相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求pct申請?zhí)杙ct/ep2015/065945的優(yōu)先權(quán)和利益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請涉及用于在模塊化數(shù)字顯微鏡中修正照明相關(guān)像差的方法，所述模塊化數(shù)字顯微鏡包括電動(dòng)變焦裝置和可更換的物鏡。此外，本申請涉及用于執(zhí)行所述方法的數(shù)字顯微鏡和數(shù)據(jù)處理程序。

背景技術(shù)：

在數(shù)字顯微鏡中會(huì)發(fā)生照明相關(guān)的系統(tǒng)像差，其具有不同強(qiáng)度的形狀，尤其在從裝置到裝置并且根據(jù)實(shí)際的變焦設(shè)置使用可替換的物鏡和電動(dòng)變焦系統(tǒng)時(shí)。

這種照明相關(guān)的系統(tǒng)像差可以是例如在同軸反射光照明中的反射，其是有問題的并且/或者不能使用同軸反射光照明，特別是在物鏡具有相當(dāng)大的焦距的情況下。

由于照明類型在顯微鏡中經(jīng)常彼此組合，這些像差也絕對可以絕對以不同的尺寸組合發(fā)生。

用于光學(xué)系統(tǒng)中的圖像修正的各種方法是已知的，，尤其是來自數(shù)碼相機(jī)技術(shù)。例如，在圖像物鏡的情況下，漸暈被用作圖像誤差的修正方式(koma)。

此外，還嘗試對光學(xué)物鏡中的多重反射進(jìn)行數(shù)字修正。為了修正攝像中的偽影，通常使用暗圖像再現(xiàn)的方法。

從us2002/0041383a1中已知一種來自“機(jī)器視覺”應(yīng)用領(lǐng)域的圖像記錄系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由于相機(jī)、物鏡、照明和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的所有幾何失真應(yīng)被測量和數(shù)字修正，以便于計(jì)算修正放大中的無失真數(shù)字圖像。圖像被修正且都被縮放至相同的放大。發(fā)生不同像差的同時(shí)修正。使用特殊的幾何和/或照明校準(zhǔn)掩膜進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，為此需要兩臺(tái)相機(jī)。所述方法極其昂貴。

當(dāng)使用顯微鏡的同軸反射光照時(shí)，光通過分束器耦合到觀察光束路徑中。在光照射物體之前，其穿過觀察鏡的至少一個(gè)光學(xué)有源元件。光的某些部分在這種元件的邊界表面上反射，特別是在光軸附近，并且與由觀察透鏡從物體上傳播的有用光相混合。該反射光形成所謂的頂部照明反射。在模塊化變焦系統(tǒng)中，這種頂部照明反射可在某些物鏡中發(fā)生，其在變焦過程中并且在改變到具有相同結(jié)構(gòu)的另一物鏡的過程中，改變它們的形狀、顏色和強(qiáng)度。

附圖說明

本發(fā)明的修正方法的效果使用附圖顯示如下：

圖1：示出了具有反射的同軸明場照明下的顯微鏡圖像；

圖2：示出了使用修正方法時(shí)根據(jù)圖1所述的顯微鏡圖像。

圖1中顯微鏡圖像的視圖清楚地示出了明場照明的反射，當(dāng)時(shí)使用實(shí)時(shí)反射修正時(shí)，其在圖2中不再可見。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的問題是提供一種修正照明相關(guān)的像差的方法，尤其是修正在具有電動(dòng)變焦系統(tǒng)和更換物鏡的模塊化構(gòu)造的數(shù)字顯微鏡中由同軸反射光照引起的頂部照明反射，以及一種數(shù)字顯微鏡和執(zhí)行所述方法的數(shù)據(jù)處理程序。

該問題通過具有權(quán)利要求1中特征的方法、通過具有權(quán)利要求9中特征的數(shù)字顯微鏡以及通過具有權(quán)利要求10中特征的數(shù)據(jù)處理程序得以解決。

可使用本發(fā)明中的方法的數(shù)字顯微鏡包括優(yōu)選可更換的物鏡、優(yōu)選電動(dòng)變焦系統(tǒng)、同軸反射光照裝置、數(shù)字圖像檢測單元、圖像處理單元和控制單元。本發(fā)明的修正方法在圖像處理單元中運(yùn)行，其優(yōu)選在控制器(fpga)中執(zhí)行。

本發(fā)明的方法是基于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)使用的，該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)優(yōu)選地存儲(chǔ)在圖像處理單元中作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄。

校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄針對物鏡和變焦的每一組合來確定并且存放在數(shù)據(jù)內(nèi)存中。由于物鏡包括電子界面，控制單元可識(shí)別正在使用的特定物鏡并選擇合適的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄。如果對于某種配置校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還不存在，控制單元執(zhí)行校準(zhǔn)程序，該校準(zhǔn)程序以如下方式進(jìn)行：

