合等等之类的光学供给部件可以被自由地插入到内部空间1004并且从该内部空间1004移除（或者更精确地，内部空间1004内的接入空间1017），而将密封1010保持在可膨胀膜1002上并且保留例如受压气体等等。在另一方面中，套管1015（或套管1015内的窗口、视口等等）可以是与介质指数匹配的，以使得它具有基本上与介质相同的折射指数。这可以提供进入介质填充的内部空间1004的基本上无失真的光学路径。

供给部件1016可以是任何容器、罐或保持介质1018的供应的其他容器，所述介质1018可以是上述任何介质，例如气体、液体、凝胶等等。一般来说，供给部件1016可以是能够将介质1018受压递送的任何供给部件。在实施例中，供给部件1016可以包括泵1020或者在压力下将介质1018递送通过第一端口1012并且进入内部空间1004，或者类似地从内部空间1004提取介质1018的其他设备。泵1020可以是能够受压递送介质1018的任何机电设备，包括旋转型泵、蠕动泵、往复型泵、离心泵、喷射器式泵、液压油缸泵等等。供给部件1016可以包括用户控制，其可以由计算机1025远程激活，或者被提供为电控制泵1020的供给部件1016上的开关、旋钮、刻度盘等等。在实施例中，供给部件1016可以包括活塞、杠杆、旋钮或用于手动将压力应用于介质1018或者介质1018的其他机械递送（也在压力下）的类似设备，它们中的任何一个可以用作泵1020，如在此处所使用的该术语那样。更一般地，供给部件1016可以以允许介质1018选择性的递送到内部空间1004的任何方式耦合到内部空间1004。泵1004例如可以利用受控压力递送介质1018，或者可以递送受控体积的介质1018，或者可以根据任何其他适合的标准操作。在另一方面中，供给部件1016可以是约定递送介质1018的受压弹性容器。

光源1022可以包括上述任何光源。在一个方面中，在使可膨胀膜1002发光的情况下，在接入空间1017中的光源1022可以被忽略。在一个方面中，光源1022可以被定形并且确定大小以便插入到接入空间1017（通过第二端口1014），或者以其他方式定位在内部空间1004内。在另一方面中，光源1022可以是例如分布在内部表面1006上或直接在内部空腔的目标表面上的发光层，或者光源1022可以被定位在密封1010上或者在任何其他位置中以实现适合于此处所述的测量技术的可膨胀膜1002的目标表面上的位置的照明。

传感器1024可以包括上述任何传感器，传感器1024可以被定形并且确定大小以便通过第二端口1014插入到接入空间1017，或者以其他方式插入到可膨胀膜1002的内部空间1004内。在一个方面中，纤维镜或内孔窥视仪可以被使用（或者在接入空间1017内或者利用附接到其上的套管1015），可选地利用任何适合的透镜，例如具有圆锥形、抛物线形、成角的或其他尖端的棱镜或反射镜表面（其还可以与介质1018指数匹配）。将会理解，在这样的实施例中，传感器1024可以具有从内部空间的圆柱截面捕获测量的视场。这可以呈现与传统照相机和透镜相比对于强度测量的明显不同几何形状以及不同方向性，以及对空间测量组群的适合调整，并且任何后续三维重构可以是适当的。

在一些实施例中，已知尺寸的透明指数匹配尖端可以被添加到纤维镜以便改进通过介质1018的光学路径。这可以允许使用较高的吸收性介质，因此增加在远离尖端的更大距离处的系统的深度分辨率。还句话说，这样的尖端可以偏移将比值关联到深度的指数曲线，以便该关系允许更大的深度测量。

计算机1025可以包括处理器，例如上述任何处理器或其他计算设备。计算机1025还可以包括其他硬件1028，例如输入/输出接口、存储器等等。其他硬件1028一般包括操作耦合到传感器1024、光源1022和供给部件1016的任何硬件。在一个方面中，其他硬件1028可以包括电子成像设备，例如具有由光纤耦合到传感器1024的输入端的像素阵列或光学换能器。在另一方面中，其他硬件1028可以包括由光纤耦合到光源1022的照明源。在另一方面中，传感器1024和/或光源1022可以是利用导线等等电耦合到计算机1025的电子设备。在另一方面中，光源1022和传感器1024可以是自供电的并且无线耦合到计算机1025以用于其的操作和控制。计算机1025还可以耦合到供给部件1016，并且可以控制泵1020的操作以将介质1018递送到可膨胀膜1002的内部空间1004（和/或从可膨胀膜1002的内部空间1004移除介质1018）。

可膨胀膜1002可以包括盖子1030，其可以是由软泡沫材料或类似物质形成的柔软可弯曲盖子。盖子1030可以在可膨胀膜1002的插入期间保护插入位点（例如人的耳道），例如在套管1015由可能以其他方式引起不舒服或物理损害的硬材料形成的情况下。

