复古图形传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月6日提交的美国临时申请No. 62/727,816的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及复古图形（retrographic）传感器，并且更具体地，涉及具有促进与各种目标表面一起使用的工程表面的接触传感器。

背景技术

复古图形传感器包括利用包含反射粒子的可变形层覆盖的透明弹性体的衬底，连同用于当在抵着对象进行按压的同时层扭曲时捕获该层的图像的光学系统。为了使传感器切实地顺应在地形上复杂的目标表面，可变形层必须伸展、滑动和扭曲以匹配目标表面。如果传感器表面具有高摩擦系数（COF），则如对于大多数弹性体而言成立的那样，传感器表面不会容易地滑动到目标表面的特征中以及在目标表面的特征上面滑动，且不会容易地顺应目标表面。另外，大多数弹性体将阻碍被困空气逃脱。例如，如果弹性体传感器被按压到凹坑上，则它将在凹坑边缘周围形成密封物，从而将空气困在凹坑内。被困空气阻碍传感器达到凹坑底部，且因而阻碍了准确测量。仍存在针对减轻与这些特性相关联的成像缺陷的改进的复古图形传感器的需要。

发明内容

一种复古图形传感器包括；透明弹性体衬底；可变形反射层；以及接触表面，具有由粒子的材料或图案形成的刚性非平面特征的阵列，以在允许感兴趣区域周围的被困空气外出的同时减轻到目标表面的粘合。特征的该组合允许传感器的接触表面在通过衬底将目标表面的地形物理传送到可变形层以用于成像的同时更紧密地顺应目标表面。

附图说明

如附图中所图示的那样，本文描述的设备、系统和方法的以上和其他对象、特征和优势将从其特定实施例的以下描述中显而易见。附图不必按比例绘制，而是重点在于图示本文描述的设备、系统和方法的原理。

图1示出了成像系统和复古图形传感器。

图2示出了被定位以用于使用的复古图形传感器。

图3示出了被施加到目标表面的复古图形传感器。

图4示出了复古图形传感器的接触表面。

图5示出了复古图形传感器的侧视图。

图6示出了复古图形传感器的侧视图。

图7示出了复古图形传感器的侧视图。

图8示出了用于制造复古图形传感器的方法的流程图。

图9示出了用于使用复古图形传感器进行表面计量的方法的流程图。

图10示出了第一类型的6微米微球的阵列的光学显微镜图像。

图11示出了第二类型的6微米微球的阵列的光学显微镜图像。

图12示出了图10和11的微球阵列的平均径向功率谱。

具体实施方式

现在将参考附图来描述实施例。然而，以上内容可以以许多不同形式体现，且不应当被理解为限于本文阐述的所说明的实施例。

本文提到的所有文档以其全文通过引用并入本文。对单数物品的引用应当被理解成包括复数物品，并且反之亦然，除非以其他方式明确声明或从文本中清楚可见。语法连词意在表达所连结的从句、句子、词语等等的任何和所有转折的和连接的组合，除非以其他方式声明或从文本中清楚可见。因此，术语“或者”一般应当被理解成意指“和/或”等等。

本文对值范围的记载不意在限制，而是意在个体地指代落在该范围内的任何和所有值，除非本文以其他方式指示，并且，这种范围内的每一个单独的值被并入说明书中，仿佛它在本文中被个体地记载。词语“约”、“大致”等等在伴随数值时应被理解为指示如本领域普通技术人员应当领会的那样出于所意图的目的而令人满意地操作的派生词。类似地，诸如“大致”或“基本上”之类的近似的词语在参考物理特性而使用时应当被理解成考虑本领域普通技术人员应当领会以针对对应用途、功能、目的等等而令人满意地操作的派生词的范围。值和/或数值的范围在本文中仅作为示例而提供，而不构成对所描述的实施例的范围的限制。在提供了值范围的情况下，它们也意在包括该范围内的每一个值，仿佛被个体地阐述，除非明确相反声明。本文提供的任何和所有示例或示例性语言（“例如”、“诸如”等等）的使用仅意在更好地阐明实施例，而不对实施例的范围加以限制。说明书中没有语言应当被理解为将任何未要求保护的元素指示为对实施例的实践来说必要。

