CN101316326A - 用于对放大图像摄影的放大观察设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于对放大图像摄影的放大观察设备和方法，以通用图像文件格式保存高色调图像以增强可使用性。提供了一个对具有预定动态范围的原始图像进行成像的成像单元，动态范围即最小亮度与最大亮度之间的比；合成图像生成部分，通过对在不同成像条件下在相同观察位置处成像的多个原始图像进行合成，来生成色调高于原始图像色调宽度的合成图像数据；显示单元，显示由成像单元成像的图像；色调转换部分，把由合成图像生成部分生成的合成图像数据转换成具有能在显示单元上显示的色调宽度的低色调图像数据；色调数据保存部分，生成附有高色调数据的显示文件，该色调数据保存部分包括了用于对用作保存低色调图像数据的图像文件的基础的合成图像数据进行保存的高色调图像区域。

Description

用于对放大图像摄影的放大观察设备和方法
技术领域
本发明涉及如对放大的图像进行成像和显示的数字显微镜和显微镜之类的放大观察设备以及用于对放大的图像进行摄影的方法。
背景技术
对诸如包括极小对象和工件的标本之类的物体进行放大和显示的放大观察设备利用了光学显微镜和使用光学透镜的数字显微镜等。数字显微镜接收通过具有光接收装置(如CCD)的光学系统进入的来自被固定在一个观察目标固定单元上的观察目标的反射光或透射光，所述光学系统针对二维排列的每个像素电气地读出光，并将电气地读出的图像显示在一个诸如显示器之类的显示单元上(例如参见日本专利公开No.2002-135648)。
该光接收设备(如CCD)的敏感域局限于一个特定的范围，而人眼的敏感范围却更宽。因此，CCD成像的图像的可被示出的范围(动态范围)与人眼相比是很有限的。例如，该动态范围在一般JPEG图像中是8位。在这种情况下，如果要成像的图像的色调超出了这个范围，则发生饱和，从而导致曝光不足、曝光过度、光晕等。为了解决这些问题，使用了一种高动态范围图像(以下称作“HDR图像”)，其中在对多个低色调图像进行成像时合成亮度区域的动态范围以获得高色调图像。HDR图像是通过对相同物体在不同曝光级别下的多个图像进行合成来获得的，并具有从最暗阴影(黑)到极亮的高亮(白)处的宽动态范围。例如，多个8位图像合成来生成16位或32位的高色调HDR图像，并保存这个图像。曝光过度发生在图1所示图像的金属部分处，而曝光不足发生的图2所示的图像中。当把这些图像合成时，可以生成图3所示的HDR图像。在原始图像中的曝光过度和曝光不足的部分都在图3的HDR图像中清楚显示出来。
当在监视器等上显示以上述方式合成的HDR图像时，需要对能在监视器上显示的颜色范围(即低动态范围)进行色调转换(色调映射)。由于在一般的个人计算机上，仅能以24位色示出例如1677万种颜色，在8位情况下仅能示出256种颜色，因此通过色调映射把32位HDR图像处理为24位或8位。
已经提出各种技术来加宽使用HDR图像的动态范围。为了通过加宽动态范围解决曝光过度和曝光不足，在从达到了在图像的任何区域中没有发生曝光过度这种程度下的暗色(即以短曝光时间)直到达到了在任何区域中没有发生曝光不足这种程度下的亮色(即以长曝光时间)的这个范围中进行摄影。例如，日本专利公开No.2002-135648和2002-223387公开了使用临时摄影等来确定应当在哪个曝光时间范围中拍摄多个图像的技术，以之作为控制对原始图像摄影的曝光时间的技术，以在当加宽动态范围时改变曝光时间的同时合成HDR图像。
一般而言，这种HDR图像通常用在消除图像数据中包含的光晕、校正逆光等等的应用中。与真切地加宽动态范围用于光晕测量之类的应用相比，在放大观察的应用中还可能有这样一种需要，即观察狭窄动态范围内包含的精细图案。在这种情况下，在受限动态范围内对色调图像进行精确地成像和合成以增强S/N比和亮度分辨率。因此，该曝光时间的设置还与在动态范围加宽应用中的曝光时间设置不同。还没有针对这种应用的使用动态范围中的变化的放大观察设备的例子。也还没有能够在动态范围加宽应用与亮度分辨率增强应用之间进行切换并且自动地确定用户希望在哪个应用中摄影的放大观察设备。
发明内容
本发明是在这样的背景中做出的。本发明的一个主要目的是提供一种能够根据观察目的而在动态范围加宽模式与分辨率增强模式之间自动切换的放大观察设备，和用于对放大的图像进行摄影的方法。
为了达到上述目的，根据本发明的放大观察设备涉及能够对通过根据设置的成像条件对要被成像的标本进行成像而获得的图像进行显示的放大观察设备，该放大观察设备包括：成像条件设置部分，至少设置曝光时间作为当在成像单元中对原始图像成像时的成像条件；成像单元，根据在成像条件设置部分中关于标本的观察位置设置的成像条件对具有预定动态范围的原始图像进行成像，该预定动态范围是最小亮度和最大亮度之比；合成图像生成部分，通过对在标本相同观察位置处以不同成像条件成像得到的多个原始图像进行合成来生成其色调比原始图像的色调宽度更高的合成图像数据；显示单元，显示由成像单元成像的图像；和模式选择部分，从用于生成具有比原始图像更宽动态范围的合成图像的动态范围加宽摄影模式和用于在比原始图像更窄的动态范围内从原始图像增强亮度分辨率的分辨率增强摄影模式中选择其中一种，来作为用于从在成像单元中成像的多个原始图像获得合成图像的合成图像摄影模式。根据这种配置，在生成合成图像时除了动态范围加宽摄影模式以外还可以获得在狭窄动态范围内增强了亮度分辨率的合成图像，从而即使对于如陶瓷之类几乎没有对比密度(contrasting density)的标本，也可以容易地辨别其纹理。
附图说明
图1是示出曝光过度图像的一个例子的图；
图2是示出曝光不足图像的一个例子的图；
图3是示出合成了图1和图2的图像的一个HDR图像的图；
图4是示出根据本发明实施例的放大观察设备的外观示图；
图5是根据本发明第一实施例的放大观察设备的框图；
图6是根据本发明第二实施例的放大观察设备的框图；
图7是示出接收光数据在高度z上的变化的曲线图；
图8是示出生成合成图像的放大观察设备的框图；
图9是示出从对HDR图像摄影到在显示单元上显示HDR图像的过程的流程图；
图10是示出陶瓷表面的图；
图11是示出以分辨率增强摄影模式对图10进行了成像的合成图像的图；
图12是示出自动选择合成图像摄影模式的方法1的流程图；
图13是示出自动选择合成图像摄影模式的方法2的流程图；
图14是示出自动选择合成图像摄影模式的方法3的流程图；
图15A到15D是示出标本A的临时图像的亮度分布的示例直方图的曲线；
图16A到16D是示出标本B的临时图像的亮度分布的示例直方图的曲线；
图17是示出放大图像观察程序的用户界面屏幕(简单模式)的一个例子的图；
图18是示出放大图像观察程序的用户界面屏幕(详细模式)的一个例子的图；
图19A和19B是示出调节用于在分辨率增强应用中成像的合成图像的亮度滑块的状态的图；
图20A和20B是示出调节用于在分辨率增强应用中成像的合成图像的纹理增强滑块的状态的图；
图21A和21B是示出调节用于在分辨率增强应用中成像的合成图像的对比度滑块的状态的图；
图22A和22B是示出调节用于在分辨率增强应用中成像的合成图像的颜色滑块的状态的图；
图23是示出用于把高色调图像进行色调转换到低色调图像的过程的流程图；
图24是示出具体绘图参数的设置过程的流程图；
图25是在一个绘图参数下的图像；
图26是从图25改变了绘图参数的图像；
图27是示出附有高色调数据的显示文件的结构的示意图；和
图28是示出使用根据实施例的放大观察设备来对合成图像进行获取、显示和数据保存的流程的框图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的实施例。应当注意，以下实施例示出了用于生成高色调图像文件以实现本发明的技术思想的放大观察设备和方法，本发明并不把用于生成高色调图像文件的放大观察设备和方法限制如下。本说明书决不是把所附权利要求描述的构件限制为实施例的构件。特别地，实施例中描述的部件的尺寸、材料、形状、相对的布置等等除非特别声明不应被作为对本发明范围的限制，而仅作为示例的例子。每张图中示出的部件的大小、位置、关系等等有时放大来使得描述清楚。在如下描述中，相同名称或参考数字表示相同或等价的部件，详细的描述就不重复了。另外，组成本发明的每个部件可以采用这样的模式，其中多个组件可以配备相同的部件，一个部件也可以用作多个组件，或者一个部件的功能可以由多个部件分担。
在本发明例子中使用的放大观察设备与计算机、打印机、外部存储装置以及与用于操作、控制、显示和其它处理相连接的其它外围设备之间的连接包括：串行连接，如IEEE1394、RS-232x和RS-422、以及USB；并行连接；通过网络(如10BASE-T、100BASE-T和1000BASE-T)以执行通信的电、磁或光连接。连接不局限于使用配线的物理连接，还可以是无线LAN(如IEEE802.1x)、使用电波、红外或光通信的无线连接(如蓝牙)。用于交换数据和保存设置的记录介质包括存储卡、磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器。在本说明书中，术语“放大观察设备”不局限于放大观察设备主体，并用于包括结合了外围设备(如计算机和外部存储装置)的放大观察系统。
在本说明书中，用于生成高色调图像文件的放大观察设备和方法不局限于生成包括合成图像的图像文件的系统以及用于以硬件执行输入/输出、显示、计算、通信和与图像文件相关的其它处理的设备和方法。本发明的范围还包含了用于以软件实现处理的设备和方法。例如，使得通用电路和计算机与软件和程序、插件、对象、库、applet程序、编辑器、模块、特定程序中的宏命令等等相结合并执行相关的图像生成或处理的所述设备和系统也对应于用来生成本发明高色调图像文件的放大观察设备和方法。在本说明书中，除了通用或专用电子计算器以外，计算机还包括工作站、终端、便携式电子设备、移动电话(如PDC、CDMA、W-CDMA、FOMA(注册商标)、GSM、IMT2000以及第四代的PHS、PDA、寻呼机、智能手机)和其它电子装置。在本说明书中，术语“程序”不局限于独立使用的程序，还可以用于作为特定计算机程序、软件、服务器等的一部分工作的模式、必要时被调用和工作的模式、提供为在诸如OS之类环境下的服务器的模式、在环境中常驻并操作的模式、以及在后台运行的模式，或者作为支持程序。