将会理解，系统100还可以包括可以与计算机1025一起协作以控制系统1000的操作并且监控其状态的任何各种其他状态传感器、空间传感器等等。

一般来说，系统1000可以适于与上述任何成像技术一起使用。例如，在成像技术使用应用于目标表面的荧光层的情况下，可膨胀膜1002可以被适配以使得内部表面1006、外部表面1008或可膨胀膜1002包括荧光材料（例如并且非限制的、氧杂萘邻铜-153）。因此，在一个方面中，此处公开了一种可膨胀膜，其包括荧光内部表面，该膜可以被采用以捕获膜在其中被膨胀的内部体积的三维图像。类似地，如上文通常描述的那样，可以在内部表面上采用预定或已知的颜色（尽管对处理的附加改进可能被需求，在这种情况下，例如气球的颜色会随着它的扩展而改变）。或者预定颜色可能处于或者被应用于空腔中的目标表面。

用于内部测量的系统1000可以被更具体地适于特定成像背景。例如，可膨胀膜1002可以被定形并且被确定大小以插入到人的耳道（并且在其中膨胀），或者更具体地，该可膨胀膜1002可以具有压缩（例如非膨胀的）形状，其被定形并且被确定大小以用于插入到人耳以使得可膨胀膜1002可以被插入到耳道，被膨胀，并且然后被用于捕获耳道的三维图像。更一般地，该系统1000可以有用地被采用以为生物空腔，例如膀胱、胃、耳道等等成像，或者为机械部件，例如活塞空腔、罐和其他容器成像。

在一个方面中，此处所公开的系统包括膨胀装置、照明装置、传感器装置和处理器装置。该膨胀装置可以是供给部件1016或用于利用吸收的第一波长的光比第二波长的光多的介质来使可膨胀膜膨胀的任何其他装置。照明装置可以包括上述光源1022或者此处所述的用于照明或者以其他方式激发可膨胀膜的表面的任何其他装置。传感器装置可以包括传感器1024或此处所述的用于在被所述照明装置照明时测量表面上的位置处的第一波长的强度和第二波长的强度的任何其他装置。处理器装置可以包括处理器或此处所述的被编程为基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度的任何其他装置。

在实施例中，系统1000可以适于更普通目标的测量，而不仅仅用于内部测量或耳道。在这样的实施例中，可膨胀膜1002可以被移动成与远程对象接触以便与该对象的表面一致。在此，可膨胀膜1002可以包含或者被膨胀以包含介质。例如，可膨胀膜1002可以包括松软的或以其他方式高度变形的包含介质的包。这样的可膨胀膜1002可以与对象一致，以使得可以获得三维图像。这可以例如被有效地用于质量控制或部件检查，例如在涡轮叶片或其他尺寸敏感的部件的情况下。该方法允许三维测量，而不用修改目标对象，并且不用将目标对象暴露于介质。将容易认识到各种其他使用并且它们将落入本公开的范围内。

在一些实施例中，系统1000可以适配以使得可膨胀膜1002包括多于一个空腔。这些空腔中的每一个可以操作耦合到其自己的供给部件1016，其中的每一个包含介质，该介质具有基于一部分导管的预期尺寸而被适配的特性，插入到所述导管中的可膨胀膜1002最终被布置。例如并且没限制地，可以预期耳道的外部部分可以比同一耳道的内部部分更宽。因此，在包括耳道的应用中，对应于耳道的外部部分的第一空腔可能被填充有比对应于耳道的内部部分的第二空腔更少的吸收光学介质。这样的适配允许相同的源照明行进通过第一空腔（在预期距离更长的情况下）的距离比通过第二空腔（在预期距离更短的情况下）的距离更大。在实施例中，可以用染料合成物和/或染料浓度，以及用对于每个空腔的不同荧光涂层来调谐介质的光学特性。套管1015可以进入或通过每一个空腔并且优选地与每一个介质指数匹配，或者可以为每个空腔提供单独的套管。

图11是用于获得内部空间的三维图像的方法的流程图。一般来说，方法1100可以包括将可膨胀膜（例如上述任何可膨胀膜）定位到空腔内并且用诸如上述任何介质之类的介质为使该膜膨胀。利用适合的照明源和图像捕获硬件，然后可以进行厚度测量以用于空腔的内壁的三维重构。例如使用上述系统，方法1100可以被实施。

