CN102156976A

CN102156976A - 运算装置、运算方法、运算程序、以及显微镜

Info

Publication number: CN102156976A
Application number: CN2010105948248A
Authority: CN
Inventors: 山本隆司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-08-17
Also published as: JP2011133816A; JP5504881B2; US8803965B2; US20110157350A1

Abstract

本申请公开了一种运算装置、运算方法、运算程序、以及显微镜，该运算装置包括：像获取部，被配置为获取样本的相差像；检索范围设定部，被配置为对所述相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；相关性计算部，被配置为计算所述一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；以及视差计算部，被配置为根据由此计算的所述相关性对所述一个像中的像素计算视差。

Description

运算装置、运算方法、运算程序、以及显微镜

技术领域

本发明涉及自动运算装置、自动运算方法、自动运算程序、以及显微镜，更具体地，涉及适于应用于例如放大生物体样本以观察的领域的自动运算装置、自动运算方法、自动运算程序、以及显微镜。

背景技术

在病理学诊断中，诸如组织切片的生物体样本被固定于载片上，然后通过染色处理以及封入处理被制作为标本的形式。通常，当标本的存储时间变长时，标本在显微镜下的可见性由于生物体样本的退化、褪色等而变得更差。此外，在某些情况下，在制作标本的场所(诸如医院)以外的场所中对标本进行镜检。然而，通常通过邮寄进行标本的投递和接收，因此需要花费一定的时间进行用于标本的投递和接收的邮寄。

鉴于这种实际情况，提出了用于将生物体样本保存为图像数据的装置。例如，在日本专利公开第2009-175334号中描述了该装置。

发明内容

现在，当将生物体样本获取为图像数据时，为了将光学透镜聚焦在生物体样本上，有必要掌握生物体样本在光学透镜的光轴方向上的位置。

迄今为止，以预定的间隔在光学透镜的光轴方向上移动光学透镜的焦点，并且根据在这些焦点处拍摄的图像的对比来检出生物体样本的位置。例如，当对光学透镜的光轴方向的检索范围是100μm时，并且用于对生物体样本聚光的光学透镜的对象景深是1μm时，从大约100张拍摄图像中检出生物体样本的位置。

这种情况下，需要花费大量时间，直到检出生物体样本的位置，从而，将生物体样本获取为图像数据的效率显著降低。

另一方面，使用立体相机的方法是已知的检测物体位置的方法。在通常的立体相机的情况下，通过使用两个独立的相机获取对象像，并获得作为基准的一个像中的像素与另一个像中的预定检索范围中的像素之间的相关性。并且，根据具有最高相关性的像素的偏移量(视差)来计算对象的位置。

这里，对于立体相机，为了检测不连续设置的物体的位置，关于作为基准的一个像中的像素的比较像的检索范围全部被设定为彼此相同。

因此，同样期望使用这种方法来检测生物体样本的位置。然而，即使使用这种方法，也需要花费大量的时间来获得相关性，这导致将生物体样本获取为图像数据的效率显著下降。

为了解决上述问题而进行本发明，因此期望提供能够提高对象像获取效率的厚度运算装置、厚度运算方法、厚度运算程序、以及显微镜。

为了实现上述期望，根据本发明的实施方式，提供了一种运算装置，包括：像获取部，被配置为获取样本的相差像；检索范围设定部，被配置为对该相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在该相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；相关性计算部，被配置为计算该一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；以及视差计算部，被配置为根据由此计算的该相关性对该一个像中的像素计算视差。其中，该检索范围设定部根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种运算方法，包括以下步骤：获取样本的相差像；对该相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在该相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；计算该一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；根据由此计算的该相关性对该一个像中的像素计算视差。其中，在检索范围设定步骤中，根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种运算程序，用于使计算机执行以下步骤：获取样本的相差像；对该相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在该相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；计算该一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；根据由此计算的该相关性对该一个像中的像素计算视差。其中，在检索范围设定步骤中，根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