[第一实施例]
将参照图4和5描述根据本发明第一实施例的放大观察设备。如图4所示，该放大观察设备包括：照明单元60，用于对要观察的标本(物体)照明；成像单元10，对由照明单元60照亮的标本进行成像；以及信息处理设备50，该信息处理设备包括一个对成像单元10所成像的放大图像进行显示的显示单元52。图4的放大观察设备还包括：固定标本的标本固定单元(要安装标本S的载物台30)；成像装置(CCD 12)，对通过光学系统11进入的来自固定于标本固定单元的标本S的反射光或透射光进行电气地读取；以及焦点调节单元(载物台升高/降低单元20)，通过改变标本固定单元与光学系统11在光轴方向上的相对距离来调节焦点。如图5所示，信息处理设备50包括：焦距信息存储单元(存储器53)，当焦点调节单元根据与光轴方向实质上平行的平面内的标本的二维位置信息调节焦点时，该焦距信息存储单元存储与标本固定单元和光学系统11之间在光轴方向上的相对距离相关的焦距信息；显示单元52，显示由成像装置读取的图像；区域设置单元(操作单元55，定点设备55A)，能够设置由显示单元52所显示图像的部分的至少一个区域；和计算单元(控制单元51)，根据存储在焦距信息存储单元中与对应于区域设置单元所设置区域的标本S的一部分或全部有关的焦距信息，计算在标本S的光轴方向上与由区域设置单元所设置区域相对应的平均高度。放大观察设备可以使用成像装置计算在标本光轴方向上与特定区域对应的平均高度(深度)，该成像装置对通过光学系统11进入的来自固定于标本固定单元的标本S的反射光或透射光进行电气地读取。
如图5所示，成像单元包括：载物台30，它是一种要安装标本S的标本固定单元；移动载物台30的载物台升高/降低单元20；CCD12，它是一种成像装置，成像装置针对每个二维排列的像素对通过光学系统进入到达固定于载物台30的标本的反射光或透射光进行电气地读取；和CCD控制电路13，其驱动和控制CCD 12。另外，信息处理设备50或放大观察设备主体连接到成像单元10。信息处理设备50包括：存储器53，它是一种存储由成像装置电气地读取的图像数据的图像数据存储单元；显示单元52，比如显示器或监视器，根据由成像装置电气地读取的图像数据来显示图像；操作单元55，根据在显示单元52上显示的屏幕执行输入和其它操作；和控制单元51，根据由操作单元55输入的信息来执行图像处理和各种其它处理。构成显示单元52的显示器是能够以高分辨率显示图像的监视器，可以是CRT、液晶面板等等。
操作单元55通过配线或无线地连接到计算机，或者安装到计算机上。一般操作单元55包括各种定点设备，如鼠标、键盘、滑过式触摸板、指示棍、手写板、操纵杆、控制台、旋转选择器、数字转换器、光笔、数字键盘、触摸板、和指示点(acupoint)。除了操作放大观察操作程序，操作单元55还可以用于操作放大观察设备本身或者它的外围设备。可以使用触摸屏或触摸面板作为显示界面屏幕的显示器本身，从而用户可以通过直接用手触摸该屏幕来执行输入或操作，可选的或另外附加的，可以使用语音输入和其它现有输入装置。在图4的例子中，操作单元55由定点设备55A(比如鼠标55a)构成。
图4示出根据本发明实施例的放大观察设备的外观示图。包括光学系统和成像装置的照相机10a附接到照相机连接单元43上，该照相机连接单元43固定到从支撑板41以竖直方向延伸的支柱42上。在支撑板41上提供了载物台升高/降低单元20，它使要安装标本S的载物台30附接到上部。照相机10a和载物台升高/降低单元20连接到信息处理设备50并受其控制。信息处理设备50包括显示单元52和操作单元55(如鼠标55a)。观察到的图像显示在显示单元52上。
计算机70可连接到放大观察设备或信息处理设备50，这里放大观察操作程序可以独立地安装在计算机70中以便可以从计算机70侧操作放大观察设备。在本说明书中，用于使用计算机来操作放大观察设备的放大观察操作程序除了包括安装在被外部连接到放大观察设备的通用或专用计算机中的操作程序之外，还包括结合在信息处理设备50或上述放大观察设备的控制单元中的操作程序。用于操作放大观察设备的操作功能或操作程序预先结合在放大观察设备中。操作程序可以以可重写软件、固件等的形式被安装或更新到放大观察设备中。因此，执行放大观察操作程序的计算机包括本说明书中的放大观察设备本身。
图5示出根据本发明实施例的放大观察设备的框图。信息处理设备50由下述部分构成：显示单元52，存储了控制程序、焦距信息、接收光数据、二维信息等等的存储器53，用于使信息处理设备50与照相机10a和载物台升高/降低单元20传送数据的接口54，以及用于操作者执行关于放大观察设备的操作的操作单元55。载物台升高/降低单元20由步进电动机21、控制步进电动机21升高/降低的电动机控制电路22等构成。成像单元10包括作为成像装置的光接收装置(比如CCD 12)、驱动和控制CCD 12的CCD控制电路13、和光学系统11，光学系统11把从照明单元60发射到安装于载物台30的标本S上的光的透射光或反射光成像到CCD 12上。
[像素偏移部分]
成像单元10包括像素偏移部分，像素偏移部分通过像素偏移来获得大于或等于CCD 12的分辨率的高分辨率。像素偏移通过对将物体偏移了半个像素间距所拍摄的图像与偏移之前的图像进行合成来达到更高分辨率。代表性的图像偏移机制包括移动成像装置的CCD驱动方法、倾斜LPF的LPF倾斜方法、和移动透镜的透镜移动方法。在图5中，该设备包括光路移位单元14，光路移位单元14在至少一个方向上对从固定于载物台30的标本S通过光学系统11进入CCD 12的反射光或透射光的入射光路光学地偏移一个比该方向上CCD 12的一个像素的间隔更小的距离。用于实现本发明一个实施例中像素偏移的机制和方法不局限于上述配置，并且可以适当地使用现有方法和在未来将开发出的方法。
信息处理设备50通过把与步进电动机21的控制相关的控制数据输入到电动机控制电路22，来改变用作标本固定单元的载物台30与包括光学系统11和用作成像设备的CCD 12的照相机10a之间在光轴方向上的相对距离或z方向上的高度。具体地说，信息处理设备50通过把控制载物台升高/降低单元20必需的控制数据输入到电动机控制电路22来控制步进电动机21的旋转，并升高/降低载物台30的高度z(z方向上的位置)。步进电动机21产生对应于旋转的旋转信号。信息处理设备50根据通过电动机控制电路22输入的旋转信号把载物台30的高度z存储作为同标本固定单元与光学系统11之间在光轴方向上的相对距离有关的信息。载物台用作观察定位部分30A，对相对于标本的观察位置定位。在本实施例中，已经描述了通过改变载物台30的高度来改变标本固定单元与光学系统11之间在光轴方向上的相对距离的例子，但是当载物台30被固定时光学系统11的高度(如照相机10a的高度)可能会变化。载物台可以安装在一个不同于主体的头部部件上，而不是安装在放大观察设备主体上，或者不包括载物台的成像单元可以安装在该头部部件上。不包括载物台的成像单元可以附接到附加支架上或可以由用户支撑。这种头部部件通过电缆连接到放大观察设备主体。
CCD 12可以电气地读取针对在x和y方向上二维地布置的每个像素接收的光量。根据在CCD 12的每个像素中接收的光量把在CCD 12上成像的标本S的图像转换成电信号，并在CCD控制电路13中进一步转换成数字数据。信息处理设备50按照像素的排布信息(x，y)把在CCD控制电路13中转换后的数字数据作为接收光数据D存储在存储器53中，排布信息(x，y)用作处在与光轴方向(图5中z方向)实质垂直的平面(图5中x，y方向)中的标本的二维位置信息。这里实质垂直于光轴方向的平面不必是与光轴严格形成90°的平面，而仅仅要求是处在达到以光学系统和成像设备的分辨率可以识别标本形状这种程度的倾斜范围之内的一个观察平面。
已经描述了在载物台上安装标本的一个例子作为上述标本固定单元的一个示例，但是，例如还可以附接一个支臂来代替载物台并且标本可以固定在支臂的远心端。另外，照相机10a不仅可以附接到相机附接单元43，还可以通过手持方法等等可移动地布置在期望的位置和角度上。
如图4所示的照明单元60包括用于向标本发射落射光的落射照明装置60A和用于发射透射光的透射照明装置60B。这些照明装置通过光纤61连接到信息处理设备50。信息处理设备50包括连接头62，用于连接光纤61并结合了一个用于通过该连接头62把光给到光纤61的光源(未示出)。使用卤素灯之类作为光源。
[控制单元51]
用作控制部分的控制单元51进行控制以把成像的观察到的图像转换为能在显示单元52上显示的分辨率并显示出来。在图4的放大观察设备中，成像单元10显示了观察的图像，其中标本S由显示单元52上的CCD 12成像。通常，许多情况下成像装置如CCD的性能比显示单元的显示能力高，因此通过例如抽取该图像的十分之一在一个屏幕上显示成像的观察的图像来把分辨率降低到能在一个屏幕上显示的大小，来以降级的方式显示图像。假设在被成像单元10读取时的读取分辨率是第一分辨率，则图像是以低于第一分辨率的第二分辨率在显示单元52上显示的。
[第二实施例]
现在参照图6描述激光显微镜，以其作为根据本发明第二实施例的放大观察设备。在第二实施例的放大观察设备中，用作成像单元的照相机包括：第一成像单元，其中从第一光源(激光101)发射到标本S上的光的反射光通过第一光学系统100由第一光接收装置(光电二极管112)接收；和第二成像单元，其中从第二光源(白灯201)发射到标本S上的光的反射光通过第二光学系统200由第二光接收装置(CCD 212)接收。