將反射光照明調(diào)整至可能的電流饋送的特定值(優(yōu)選為40％)。其數(shù)字控制值被存儲(chǔ)。光學(xué)裝置以沒有物體位于顯示的焦點(diǎn)上(最大散焦)的方式定位。最大散焦也可用無光澤校準(zhǔn)帽來實(shí)現(xiàn)，被涂覆到盡可能無反射性的無光澤校準(zhǔn)帽被設(shè)置在物鏡上。保護(hù)性物鏡蓋也可用于對應(yīng)成型的內(nèi)表面作為校準(zhǔn)帽。

頂部照明反射的圖像現(xiàn)在可在傳感器上產(chǎn)生。這可能需要將光學(xué)裝置周圍的空間適當(dāng)?shù)刈儼怠?/p>

現(xiàn)在，連續(xù)逼近n個(gè)指定的變焦位置，其中在任何情況下必須包括最小和最大變焦作為變焦位置。系統(tǒng)現(xiàn)在優(yōu)選地自動(dòng)確定光圈和積分時(shí)間，并且每個(gè)變焦位置記錄特定頂部照明反射的圖像，隨后與積分時(shí)間和變焦位置一起被存儲(chǔ)。

在本發(fā)明方法的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，每次以低分辨率縮放圖像，如下文中使用示例性實(shí)施例所說明的。為此，其優(yōu)選被預(yù)先深通濾波(deep-passfiltered)?，F(xiàn)在，一方面校準(zhǔn)模型可以有利地以低內(nèi)存的要求進(jìn)行存儲(chǔ)，且結(jié)果實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法此外也可更快地進(jìn)行。

本發(fā)明的修正方法可有利地用在實(shí)時(shí)圖像模式中且包括以下所述的步驟：

首先，檢查用于當(dāng)前模塊組合(變焦和物鏡)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄是否存在于控制單元或圖像處理單元的的內(nèi)存中。如果不是，則進(jìn)行前述的校準(zhǔn)。

為成像在圖像檢測單元上的圖像確定當(dāng)前的變焦位置。

此外，直接照明的實(shí)際電流饋送值和圖像檢測單元的實(shí)際積分時(shí)間被確定。根據(jù)在校準(zhǔn)狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)之間建立聯(lián)系的該數(shù)據(jù)計(jì)算出修正因子。

反射圖像被計(jì)算成來自與變焦位置相鄰的校準(zhǔn)圖像的縮放因子的函數(shù)。這可以例如采用凸線性組合的形式進(jìn)行。

將反射圖像和修正因子一起進(jìn)行計(jì)算以得到適應(yīng)的反射圖像，優(yōu)選通過乘法。

隨后從當(dāng)前檢測的圖像中去掉適應(yīng)的反射圖像，即在未被過驅(qū)動(dòng)的像素上。

通過因子隨后進(jìn)行差分圖像的乘法以重建或接近原始的亮度。

對于校準(zhǔn)構(gòu)建器出現(xiàn)降低分辨率情況，雙線性內(nèi)插提供反射圖像依據(jù)全部完全分辨率像素被使用以用于加權(quán)圖像打印。

下面將使用特別優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明的方法的一些有利方面和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說明。

在該實(shí)施例中本發(fā)明的方法被用于數(shù)字顯微鏡中，所述數(shù)字顯微鏡包括帶有物鏡的光學(xué)單元、電動(dòng)變焦系統(tǒng)、帶有圖像傳感器的圖像檢測單元以及圖像處理單元。光學(xué)單元包括同軸明場照明裝置，并且被布置在可通過電機(jī)調(diào)節(jié)高度的支架中。數(shù)字顯微鏡還包括載物臺(tái)，所述載物臺(tái)可在水平面和垂直面之間轉(zhuǎn)換并且包括控制單元。此外，數(shù)字顯微鏡包括優(yōu)選地連接至個(gè)人電腦(pc)的用戶界面。

首先，將說明用于生成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄的變量。

校準(zhǔn)路徑存儲(chǔ)在控制單元中且其中執(zhí)行校準(zhǔn)程序的步驟。首先，檢查顯微鏡中的物鏡是否是新的。為此，其中存儲(chǔ)了使用過的最后十個(gè)物鏡的序列號(hào)的“ros”存儲(chǔ)器被檢查以確定當(dāng)前的物鏡是否存在。該存儲(chǔ)器可以是，例如，sd卡或另一種替代存儲(chǔ)器或者也可以是固定系統(tǒng)內(nèi)存。如果物鏡為已知的，可直接轉(zhuǎn)換至操作模式，因?yàn)樵诖饲闆r下已存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄。