根据本发明的再一实施方式，提供了一种显微镜，包括：镜，用于使来自物镜的入射光直线传播或被反射；第一摄像元件，用于拍摄在该物镜上成像并在该镜的直线侧或反射侧中的一侧上投射的对象像；开口，以一对为单位设置在该镜的直线侧或反射侧中的另一侧上的后方，并且均具有使对象景深变为大于物镜的对象景深的尺寸；分离透镜，设置在各个该开口的后方，用于在在镜的直线侧或反射侧中的另一侧上投射的对象像预期成像的面上形成相差像；第二摄像元件，设置为以对象像预期成像的面作为摄像面；像获取部，被配置为从该第二摄像元件获取样本的相差像；检索范围设定部，被配置为对该相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在该相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；相关性计算部，被配置为计算该一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；以及视差计算部，被配置为根据由此计算的该相关性对该一个像中的像素计算视差。其中，该检索范围设定部根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

结果，作为代表的各像素的相关性被宽范围检索，从而获得视差，根据由此获得的视差，除了作为代表的各像素以外的像素的相关性被窄范围检索。从而，可以大大减少运算的次数。

如上文描述地，根据本发明，作为代表的各像素的相关性被宽范围检索，从而获得视差，根据由此获得的视差，除了作为代表的各像素以外的像素的相关性被窄范围检索，从而获得视差。因此，可以大大减少运算的次数。从而，可以提高对象像获取效率。

附图说明

图1是示出根据本发明实施方式的显微镜的结构和构造的示意图；

图2是示出组织切片的被摄对象像和相差像的照片；

图3是示出图1所示的总控制部的功能构造的示意图；

图4A和图4B分别是用于说明对代表点设定检索范围的示意图；

图5是用于说明对除了代表点的像素以外的像素设定检索范围的示意图；

图6是示出对应于组织切片厚度的相关性分布的示意图；

图7是示出运算处理进程的流程图；

图8是示出通常的立体相机的构造的示意图；以及

图9A和图9B是用于说明本发明实施方式的变形例中的划分方式的示意图。

具体实施方式

下文将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。注意，下面将依照以下顺序给出描述。

1.实施方式

2.变形例

1.实施方式

[1-1.显微镜的结构和构造]

图1示出根据本发明实施方式的显微镜1。显微镜1具有平板状镜台11，在其上放置标本PRT。

利用预先确定的固定技术，将诸如结缔组织(诸如血液)、上皮组织或这两者的组织切片TS固定并封入载片，以获得标本PRT。并且，如果必要可以对组织切片TS进行染色。这种染色不仅包括以苏木精伊红(HE)染色、吉姆萨(Giemsa)染色或巴氏(Papanicolaou)染色为代表的被称作一般染色的染色，还包括诸如萤光原位杂交(FISH)或酶标记抗体技术等被称作特殊染色的染色。

平板状镜台11设置有镜台驱动机构12。镜台驱动机构12适于在与镜台平面平行的方向(X轴-Y轴方向)上以及与镜台平面垂直的方向(Z轴方向)上驱动镜台11。另外，通常在放置标本PRT的一侧的镜台面(下文也称作“标本放置面”)中设置用于将标本PRT限制在固定位置处的限制部(未示出)。

在与镜台11的标本放置面相对的面侧设置光源13。光源13适于通过在用于照明经过一般染色的组织切片TS的光(下文也称作“明视野照明光”)和用于照明经过特殊染色的组织切片TS的光(下文也称作“暗视野照明光”)之间进行切换来执行照明。然而，可以照射明视野照明光或暗视野照明光中的一种光的光源也可被用作光源13。在光源13和镜台11之间设置将标本放置面上的基准位置的法线作为光轴的聚光透镜14。

在镜台11的标本放置面上设置具有预定倍率且将镜台面上的基准位置的法线作为光轴的物镜15。在物镜15的后方设置将物镜15的主成像面形成的面作为成像区域的摄像元件16。

此外，在显微镜1中，在物镜15与摄像元件16之间、标本放置面上的基准位置的法线上设置半反射镜17。半反射镜17将从物镜15入射至其的光分离为传输光和反射光。

场镜18将从物镜15投射至半反射镜17的例如反射侧上的对象像传递至后方(预期成像面)。由于通过半反射镜17反射的对象光被在场镜18中收集，因此抑制了视野周围亮度的减小。