在以下描述中，应当理解，诸如“第一”、“第二”、“顶”、“底”、“上”、“下”等等之类的术语是便利的词语，而不应被理解为限制术语。

图1示出了成像系统和复古图形传感器。一般地，复古图形传感器100可以与成像系统150一起使用，以提供基于接触的成像系统，基于接触的成像系统用于定量或定性的地形测量，以用在表面计量或其他三维成像应用中。

复古图形传感器100可以包括衬底102，衬底102具有面向目标表面（未示出）的第一表面104和面向成像系统150的第二表面106。第二表面106可以例如邻近于衬底102的背衬108，其中背衬108由刚性光学透明材料（诸如，玻璃、聚碳酸酯或丙烯酸）形成。背衬108一般将光透射到衬底102且从衬底102接收光以用于成像，同时允许施加力，以便以允许通过复古图形传感器100对目标表面地形进行成像的方式使复古图形传感器100与目标表面啮合。

衬底102可以由适于将光透射穿过的任何光学透明可变形材料形成，以促进成像，同时还在复古图形传感器100抵靠目标表面而放置以用于使用时顺应目标表面。例如，衬底102可以由能够透射图像且具有适于顺应接触表面的硬度的弹性体形成。弹性体的硬度可以是小于40的Shore（邵氏）A硬度或者适于顺应感兴趣目标材料的任何其他硬度。衬底102的弹性体可以例如是光学透明弹性体，诸如硅橡胶、聚氨酯、增塑溶胶、天然橡胶、聚异戊二烯、和聚氯乙烯、或者任何其他热塑性弹性体等等。在一个方面中，弹性体包括苯乙烯嵌段共聚物，例如，具有按苯乙烯嵌段共聚物的重量约20%以及按增塑剂的重量最多80%或者苯乙烯嵌段共聚物与增塑剂之比1:4。更一般地，在该上下文中可以有益地采用约1:2至约1:9的聚合物与增塑剂比率。增塑剂可以包括油和增粘剂或者任何其他合适添加剂或其他成分。

尽管第一表面104被图示为基本上平坦的，但应当理解，还可以使用或者取而代之可以使用其他形状。例如，第一表面104可以是凸的（离开成像系统150），例如以便针对手持传感器提供更大的取向自由度等等。

复古图形传感器100还可以包括可变形层110，可变形层110可以被设置在衬底102的第一表面104上。一般地，可变形层110可以包括反射穿过衬底102且在第一表面104上入射的光的材料或由该材料形成，如第一箭头112所图示，以便促进对从第一表面104反射的光的图像的捕获以用在图像处理（诸如，二维或三维成像）中，如第二箭头114所图示。

可变形层110可以由多种可变形材料中的任一种（诸如，本文描述的弹性体中的任一种）形成。然而，与衬底102不同，可变形层110不必是光学透明的，且优选地在面向衬底102的第一表面104的表面上反射，以便促进在使用期间对复古图形传感器100的变形表面的成像。可变形层110可以例如包括反射粒子，诸如被设置在第二弹性体中的金属粒子。可变形层110还可以包括或者取而代之可以包括下述非金属粒子：其在碰到衬底102的第一表面104的情况下向可变形层110赋予合适的表面性质。例如，可变形层110可以不定向地或者在所有方向上基本上均匀地反射光，以便减轻偏差，否则该偏差可能在基于反射光的强度来估计表面法线或梯度时发生。

在一个方面中，可变形层110可以包括二氧化钛。可变形层110还可以包括炭黑，例如，以足以向可变形层110中的二氧化钛赋予天然灰色的量存在。在另一方面中，可变形层110可以包括氧化铁红。在另一方面中，可变形层110的材料可以包括下述薄片：该薄片展现出表面粗糙度、不规则形状以及使材料适度定向地反射光的相对于彼此的随机对准中的至少一个；或者，可变形层110的材料可以包括下述薄片：该薄片是基本上平坦的，具有镜状表面，且相对于彼此基本上完好对准，从而使材料高度定向地反射光。在该后一实施例中，薄片可以有益地包括薄铝片、薄铜片、或者任何其他合适金属或其他薄片。

复古图形传感器100还可以包括用于与成像目标接触地放置的接触表面120。一般地，接触表面120可以包括粒子122，粒子122以图案设置在可变形层110上且通过可变形层110与衬底102分离。粒子122优选地具有比衬底102中的第一弹性体的硬度大的硬度，使得当以足以使衬底102变形的力将复古图形传感器100施加到目标表面时，粒子122保持其形状。以该方式，当复古图形传感器100被施加到目标表面时，粒子122的阵列可以创建用于空气或其他被困气体的再分布和外出的空气通道。为了在最小化对所获取的图像的分辨率的影响的同时保持空气通道的结构，图案可以有益地在可变形层110上形成粒子的单个层，例如如图1中所图示。