首先将描述第一成像单元。第一光学系统100包括：向标本S发射单色光(例如激光束)的激光器101、第一准直透镜102、偏振分光器103、四分之一波片104、水平偏转设备105、垂直偏转设备106、第一旋转透镜107、第二旋转透镜108、物镜109、成像透镜110、针孔板111、和光电二极管112。
例如，将发射红色激光束的半导体激光器101用作第一光源。由激光器驱动电路115驱动而从激光器101出射的激光束通过第一准直透镜102，然后被偏振分光器103改变光路后通过四分之一波片104。在被水平偏转设备105偏转成水平方向(横向)并被垂直偏转设备106偏转为垂直方向(纵向)之后，激光束通过第一旋转透镜107和第二旋转透镜108以在置于载物台30上的标本S的表面上被物镜109收集。
水平偏转设备105和垂直偏转设备106中的每一个由检流计反射镜构成并提供来通过在水平和垂直方向上偏转激光束来以激光束扫描标本S的表面。载物台30由载物台升高/降低单元20在z方向(光轴方向)上驱动。因此可以改变物镜109与标本S之间在光轴方向上的相对距离。
由标本S反射的激光束在相反方向上遵循所述光路。即，激光束通过物镜109、第二旋转透镜108和第一旋转透镜107，并在通过水平偏转设备105和垂直偏转设备106之后再次通过四分之一波片104。结果，激光束透过偏振分光器103并被成像透镜110收集。所收集的激光束通过安装于成像透镜110的焦点位置处的针孔板111的针孔进入光电二极管112。光电二极管112把接收到的光量转换成电信号。对应于所接收光量的电信号通过输出放大器和增益控制电路(未示出)输入到A/D转换器113被转换成数字数据。这里已经描述了使用光电二极管作为第一光接收装置的例子，但也可以使用光电倍增管等。激光器101不限于红色激光器，还可以使用蓝色或紫外线激光器。通过使用这种短波长激光器来获得高分辨率的高度数据。
通过使用这种构造的第一成像单元，可以得到标本S的高度(深度)信息。下面将简述其原理。当步进电动机21和载物台升高/降低单元20的电动机控制电路22以上述方式在z方向(光轴方向)上驱动载物台30时，在物镜109的焦点与标本S之间在光轴方向上的相对距离发生了改变。当物镜109的焦点聚焦在标本S的表面(测量目标表面)上时，在标本S的表面上反射的激光束通过上述光路由成像透镜110收集，因此激光束大部分通过了针孔板111的针孔。因此由光电二极管112接收的光量在该点上为最大值。另一方面，当物镜109的焦点从标本S的表面(测量目标表面)偏移时，由成像透镜110收集的激光束聚焦在从针孔板111偏移的位置上，因此仅有一部分激光束可以通过针孔。结果，由光电二极管112接收的光量由此大大减少。
因此，通过在z方向(光轴方向)上驱动载物台30的同时在标本S表面上任一点处检测由光电二极管112接收的光量，可以得到当接收的光量为最大值时的载物台30的高度。
实际上，由光电二极管112接收的光量是通过水平偏转设备105和垂直偏转设备106针对载物台30的每一步移动扫描标本S的表面而得到的。图7示出接收光数据D在一点(像素)上关于载物台30的高度z的变化。当载物台30在z方向上从测量范围的下端移动到上端时，如图7所示针对扫描范围内多个点(像素)得到了根据高度z改变的接收光数据D。根据接收光数据D，针对每个点(像素)得到了最大接收光量及该处的焦距Zf。与接收光数据D的最大值对应的载物台30的高度为焦距Zf。因此，根据焦距Zf得到了标本S的表面高度在x-y平面中的分布。由控制单元51根据CCD 12的接收光数据D以及通过接口54输入并存储于存储器53中的像素排布信息(x，y)和高度信息z来执行这个处理。
通过各种方法在显示单元52上显示得到的表面高度的分布。例如，标本的高度分布(表面形状)可以由三维显示器进行三维显示。可选地，高度数据可以转换成亮度数据来显示为二维亮度分布。高度数据可以转换成色差数据从而高度的分布可以显示为颜色分布。
在第二实施例中，借助于定点装置55之类根据由第一成像单元获得的高度数据通过指定显示单元52上的图像上的两个点把区域设置成矩形，计算出在该区域中的平均高度和每个区域之间的相对高度并将其显示在显示单元52上，如第一实施例中一样。
根据其中采用针对x-y扫描范围内每个点(像素)获得的接收光量作为亮度数据的亮度信号，得到标本S的表面图像(黑白图像)。如果把在每个像素处的最大接收光量作为亮度数据来产生亮度信号，可以获得具有在不同表面高度上的每个点处聚焦的景深很深的共焦图像。如果固定于在某个感兴趣像素处得到最大接收光量的高度(在z方向上的位置)处，则其高度与感兴趣的像素部分的高度非常不同的部分的像素处的接收光量变得特别小，因此得到的图像中仅仅在与感兴趣像素高度相同的部分是亮的。
现在将描述第二成像单元。第二光学系统200包括用于向标本S发射白光(用于彩色图像摄影的照明光)的第二光源201、第二准直透镜202、第一半反镜203、第二半反镜204和用作第二光接收装置的CCD 212。第二光学系统200一般使用第一光学系统100的物镜109，光学系统100和200的光轴是一致的。
白灯之类用作第二光源201，但不提供专用光源时也可以使用自然光或室内光。从第二光源201发射的白光通过第二准直透镜202，然后由第一半反镜203使光路转向，由物镜109收集处于载物台30上的标本S的表面上的光。
被标本S反射的白光通过物镜109、第一半反镜203和第二旋转透镜108，被第二半反镜204反射以进入能接收彩光的CCD 212然后成像。CCD 212与第一光学系统100的针孔板111的针孔共轭地安装或处在接近于与之共轭的位置。由CCD 212所成像的彩色图像被CCD控制电路213读取并转换成数字数据。以这种方式得到的彩色图像在显示单元52上显示为放大的彩色图像以观察标本S。
在第一成像单元中得到的具有很深的景深的共焦图像和在第二成像单元中得到的普通彩色图像可以相结合来生成在所有像素处聚焦的具有很深景深的彩色共焦图像，然后被显示。通过例如以在第一光学系统100中得到的共焦图像的亮度信号替代在第二成像单元中得到的构成彩色图像的亮度信号，可以容易地生成彩色共焦图像。
已经描述了配备有包括第一光学系统100或共焦光学系统的第一成像单元和包括第二光学系统200或非共焦光学系统的第二成像单元的放大观察设备，但是该放大观察设备的结构可以仅仅包括第一成像单元。
如果光接收装置是用于读取针对二维地布置的每一个像素的接收光量的二维成像装置(例如CCD)，并且焦点调整单元具有根据与标本上与区域设置单元设置的区域相应的一部分或全部所对应的接收光量的总和来调节焦点的结构，则在根据第一实施例的放大观察设备中，可以以简单的结构测量标本高度而不需要如共焦光学系统之类复杂的结构。尤其是，在这种放大观察设备中，基于操作者设置的区域即相当数量的像素而不是基于一个像素，根据在接收光数据中关于相对距离的改变来确定接收光数据的最大值，并且根据在该点处的平均焦距及时计算平均高度，从而可以减小在每个像素处接收光数据的焦距改变的变化，并即使在CCD用作光接收装置而白光作为光源的时候也能执行高可靠性的平均高度测量。另外，当使用彩色CCD作为二维成像装置时，可以根据RGB的接收光数据计算像素的接收光数据，或者根据一个或两个RGB色调的接收光数据来得到像素的接收光数据。
如果区域设置单元所设置的区域大于标本的尺寸从而包含了整个标本，则除开标本以外的部分即载物台的上表面优选地从平均高度计算的目标中排除。这是因为可以计算出更准确的标本高度。在这种情况下，载物台的上表面可以根据例如在一个像素和与该像素相邻的像素之间的高度差是否大于或等于一个预定高度来确定。显然，即使区域设置单元所设置的区域是标本的一部分，如果载物台上表面处在该区域中，它也优选地从平均高度计算的目标中排除。
在上述实施例中，已经描述了电气地读取来自被固定于标本固定单元上的标本的反射光的一个例子，但光还可以是从标本的后表面发出并且可以电气地读取透射光。
(高色调图像)
图8示出用于对多个原始图像成像、合成图像并生成高色调合成图像的放大观察设备的框图。该图中示出的放大观察设备包括构成放大观察设备主体的主体50A和成像单元10。主体50A和成像单元10以电缆连接。在图8的示例中，电缆由用来从照明光源201A放出照明光的光纤61和用来在主体50A与成像单元10之间发送/接收数据的信号线63构成。主体50A通过信号线63向成像单元10发送一个成像单元控制信号以控制成像单元10，成像单元10发送向主体50A发送一个已成像图像信号。用于成像单元控制信号的信号线和用于图像信号的信号线可以单独地提供。
成像单元10包括成像装置12A(如CCD和CMOS)和照明单元60，其中照明光从照明单元60发射到标本S，并且以成像装置12A对其反射光成像。主体50A包括控制成像单元10的成像控制单元13A、产生照明光的照明光源201A、连接到成像控制单元13A和照明光源201A的主体控制单元51A、以及连接到主体控制单元51A用来显示图像和必要信息的显示单元52。主体控制单元51A向成像控制单元13A和照明光源201A发送控制信号以控制它们的操作。主体控制单元51A还包括：图像计算单元81，获取由图像控制单元13A从成像单元10接收的图像数据并执行如合成之类的处理；存储器53，保存图像数据和各种设置值；模式选择部分82，用于选择后面将描述的合成图像摄影模式；和成像条件设置部分83，设置成像单元10中的成像条件。图像计算单元81具有如下功能：对多个原始图像进行合成并生成高色调合成图像数据的图像生成部分85，执行色调转换的色调转换部分86，和为色调转换部分86设置绘图参数以将高色调图像数据转换成低色调图像数据的绘图设置部分87。这样的主体控制单元51A可以由ASIC、LSI等等构成。
存储器53中保存的图像数据和设置内容可以在与主体控制单元51A相连的显示单元52上显示。如CRT、液晶显示器、有机EL之类的监视器可以用作显示单元52。用于用户对主体控制单元51A执行各种操作的操作单元55与主体50A连接。操作单元55是如控制台或鼠标之类的输入装置。在该示例中，显示单元和操作单元可以整体结合到主体中，也可以作为外部部件。如果显示单元由触摸面板构成，则显示单元和操作单元可以整体构成。