如在步骤1102中示出的那样，该方法以将可膨胀膜定位在空腔中而开始。将会认识到，该步骤可以适于内部空腔阵列。例如，在生物腔例如胃或膀胱被成像的情况下，膜可以被压缩成可以插入通过自然开口（例如喉咙）或通过外科手术工具（例如内诊镜等等）的孔的形状和大小。因此，空腔可以是人的耳道、胃、膀胱或任何其他生物腔，或者更一般地任何上述空腔。将会容易认识到，在选择用于膜的适合材料（其可以范围从弹性材料到非常薄、柔性的非弹性薄膜（例如箔或各种化合物））时，可以考虑囊状物的可膨胀和压缩大小以及特定图像的期望分辨率。对于在为人的耳道成像的使用，例如与要成像的空腔相比，插入位点的直径相对较大，并且各种弹性材料可以被适当地使用。

还将会理解，在使用膜的各种技术中，部分取决于预期的表面类型和成像所期望的表面精度来为膜选择材料。这在一些应用中，细节可能很重要，并且优选地采用非常薄非常有弹性的材料以便改进表面细节。在其他应用中，可能期望高可膨胀压力，并且适合强的材料可以是优选地，而不管以其可以捕获到详细的表面轮廓的保真度。一般来说，各种适合的膜是已知的并且可以适于不同成像应用。所有这些变化意图落入该公开的范围内。

如在步骤1104中示出的那样，方法1100可以包括利用吸收的第一波长的光比第二波长的光多的介质来使可膨胀膜膨胀。这可以是例如任何上述介质。膨胀可以例如利用泵或如上通常所述的其他手动或自动递送机制进行。当使可膨胀膜膨胀时，它可以采用空腔的形式，它以其来扩展，并且膜内的介质可以促进厚度测量，这可以被用来重构空腔内部的三维图像。

如在步骤1106中示出的那样，方法1100可以包括照明可膨胀膜的表面。这可以包括例如激发光源例如任何上述光源，或者化学或电地激活可膨胀膜内（或者布置在其表面）的发光物质。将会认识到，在上述各种实施例中，照明可以被定向到另一表面处，例如被成像的空腔的壁（例如具有透明膜和荧光空腔壁）。在这样的实施例中，可膨胀膜的表面也可以被照明，而不管照明源的位置，并且所有这些变化都意图落入如在此处所述的该步骤那样的“照明”范围内。

如在步骤1108中示出的那样，方法1100可以包括当表面被照明时测量该表面的位置方向上的第一波长的强度和第二波长的强度。这可以包括使用上述传感器来测量波长强度，包括例如使用锥尖（conical-tipped）纤维镜等等来通过光纤将光学信号传送到膜之外的电成像设备。在一个方面中，这可以包括捕获纤维镜的圆柱视场中的测量。

如在步骤1110中示出的那样，方法1100可以包括根据表面、介质等等的性质使用例如上述任何技术来基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的函数来确定介质在所述位置方向上的厚度。步骤1110可以由任何适合的处理器或其他计算设备或计算设备的组合来执行。

如在步骤1112中示出的那样，方法1100可以包括基于厚度测量和介质的可用的边界信息来重构表面的三维图像。所以例如在清楚的塑料管或其他透明刚性套管被用于传感器等等时，可以利用介质从套管的物理界面投影（project）厚度测量。步骤1112可以由任何适合的处理器或其他计算设备或计算设备的组合来执行。

在一些实施例中，方法1100包括迭代，其中使可膨胀膜膨胀到第一压力并且计算确定介质的第一厚度，如上所述。然后，使可膨胀膜再次膨胀，这次到第二压力，并且计算确定介质的第二厚度，再次如上所述的那样。当第一测量和第二测量对应于对象上感兴趣的相同点时，并且当针对对象上的多个感兴趣的点完成这样的多个测量时，方法1100可以包括生成示出对象在感兴趣的点处的相对稳固的顺应图（compliance map）的步骤，或者空腔产生压力的方式。例如，示出第一测量和第二测量之间的厚度的更大变化（例如产生更大压力）的感兴趣的点比示出测量之间的厚度的较小变化的感兴趣的点具有更大的“可弯性（give）”。因此，步骤1112可以包括计算顺应图或者由计算顺应图构成，并且对于不同压力下的任何数目个测量，方法1100的逻辑流程图可以包括从步骤1110到步骤1104的循环。