粒子可以具有大于40的邵氏A硬度，或者更一般地，比衬底102的弹性体的对应硬度大的邵氏A硬度。例如，衬底102的弹性体可以具有比粒子的邵氏A硬度小至少10的邵氏A硬度。类似地，可变形层110的邵氏A硬度可以小于粒子122的邵氏A硬度，且可以大于或等于衬底102的邵氏A硬度。应当领会，弹性模量或类似度量描述了材料的整体性质，且在一些实例中可以有益于将用于衬底102或可变形层110的相对柔韧的材料与被设置在可变形层110上的粒子122的相对刚性的材料区分开来。然而，如例如使用如本文描述的邵氏A标度而测量的硬度可以根据对象内的位置而变化。在该上下文中，衬底102的邵氏A硬度可以是在衬底102的表面处在不向其施加可变形层110的情况下有益地测量的，且可以是在衬底102的第一表面104的中心处或在任何其他合适位置处测量的。更一般地，复古图形传感器100的各种材料或组分的邵氏A硬度可以是以提供有益信号的任何方式测量的，该有益信号用于确保衬底102、可变形层110和粒子122的相对硬度进行协作，以允许复古图形传感器100变形到目标表面，同时保持本文描述的接触表面120的有利性质。

成像系统150可以耦合到衬底102的第二表面106，例如，通过用于将成像系统150紧固在一位置中以捕获从可变形层110反射穿过衬底102的图像的背衬108和任何其他硬件。一般地，成像系统150可以包括一个或多个相机152，该一个或多个相机152使用例如光学传感器（诸如电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器、N型金属氧化物半导体图像传感器等等）连同向着这些传感器聚焦入射光以促进图像捕获的任何合适透镜和其他光学元件。一般地，该一个或多个相机152可以被配置成捕获穿过衬底102的第一弹性体的可变形层110的多个图像，以便获得入射光的图像。相机152可以使用逐像素滤色器或其他可控制过滤器等等以选择性地对特定波长或波长带的入射光进行成像。

还可以包括照明系统160，照明系统160包括一个或多个光源162，诸如发光二极管。照明系统160可以例如被配置成通过衬底102照明可变形层110的弹性体，例如，利用促进可变形层110的表面法线的改变的检测的掠射（grazing）照明或任何其他定向照明。在一个方面中，照明系统可以提供具有两个或更多个光源162的照明，光源162中的每一个利用来自不同方向的不同波长带进行照明。当结合捕获对应波长范围内的图像的一个或多个相机152而使用时，该类型的照明可以用于在不同波长处从不同方向对可变形层110进行照明，并同时捕获各自从不同方向照明的分离图像。例如，红色、绿色和蓝色波长带中的三个光源162可以与具有类似地过滤的成像通道的彩色相机一起使用，以利用来自三个不同方向的照明同时对表面进行成像。

可以使用控制器170（诸如，微处理器、微控制器、或者其他可编程或专用电路（或以上内容的组合）），以协调成像系统150和照明系统160的操作以便捕获所照明的可变形层110的图像，并处理所得图像以便重构下层目标表面的地形，例如通过基于在相机152处接收到的照明的强度对表面法线进行评估以及使用表面法线以重构表面地形。

图2示出了被定位以用于使用的复古图形传感器。复古图形传感器200（其可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种）可以被定位在目标表面202上面以用于使用，从目标表面202期望地形图像或者其他定量或定性图像。

图3示出了被施加到目标表面的复古图形传感器。随着通过如箭头304总体上图示的那样降低到目标表面302上来定位复古图形传感器300（其可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种）以用于成像，复古图形传感器300的接触表面320（诸如，本文描述的接触表面中的任一种）可以变形和顺应到目标表面302。作为显著优势，接触表面320可以被配置（例如，通过如本文描述的那样对粒子的材料选择或引入）成呈现相对低的摩擦系数，使得接触表面320可以在目标表面302上面滑动，且更容易地顺应目标表面302而没有由在接触表面320碰到目标表面302的情况下的紧抓和弹性应变引入的伪像。作为另一显著优势，接触表面320可以如本文描述的那样被配置成提供用于随着接触表面320围绕且移入目标表面302的地形上变化的区域（诸如，凹处322）而使空气或者其他气体或流体外出的空气通道，否则目标表面302可能以与使用复古图形传感器300的准确表面测量发生干扰的方式困住气体。