(合成图像摄影模式)
该放大观察设备包括适于动态范围加宽应用的动态范围加宽摄影模式，和增强亮度分辨率并增强对比度的分辨率增强模式来作为用于获得在合成图像生成部分85中的合成图像的合成图像摄影模式。在动态范围加宽摄影模式中生成的是比原始图像具有更宽动态范围的合成图像。在分辨率增强摄影模式中生成的是在比成像装置的动态范围窄的动态范围中其亮度分辨率比原始图像增强的合成图像
(动态范围加宽摄影模式)
在动态范围加宽摄影模式中成像了一种所谓的HDRI。HDRI(高动态范围图像，以下称为“HDR图像”)是动态范围(即最小光量与最大光量之间的比)远比传统图像高的图像。例如，在标准计算机的监视器上，采用8位到24位色作为标准色表示，从而被表示为256到1677万个色调，但现实中存在更多的颜色，并且人眼通过改变瞳孔大小以把图像调节到看起来适当的参考亮度来观看图像。因此，使用了具有超出监视器表示能力等的更大量的颜色信息的HDR图像。现有方法，如将通过在相同位置处不同成像条件(典型地，成像装置的曝光时间)下对相同观察目标进行成像而得到的多个图像进行合成，可以用来获得这种HDR图像。
然而，大于等于8位到24位(256到1677万色)的颜色不能在监视器上表示，其中在比能被表示的颜色范围更亮的颜色中发生曝光过度，而在比该颜色范围更暗的颜色中发生曝光不足。由于在这种情形下有时不能识别图像的纹理等等，因此，当在监视器之类上显示HDR图像时适当地执行色调转换(色调映射)来把该图像转换成其中所述曝光过度和曝光不足的部分能被识别的低色调图像(以下也称为低动态范围图像(LDR图像))。例如，在图1所示图像中的金属部分处发生曝光过度，但那个部分在图3所示的图像中可清楚地看到。这是因为图3的图像具有光量大于图1中能拍摄到的光量的部分的数据。在一般环境下，光量数据具有最大约为100000∶1的动态范围。
已经提出了各种方法来产生HDR图像，但在本实施例中，通过对多个原始图像组进行合成来产生HDR图像，所述多个原始图像组是通过以上述方式在改变其成像装置的曝光时间或快门速度的同时在相同位置对标本摄影而得到的。例如，如图3所示的HDR图像可以通过对图2的暗图像和图1的亮图像进行合成来产生。
由于HDR图像的动态范围可以是100000∶1，因此HDR图像不能以通常的256色调的8位图像来表示。所以，该数据一般以浮点法表示。使用32位单精度浮点法、16位浮点法等等作为保存文件的格式。当绘制HDR图像时，HDR图像由于动态范围宽而在通常的256色调的监视器上无法显示。如果通过简单地把图像转换成256色调来显示HDR图像，则暗的部分有时不能看见，或者亮的部分有时变得太亮。因此，该图像需要调节来使得暗的部分和亮的部分在显示前能适度地看到。具体地说，该图像进行色调转换成为执行了图像处理以大大压缩亮的部分并提升暗的部分的色调映射图像。因此，在普通色调映射图像中难以看到的精细纹理能以增强的方式显示出来。将参照图9的流程图来描述上述从拍摄HDR图像到在显示单元上显示该图像的过程。
首先，在步骤S901，在不同成像条件下拍摄多个原始图像。8位的原始图像在成像单元10中被成像。在这种情况下，适当控制曝光时间以便在任何区域中可以拍到至少一个不曝光过度和曝光不足的图像。根据HDR图像的图像质量、必要动态范围的宽度等等适当确定成像的数量。在步骤S902，合成HDR图像。在合成图像生成部分中使用在步骤S901拍摄的8位图像组来合成HDR图像。在步骤S903，HDR图像被色调转换。在色调转换部分中对合成的HDR图像进行色调映射来产生被转换到能在监视器之类上显示的色调宽度的色调映射图像。在该例子中，转换到256色调。在这种情况下，还适当执行了纹理增强处理等。
最后，在步骤S904，保存得到的HDR图像和色调映射图像。该HDR图像是32位浮点数据，HDR图像数据被转换为适当的文件格式并在保存该文件时被保存。色调映射图像被保存为通用图像格式，比如JPEG和TIFT，产生该色调映射图像的HDR图像或原始数据被保存为元数据。另外，还保存了在产生该色调映射图像之时使用的参数。因此，用户可以以通用图像显示程序来显示该色调映射图像并可通过使用专用图像显示程序来替换该色调映射图像。即，可以通过调节参数来从HDR图像产生另一个色调映射图像，这个色调映射图像可以重新覆写在HDR图像的元数据上并与在转换之时的参数一同保存。用户不仅可以浏览该色调映射图像，还可以通过上面的方式把包含在文件中的色调映射图像改变为期望的色调映射图像。HDR图像被用在例如图像中的如曝光过度和曝光不足之类的饱和度应当被抑制的应用中。
通过将动态范围比成像装置的动态范围宽的图像进行合成来得到HDR图像，但是当成像装置的动态范围足够宽时，即当成像装置本身的性能增强并且能覆盖对一个图像而言足够的动态范围的时候，可以按照与处理合成图像相类似的方式来处理这样一个原始图像。在这种情况下，仅以成像装置来得到HDR图像，因此合成图像生成部分就不需要了。
(分辨率增强摄影模式)
与上述动态范围加宽摄影相对，增强分辨率以在狭窄动态范围内可以显示精细图案的摄影也是可以的。
在分辨率增强摄影模式下，在比原始图像更窄的动态范围内对精微地改变了成像条件的图像进行合成，以得到亮度分辨率比原始图像增强的合成图像。由于动态范围没有加宽，这里得到的合成图像确切地说并非HDR图像，但却是类似于HDR图像的高色调图像，在本说明书中为简便起见可以把它们包括在HDR图像中。另外，在本说明书中，HDR图像意味着其动态范围比能在显示单元上显示的动态范围宽，但不局限于此，还可以指其动态范围比能由成像单元的成像装置所成像的动态范围更宽的图像，或者具有大于或等于例如24位或32位的指定位数的图像。
通常，HDR图像一般应用于使用宽动态范围消除图像数据中包含的光晕或校正逆光等的应用中。通过对几乎没有对比密度的标本的多个图像进行合成来取出掩盖在噪声/量化误差中的信号，并执行纹理增强处理，HDR图像还能使原本几乎看不到的精细纹理被看到。在这种情况下，通过对色调图像进行精细成像并以受限动态范围把它们合成，来得到增强了S/N比和亮度分辨率的高色调图像。作为一个示例，在图10中示出了陶瓷表面的图像。在这种情况下陶瓷表面上的图案几乎不能识别，但通过分辨率增强摄影，可以增强表面的图案并且如图11所示可以辨别原本几乎看不到的纹理。
HDR技术已经在考虑了在动态范围加宽应用中的使用的情况下而被开发，还没有被用于相反思想的分辨率增强摄影应用中。因此，该应用可以扩展，并且通过实现一种可根据观察应用在动态范围加宽与分辨率增强之间切换的放大观察设备而使得在更宽广的各种应用中的使用变得可行。
因此，分辨率增强摄影模式被用于例如理想地增强图像中的精细图案和对比度的应用中。在分辨率增强摄影模式中，曝光时间的改变量设置得比在动态范围加宽摄影模式下设置的改变量要小。
(模式选择部分82)
通过模式选择部分82选择合成图像摄影模式中的任一种。模式选择部分82根据图像分析自动确定适合的合成图像摄影模式。可选地，还可以由用户手动地选择合成图像摄影模式。例如，用户可以操作操作单元55来选择期望的合成图像摄影模式。所选合成图像摄影模式还可以清楚地显示在显示单元上，从而告知用户，正在以哪个合成图像摄影模式执行摄影。
(通过模式选择部分自动选择)
现在将描述模式选择部分自动选择合成图像摄影模式的方法。将分别参照图12到14的流程图描述三种方法1到3。
(方法1：分析在摄影之前观察到的被观察图像)
首先，将参照图12的流程图描述对在摄影之前观察到的被观察图像进行分析的方法。在这种方法中，从正被显示在显示单元上的图像中搜索饱和区域的存在，并确定在摄影中要用到的曝光时间。当在动态范围加宽应用中进行摄影时，假设在用户以当前设置观察的被观察图像的一部分中总是存在曝光过度或曝光不足的饱和区域。当增强对比密度时，正被观察的对象最有可能是几乎没有对比密度的对象。因此，假设被观察图像的对比度很小并假设发生饱和。从而，从正被显示在显示单元上的图像中搜索饱和区域的存在，并确定在该摄影中使用的曝光时间。
为描述具体的过程，首先在步骤S1201获取对原始图像摄影之前观察到的图像。在命令获取合成图像的点处，调用已经在显示单元上显示的被观察图像。在步骤S1202，模式选择部分确定被观察图像是否包含饱和部分。如果被观察图像包含饱和部分，则该处理前进到步骤S1203并设置动态范围加宽摄影模式。如果被观察图像不包含饱和部分，则该处理前进到步骤S1204并设置分辨率增强摄影模式。这个方法允许以最简单的方式确定和选择适当的合成图像摄影模式。必要时可以自动设置与每个所选合成图像摄影模式对应的成像条件。因此，用户可以得到合成图像而无需考虑合成图像摄影模式的类型，并且具有这样的优点，即使用户不熟悉合成图像，也能执行该操作。
(方法2：分析临时拍摄的多个临时图像)
将参照图13的流程图以及图15和16的直方图(histogram)来描述分析临时拍摄的多个临时图像的方法。
(临时合成)
在该方法中，在对原始图像成像之前首先在预先设置的临时成像条件下拍摄多个临时图像，然后在模式选择部分中针对每个临时图像确定是否有其中不存在饱和区域的任何临时图像。该临时成像条件是便于获得图像的条件，其中由于仅需要把握图像的趋向，因此在适当改变条件的同时成像了多个临时图像。因此，该设置会比产生合成图像所需的原始图像的成像条件更粗略，临时图像的成像数量设置得比产生合成图像所需的原始图像的数量小，并且曝光时间的变化宽度也设置得大。在该示例中，采用合成图像生成部分来合成临时合成图像，但可以单独地装备用于高速方便地合成临时图像的计算部分。
图15A到15D和图16A到16D示出成像的临时图像的亮度分布的示例直方图。在该示例中，在粗略地改变临时成像条件的同时针对不同标本A和B中的相同位置摄取了四个图像，其中图15A到15D示出标本A而图16A到16D示出标本B。以改变作为临时成像条件的曝光时间的次序来显示这些临时图像。即，按照图15A到15D或图16A到16D的次序曝光时间依次变长。