图12示出在内部测量中使用的自膨胀囊状物。一般来说，自膨胀囊状物1200可以包括膜1202，例如包括上述系统1000的许多元件的可收缩膜，下面指出差异。

膜1202可以围绕内部空间1004形成，并且由在不存在外力的情况下返回到原始形状的材料构造。例如，膜1202可以由形状记忆合金（shape-memory alloy）、弹性粘胶固体或泡沫、光感应形状记忆聚合物、形状记忆橡胶或返回到原始形状的任何其他膜、框架、栅格、合成物外部和/或内部结构或结构的组合形成。膜1202可以被定形并确定大小（以其扩展的形式）成比要在一个或多个尺寸中成像的空腔更大，以使得当膜1202被压缩成压缩模时，其可以被插入到空腔中并且然后扩展成接触空腔的内壁。更一般地，在操作中，可以利用力的施加来压缩膜1202并且然后其被释放以扩展到其原始形状，例如填充用于成像的空腔。在一个方面中，膜1202可以由在用户控制的条件（例如热量、湿度、电场等等的应用）下返回到原始形状的材料制成。将会理解，在这样的实施例中，在不存在物理外力连同适当形式的激发的情况下，膜1202将趋于返回到原始形状。所有这样的变化意图落入在不存在如此处所使用的该短语那样的外力的情况下返回到原始形状的膜的范围内。

还应该理解，压缩模不需要具有减小的体积，以便如在此处所使用的该术语那样被“压缩”。例如，在普通的弹性膜被填充粘性物质的情况下，可以利用力的施加来拉伸膜，以使得它具有较大的长度和较小的厚度。在该压缩状态中，膜可以被插入到窄通道（例如耳道）中，并且然后膜可以被扩展成邻接通道的壁，所以它可以返回到其原始较厚形状。因此，尽管此处所述的各种实施例包括膜之中和之外的介质的取代，但是在其他实施例中，可以通过在没有对膜的体积的任何整体变化的情况下取代可收缩膜内的介质来压缩可收缩膜。在这样的实施例中，在没有用于操控膜内的介质的任何流体端口等等的情况下可以有效地以密封的形式制造膜。

内部空间1004可以通过第一端口1012被耦合到介质1018的供给部件1016（其可以是上述任何供给部件和介质），在这种情况下所述第一端口1012可以是流体端口，其将供给部件1016耦合到内部空间1004并且包括控制介质1018在供给部件1016和内部空间1004之间通过的速率的限流器1213等等。这可以包括例如有孔膜、喷嘴、窄的流体通道、可调整的阀（用于流速的可变控制）或任何其他物质或结构（或这些的组合）以减慢当膜1202被扩展时介质1018进入内部空间1004的通过。一般来说，通过约束介质1018的流动，限流器1213限制膜1202在不存在外力的情况下扩展的速率。这有效地允许用力的施加来压缩膜1202并且然后将其释放，在这时膜1202将会足够慢地扩展，在它完全扩展之前其可以被插入到空腔中。

可以是壳（例如上述任何刚性壳）的套管1015可以被放置在内部空间1004内以限定用于光源1022、传感器1024等等的插入的接入空间1017，以促进光强度测量。套管1015可以由透明材料制造，或者否则包括用于这种测量的至少一个透明区。套管1015可以从密封1010伸展到盖子1030，所述盖子1030可以是柔软可弯曲盖子，例如上述任何盖子。在一个方面中，套管1015可以物理或者直接或通过附加结构连接到盖子1030和密封1010，以形成固体或普通的刚性结构，连同供给部件1016和第一端口1012一起可以被用作可插入成像设备。在自膨胀囊状物1200被定形并且确定大小以在例如人的耳道中使用的情况下，盖子1030可以是柔软的和/或可弯曲的以在设备的插入期间保护耳道。

 盖子1030可以包括透明窗口。在自膨胀囊状物1200（或用于此处所述的内部成像的任何其他设备）插入到例如耳道或其他开口中期间，纤维镜可以被插入到接入空间1017中以使得它具有通过窗口的光学视图，并且传感器1024可以捕获耳道的长度以下的图像。利用该视图，用户可以导引自膨胀囊状物1200（或其他设备）进入导管，还允许用户在碰到（例如耳膜或其他障碍物或敏感区域）之前停止插入。自膨胀囊状物1220（或其他设备）可以包括辅助照明设备以在插入期间照明耳道，或者光源1022可以适于该目的。

在一个方面中，可以提供保持器（retainer）1216，其将可膨胀膜机械地保持为压缩形状。因此，在使用中，膜1202可以被压缩成比保持器1216（例如其可以是圆柱套管等等）的内部直径更小的大小，并且保持器1216可以通过压缩的形状适合于保持膜1202。当三维图像被捕获时，保持器1216可以被移除并且自膨胀囊状物1200可以被插入到目标空腔中并且允许其慢慢扩展成目标空腔的形状，其中扩展的速率由例如介质1018的粘性、位于流路径中的限流器1213、以及当朝向膜1202的完全扩展形状将其扩展时膜1202施加的机械力来确定。将会理解，保持器1216可以有效地由刚性材料（或材料组合）或用于将膜1202保持为压缩状态的任何其他材料形成。保持器1216可以是单个结构，其被定形并确定大小为滑过盖子1030并且离开膜1202，或者保持器1216可以由多部件组件形成，所述多部件组件例如可以被一起折断（snap）并且离开膜1202周围，或者铰链式（hingeably）包围膜1202，或者否则可移除地以压缩形状保持膜1202。压缩形状可以被定形和/或确定大小以插入到人耳或任何其他空腔中，根据其来期望三维图像。