在场镜18的后方设置光阑掩模19。并且，光阑掩模19在与场镜18的光轴垂直的面上的关于作为边界的光轴对称的各个位置处具有一对开口19A和19B。以分离透镜20A和20B的对象景深大于物镜15的对象景深的方式来调整开口19A和19B的尺寸。

光阑掩模19通过开口19A和19B来分离从场镜18入射至其的对象光通量。通过分离而获得的光通量在对象光通量的成像面上彼此交错，以变为在成像面附近彼此交换位置关系的光通量。

分离透镜20A和20B分别设置在这对开口19A和19B的后方。分离透镜20A和20B对通过对应的开口19A和19B进行分离而获得的分离光通量进行倾斜(偏移)成像，并且在由场镜18传递的预期成像面上形成一组对象像(下文也称作“相差像”)。

注意，当分离透镜20A和20B经受渐晕时，分离光通量部分损失。为此，与场镜18的中心侧相对设置分离透镜20A和20B以防止渐晕。

摄像元件21未被构造为线传感器(line sensor)的形式，而是被构造为面传感器(area sensor)的形式，在面传感器中，通过场镜18传递的对象像的预期成像面用作成像区域。

图2示出通过使用设置在物镜15的主成像面上的摄像元件16拍摄的明视野像的照片(被摄对象像)，以及通过使用设置在物镜15的预期成像面上的摄像元件21拍摄的相差像的照片。从图2可以看出，在摄像元件16的成像区域(主成像面)上成像的明视野像通过分离透镜20A和20B在摄像元件21的成像区域(预期成像面)上成像为相差像。

关于显微镜1中的控制系统，镜台驱动控制部31、照明控制部32、像拍摄控制部33、以及相差像拍摄控制部34通过通信路径分别连接镜台驱动机构12、光源13、摄像元件16、以及摄像元件21。

这些控制系统被配置为包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、作为CPU的工作存储器的随机存取存储器(RAM)以及运算电路等的计算机形式。

通过控制镜台驱动机构12的驱动，镜台驱动控制部31在镜台面方向(X轴-Y轴方向)上移动(扫描)镜台11，以将标本PRT的组织切片TS分配于聚光透镜14会聚的聚光部分。

此外，通过控制镜台驱动机构12的驱动，镜台驱动控制部31在垂直于镜台面的方向(Z轴方向上(即组织切片TS的深度方向上))上移动(扫描)镜台11，以使得被分配于聚光部分的组织切片TS的一部分与物镜15的焦点重合。

照明控制部32对应于获取明视野像的模式(下文也称作“明视野模式”)或获取暗视野像的模式(下文也称作“暗视野模式”)在光源13中设定参数，并且使光源13照射照明光。例如，参数用于照明光强度或光源种类的选择等。

注意，明视野模式中的照明光通常是可见光。另一方面，暗视野模式中的照明光是在其中包含激发特殊染色中使用的荧光标记的波长的光。

当从光源13照射照明光时，照明光通过聚光透镜14被会聚在镜台11的标本放置面的基准位置上。通过聚光透镜14在其上聚光的部分(标本PRT中的组织切片TS的一部分)的像被放大并成像在物镜15的成像面上，放大了的像通过物镜15成像在摄像元件16的成像区域上作为对象像。此外，通过半反射镜17反射的、对应于对象像的光通过分离透镜20A和20B成像在摄像元件21的成像区域(预期成像面)上作为相差像。

像拍摄控制部33对应于明视野模式或暗视野模式在摄像元件16中设定参数，并获取在摄像元件16的成像区域上成像的对象像的数据。例如，这些参数是曝光的开始定时、结束定时等。

相差像拍摄控制部34对应于明视野模式或暗视野模式在摄像元件21中设定参数，并且获取在摄像元件21的成像区域上成像的相差像的数据。例如，这些参数是曝光的开始定时、结束定时等。

现在，显微镜1设置有用于显微镜1的整体控制的控制部(下文称作“总控制部”)30。控制部30通过数据通信路径连接镜台驱动控制部31、照明控制部32、像拍摄控制部33、以及相差像拍摄控制部34。总控制部30被配置为包括CPU、ROM、RAM、运算电路以及硬盘(HDD)等的计算机形式。