考虑标本A，饱和区域存在于图15A到15D的所有图中。在所有临时图像中存在饱和区域的事实表明用于抓取标本中包含的完整亮度信息的动态范围不足。因此，在模式选择部分中确定动态范围加宽摄影模式适合于该标本。
考虑标本B，在图16A和16D中找到了饱和区域，但在图16B和16C中没有找到饱和区域。因此，显然可以采用针对标本B的一个临时图像来把亮度分布做得更好，即，该亮度分布的动态范围较窄。在这种情况下，优选地通过细微地改变该窄动态范围内的曝光时间来获得详细的信息。因此确定分辨率增强摄影模式适合于标本B。
将参照图13的流程图描述上面的具体过程。首先，在步骤S1301，在改变快门速度的同时多次执行临时成像。在步骤S1302，通过模式选择部分对以此方法获得的多个临时图像进行确定，确定在每个临时图像中是否存在饱和区域。如果在所有临时图像中存在饱和区域，则处理前进到步骤S1303，并选择动态范围加宽摄影模式。如果不存在饱和区域，即如果有不包含饱和区域的临时图像，则处理前进到步骤S1304，并选择分辨率增强摄影模式。在图15A到15D和图16A到16D的示例中，模式选择部分确定图15A到15D适合于动态范围加宽摄影模式，而图16A到16D适合于分辨率增强摄影模式。
如上所述，必要时可以针对与每个被选合成图像摄影模式对应的成像条件自动设置适当的曝光时间。尤其是，在该方法中，除了自动选择适当的合成图像摄影模式以外，还可以同时得到用于改变要在每个合成图像摄影模式中设置的曝光时间的范围。即，在动态范围加宽摄影模式的情况下，从足够暗到消除曝光过度的曝光到足够亮到消除曝光不足的曝光这个范围内改变曝光时间。在分辨率增强摄影模式下，曝光时间设置来使得不会发生饱和，其中针对对比密度的差异显得最大的部分来设置曝光时间。因此，不仅可以自动设置合成图像摄影模式，还可以自动设置在每个合成图像摄影模式下的成像条件。
(以方法2自动设置曝光时间)
将首先针对动态范围加宽摄影模式来描述对在每个合成图像摄影模式中作为成像条件的曝光时间改变范围进行设置的细节。在直方图中，当以8位分辨率对亮度成像时，如果在左端或右端具有处在0到255的亮度分布范围内的值，就认为存在饱和区域。例如，在图15A中的左侧的轴上该亮度具有一个值(亮度0)，因此存在比上述区域更暗的区域，从而识别出没有检测到数据的事实即发生曝光不足。在右侧的轴附近(亮度255)没有亮度值。即，发现没有发生曝光过度。另外，可以确定最亮的亮度的上限是图15A中圈住的位置。
在图15D中，在右侧的轴上示出了亮度值并且识别出曝光过度，但在左侧的轴的附近没有示出亮度值。这表明最暗区域的亮度信息被补足了，图15D的圈住的区域被确定为最暗亮度的下限。
由于对于标本A可以检测出亮度分布的范围的上限和下限，因此把曝光时间设置来使得在该范围内可以准确地检测亮度信息。即，根据计算公式、查找表等等获得与上限和下限的亮度值相对应的曝光时间，并在该范围内改变曝光时间，从而可以有效地对高色调图像成像而不获取无用的亮度信息。
现在将参照图16A到16D描述在分辨率增强摄影模式下确定用于改变曝光时间的范围的方法。在图16A到16D的示例中，在图16A和16D示出的直方图中存在饱和区域，因此如上所述取出了余下的在图16B和16C中示出的直方图。从临时图像中选出以最宽的范围表现对比密度差别的临时图像。直方图中的分布在图16B中比在图16C中表现得更宽。因此，使用如图16B中所示直方图中采用的曝光时间就可以有效地获得亮度信息而无需浪费可获取的亮度分布范围。从而从获取临时图像所使用的临时成像条件中选择适合的曝光时间。
(方法3：临时成像并对临时合成图像进行分析的方法)
最后，现在将参照图14的流程图描述临时成像并对临时合成图像进行分析的方法。与前面相类似，在步骤S1401，在预先设置的临时成像条件下对多个临时图像进行成像。与例如原始图像的成像相比，曝光时间大大改变，图像的数量限制到相对小的数量。在步骤S1402，合成多个临时图像来生成临时合成图像。在步骤S1403，计算出动态范围，即临时合成图像的最小亮度与最大亮度之间的比，并确定这个动态范围是否比成像单元10的成像装置的动态范围大。如果临时合成图像的动态范围比成像单元10的动态范围大，则处理前进到步骤S1404，并由于当前动态范围不足而选择动态范围加宽摄影模式。如果临时合成图像的动态范围较小，则处理前进到步骤S1405，并由于成像单元10的动态范围足够而选择其中增强了亮度分辨率的分辨率增强摄影模式。
(以方法3自动设置曝光时间)
在该方法中，可以得到在每个合成图像摄影模式中的最佳曝光时间。在图像亮度I、场景光量L、曝光时间t和照相机响应函数(该函数表示像素值相对于有多少光量进入成像装置且执行了多长时间曝光而取什么值)F之间建立如下关系表达式。
I＝F(L*t)
F是预先测量和得到的。在动态范围加宽摄影模式的情况下，曝光时间t1到t2设置到如下范围来使得临时合成图像的最小/最大光量Lmin和Lmax分别成为像素值Imin(不发生曝光不足的最小像素值，例如大约30)和Imax(不发生曝光过度的最大像素值，例如大约220)。
t1＝F-1(Imin)/Lmin
t2＝F-1(Imax)/Lmax
在分辨率增强摄影模式的情况下，下述(1)和(2)中之一的曝光时间设置在最小/最大光量不饱和的范围(t1到t2)中。
(1)Imin与Imax之间的差变为最大的曝光时间
(2)通过计算场景的光量L的平均值、中间值L1等，满足L1*t＝x_max的曝光时间
这里x_max是F(x)的斜率(导数值F’)成为最大时的x的值。
(帧平均值)
当在分辨率增强摄影模式下在合成图像生成部分中生成合成图像时，除了在改变曝光时间的同时对原始图像成像的方法以外，还可以采用一种在成像单元中以固定为恒定值的曝光时间对多个原始图像进行成像并取帧平均值来生成合成图像数据的方法。即，通常在数字图像中混合有噪声，并且根据正态分布这种噪声加起来平均值为0。因此，可以增强由量化误差引起的分辨率而同时通过取平均值消除了噪声的影响。例如，对于一个真值为100.1的像素，如果不存在噪声则由于量化误差而输出100，但由于存在噪声，因此对于每一个成像出现了98、104、101、97等等的变动。通过取平均消除了噪声影响的同时，可以得到小数点后的值(100.1)。根据这种配置，以固定的曝光时间可以生成高分辨率的合成图像。
比较上述方法，对在摄影之前观察到的图像进行分析的方法1是最方便的方法，并且计算量以如下次序增加：对临时摄影的多个临时图像进行分析的方法2，和临时成像并分析临时合成图像的方法3。另一方面，可以通过方法2和方法3执行在每个应用中的直到最佳曝光时间的计算。
(加权成像条件)
另外，不仅可以采用在模式选择部分中择一地选择动态范围加宽摄影模式或分辨率增强摄影模式这样的配置，还可以采用对通过加权并结合针对两种摄影模式的成像条件所得到的成像条件进行设置的配置。例如，在模式选择部分中分析摄影应用，计算用于动态范围加宽摄影模式和分辨率增强摄影模式中的每一个的权重系数，并通过成像条件设置部分来相应地设置加权成像条件。因此，可以设置考虑了两个模式之间的平衡而结合的加权成像条件，而不用把摄影应用固定到动态范围加宽摄影模式或分辨率增强摄影模式中的一种，因此可以进行更灵活的成像。在模式选择部分中计算权重的时候，确定了两种摄影目的之间的比，并设置了对应的加权成像条件。具体地说，根据光晕去除的权重是多少或者是否要对对比度的增强安排较大权重，来设置适当的成像条件。例如，在图12的步骤S1202中，当确定在摄影之前观察到的被观察图像中是否包含饱和部分时，检查饱和部分的数量和面积，并通过模式选择部分根据所述数量和面积来确定每个摄影模式的权重，而不是在包含饱和部分时一律设置动态范围加宽摄影模式，在不包含饱和部分时一律设置分辨率增强摄影模式。作为一个示例，饱和部分数量越大或面积比越大，就增加动态范围加宽摄影模式的权重。类似地，在图13的步骤S1302中不是确定在全部多个临时图像中是否存在饱和区域，而是模式选择部分设置加权成像条件，以便在包括饱和区域的临时图像数量越大的时候把权重给予动态范围加宽摄影模式，并在不包括饱和区域的临时图像数量越大的时候把权重给予分辨率增强摄影模式。另外，在图14的步骤S1403中，在确定临时合成图像的动态范围是否大于成像装置的动态范围的时候，确定大小的程度，模式选择部分设置加权成像条件，以便在比值或差值越大时把权重给予动态范围加宽摄影模式，并在比值或差值越小时把权重给予分辨率增强摄影模式。因此，在确定摄影模式的处理中标准(criterion)并非是择一的，通过设置成像条件以连续改变权重来实现更合适的成像。
(曝光时间调节部分84)
可以提供曝光时间调节部分84以进一步把由成像条件设置部分83设置的用于原始图像的曝光时间调节到期望值。用户通过操作部分等把如曝光时间之类的成像条件调节到期望值。因此，用户可以在自动设置曝光时间之后使用曝光时间调节部分84进一步微调曝光时间，从而可以得到更细致和准确的合成图像。
曝光时间显示在显示单元上，以便用户能使用曝光时间调节部分84进一步微调曝光时间。例如，在显示单元上提供了模式显示区域，用于显示所述动态范围加宽摄影模式和分辨率增强摄影模式中的哪一个合成图像摄影模式被选择。因此，用户可以从显示屏幕容易地检查自动选择的合成图像摄影模式。必要时用户还可以切换合成图像摄影模式。
(色调转换部分86)
通过以模式选择部分设置适当的合成图像摄影模式而得到的合成图像使得在放大观察设备一方能够控制合成图像摄影模式，因此当保存合成图像的文件时还可以记录关于合成图像摄影模式的信息。当色调转换部分86对合成图像数据进行色调转换时，在读取操作期间读出了关于合成图像摄影模式的信息以执行合适的图像处理。可选地，可以记录关于如曝光时间之类成像条件的信息来根据该信息确定该合成图像数据的观察应用是用于动态范围加宽应用还是用于分辨率增强应用。