将会理解，尽管图12示出处于压缩状态的膜1202的简单圆柱形状，但是可以类似地使用适合于特定成像应用的任何形状，并且可以适应插入位点的形状和大小或者要被成像的空腔的形状和大小，或者这些的某些组合。例如，人耳道的内部分和外部分具有基本上不同的内部直径。因此，在一个方面中，自膨胀囊状物1200和同样的膜1202和保持器1216可以具有逐渐变小的形状或两级形状，其在用于为外部耳通道成像的外部分段上具有相对大的直径，并且在用于为更深的内部耳通道成像的外部分段上具有相对较大的直接。可以针对不同成像应用完成任何数目的类似适配，对本领域普通技术人员来说所有这些将会容易认识到。

图13是用于使用自膨胀囊状物（例如上述自膨胀囊状物1200）来捕获内部空间的三维图像并且更具体地捕获人的耳道的三维图像的方法的流程图。

如在步骤1302中示出的那样，方法1300以提供在不存在外力的情况下返回到原始形状的可收缩膜来开始，该可收缩膜具有内部空间。这可以是例如上述任何膜。如上所指出的那样，不存在外力就返回到原始形状的膜意图包括趋于返回到形状的任何结构或结构组合，而不管约束物理力何时释放（例如如上所述的保持器）或者何时应用某一形式的激发（光、热、电等等），或者这些的组合。

如在步骤1304中示出的那样，方法1300可以包括将可收缩膜压缩成适合于人的耳道的形状和大小。这例如可以包括将膜压缩成足够窄到适合耳道的普通圆柱形状。在一个方面中，时间裕度（margin）可以被提供，以使得当保持器被移除并且膜开始扩展（如上所述）时，膜在一段时间内不会扩展超过耳道的预期大小，以便允许处理并插入到耳道中。这可以例如是十秒或者根据用户偏好或处理约束等等的任何其他持续时间。

如在步骤1306中示出的那样，方法1300可以包括利用诸如上述任何保持器之类的保持器来以某一形状和大小保持可收缩膜。在一个方面中，可收缩膜可以是具有一次性保持器的一次性膜。在另一方面中，可收缩膜可以是可重复使用的膜，并且保持器可以是可移除的并且可替换的以允许可收缩膜的多次重新部署。

如在步骤1308中示出的那样，方法1300可以包括将内部空间耦合到流体形式的介质的供给部件，所述介质吸收的第一波长的光比第二波长的光更多，其中内部空间通过约束介质到内部空间的流动的端口耦合到介质，所述端口例如流体端口以及上述限流器。将会理解，在各种实施例中，这样的耦合可以在可收缩膜被压缩之前或之后，以及保持器适合于所压缩的膜之前或之后出现。

如在步骤1310中示出的那样，方法1300可以包括从可收缩膜移除保持器，并且将可收缩膜插入到人的耳道中。在该点处，膜可以开始扩展并将介质汲取到内部空间中。如上所提到的那样，该扩展出现的速率可以取决于任何数目的因素，例如介质的粘性、流动限制的量、通过扩展膜而产生的压力、以及供给部件的压力（如果有的话）。在可压缩模的设计期间这些因素通常被控制，并且该设计例如通过提供对于流动约束的调节阀允许在部署时手动调整。

如在步骤1312中示出的那样，方法1300可以包括使用上述任何技术的测量和三维重构。

将会理解，以示例而非限制的方式来阐述上述方法1300。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的，并且所有这样的修改意图落入本公开的范围内。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。因此，例如在膜的压缩之前或之后，介质可以被耦合到膜。在膜的压缩之前耦合介质的情况下，供给部件可以被用来使用反压力（例如吸力（suction）来从内部空间提取材料。类似地，当耳道被特别提出时，该方法适于任何数目的生物或其他空腔。所有这些修改意图落入该公开的范围内，应该以非限制意义解释此。

图14说明用于捕获诸如人齿列之类的对象的三维图像的此处所述的技术的适应。在一个实施例中，用于在为齿列成像中使用的设备1400可以包括成像盘1402（其具有由底部1406和一个或多个侧壁1408形成的内部表面1404，以及任何数目的基准1410，连同诸如上述任何介质的介质1412。尽管没有描绘，但是将会理解，该设备1400可以与上述传感器、光源、处理器等等的任何适合组合一起使用。还将理解，尽管设备1400可以和此次所述的发明性成像技术一起使用，但是设备1400还可以或另外适于在已知的膜厚度测量技术（例如ERLIF或任何其他类似技术）中使用。