随着响应于与目标表面302的接触而在几何上更改复古图形传感器300的接触表面320，几何更改导致表面法线的局部性改变以及从可变形层（未示出）向成像设备（诸如，上面参考图1描述的相机152）反射的光的量的关联局部性改变。该图像数据可以被分析以重构接触可变形层110的目标表面302的三维形状，或者图像数据可以以其他方式被处理以提取和/或呈现二维或三维数据。使用本文描述的复古图形传感器和关联硬件，多种合适配置和成像技术是可能的。例如，参考图1，控制器170可以实现光度立体分析仪，该光度立体分析仪被配置成：使用利用（一个或多个）相机152以第一颜色捕获的可变形层110的第一图像和利用（一个或多个）相机152以第二颜色捕获的可变形层110的第二图像来估计可变形层110在多个位置处的表面法线和表面高度中的至少一个；或者更一般地，使用在两个或更多个不同波长范围内捕获的可变形层的两个或更多个图像来提取三维数据。控制器170可以实现照明控制器（例如，具有在控制器170上执行的计算机可执行代码），该照明控制器用于利用各自处于不同位置的两个或更多个不同光源162顺序地通过衬底102照明第一表面104。

图4示出了复古图形传感器的接触表面。一般地，复古图形传感器400（其可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种）可以包括许多粒子402，该许多粒子402以图案布置以形成复古图形传感器400的接触表面420中的一些或全部。这种图案在图4中被描绘为与接触表面420平行的x-y平面的法线视图。应当理解，尽管粒子402被图示为圆形，但这些圆形不必按比例绘制，并且粒子的大小和形状可以根据所意图的使用而变化。粒子402的直径可以例如处于1微米与25微米之间，或者更一般地具有针对复古图形传感器400的期望成像分辨率处或以下的尺寸。

一般地，图案可以形成紧密间隔的阵列，其可以是规则阵列（诸如，正方形或六边形阵列）或不规则阵列。在一个方面中，图案可以是基本上六边形的阵列，例如，一般地，具有不妨碍大多数粒子402接触六个其他邻近粒子402的各种间隙不规则性的六边形。图案还可以包括或者取而代之可以包括多个局部六边形的阵列，该多个局部六边形的阵列通过跨越以其他方式六边形的区域之间的区域的粒子402的其他阵列而耦合。已经设计出规则性的多种客观度量，诸如最近邻距离。在一个方面中，可以基于与邻近粒子402的接触的平均数目来评估基本上相等大小的粒子402的六边形阵列的规则性（例如，越接近于6个接触点意味着越规则的阵列）。

尽管规则性意味着以促进成像的方式对接触表面420的良好一致覆盖，但还可以使用或者取而代之可以使用紧密间隔的粒子402的任何其他图案（例如，不规则图案），只要粒子402足够接近于彼此以在其间刚性地维持用于当抵靠目标表面按压接触表面420时气体的外出的物理通道。也就是说，粒子402的图案可以有利地在与复古图形传感器400的可变形层相对的侧面上（例如，在接触表面420上）形成允许空气在粒子402之间流动的间隙通道，以便避免否则可能与目标表面的准确成像发生干扰的空气或其他气体的被困口袋。此外，粒子402一般可以在图案内彼此接触（例如，以直接接触），或者，由于较低堆积密度或者因为粒子402通过粘合剂或间隙弹性体的层而物理分离（例如，与可变形层物理分离），粒子402可以是分离的。

粒子402可以具有多种大小范围和分布。在一个方面中，粒子402是单分散的或基本上单分散的。粒子402可以更具体地是单分散球体，使得粒子402往往在平面内布置到基本上六边形的阵列中。在一个方面中，粒子402可以具有约5微米的平均直径。在另一方面中，粒子402可以具有3微米与10微米之间或1微米与25微米之间的范围内的平均直径。如上所提及，优选地，粒子402在直径上不比针对使用复古图形传感器400的设备的期望成像分辨率大。在另一方面中，粒子402可以包括具有上面提及的范围内的最大直径的非球体粒子。一般地，可以使用任何这种形状，只要形状不以用于空气逃脱的间隙通道变得阻塞的这种密集方式堆积即可。