即使没有这些信息，通过执行合成图像的分析或通过对构成合成图像的原始图像数据进行分析，也可以推断出观察目的并执行适当的图像处理。
作为在色调转换部分中执行色调转换的一个例子，将描述把作为高色调图像的合成图像数据转换成作为低色调图像(LDR图像)的色调映射图像的情况。应当注意，本发明不局限于合成图像数据的色调转换，还可以普遍地针对高色调图像应用把更窄动态范围的高色调图像转换成低色调图像的处理。例如，可以对预先在另一成像装置中成像和合成的高色调图像以及没有使用原始图像而直接成像的高色调图像应用色调映射。
(绘图设置部分87)
在本实施例中，与在把高色调图像转换成低色调图像并对其显示或输出期间的图像处理相关的绘图参数的设置可以根据高色调图像来适当地和自动地进行调节。具体地说，由绘图设置部分87自动地确定要转换的高色调图像是用于动态范围加宽应用还是用于分辨率增强应用，并在动态范围加宽应用的情况下在色调转换部分中执行具有光晕抑制处理设置的色调转换，在分辨率增强应用的情况下在色调转换部分中执行具有对比度增强处理设置的色调转换。通过根据辨别出的高色调图像的类型自动地执行适当的图像处理，用户不用知道绘图参数的设置就可以得到适合于期望的观察应用的低色调图像。
当用于动态范围加宽应用时，使得与发生饱和(如曝光过度或曝光不足)的区域相关的信息包含在精确提取的图像中而对其它区域需要维持与在摄影前观察的图像实质相同的亮度和颜色，来执行绘图。当用于分辨率增强应用时，需要大大增强在摄影前观察的图像中几乎不能分辨的精细图案，从而绘制的图像可能与原始图像在颜色等方面不同。因此，绘图设置部分87对与图像类型对应的绘图参数进行设置以使得可以执行与要被转换的图像的类型相对应的适当的色调转换。
(简单模式)
图17和18示出在放大图像观察程序中用于执行色调映射的色调转换控制台屏幕的用户界面屏幕的一个示例。图17中所示的色调转换控制台屏幕300示出一个简化了设置屏幕的简单模式来作为用于自动设置色调转换的绘图参数的自动设置屏幕示例，图18中所示的色调转换控制台屏幕300B示出增加了绘图参数设置项的详细模式。
在色调转换控制屏幕300、300B中，提供“简单模式”复选框366作为色调转换设置切换部分以切换色调转换的设置部分。即，如果在图17的色调转换控制屏幕300中“简单模式”复选框被关闭，则模式切换到如图18所示的详细模式，如果在图18的色调转换控制屏幕300B中“简单模式”复选框被开启，则屏幕返回到图17所示的简单模式屏幕。
在色调转换控制屏幕300和300B的每一个中提供了用于手动调节色调映射的绘图参数的滑块。具体地说，如图17所示的简单模式屏幕包括亮度滑块312和纹理增强滑块322。在每个滑块的右侧显示当前设置的数字值，可通过在水平方向上调节滑块来增加或减少数字值。还可以通过直接输入来规定数字值。
(详细模式)
在如图18所示的色调转换控制屏幕300B的详细模式屏幕中，除了亮度滑块312和纹理增强滑块322外还提供了对比度滑块332和颜色滑块342。
如图19A到图22B所示，通过操作每个滑块来改变在显示单元上显示的低色调图像的质量。首先，针对在窄动态范围的分辨率增强应用中成像的陶瓷的合成图像，图19A示出亮度滑块312设置为低的示例，图19B示出把亮度滑块312设置为高的示例。亮度滑块312可以通过调节γ(gamma)值调节图像亮度。图20A示出纹理增强滑块322设置为低的示例，图20B示出对相同的标本把纹理增强滑块322设置为高的示例。因此，纹理增强滑块322增强了精细的图案。特别是在分辨率增强应用中，可以通过调节绘图参数观察到原本难以观察的具有小对比密度的标本的细节。
针对作为动态范围加宽摄影模式下另一标本的通过对宽动态范围的焊接电路进行摄影和成像所得到的合成图像，图21A示出对比度滑块332设置为低的示例，图21B示出对比度滑块332设置为高的示例。对比度滑块332粗略地调节暗度和亮度。图22A示出颜色滑块342设置为低的示例，图22B示出颜色滑块342设置为高的示例。颜色滑块342对颜色或颜色的鲜明度从单色调节到彩色图像。用户可以手动调节绘图参数以得到与每个观察目的对应的适当的色调映射图像并且必要时可以保存该图像。
在简单模式下，可以例如根据由滑块设置的亮度和纹理增强级的估计结果、摄影之后的绘图参数等自动地调节对比度和颜色这两个保留的绘图参数。这些估计结果反映在从简单模式切换到详细模式时每个滑块的值上。
在图17和18的色调转换控制台屏幕300和300B中的每一个的下部提供了用于读出文件和保存文件的各种按钮。在该示例中，提供了用于读取HDR图像或合成图像的“HDR读取”按钮360、用于读取包括合成图像数据的色调映射图像的“JEPG读取”按钮、以及用于保存包括合成图像数据的色调映射图像的“JPEG保存”按钮364。
(高色调图像的自动色调转换过程)
将参照图23的流程图描述从高色调图像色调转换到低色调图像的过程。在步骤S2401获得HDR图像，并在步骤S2402把HDR图像一次转换到灰度图像。在步骤S2403，灰度图像进一步转换成对数图像。在步骤S2404，对数图像分离成纹理图像和素描图像。具体地，使用频率滤波器等把对数图像中包含的亮度信号的频率成分分离成与精细图案相关的纹理成分和表示整体素描轮廓的成分。纹理图像具有在宽动态范围中扩展的图像的特征，比如以动态范围加宽摄影模式成像的图像(如HDR图像)。素描图像具有以分辨率增强摄影模式成像的图像(如陶瓷)中得到的精细图案部分的特征。另外，在步骤S2405-1中针对纹理图像执行了对纹理图像的保持或色调改变处理，在步骤S2405-2中针对素描图像执行了色调改变处理。结果，当在步骤S2405-1中执行了色调改变处理时，精微的凹凸部分相对增强了。
在步骤S2405-2，素描图像的动态范围被压缩，从而暗部的亮度变得相对更大。在步骤S2405-2中的绘图参数成为素描图像亮度动态范围的压缩率，并对应于图17和18的例子中的“对比度”。在这点上，对比度代表动态范围的压缩参数。
在步骤S2406，对每个图像添加权重并合成各个图像，由此输出灰度图像。这里提到的权重是根据是否增强纹理、多少像素饱和等等来分配的。在步骤S2406中的绘图参数对应于图17和18的例子中的“纹理增强级”。
在步骤S2407中灰度图像转换成彩色图像。另外，在步骤S2408对得到的彩色图像执行γ校正和颜色饱和校正以获得输出图像。γ校正对应图17和18的例子中的“亮度”，颜色饱和校正对应“颜色”。
由于成分被分离为纹理成分和素描成分而能有效执行压缩，并且对每个成分执行不同的图像处理。即，对于动态范围加宽应用的高色调图像，在压缩亮度分布时，有效避免了即使精细凹凸成分也被压缩从而失去凹凸感的现象。因此，绘图设置部分推断用户是否针对动态范围加宽应用或分辨率增强应用使用了色调转换功能，并根据在摄影前观察到的状态、原始图像摄影期间的分析结果、高色调图像的特征等等适当地设置绘图参数。
(绘图参数的手动调节)
用户可以独立于自动设置来手动设置绘图参数。可选地，用户还可以在由色调转换部分自动设置之后把绘图参数微调到最佳绘图参数。如上所述，图18的色调转换控制台屏幕可用于微调。
(绘图参数设置过程)
现在将参照图24的流程图描述具体绘图参数的设置过程。首先，在步骤S2501确定要转换的图像类型，并根据图像类型设置绘图参数纹理增益a。具体地说，根据在对原始图像或高色调图像的动态范围摄影时所确定的用户的至少一个使用目的，来确定绘图参数的纹理增强级(纹理增益a)。动态范围越小，纹理增益a设置得越大。从下述等式确定纹理增益a。
纹理增益a＝k-w*log(DR)
(k，w：对比度，DR：高色调图像的动态范围)
然后确定图像的亮度。可以以绘图参数的对比度和亮度(γ)来控制亮度。首先，在步骤S2502根据高色调图像的动态范围确定对比度。如果动态范围大，则使对比度大。从摄影前观察到的图像中获得被加权来使饱和区域的权重变小的加权像素平均值。根据增益a和对比度，得到这样的加权像素平均值，其中执行了添加权重的步骤S2406的处理的图像被加权。在步骤S2503，确定γ来使得这两个加权像素平均值成为接近的值，即摄影前观察到的图像与显示的图像之间的亮度变化变小。
最后，在步骤S2504中根据γ得到颜色饱和校正参数并得到对比度。由于随着γ转换中γ值变大而得到没有颜色的白色图像，因此把颜色值(颜色饱和校正参数)设置成大。
这些调节可以自动执行也可由用户执行。在此情况下，与每个参数对应的图18的多个滑块的操作可以在相互关联的同时进行调节。例如，协作地操作滑块使得γ越大颜色值变得越大。在图18的例子中，由于分辨率增强应用的权重随着纹理增强滑块322操作来取得较高的值而变得更高，自动执行调节来使亮度滑块312和对比度滑块332变低。另一方面，由于动态范围加宽应用随着亮度滑块312取得较高值而变得更高，因此每个滑块协作地操作和移动以使得纹理增强滑块322变小而对比度滑块332变大。此外，可以提供用于开启/关闭滑块协作操作功能的开关部分。可以根据要转换的图像的动态范围或观察目的来自动设置如压缩率之类的绘图参数。
(加权绘图参数的设置)
另外，除了在绘图设置部分87中可选地设置专用于动态范围加宽应用或分辨率增强应用的绘图参数的配置以外，还可以采用考虑每个应用的权重而进行了加权的绘图参数。例如，在绘图设置部分87中分析观察应用，计算针对动态范围加宽应用和分辨率增强应用中的每一个的加权系数，并且根据相应设置的绘图参数在色调转换部分中执行色调转换。因此，可以在不把绘图参数固定到任一种应用的情况下设置考虑了动态范围加宽应用与分辨率增强应用之间的平衡的加权绘图参数，由此可以执行更灵活的图像显示和观察。如果绘图设置部分在自动确定观察应用时做出了错误的确定，则由于绘图参数的加权而可以预期得到在一定程度上反映了其它观察应用的显示结果。