成像盘1402可以是适于接收对象的印记的任何容器。对于齿列应用，成像盘1402可以被定形并确定大小以被用作齿列咬合盘。在包括许多一次性和/或可重复使用的咬合盘、印压盘、氟化物盘等等的齿列现有技术中已知各种这样的容器，它们中的任一个可以适于与此处所述的技术一起使用。此外，尽管示出了全弧度齿列盘，但是将会理解该盘可以另外覆盖弧度的任何子部分，例如一个象限或一排牙齿。在其他实施例中，咬合盘可以同时捕获上弧和下弧，这可以有利地捕获与上弧和下弧的对准有关的咬合对准信息。将会理解，尽管描绘了齿列咬合盘，但是成像盘1402更通常地具有适合于要成像的对象的任何形状和大小。此外，成像盘1402可以适于上述任何成像技术。这可以包括例如根据透明材料来制造成像盘1402以使得可以通过该成像盘1402来进行厚度测量，或者根据荧光或其他发光材料来制造成像盘1402以使得该成像盘1402可以用作上述光源。这可以包括根据具有可以在上述衰减测量中使用的已知颜色或已知颜色分布的材料来制造成像盘1402。这还可以或者另外包括将层应用于内部表面1404，例如荧光、发光或已知彩色层。

内部表面1404可以具有在结合厚度测量中使用的已知尺寸，以从几何上重构被印记到介质1412中的对象的三维图像。在一个实施例中，已知尺寸可以适应介质1412中的齿列印记。更一般地，关于内部表面1404的几何结构或空间信息为成像盘1402内的介质1412提供边界信息以使得介质1412的厚度测量可以被转换成普通坐标系系统中的印记的空间测量，从而允许三维重构。因此，将会认识到，当成像盘1402被描述为具有由两个侧壁1408和底部1406形成的内部表面1404时，该内部表面1404更一般地包括任何直线、曲线或（一个或多个）适合于被成像的特定对象的其他表面，使得内部表面1404的形状在需要被三维重构的边界位置处的区域中是已知的。

底部1406和侧壁1408将介质1412保留在成像盘1402中，并且提供对于介质1412的一个或多个表面的已知物理边界，以使得厚度测量可以被转换成三维图像。将会认识到，如所描绘的那样侧壁1408可以是打开的，条件是介质1412足够粘性，在处理和/或印记期间它将完全或部分保留在成像盘1402中。在例如介质1412是非粘性液体的情况下，侧壁1408可以有效地接合到一起以形成将液体保留在成像盘1402内的完全周界侧壁。在另一方面中，底部1406和侧壁1408可以中的一个或多个是透明的，这取决于例如预期从哪个方向来进行厚度测量。

任何数目的基准1410可以可选地被包括到成像盘1402上或之内。基准可以处在已知位置和/或具有已知形状。每个基准1410可以具有一个或多个唯一识别的特性，以使得它可以在图像或者从成像盘1402的测量所获得的其他数据中被标识。通过促进许多独立的三维测量和/或图像的全局对准基准可以一般用作三维重构中的有用界标。所述基准1410可以例如为成像系统提供可见界标，其可以被关联到成像盘1402上的三维位置或者以其它方式编码空间信息。更一般地，对本领域普通技术人员来说，三维对准中的基准的类型和使用将容易认识到，并且可能适于与此处所述的三维成像技术一起使用的所有这样的基准意图落入本公开的范围内，类似地，随机或规则的图案或其他表面处理可以被采用以帮助对准，并且可以适于与成像盘1402和此次所述的其他设备和测量技术一起使用。

介质1412可以被布置在内部表面1404内，并且可以一般包括上述任何介质。在一个实施例中，介质1040可能能够弯曲以形成插入成像盘内的对象的印记，并且可以例如吸收第一波长的光比第二波长的光更多。介质1412可以使用任何数目个载体。

例如，介质1412可以包括凝胶、液体或能够准确地保留其中的印记或者被固化以精确地保留其中的印记的其他物质。任何类型的可固化材料（具有适合的光学属性）可以被用作载体，包括被热固化、压力固化、时间固化、光固化、化学固化等等的材料，以及这些的任何组合。当对象被印记在介质1412中时（例如患者被嚼如齿列咬合盘），它可以被固化，或者可以在对象被撤回之后固化介质1412。在后者的情况下，介质1412优选地足够粘性以保留对象的有用印记直到该介质1412可以被固化为止。在其他实施例中，介质1412可以不被固化，但是可以足够粘性或可塑性以保留对象被移除之后永久地、半永久地或至少足够长的精确印记，以获得用于厚度计算的光强度测量。在其他实施例中，介质1412和成像盘1402可以被成像，而对象被包含在介质中。在对象完全适应于成像盘1402的情况下，成像盘1402可以是填充液体等等的简单桌上型盘。在对象物理耦合到较大对象（例如人的齿列）的情况下，成像盘1402可以是透明的，以使得可以通过底部1406或（一个或多个）侧壁1408来获得用于厚度计算的测量。