还可以使用或者取而代之可以使用多分散粒子。例如，粒子402可以是多分散的，具有关于定义落在1至10微米范围内的范围的均值粒子大小的第一标准差。多分散性的程度可以以其他方式表征。例如，可以使用无量纲度量，诸如变异系数（

其中σ是粒子大小的分布的标准差并且μ是均值。这些值普遍由整体微球和其他感兴趣粒子的商业提供商来报告。

一般地，更一致地成形的粒子将形成比其他分布更规则的阵列（除了在双峰分布或者可潜在地产生规则地堆积的阵列的其他具体分布的某些情况下），且将减轻成像中的相关缺陷。因此，低变异系数（例如，对于完美单分散的粒子，0%）充当使粒子大小分布与复古图形传感器的性能相关的品质因数。对于1至10微米量级的微球而言从经验来看，0%附近的变异系数是优选的。然而，15-25%之间的变异系数也产生了可接受的结果，在该（15-25%）范围内具有可鉴别的成像性能。当然，还可以使用更分散的粒子402，并且这种粒子分布仍可能产生某些优势，诸如用于空气外出的间隙通道以及更低摩擦系数。然而，这些更分散的粒子402还可能导致与均值粒子大小不成比例的成像分辨率的损失以及妨碍使用所得复古图形传感器的重构和图像的准确度的其他成像伪像。

粒子402可以由包括聚合物、天然聚合物和矿物质的多种材料形成。例如，粒子402可以有益地由聚甲基硅倍半氧烷形成或者包括聚甲基硅倍半氧烷。聚甲基硅倍半氧烷（PMSQ）在被用作接触表面420中的粒子402时提供了某些优势。PMSQ具有相对低的摩擦系数，它是刚性的（相对于弹性体衬底），并且PMSQ的微球在窄大小分布中易于商业购买。然而，还可以使用或者取而代之可以使用非球体粒子，并且粒子402可以有益地由其他类型的材料形成。例如，粒子402可以由二氧化硅、玻璃、三聚氰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物、纤维素和聚乳酸形成。粒子402还可以或者取而代之可以由尼龙或聚四氟乙烯形成。更一般地，以合适大小和形状可用的任何刚性材料可以被用作如本文考虑的接触表面420中的粒子402。其他合适且可商业购买的微粒包括但不限于由下述各项形成的微球：甲基丙烯酸甲酯交联聚合物、聚丙烯酸丁酯和二氧化硅、甲基丙烯酸月桂酯/双甲基丙烯酸乙二醇酯交联聚合物和丙烯酸酯/丙烯酸乙基己酯/甲基丙烯酸二甲硅油交联聚合物、HDI/三羟甲基己内酯交联聚合物和二氧化硅、HDI/三羟甲基己内酯交联聚合物和二氧化硅、乙烯/丙烯酸交联聚合物、聚乙烯、尼龙-6、尼龙-12、硅酸钙、乙烯基聚二甲基硅氧烷/甲硅油硅倍半氧烷交联聚合物、以及以上各项的组合。

图5示出了复古图形传感器的侧视图。复古图形传感器500可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种，除了如以其他方式提及的那样。尽管复古图形传感器500的粒子522可以至少部分地嵌入可变形层510中（例如，如上所描述），但粒子522还可以或者取而代之可以通过粘合剂580（诸如，聚氨酯）紧固到可变形层510，或者以其他方式通过一个或多个中间层间接耦合到可变形层510。一般地，粒子522可以延伸出粘合剂580外，以便受益于任何关联低摩擦系数以及所得间隙通道，尽管延伸超出粘合剂580的粒子522的量可以取决于许多因素，诸如粘合剂580的强度和粒子522的形状。在一个方面中，粒子522可以是球体粒子，且可以在将粒子522联结到可变形层510的粘合剂580的层上面延伸其直径的至少一半。

图6示出了复古图形传感器的侧视图。复古图形传感器600可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种，除了如以其他方式提及的那样。尽管本文描述的粒子可以提供一个可能的接触表面，但复古图形传感器600可以更一般地包括接触表面620，接触表面620被设置在具有非平面特征622的可变形层610上，非平面特征622形成允许空气在非平面特征622之间流动的间隙通道690。这些非平面特征622可以有益地具有比衬底602大的硬度，以便在接触时将目标表面的地形一致地传送到可变形层610和衬底602中，以及具有比可变形层610小的摩擦系数，以便促进当复古图形传感器600被定位在目标表面上以用于使用时接触表面620沿目标表面的移动。