在绘图设置部分中确定了两种观察应用的权重，并设置与它们对应的绘图参数来计算权重。具体地说，根据光晕去除的权重高低或者对比度增强的权重高低来执行适当的绘图参数设置。例如，在动态范围加宽应用中，适度地设置精细纹理增强度，并在抑制无光晕部分的亮度中的变化的方向上进行设置来增强光晕去除的权重。另一方面，在分辨率增强应用中，大大增强精细纹理，并且即使图像质量或图像色调稍微改变也要在增强对比度的方向上进行设置。根据条件的方向性，可以根据两种观察应用的权重来改变如纹理增强级之类的绘图参数。用于判断每个观察应用的权重的标准包括基于HDR图像的标准、成像期间成像条件的设置等等。
(基于HDR图像的判断标准)
在使用HDR图像的判断中，HDR图像的最小像素值和最大像素值之比即HDR图像的动态范围成为判断标准。在该方法中，如果由于光晕去除应用的比增大而动态范围大，则适度地设置纹理增强级，并且如果动态范围小，则纹理增强级设置得大。还可以使用HDR图像的亮度分布。如果亮度差异大且亮度分布在宽的范围上扩展，则把光晕去除权重估计得高。
(基于成像条件的判断标准)
在使用成像条件的判断中，可以使用照相机或成像部分的曝光时间设置。即，通过在HDR图像摄影之前执行临时摄影来估计场景的动态范围。在HDR图像成像时使用的曝光时间的范围反映了场景的动态范围。即，当曝光时间范围宽时光晕去除的权重高，当曝光时间的范围窄或者以单个曝光时间执行摄影时对比度增强的权重高。
因此，考虑了观察应用的重点是在于动态范围加宽应用还是在于分辨率增强应用来设置绘图参数，并且能够在色调转换部分中执行色调转换，以便可以执行与用户观察目的一致的平衡的观察。
(附有高色调数据的显示文件)
根据本实施例，用于保存合成图像数据的文件格式可以是具有把合成图像附在色调转换后的低色调图像上的形式的保存格式。低色调图像数据文件可以转换为带有用户区域的通用图像格式，如JPEG和TIFF，从而可以以通用显示程序来显示低色调图像数据部分。通过使用专用高色调图像文件生成程序，可以处理合成图像数据(它是低色调图像的原始数据)，并且在增强文件可读性的同时可以分配合成图像数据。
(保存文件格式)
HDR图像数据具有大大超过8位色调的色调，因此如果以与普通8位图像相同的格式来保存将会损坏原始数据。因此，一般以16位、32位浮点以及其它专用码的格式保存数据。然而，与这样的专用文件格式对应的图像显示软件并不广泛使用，大多数用户不能在通常使用的图像显示软件上浏览HDR图像。在根据本实施例的放大观察设备中，显示图像以普通图像格式JPEG和TIFF保存，HDR图像保存为元数据。于是用户可以通过通常使用的图像显示软件来使用显示图像。
(高色调图像的显示)
可以通过改变绘图参数来改变亮度、纹理增强级、颜色等等。在图25和26的图像中示出了改变了绘图参数的示例。在这些图中示出的图像都是从同一HDR图像生成的显示图像。显然，在图26中增强了精细纹理。通过使用能改变绘图参数的专用图像编辑程序，可通过读取元数据来改变HDR图像的绘图参数。因此，用户可以在他/她的计算机上编辑被拍摄的HDR图像以生成各种显示图像。这种纹理增强可以应用到一般的8位图像上，但由于8位图像与HDR图像相反的是其具有色调上的局限，因此不能表现精细的层次(gradation)。由于HDR图像具有丰富的色调，因此即使精细的层次也能漂亮地表现出来。
在低色调图像的色调转换之时的绘图参数可以记录在附有高色调数据的显示文件中。通过使用高色调文件生成程序，可以检查在生成低色调图像时使用的绘图参数。因此用户不必通过记录每个文件来存储绘图参数，可以得到一个通过文件以整合方式管理信息的极易于使用的附有高色调数据的显示文件。
另外，以不同绘图参数重新进行了色调转换的低色调图像被更新来代替附有高色调数据的显示文件的低色调图像数据。因此，通过为显示器低色调图像数据提供用作产生显示器低色调图像数据的基础的高色调图像数据，可以增强低色调图像的可读性，并且还可能重新调整低色调图像。
(附有高色调数据的显示文件的结构)
图27示出附有高色调数据的显示文件的结构。该图对应于JPEG和TIFF之类的通用图像文件的结构并包括头部区域和数据区域。图像的纵向宽度和横向宽度通常存储在头部区域中。一般在头部区域中提供了用户可以写入的用户设置区域。表示高色调数据的存在的标志插入到那个区域。低色调图像在数据区域中保存为与JPEG、TIFF等一致的8位数据，在作为元数据的低色调图像数据的后面提供高色调图像区域，并在其中记录了高色调图像的头部和数据。在高色调图像的头部区域中保存了如合成图像数据的文件大小之类的信息，在高色调图像的数据区域中保存了合成图像的实际数据。在实际数据的保存格式上适当地使用了已知的32位浮点TIFF、log Yuv、Open EXR等。针对数据大小可以采用非压缩的或无损压缩格式。另外，可以在高色调图像数据中提供绘图参数保持区域以记录在低色调图像的色调转换之时的绘图参数。绘图参数保持区域还可以提供在用户设置区域中。
当16位的合成图像色调转换为8位的低色调图像时，附有高色调数据的显示文件以比如8位显示系统的JPEG和TIFF之类的通用图像格式来保存低色调图像数据。由于在这样的图像文件中存在可由用户设置的用户设置区域，因此在该部分中可以记录用于表示合成图像数据被包含的信息以及在从合成图像色调转换到低色调图像之时的绘图参数。除了使用浮点法等的文件格式之外，还可以按数据大小来压缩合成的图像数据。可以适当地采用现有方法作为数据压缩方法。当把高色调图像数据保存到文件中时，在以适当色调转换方法在传统8位显示系统中对多色调数据进行显示之时的显示图像数据被以如JPEG和TIFF之类的通用图像格式来保存，并且多色调数据、和诸如显示参数之类用于依据多色调数据生成显示图像数据的数据可以添加到该文件的后面并被保存。
(纹理成分和素描成分的提取和分离)
在生成附有高色调数据的显示文件和把提取的纹理成分添加到该文件时，通过提取纹理成分可以减少打开文件所需的时间。按照惯例，当在监视器等上显示合成图像时，从合成图像中提取纹理成分的任务是必需的，以便以增强纹理的方式显示图像，从而处理时间变长。通过在文件保存的时候提前分离并保存纹理成分，可以减小纹理提取的计算量，由此从打开文件到显示进行了纹理处理的图像的处理变为高速或低负荷。在这种情况下，由于附加了纹理数据，附有高色调数据的显示文件的文件大小增加。同纹理成分一起从合成图像中提取出的素描成分被保存，并以高的数据大小压缩率保存该素描成分，从而可以抑制文件大小的增加。特别地，由于素描成分中的变化一般很小，因此，即使增加数据大小压缩率，图像质量的退化也很小。因此，可以在增加数据大小压缩率、减小文件大小并抑制图像质量退化的同时有效保存文件。
(对应像素关联功能)
可以关联(link)低色调图像和合成图像的像素并指定低色调图像上的任意像素，从而提供对应像素关联功能以显示合成图像在相关位置上的像素值。由于从合成图像到低色调图像的色调转换，在显示单元上显示的低色调图像有时不能以原始颜色显示。通过在把低色调图像与合成图像的坐标位置进行对应的同时关联每个像素，可以参考与低色调图像上指定点对应的合成图像的数据并可以读出信息。例如，当用户以诸如鼠标之类的定点设备从图19A和19B的屏幕上点击低色调图像上的任意点时，合成图像上与相关位置对应的像素值被读取，并在显示单元上显示关于其像素值或坐标位置的信息。在低色调图像上可以指定任意的点，并可根据合成图像与所显示图像之间的对应位置计算色度差。通过把图像计算单元81用作对应像素关联部分，实现了这种对应像素关联功能。可以通过以这种方式把HDR图像和LDR图像进行关联来识别从显示单元的屏幕上不能区分的颜色上的细微改变等。
(用于生成和保存附有高色调数据的显示文件的过程)
现在将描述用于生成和保存附有高色调数据的显示文件的过程。首先，建立合成了多个原始图像的合成图像数据，并在必要时保存。在建立数据过程中，从合成图像中提取纹理成分。
现在将描述用于把合成图像显示为低色调图像的绘图处理。在高色调图像文件生成程序中自动设置该情况下的绘图参数。可选地，用户可以设置绘图参数或者可以对自动设置的值进行微调。如JPEG和TIFF之类的通用图像格式可以用作绘图处理后的图像数据的文件格式。由于在图像文件中存在用户可以使用的用户设置区域，因此可以向相关区域写入表示了存在高色调图像数据的标志数据、高色调图像数据的关联(coupled)区域地址、和高色调图像数据的大小。另外，在数据区域中指定区域内生成与高色调图像数据关联的低色调图像文件。绘图参数还保存在配置于高色调图像区域中的绘图参数保持区域中。通过按下配置在图17和18的色调转换控制台屏幕300、300B的下部的“JPEG保存”按钮364(其作为色调数据保存部分的一个形式)，可以执行指定保存的指令。当按下“JPEG保存”按钮364时，显示出“另存为”对话框，以便用户可以指定期望的文件名并指定保存的格式。当仅保存合成图像时，可以指定32位浮点TIFF、logYuv、Open EXR等。可选地，当仅显示色调映射图像时可以指定JPEG、TIFF、BMP等。
以这种方式生成的附有高色调数据的显示文件可以通过通用图像显示程序来显示低色调图像数据。通过使用专用高色调图像文件生成程序可以显示被附在附有高色调数据的显示文件的尾部的高色调图像数据。当在图17和18的色调转换控制台屏幕300、300B中按下“JPEG读取”按钮362时，显示文件选择对话框，以便用户可以指定期望的文件。当以高色调图像文件生成程序来打开附有高色调数据的显示文件时，首先检查高色调图像数据的关联标志。在与高色调图像数据关联的图像文件的情况下，读取高色调图像数据，读取保存在绘图参数保持区域中的绘图参数，并且根据绘图参数执行绘图处理然后显示。
用户可以重设绘图参数来改变该状态下的低色调图像，在文件保存期间可以替换旧的低色调图像并保存为新的低色调图像。当对附有高色调数据的显示文件的低色调图像进行更新时，可以更新绘图参数保持区域的绘图参数。可以释放高色调图像数据的关联以分离合成图像和低色调图像，或者可以关联分离的合成图像和低色调图像。