图15是用于使用此处所述的技术捕获对象（例如人的齿列）的三维图像的方法的流程图。该方法1500可以例如与此处所述的成像盘1402和介质1412一起使用。

如在步骤1502中示出的那样，方法1500可以以将介质布置在具有已知尺寸的内部表面的成像盘内，所述介质能够弯曲以形成插入成像盘内的对象的印记，并且该介质吸收第一波长的光比第二波长的光更多。一般来说，这可以包括上述任何成像盘和介质。为了将介质布置在成像盘内，可以针对介质的粘性和其他物理特性使用任何适合的工具和/或技术来将该介质灌注、注入、喷射或以其它方式分布在内部空间中。在预封装的实施例中，可以在制造期间将介质布置在成像盘内，并且以准备使用的形式封装用于装运。在另一实施例中，介质可以被手动布置在先前使用的成像盘内，例如介质的管道或其他容器。在任一中情况下，成像盘可以是可重复使用或一次性使用的。

如在步骤1504中示出的那样，方法1500可以包括将对象插入到成像盘中。这可以包括将对象放置在成像盘（例如在介质时液体的情况下），或者施加力将对象插入到成像盘中的介质中。例如，在成像盘是齿列咬合盘的情况下，这可以包括将人的齿列插入到齿列咬合盘中，例如使得用户通过施加力用作为印记的对象的牙齿和其他齿列咬入介质中。然而，被插入之后，对象可以一般取代介质并且在介质内形成对象的印记。

如在步骤1506中示出的那样，该方法1500可以包括照明成像盘的内部表面，这可以包括上述任何照明技术。

如在步骤1508中示出的那样，该方法1500可以包括捕获在第一波长和第二波长下的内部表面的图像。这一般包括上述任何成像技术。将会认识到在该背景中捕获图像意图指不同于表面本身的表面的方向。因此，例如在透明成像盘被使用的情况下，所捕获的图像可以是来自不同于内部表面本身的内部表面后面的节奏的光的强度。因此，在许多实施例中，图像可以与不同于光被反射的实际位置的光强度被测量的方向有关。

捕获内部表面的图像还可以或者另外包括捕获在成像盘内提供的多个基准的参考图像。这些基准可以被用来使用任何各种已知技术来确定成像盘的三维位置和定向。这可以包括处理用于计算厚度（例如第一波长和第二波长下的内部表面的图像）的相同图像，例如通过在这样的图像中为基准定位并且对其进行解释，或者这可以包括利用用于处理基准的（一个或多个）相同照相机或传感器来捕获辅助图像。在另一方面中，辅助照相机或其他成像设备可以被提供以便捕获基准的参考图像。在这样的实施例中，辅助照相机应该具有与用于厚度测量的照相机或传感器的已知空间关系。

如在步骤1510中示出的那样，方法1500可以包括处理图像以确定内部表面方向上的介质的厚度。这可以包括此处所述的基于两个不同波长的强度比值的任何处理技术，或者任何其他相似的技术或方法。这可以包括针对朝向内部表面的多个方向捕获多个厚度测量，例如根据照相机等等捕获的强度测量的二维阵列。

如在步骤1512中示出的那样，方法1500可以包括根据（一个或多个）厚度测量获得对象的三维重构。这可以包括例如根据内部表面的已知尺寸应用多个厚度测量来确定对象的三维形状，或者对象在介质中的印记的边界。将会理解，为了各种原因，在实际对象形状和对象的实际印记之间的细微或明显偏差。这些（在概念上）反射镜成像的表面的任一个或二者意图落入如在此处所述使用的短语的对象的三维形状的范围内。

将会认识到，以示例而非限制的方式来阐述上述方法1500。对本领域普通技术人员来说，各种变化、添加、省略和其他修改是显而易见的，并且所有这样的修改意图落入本公开的范围内。此外，这些步骤在描述和附图中的顺序或表示不意图需要执行所详述的步骤的该顺序，除非特定顺序是明确需要的或者以其他方式从上下文中是清楚的。因此。例如可以在介质被布置在对象中之前将该对象插入到成像盘中。或者各种类型的基准可以被用来将厚度测量关联到成像盘内的位置。类似地，当人的齿列被特别提到的时候，该方法可以适于广泛的各种生物学或其他主体，并且所有这些变化意图落入本公开的范围内。