总控制部30等待明视野模式或暗视野模式的开始指令。当总控制部30接收到开始指令时，总控制部30向镜台驱动控制部31、照明控制部32、像拍摄控制部33以及相差像拍摄控制部34中的每一个发布在与开始指令相应的模式下开始控制的命令。

每当标本PRT的组织切片TS的一部分被分配于镜台驱动控制部31中，总控制部30就会使摄像元件21拍摄组织切片TS的该部分的像，从而获取组织切片TS的该部分的相差像上的数据。

这里，在显微镜1中，显微镜1的开口19A和19B被设定为以下方式：分离透镜20A和20B的对象景深充分深于固定于标本PRT的组织切片TS的厚度。因此，总控制部30在对应于相差像的光在组织切片TS的一部分的整个厚度方向上聚焦的状态下获得相差像。

总控制部30使由此获得的相差像进行稍后将描述的运算处理，并且计算相差像中的另一个像(下文也称作“比较像”)关于相差像中的被用作基准的一个像(下文也称作“基准像”)的像素的视差(偏移量)。

总控制部30根据由此计算的视差(偏移量)确定物镜15的焦点将要会聚于其上的位置(下文也称作“聚焦位置”)。

通过总控制部30，计算物镜15的焦点关于聚焦位置的移动量，并且通过镜台驱动控制部31移动镜台11。并且，在存储介质中存储通过使用摄像元件16而获取的组织切片TS的一部分中的放大像的数据。

并且，总控制部30等待显示指令。当总控制部30接收到显示指令时，总控制部30从存储介质中读出对应于显示指令指定的放大像的数据，并将由此读出的数据发送至发送目的地。

如上所述，显微镜1将标本PRT的组织切片TS的像作为镜检状态中的图像数据存储，由此，组织切片TS的信息可被长时间保存，而固定、染色等状态没有劣化。

[1-2.运算处理]

在总控制部30中，用于计算比较像CG关于相差像中基准像SG的像素的相关性和视差的程序(下文也称作“运算程序”)被存储在HDD中。

总控制部30从HDD读出运算程序，并在RAM中展开如上读出的运算程序，从而执行运算处理。这时，根据运算程序，总控制部30具有作为如图3所示的相差像获取部41、划分部42、检索范围设定部43、相关性计算部44、以及视差计算部45的功能。

相差像获取部41通过相差像拍摄控制部34来获取通过使用摄像元件21拍摄的相差像上的数据。

如图4A所示，当相差像中的基准像SG和比较像CG均具有例如640×480像素的区域时，划分部42以各自像的中心为基准设定均具有例如560×400个像素的区域SCR和CCR(下文均称作“相关性计算区域”)。顺便提及，在分别窄于基准像SG和比较像CG的范围内设定相关性计算区域SCR和CCR，从而可以算出基准像SG的像素与比较像CG的预定范围中的像素之间的相关性。

划分部42将基准像SG的相关性计算区域SCR和比较像CG的相关性计算区域CCR划分为16个区域SDR和16个区域CDR(下文均称作“划分区域”)，例如，每个具有140×100个像素。

检索范围设定部43在基准像SG的划分区域SDR中提取例如9个像素作为代表点RP。例如，选择划分区域SDR中的中心像素、以及以中心像素为中心的具有预定尺寸的矩形的顶点和4个边的中点对应的像素作为代表点RP。这里，设定多个代表点RP，可以防止在组织切片TS中的什么也没有的区域或者难以执行检索的区域(诸如脂肪细胞)中设定代表点RP而导致的检索错误。

检索范围设定部43将比较像CG中的用于计算与代表点RP的相关性的像素的范围(下文也称作“检索范围”)D设定为±40个像素，检索范围D以比较像CG中的位于与代表点RP对应的位置处的像素(下文也称作“比较像素”)作为中心。

这里，固定于标本PRT的组织切片TS在某些情况下具有约100μm尺寸的起伏。因此，当视差例如以5μm/像素的程度被检出时，在±40个像素的范围内，即，在±200μm的范围内计算每个相关性，因此，在检索范围D内可以可靠地检测分别与各代表点RP之间具有最高相关性的各像素。