非平面特征622可以包括如本文描述的被设置在可变形层610上的粒子。非平面特征622还可以包括或者取而代之可以包括从可变形层610延伸的柱状物。非平面特征622的硬度可以大于可变形层610。非平面特征622一般可以法向延伸到衬底602的表面（例如，具有垂直壁），或者非平面特征622可以是弯曲的、有角度的、或者沿与衬底法线平行的轴以其他方式可变地成形。尽管可以通过将粒子或其他分立对象嵌入到可变形层610（或耦合到可变形层610的粘合剂680）中来创建多种这样的特征，但还可以或者取而代之可以在可变形层610中形成非平面特征622。例如，可以将突出物的阵列直接模塑到可变形层610中，例如通过构造小洼地的阵列的模具并利用固化以提供具有相对低摩擦系数的相对硬表面的材料来填充洼地。这些经填充的洼地然后可以被传送和附着到传感器表面，在该点处，它们形成提供与本文描述的粒子类似的优势的非平面特征622的阵列。

图7示出了复古图形传感器的侧视图。复古图形传感器700可以是本文描述的复古图形传感器中的任一种，除了如以其他方式提及的那样。复古图形传感器700可以包括如本文描述的用于改进的成像的许多非平面特征722。在一个方面中，非平面特征722可以包括从可变形层延伸的锥形结构。锥形结构可以例如包括棱锥体、圆锥体、截头圆锥体、或者任何其他锥形结构等等。高纵横（high aspect）结构可以基于复古图形传感器700的接触表面720上的剪切力来施加伪像，且优选地被避免，除非这种力的检测对于特定成像应用而言是有意图的或有帮助的。

图8示出了用于制造复古图形传感器的方法的流程图。

如步骤802中所示，方法800可以开始于如本文描述的那样提供由能够透射图像的弹性体形成的衬底。这可以包括：由约3 mm厚的透明聚苯乙烯共聚物弹性体的嵌段形成的衬底；或者如本文考虑的适于成像的任何其他尺寸和材料的衬底。

如步骤804中所示，方法800可以包括：在衬底上形成可变形层，诸如，包括氧化铁红颜料的可变形材料或者任一种本文描述的其他可变形层材料（诸如，非定向地反射穿过衬底且在与可变形层邻近的衬底的表面上入射的光的可变形材料）的2.33微米层。可变形层可以例如是通过下述操作来形成的：将可变形材料旋涂到衬底上或以其他方式将可变形材料的层设置到衬底上；或者将衬底模塑到可变形材料的预形成层上。可变形层还可以或者取而代之可以是用抗磨热塑性弹性体（在与衬底相对的侧面上）的1微米层涂覆，这有益地提供了用于粘合微球或其他粒子的粘性表面。

如步骤806中所示，方法800可以包括：在可变形层上形成接触表面（诸如，本文描述的接触表面中的任一种）。例如，接触表面可以被配置成使用于成像的目标表面与复古图形传感器相接触。例如，接触表面可以包括比衬底硬且以图案设置在可变形层上且通过可变形层与衬底分离的粒子。

在一个方面中，这可以包括：以将粉末分布到紧密堆积的单层中的方式将聚甲基硅倍半氧烷的6微米单分散微球的粉末施加到可变形层。形成接触表面还可以包括或者取而代之可以包括：将水性聚氨酯悬浮液或其他粘合剂施加到表面；以及允许粘合剂散布并使可变形层和微球变湿。例如，旋涂可以用于将水性聚氨酯施加到可变形层，受制于旋涂器旋转速度和悬浮液粘度（或者浓度中的微球的浓度，或者粘度或流量的任何其他代替物）的合适协调。

在另一方面中，形成接触表面可以包括：在聚氨酯的水溶液中将粒子施加到可变形层上。在另一方面中，这可以包括：将粘合剂和粒子（诸如，聚甲基硅倍半氧烷的单分散粒子）的混合物旋涂到可变形层上。在任何情况下，形成接触表面还可以包括：使粘合剂变干，以提供具有粘合到可变形层的热塑性弹性体材料的暴露顶表面和底部分的粒子阵列。