由于传统HDR等的高色调图像的文件格式不是通用的，因此在大多数普通图像显示程序中不能显示，但是由于至少可以以相关方法容易地显示低色调图像并且可以理解数据的内容，因此这些文件格式也适于高色调图像的分配。通过使用高色调图像文件生成程序可以处理高色调图像数据，并可以满足文件的通用性和专用性。特别地，可以使用高色调图像文件生成程序替换调整了绘图参数的低色调图像。通过在压缩合成图像数据的数据大小的同时添加该数据，可以抑制这样的缺点，即附有高色调数据的显示文件的文件大小由于添加了大文件容量的高色调图像数据而变得很大。
(合成图像的获得、显示和保存)
在图28中显示了使用根据本实施例的放大观察设备的合成图像的获得、显示和保存。如该图所示，在适当地改变曝光时间的同时摄影的多个8位图像被合成，从而生成HDR图像，它是高色调图像。HDR图像具有极宽范围的色调，并且最大对比度与最小对比度之比大约是100000∶1。使用浮点法来记录HDR图像。当在如监视器之类的显示单元52上显示HDR图像时，执行了转换到能在显示单元52上显示的8位(256色调)等的色调映射图像数据的色调转换(色调映射)。因此即使在具有有限动态范围的显示器单元上，高色调HDR图像也可以显示为8位色图像。色调映射图像由于色调转换处理之时的绘图参数设置而大大改变。
(嵌入的图像文件保存)
HDR图像数据和色调映射图像数据可以分别以预定格式保存，但是色调映射图像数据可以以把HDR图像嵌入其中的方式来保存。嵌入的图像文件在头部记录色调映射图像数据并在尾部记录HDR图像数据。HDR图像数据处理为元数据。该文件可以是通用图像格式并可以以通用图像显示程序显示该色调映射图像数据。通过使用能处理该色调映射图像数据的专用软件，可以从HDR图像重新生成色调映射图像数据，并可以更新色调映射图像数据。因此，在维持图像的易操作性的同时实现了对HDR图像的使用。特别的，可以设置并替换图像参数从而得到用户喜欢的图像。
本发明的放大观察设备、高色调图像文件生成方法和放大图像摄影方法使得可以使用显微镜、反射型或透射型数字显微镜和数字照相机来生成和浏览HDR图像。

Claims (16)

1.一种放大观察设备，能够显示通过根据设置的成像条件对要被成像的标本成像而得到的图像，所述放大观察设备包括：
成像条件设置部分，当在成像单元中对原始图像成像时，至少设置曝光时间作为成像条件；
成像单元，根据在成像条件设置部分中关于标本的观察位置设置的成像条件来对具有预定动态范围的原始图像进行成像，该动态范围是最小亮度与最大亮度之比；
合成图像生成部分，通过对在不同成像条件下在标本的相同观察位置处成像的多个原始图像进行合成，来生成色调高于原始图像色调宽度的合成图像数据；和
模式选择部分，选择动态范围加宽摄影模式或者选择分辨率增强摄影模式来作为用于依据在成像单元中成像的多个原始图像得到合成图像的合成图像摄影模式，所述动态范围加宽摄影模式用于生成具有比原始图像宽的动态范围的合成图像，所述分辨率增强摄影模式用于在比原始图像窄的动态范围中从原始图像增强亮度分辨率。
2.如权利要求1所述的放大观察设备，其中模式选择部分构造来根据关于所得图像的图像分析或成像条件自动选择适当的合成图像摄影模式。
3.如权利要求2所述的放大观察设备，还包括显示单元，用于显示由成像单元成像的图像，其中
当自动选择合成图像摄影模式时，模式选择部分根据关于在显示单元上显示的图像中是否存在饱和部分的确定结果，在存在饱和部分时选择动态范围加宽摄影模式，并在不存在饱和部分时选择分辨率增强摄影模式。
4.如权利要求2所述的放大观察设备，其中在成像条件设置部分中设置适于每个合成图像摄影模式的曝光时间，以根据模式选择部分中的确定结果在改变成像条件的同时对多个原始图像进行成像。
5.如权利要求2所述的放大观察设备，其中当自动选择合成图像摄影模式时，模式选择部分根据关于在任何临时图像中是否存在饱和部分的确定结果，在存在饱和部分时选择动态范围加宽摄影模式，并在不存在饱和部分时选择分辨率增强摄影模式，所述临时图像是以预先设置的临时成像条件成像的，其数量小于要成像来用于生成合成图像所必需的原始图像的数量。
6.如权利要求5所述的放大观察设备，其中
当在模式选择部分中选择了动态范围加宽摄影模式时，在成像条件设置部分中设置了一个用于改变曝光时间的范围来作为用于改变曝光时间以得到多个原始图像的范围，所述用于改变曝光时间的范围用来把曝光时间从一个其中曝光时间被减小到在临时图像的所有区域中都没有发生曝光过度这样一种程度的范围改变到一个其中曝光时间被改变到在临时图像的所有区域中都没有发生曝光不足这样一种程度的范围，并且
当选择了分辨率增强摄影模式时，从多个临时图像中提取没有饱和区域并且具有最宽亮度分布范围的临时图像，并在成像条件设置部分中根据对所提取的临时图像进行成像的曝光时间来设置用于改变曝光时间的范围。
7.如权利要求2所述的放大观察设备，其中当自动选择了合成图像摄影模式时，模式选择部分根据通过合成临时图像而得到的临时合成图像来确定临时合成图像的动态范围是否大于成像单元的动态范围，所述临时图像是以预先设置的临时成像条件成像的，其数量小于要成像来用于生成合成图像所必需的原始图像的数量，并且所述模式选择部分在临时合成图像的动态范围更大时选择动态范围加宽摄影模式，在临时合成图像的动态范围更小时选择分辨率增强摄影模式，根据所选的合成图像摄影模式，在成像条件设置部分中设置用于改变曝光时间的范围。
8.如权利要求7所述的放大观察设备，其中当在模式选择部分中选择了分辨率增强摄影模式时，合成图像生成部分通过以固定为恒定值的曝光时间对成像单元中的多个原始图像进行成像并得到帧平均值来生成合成图像数据。
9.如权利要求1所述的放大观察设备，还包括曝光时间调节部分，把由成像条件设置部分设置的原始图像曝光时间进一步调节到期望的值。
10.如权利要求2所述的放大观察设备，还包括色调转换部分，把由合成图像生成部分所生成的合成图像数据转换成具有能在显示单元上显示的色调宽度的低色调图像数据。
11.如权利要求2所述的放大观察设备，还包括
绘图设置部分，设置与以下图像处理相关的绘图参数，该图像处理用于在色调转换部分中根据要被转换的图像的特性把合成图像色调转换为与要被转换的图像相区别的低色调图像数据，其中
由色调转换部分根据在绘图设置部分中设置的绘图参数来执行图像处理，并在显示单元上进行显示。
12.一种放大观察设备，能够显示通过根据设置的成像条件对要被成像的标本成像而得到的图像，所述放大观察设备包括：
成像条件设置部分，当在成像单元中对原始图像成像时至少设置曝光时间作为成像条件；
成像单元，根据在成像条件设置部分中关于标本的观察位置设置的成像条件来对具有预定动态范围的原始图像成像，该动态范围是最小亮度与最大亮度之比；
合成图像生成部分，通过对在不同成像条件下在标本的相同观察位置处成像的多个原始图像进行合成，来生成色调高于原始图像色调宽度的合成图像数据，其中
在成像条件设置部分中，根据该应用是动态范围加宽摄影应用还是分辨率增强摄影应用，来设置通过对关于每个应用的成像条件进行加权和结合而得到的加权成像条件，所述动态范围加宽摄影应用用于生成动态范围比原始图像的动态范围宽的合成图像，所述分辨率增强摄影应用用于在比原始图像的动态范围窄的动态范围内从原始图像增强亮度分辨率，以依据在成像单元中成像的多个原始图像得到合成图像。
13.一种放大观察设备，能够显示通过根据设置的成像条件对要被成像的标本成像而得到的图像，所述放大观察设备包括：
成像条件设置部分，当在成像单元中对原始图像成像时，至少设置曝光时间作为成像条件；
成像单元，根据在成像条件设置部分中关于标本的观察位置设置的成像条件来对具有预定动态范围的原始图像进行成像，该动态范围是最小亮度与最大亮度之比；
合成图像生成部分，通过对在不同成像条件下在标本的相同观察位置处成像的多个原始图像进行合成，来生成色调高于原始图像色调宽度的合成图像数据，其中
用于依据在成像单元中成像的多个原始图像得到合成图像的合成图像摄影模式包括用于在比原始图像窄的动态范围中从原始图像的亮度分辨率来增强亮度分辨率的分辨率增强摄影模式。
14.用于对放大的图像摄影的方法，该方法包括步骤：
设置包括成像单元曝光时间的成像条件；
根据成像条件在成像单元中对多个原始图像成像；
合成多个原始图像并生成合成图像数据，其中
所述设置成像条件的步骤包括：
确定显示在显示单元上的图像中是否存在饱和区域，并在存在饱和区域时切换到动态范围加宽摄影模式，在不存在饱和区域时切换到分辨率增强摄影模式；和
设置曝光时间，使得当把曝光时间设置成与所选合成图像摄影模式对应的成像条件时，在分辨率增强摄影模式下设置的曝光时间改变量小于在动态范围加宽摄影模式下设置的改变量。
15.用于对放大的图像摄影的方法，该方法包括步骤：
设置包括成像单元曝光时间的成像条件；
根据成像条件在成像单元中对多个原始图像成像；
合成多个原始图像并生成合成图像数据，其中
所述设置成像条件的步骤包括：
在成像单元中对多个原始图像成像之前，确定在预先设置的临时成像条件下所成像的多个临时图像中是否存在饱和区域，并在存在饱和区域时切换到动态范围加宽摄影模式，在不存在饱和区域时切换到分辨率增强摄影模式；和
设置曝光时间，使得当把曝光时间设置成与所选合成图像摄影模式对应的成像条件时，在分辨率增强摄影模式下设置的曝光时间改变量小于在动态范围加宽摄影模式下设置的改变量。
16.用于对放大的图像摄影的方法，该方法包括步骤：
根据预先设置的多个临时成像条件在成像单元中对多个临时图像成像；
通过合成多个临时图像生成临时合成图像；
根据临时合成图像来确定临时合成图像的动态范围是否大于成像单元的动态范围，所述动态范围是最小亮度与最大亮度之比；
当临时合成图像的动态范围较大时选择动态范围加宽摄影模式，而当临时合成图像的动态范围较小时选择分辨率增强摄影模式；
根据所选的合成图像摄影模式来选择曝光时间以对原始图像成像，所述原始图像的数量大于临时图像的数量；
根据曝光时间的设置在成像单元中对多个原始图像成像；
通过合成多个原始图像来生成合成图像数据；和
把合成图像转换成具有适于显示的色调宽度的低色调图像数据，并在显示单元上显示该图像。
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