相关性计算部44计算划分区域SDR中的代表点RP与检索范围D中的像素之间的相关性值。

这里，在每个划分区域SDR中代表点RP具有9个像素，检索范围D在以比较像素作为中心的±40个像素的范围中具有81个像素，并且划分区域SDR的数量是16。因此，为了计算代表点RP与检索范围D中的像素之间的相关性，相关性计算部44执行11,664(＝9×81×16)次相关性运算。

视差计算部45在关于每个代表点RP的检索范围D内检测与代表点RP具有最大相关值的像素，即，与代表点RP具有最高相关性的像素，并且计算该像素与比较像素的距离(偏移量)作为视差。

对于每个划分区域SDR，检索范围设定部43根据相关的划分区域SDR中的代表点RP的视差，为划分区域SDR中除了代表点RP以外的像素设定检索范围。

具体地，如图5所示，检索范围设定部43设定检索范围D1～D4，检索范围D1～D4中的每一个均落入为各代表点RP设定的±40像素的检索范围D内，并且窄于检索范围D(这种情况下该范围是33像素)。

例如，以比较像素(X，Y)作为基准，在(X-40，Y)至(X-8，Y)的范围中设定检索范围D1。以比较像素(X，Y)作为基准，在(X-24，Y)至(X+8，Y)的范围中设定检索范围D2。同样，在(X-8，Y)至(X+24，Y)的范围中设定检索范围D3，在(X+8，Y)至(X+40，Y)的范围中设定检索范围D4。

这里，如果视差以5μm/像素被检出，用于除了代表点RP以外的像素的各检索范围D1～D4被设定为33个像素，由此在分别以检索范围D1～D4的中心作为基准的±60μm的范围内计算相关性和视差。由于实际的组织切片TS在大约3mm的视野角内具有大约±20μm尺寸的起伏，所以当在±60μm的范围内计算相关性和视差时，执行上述设定以充分满足检索范围。

如图6所示，例如，根据每个划分区域SDR中的9个代表点RP的视差，检索范围设定部43相互比较9个代表点RP的视差的平均值与各检索范围D1～D4的中心位置。结果，检索范围设定部43将中心位置最接近平均值的检索范围D1～D4中的一个设定为对于划分区域SDR的检索范围。

相关性计算部44计算各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素与由此设定的检索范围D1～D4中的一个中的像素之间的相关值。

这里，划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素有(140×100-9)个像素，每个检索范围D1～D4具有33个像素，并且划分区域SDR的数量是16。因此，为了计算除了代表点RP以外的像素与检索范围D1～D4中的一个中的像素之间的相关性，相关性计算部44执行7,387,248(＝(140×100-9)×33×16)次相关性运算。

关于除了代表点RP以外的各像素，视差计算部45在检索范围D1～D4中的一个内检测与除了代表点RP以外的像素具有最高相关性的像素，并且计算比较像素与检出的像素的距离(偏移量)作为视差。

获得这样一种关系：在视差大时组织切片TS位于物镜15侧(前侧)，而在视差小时组织切片TS位于后侧。因此，对于基准像SG的各像素的视差对应于表示标本PRT中组织切片TS的像拍摄范围(反映在物镜15的成像面上的区域)的不平坦状态的信息。

如上所述，总控制部30将基准像SG的相关性计算区域SCR和比较像CG的相关性计算区域CCR分别划分为16个划分区域SDR，并且分别为16个划分区域的9个代表点RP设定检索范围D，从而计算相关性和视差。并且，根据相关的代表点RP的视差，总控制部30为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的各像素设定检索范围D1～D4中的一个，从而计算相关性和视差。

因此，相关性计算部44为了计算代表点RP的相关性执行11,664次相关性运算，并且为了计算除了代表点RP以外的像素的相关性执行7,387,248次相关性运算。因此，相关性计算部44总共执行7,398,912(＝11,664+7,387,248)次运算。

[1-3.运算处理的过程]

接下来，将参照图7中示出的流程图描述上述运算处理的过程。

实际上，总控制部30的操作进入开始步骤，然后进行至下一步骤SP1的处理。在步骤SP1中，总控制部30通过相差像拍摄控制部34获取通过使用摄像元件21拍摄的相差像，然后总控制部30的操作进行至下一步骤SP2的处理。

在步骤SP2中，总控制部30设定相关性计算区域SCR和CCR作为可以为相差像的基准像SG和比较像CG计算相关性的区域，然后，总控制部30的操作进行至下一步骤SP3的处理。