如上所提及，衬底的可变形层或弹性体可以包括促进粒子粘合的增粘剂。在该情况下，如上所描述，形成接触表面可以包括：将粒子的层施加到可变形层，以及然后使水性聚氨酯或其他合适粘合剂流动到粒子上。作为非限制性示例，粒子可以具有从约1微米到25微米的范围内变动的大小。在一个方面中，粒子包括单分散聚甲基硅倍半氧烷粒子。在另一方面中，粒子包括多分散聚甲基硅倍半氧烷。更一般地，粒子可以包括本文描述的粒子中的任一种，其包括各种形状、尺寸、材料、大小和大小分布的粒子。

图9示出了用于使用复古图形传感器进行表面计量的方法的流程图。

如步骤902中所示，方法900可以包括：提供复古图形传感器，诸如本文描述的复古图形传感器中的任一种。作为非限制性示例，复古图形传感器可以包括衬底、可变形层和接触表面。衬底可以由能够透射图像且具有第一硬度的第一弹性体形成。可变形层可以被设置在衬底的第一表面上，且可以包括反射在衬底的第一表面上入射的光的材料。接触表面可以提供用于与成像目标接触地放置的表面，且可以由被设置在可变形层上且通过可变形层与衬底分离的粒子的图案形成。接触表面的粒子可以具有比衬底的第一弹性体的第一硬度大的第二硬度。

如步骤904中所示，方法900可以包括：利用光源（诸如，发光二极管或发光二极管阵列）从面向衬底的侧面对可变形层的材料进行照明。

如步骤906中所示，方法900可以包括：使复古图形传感器的接触表面与目标表面相接触以在几何上更改可变形层。

如步骤908中所示，方法900可以包括：在对材料进行照明以及使接触表面与目标表面相接触的同时，从面向衬底的侧面捕获可变形层的图像。这还可以包括或者取而代之可以包括捕获许多图像以针对不同角度提供侧面照明，这可以提高准确度，提供与被阻塞的表面有关的附加信息，且以其他方式改进由此产生的经重构的三维图像的定量准确度。

如步骤910中所示，方法900可以包括：处理图像以恢复目标表面信息（诸如，表面地形）或者其他二维或三维信息。在一个方面中，这包括：分析图像（或多个图像）以确定目标表面的三维几何形状，例如通过从所反射的光的强度推断表面法线，以及对表面法线进行积分以确定目标表面在图像内的位置处的高度。这还可以包括或者取而代之可以包括：分析所获得的多个图像，例如，利用掠射照明的不同角度或方向。因此，例如，方法900可以包括：从两个或更多个不同方向对可变形层进行照明；在从该两个或更多个不同方向中的每一个进行照明的同时捕获可变形层的图像；以及分析所得多个图像以确定目标表面的三维几何形状。

在另一方面中，可以使用颜色来对成像系统进行通道化，例如以便支持来自不同方向的照明的同时成像。因此，例如，方法900可以包括：利用第一颜色的第一光源和与第一颜色不同的第二颜色的第二光源同时对可变形层进行照明。在该方面中，方法900可以进一步包括：捕获可变形层的多色图像；在来自第一光源和第二光源的照明的图案之间进行区分；以及基于来自第一光源和第二光源的照明的图案来分析多色图像以确定目标表面的三维几何形状。更一般地，可以使用许多不同颜色，并且特别地，三种不同颜色（诸如红色、绿色和蓝色）可以由可商业购买的光学系统（诸如，彩色相机或彩色图像传感器）容易地鉴别，且可以用于对成像系统进行通道化，以同时（例如，在单色图像中）支持来自三个不同方向的照明的同时成像。

图10示出了第一类型的6微米微球的阵列的光学显微镜图像，并且图11示出了第二类型的6微米微球的阵列的光学显微镜图像。一般地，图11（类型A）的微球被已知为比图10（类型B）的微球更单分散（例如，具有更一致的直径），且因而被期望在堆积到二维阵列中时（例如，在作为单层而施加到复古图形传感器的接触表面时）创建更规则的图案。