将会认识到任何上述系统、设备、方法、过程等等可以以适合于此处所述的控制、数据采集和数据处理硬件、软件或这些的任何组合来实现。这包括在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程设备连同内部和/或外部存储器中的实现。这还可以或者另外包括一个或多个专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑元件或可以被配置成处理电子信号的其他设备或多个设备。将会进一步认识到上述处理或设备的实现可以包括使用可以被用来存储、编译或解释以在上述设备之一上运行的结构编程语言（例如C）、面向对象的编程语言（例如C++）、或任何其他高级或低级编程语言（包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术）创建的计算机可执行代码，以及处理器、处理器架构或不同硬件和软件的组合的异质组合。同时，处理可以以许多方式分布于设备（例如照相机和/或计算机和/或服务器或其他远程处理资源）上，或者所有功能可以被集成在专用、独立设备中。所有这些置换和组合意图落入本公开的范围内。

在其他实施例中，此处公开的是包括计算机可执行代码或计算机可用代码的计算机程序产品，当在一个或多个计算设备上执行是，所述计算机程序产品进行上述任何和/或所有步骤。代码可以被存储在计算机存储器中，所述计算机存储器可以是可以程序从其执行的存储器（例如与处理器相关联的随机存取存储器），或者诸如硬盘驱动器、闪速存储器之类的存储设备或任何其他光学、电磁、磁、红外或其他设备或者设备的组合。在另一方面中，上述任何过程可以被包含在携带上述计算机可执行代码和/或来自其的任何输入或输出的任何适合的传输或传播介质。

尽管已经结合所示出并详细描述的优选实施例公开了本发明，但是对本领域技术人员来说对其的各种修改和改进将容易变成显而易见的。因此，本发明的精神和范围不由前述示例限制，而是以法律所允许的最广阔的意义被理解。

Claims (17)

1.一种用于使用吸收来成像的系统，包括：

具有表面的可膨胀膜，该表面包括发出荧光的荧光物质；

光源，位于所述可膨胀膜内并且能够以荧光物质的在一波长范围内的激发波长对所述可膨胀膜的表面进行照明；

介质供给部件，该介质供给部件在该波长范围内吸收的第一波长的光比在该波长范围内吸收的第二波长的光多，该供给部件耦合到所述可膨胀膜以允许将所述介质选择性地递送到可膨胀膜中；

位于所述可膨胀膜之内的传感器，用以测量当被所述光源照明时在表面上的位置处的光学返回路径方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；以及

处理器，被编程为基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的比值来确定介质在该方向上的厚度，并且该处理器还被编程为基于多个厚度测量构造表面的感兴趣区域的三维图像。

2.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述可膨胀膜是弹性膜。

3.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述介质对于第一波长具有基本上比对于第二波长更大的衰减系数。

4.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述介质包括气体、液体和凝胶中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述传感器包括耦合到所述可膨胀膜之外的电子成像设备的光学元件。

6.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述传感器包括电子地耦合到所述处理器的电子成像设备。

7.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述传感器包括具有用于捕获表面的图像的透镜的纤维镜。

8.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述表面具有已知的均匀颜色。

9.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述可膨胀膜被定形并确定大小以用于插入到人的耳道中。

10.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述介质供给部件通过泵耦合到可膨胀膜。

11.根据权利要求10所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述泵以受控压力将介质递送到可膨胀膜中。

12.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，还包括：流体端口，用于将介质从供给部件递送到可膨胀膜的内部。

13.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，还包括到可膨胀膜的内部的接入端口，以便用于光源的电源、用于光源的光学源、耦合到传感器的光学元件、以及耦合到传感器的电气元件中的至少一个的插入。

14.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述光源能够利用一个或多个电磁波长照明。

15.根据权利要求1所述的用于使用吸收来成像的系统，其中所述光源包括宽带可见光源。

16.一种用于使用吸收来成像的方法，包括：

将可膨胀膜定位于空腔中，该可膨胀膜包括表面，该表面具有发出荧光的荧光物质；

用光源以荧光物质的在一波长范围内的激发波长对所述可膨胀膜的该表面进行照明；

利用在该波长范围内吸收第一波长的光比在该波长范围内吸收第二波长的光更多的介质来使可膨胀膜膨胀；

在所述表面被照明时测量所述表面上的位置处的光学返回路径方向上的第一波长的强度和第二波长的强度；

基于所述第一波长的强度和第二波长的强度的比值来计算介质在所述位置方向上的厚度；以及

将介质在朝向可膨胀膜的该表面的多个方向上的多个类似计算的厚度测量进行组合以获得可膨胀膜的三维图像。

17.根据权利要求16所述的用于使用吸收来成像的方法，其中所述空腔是人的耳道。