在步骤SP3中，总控制部30将在基准像SG中设定的相关性计算区域SCR、比较像CG中设定的相关性计算区域CCR分别划分为例如16个划分区域SDR、16个划分区域CCR，然后，总控制部30的操作进行至下一步骤SP4的处理。

在步骤SP4中，总控制部30在基准像SG的划分区域SDR中提取例如9个像素作为代表点RP，对于每个代表点RP，以比较像素为中心设定检索范围D，然后，总控制部30的操作进行至下一步骤SP5的处理。

在步骤SP5中，总控制部30计算代表点RP与检索范围D中的像素的相关性。并且，在步骤SP6中，总控制部30计算比较像素与具有最高相关性的像素之间的距离作为相差(偏移量)，然后，总控制部30的操作进行至下一步骤SP7的处理。

在步骤SP7中，根据代表点RP的相差，总控制部30对各划分区域SDR中的除了代表点以外的各像素设定窄于检索范围D的检索范围D1～D4中的一个，然后，总控制部30的操作进行至下一步骤SP8的处理。

在步骤SP8中，总控制部30计算除了代表点RP以外的像素与由此设定的检索范围D1～D4中的一个的像素之间的相关性。并且，在步骤SP9中，总控制部30计算比较像素与具有最高相关性的像素之间的距离作为相差，然后，总控制部30的操作结束。

[1-4.操作和效果]

在上述配置中，总控制部30通过摄像元件21拍摄相差像，并且将相差像中的基准像SG和比较像CG分别划分为多个划分区域。

并且，为了对划分区域SDR中的各代表点RP进行比较像CG中的计算，总控制部30设定具有预定像素数量的检索范围，从而计算相关性和视差。

对于各划分区域，总控制部30根据代表点RP的视差对各划分区域中的除了代表点RP以外的像素设定窄于为各代表点RP设定的检索范围D的检索范围D1～D4，从而计算相关性和视差。

结果，总控制部30通过计算代表点RP的视差来检测对应于划分区域SDR的组织切片TS的大致位置。并且，总控制部30根据由此检测的大致位置为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定检索范围。

因此，即使总控制部30将用于各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素的检索范围D1～D4均设定为窄于用于代表点RP的检索范围D的范围，在检索范围D1～D4内也能够检测到与除了代表点RP以外的像素具有最高相关性的像素。

然而，当为基准像SG中的相关性计算区域SCR的所有像素均设定以比较像素为中心的±40个像素的检索范围D时，像素数量是560×400，并且检索范围具有81个像素。因此，在这种情况下，需要执行18,144,000(＝560×400×81)次相关性运算。

另一方面，总控制部30将相关性计算区域SCR划分为例如16个划分区域SDR，并且为16个划分区域SDR的每一个中的9个代表点RP设定以比较像素为中心的±40个像素的检索范围D。此外，总控制部30根据代表点RP的视差为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定均具有33个像素的检索范围D1～D4。

因此，总控制部30仅执行7,398,912次相关性运算。因此，与为所有像素设定检索范围D的情况相比，仅需执行约40％的运算次数，因此，可以实现运算处理的大幅提速。

此外，对于通常的立体相机，如图8所示，为了计算在深度方向上不连续设置的物体(障碍物)的位置，难以限制(缩小)检索范围。此外，在通过粗略检索确定障碍物的大致位置之后，检索范围被限制，从而为障碍物的位置执行精细检索。然而，在该方法中，由于粗略检索与精细检索在运算的精度上彼此不同，所以在精细检索中必须再次为整个范围执行检索。

另一方面，当检索针对具有连续分布结构的组织切片TS的像时，各划分区域SDR内的组织切片TS的像在深度方向上近似平坦。因此，总控制部30可以在窄于检索范围D的范围中设定检索范围D1～D4的每一个，并且该设置特别有用。此外，对代表点RP进行的相关性和视差的运算以及对除了代表点RP以外的像素进行的相关性和视差的运算在运算精度上彼此相同。因此，可以进一步提高运算处理的速度，因为无需在窄的检索范围D1～D4中再次为代表点RP执行运算。