图12示出了图10和11的微球阵列的平均径向功率谱。尽管可以使用许多技术以测量几何结构的规则性，但所成像的表面的功率谱呈现了用于评估粒子图案对于高分辨率无差错成像的合适性的有益度量。为了导出该量，可以对接触表面的光学显微镜图像进行带通处理和阈值处理以增强对比度，从而产生诸如图10-11中描绘的那些图像之类的图像。然后可以将经带通处理、经阈值处理的图像（诸如，图10-11中的那些图像）乘以高斯窗以最小化边缘伪像（来自图像的黑边界），从而得到图像的频域表示与高斯窗的卷积。然后可以对频域表示的量值求平方以获得二维功率谱。一般地，粒子的更不规则图案的功率谱被期望具有比更规则图案更低的频率和更宽的强频率带。这些特性可以是通过评估表示阵列的主导频率的频域带的形状来量化的。

一般地，二维功率谱将具有径向对称性，因此，可以对信号径向求平均，并且可以丢弃DC和其他非常低频率分量。图10（类型A）和图11（类型B）中的图案的所得功率谱在图12中图示。对于这些功率谱，峰值功率

该

从经验来看，1-20微米的微球的2以上的

以上系统、设备、方法、过程等等可以以适于特定应用的硬件、软件或这些的任何组合而实现。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算设备。这包括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、或者其他可编程设备或处理电路、连同内部和/或外部存储器中的实现。这还可以包括或者取而代之可以包括一个或多个专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑部件、或者可被配置成处理电子信号的一个或多个任何其他设备。应当进一步领会，上面描述的过程或设备的实现可以包括使用下述各项而创建的计算机可执行代码：结构化编程语言（诸如，C）、面向对象的编程语言（诸如，C++）、或者可被存储、编译或解释以在上面的设备之一上运行的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、以及数据库编程语言和技术）、以及处理器、处理器架构或不同硬件和软件的组合的异构组合。在另一方面中，该方法可以体现在执行其步骤的系统中，且可以以许多方式跨设备而分布。同时，处理可以跨设备（诸如，上面描述的各种系统）而分布，或者所有功能可以集成到专用独立设备或其他硬件中。在另一方面中，用于执行与上面描述的过程相关联的步骤的装置可以包括上面描述的硬件和/或软件中的任一种。所有这种排列和组合意在落在本公开的范围内。

本文公开的实施例可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括在一个或多个计算设备上执行时执行其任何和/或所有步骤的计算机可执行代码或计算机可使用代码。该代码可以以非瞬变方式存储在计算机存储器中，该计算机存储器可以是来自其的程序执行的存储器（诸如，与处理器相关联的随机存取存储器）或储存设备（诸如，盘驱动器、闪存、或者任何其他光学、电磁、磁、红外或其他设备或设备组合）。在另一方面中，上面描述的系统和方法中的任一种可以体现在承载计算机可执行代码和/或来自它的任何输入或输出的任何合适传输或传播介质中。

本文描述的实现的方法步骤意在包括使这种方法步骤被执行的任何合适方法，与所附权利要求的可专利性相一致，除非明确提供或者以其他方式从上下文中清楚可见不同的含义。因此，例如，执行X步骤包括用于使另一方（诸如，远程用户、远程处理资源（例如，服务器或云计算机）或机器）执行X步骤的任何合适方法。类似地，执行步骤X、Y和Z可以包括指导或控制这种其他个体或资源的任何组合以执行步骤X、Y和Z以获得这种步骤的优点的任何方法。因此，本文描述的实现的方法步骤意在包括使一个或多个其他方或实体执行步骤的任何合适方法，与所附权利要求的可专利性相一致，除非明确提供或者以其他方式从上下文中清楚可见不同的含义。这种方或实体不必处于任何其他方或实体的指导或控制下，且不必位于特定管辖范围内。

应当领会，上面描述的设备、系统和方法是作为示例而非限制而阐述的。没有明确相反指示，那么可以在不脱离本公开范围的情况下修改、补充、省略和/或重排序所公开的步骤。许多变型、添加、省略和其他修改对本领域普通技术人员来说应当显而易见。另外，上面的说明书和附图中的方法步骤的次序或呈现不意在要求执行所记载的步骤的该次序，除非明确要求或者以其他方式从上下文中清楚可见特定次序。因此，尽管已经示出和描述了特定实施例，但对本领域技术人员来说应当显而易见，形式和细节方面的各种改变和修改是可以在不脱离本公开精神和范围的情况下在该特定实施例中作出的，且意在形成如所附权利要求所限定的本发明的一部分。