例如“請等待-校準(zhǔn)反射修正”之類的通信現(xiàn)在從控制單元被發(fā)送到用戶界面，并且優(yōu)選地顯示在監(jiān)視器上。

顯微鏡的光學(xué)單元的驅(qū)動(dòng)被移至最高位置并且載物臺(tái)被移至最低位置。變焦被調(diào)整至最小值，該值可選擇在物鏡類型之間進(jìn)行變化，例如，β＝0.5。如果存在暗場照明，則存在的暗場照明被切斷。同軸明場照明裝置被切入，其具有限定的電流饋送(例如，40％)。

現(xiàn)在獲得九個(gè)校準(zhǔn)構(gòu)建器，其在不同的變焦位置具有恒定的照明。變焦位置在每種情況下包括最小和最大的可能變焦因子，其中最小變焦因子可取決于物鏡類型，且變焦位置在完全可見反射區(qū)內(nèi)應(yīng)具有更多的支撐位置。這通常是較小放大階段的情況，而在大變焦因子的情況下，反射傾向于顯示為“朦朧的光亮”。所述實(shí)施例中的變焦位置為0.5、0.565、0.8、1、1.4、1.9、3.5。校準(zhǔn)圖像以特定快門速度被存儲(chǔ)為元數(shù)據(jù)?？扉T速度優(yōu)選地在校準(zhǔn)模式中自動(dòng)確定。為了在校準(zhǔn)快門速度之間也具有可用的快門速度，通過曝光公式近似計(jì)算變焦位置上的快門速度的過程。這優(yōu)選地為第四度的多項(xiàng)式。為了使曝光公式向變焦位置提供準(zhǔn)確值，確定在實(shí)際快門速度中適配的商并且校準(zhǔn)圖像乘以該特定的商(wirdderquotientausangepassterundbelichtungszeitermitteltunddiekalibrationsbilderwerdenmitdemjeweiligenquotientenmultipliziert.)?？扉T速度與亮度成正比的范例(其通常也預(yù)先假定用于hdr技術(shù))導(dǎo)致用于校準(zhǔn)圖像的快門速度的準(zhǔn)確的內(nèi)插公式。

為了實(shí)現(xiàn)特別快速的實(shí)時(shí)修正模式，校準(zhǔn)圖像在其顏色通道中的每一個(gè)中被進(jìn)行如下處理：

隨后生成“校準(zhǔn)就緒”的通知到用戶界面。

在顯微鏡操作中可以選擇選項(xiàng)實(shí)時(shí)反射修正。在選擇此選項(xiàng)時(shí)，可以為獲得的每個(gè)圖像確定曝光時(shí)間e_n、hellfeld照明的電流饋送值l_bf和當(dāng)前變焦位置。這些值可在顯微鏡上直接確定，因?yàn)榻M件具有到控制單元的電子接口。

現(xiàn)在從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄中讀出恒定校準(zhǔn)照明l_cbf，并且確定用于當(dāng)前變焦位置的修正快門速度e_r。為了確定e_r，讀出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄的五個(gè)系數(shù)并且計(jì)算當(dāng)前放大β的多項(xiàng)式。

如果當(dāng)前放大β不是用在校準(zhǔn)程序中的放大，兩個(gè)相鄰的變焦階段被確定，并且被縮放的反射圖像通過相關(guān)的校準(zhǔn)圖像ima、imb的線性插值來確定。在當(dāng)前放大β精確地滿足校準(zhǔn)變焦階段中的一個(gè)的情況下，特定的校準(zhǔn)圖像被用作要被縮放的反射圖像。

通過雙線性插值將校準(zhǔn)圖像計(jì)算回原始大小，例如1200x1600像素：這不必針對整個(gè)圖像進(jìn)行，而是可以對“運(yùn)行中(onthefly)”的每個(gè)原始圖像像素進(jìn)行，因?yàn)殡p線性插值本地發(fā)生(在圖像處理單元中)。

這種情況符合fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)中的處理，其具有實(shí)時(shí)像素流的逐行處理。

分辨率增加的圖像現(xiàn)在根據(jù)表示修正因子的以下公式使用當(dāng)前和校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)縮放：

在這里值0.97是示例性安全因子，其可適應(yīng)要求，但并非強(qiáng)制性要求。

以此方式修改的反射圖像在未被過驅(qū)動(dòng)的像素上從實(shí)時(shí)圖像中被去掉。甚至這種去掉可逐像素或逐行進(jìn)行。

動(dòng)態(tài)圓周隨后被拉伸，為此可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的不同拉伸方法。

前述方法有利地在用于實(shí)時(shí)修正的圖像處理單元的硬件中實(shí)施，但也適合用于圖像后處理的單獨(dú)軟件中。