此外，总控制部30将检索范围D1～D4均设定为在检索范围D内并窄于检索范围D，使得检索范围D1～D4彼此部分重叠。结果，可以防止当总控制部30为各划分区域SDR中的像素设定检索范围时，总控制部30为各划分区域SDR中的像素全部设定相同的检索范围，结果在检索范围内不能检测到与各像素具有最高相关性的像素。

根据上述结构，基准像SG的相关性计算区域SCR被划分为划分区域SDR，并且为各划分区域SDR的各代表点RP设定检索范围D，从而计算相关性和视差。并且，根据代表点RP的视差，为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定检索范围D1～D4中的一个，从而计算相关性和视差。

对于基准像SG的像素的比较像CG的相关性和视差，可以大量减少运算的次数而不降低运算精度。因此，可以高速计算组织切片TS上的不平坦信息，从而可以提高对象像获取效率。

2.变形例

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：各相关性计算区域SCR和CCR均被划分为16个划分区域SDR，从16个划分区域SDR的每一个中提取9个代表点RP，并且为16个划分区域SDR的每一个中的除了代表点RP以外的像素设定检索范围D1～D4中的一个。然而，本发明不限于此。也就是说，各相关性计算区域SCR和CCR的划分数量、各划分区域SDR中的代表点RP的数量以及为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定的检索范围的数量可被任意设定。

然而，增加划分数量并且增加检索范围数量以缩小一个检索范围，可以进一步提高运算处理的速度。注意，各相关性计算区域SCR和CCR的划分数量增加，从而在一个划分区域SDR中组织切片TS的像中的起伏(厚度方向上的偏移)变小。从而，即使进一步缩小检索范围，与基准像SG的像素具有最高相关性的像素也能够被可靠地检出。

作为实例，均具有560×400个像素的各相关性计算区域SCR和CCR被划分为64(8×8)个划分区域SDR，在各划分区域SDR中设定16个代表点RP。此外，为各代表点RP设定以代表点RP为中心的±40个像素的检索范围D，为除了代表点RP以外的像素设定的检索范围数量为16，每个检索范围设定为具有11个像素。

这种情况下，为了计算与代表点RP的相关性，相关性计算部44执行82,944(＝16×81×64)次相关性运算。此外，为了计算与除了代表点RP以外的像素的相关性，相关性计算部44执行2,452,736(＝(560/8×400/8-16)×11×64)次相关性运算。

因此，相关性计算部44总共执行2,535,680(＝82,944+2,452,736)次相关性运算。结果，与为所有的像素设定检索范围D的情况相比，仅需要执行约14％的次数的运算，因此可以实现运算处理的进一步提速。

上述实施方式中，在各相关性计算区域SCR和CCR被划分为划分区域SDR后，计算各划分区域SDR的代表点RP的相关性和视差，且根据代表点RP的视差为除了代表点RP以外的像素设定检索范围D1～D4，从而计算相关性和视差。然而，本发明不限于此。

例如，如图9A所示，相关性计算部44和视差计算部45在基准像SG的相关性计算区域SCR中设定预定数量(此情形中为16)的代表点RP。并且，相关性计算部44和视差计算部45计算代表点RP和比较像CG中的检索范围中的像素之间的相关性和视差。

并且，如图9B所示，例如，当两个相邻的代表点RP之间的视差差异落入预定阈值时，划分部42以下述方式将相关性计算区域SCR划分为划分区域SDR：根据计算得到的代表点RP的视差将这样的相邻代表点RP包含在同一个划分区域SDR中。另一方面，当两个相邻的代表点RP之间的视差差异大于预定阈值时，划分部42以下述方式将相关性计算区域SCR划分为划分区域SDR：将这样的相邻代表点RP分别包含在不同划分区域SDR中。

根据存在于各划分区域SDR内的代表点RP的视差，检索范围设定部43为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定例如4个检索范围D1～D4中的一个。

相关性计算部44和视差计算部45计算各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素的相关性和视差。

也可采用如下处理：对在相关性计算区域SCR中设定的代表点RP以上述方式进行相关性和视差的计算之后，根据由此计算的视差，相关性计算区域SCR被划分为划分区域SDR，并且为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定检索范围D1～D4，从而计算相关性和视差。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定均具有例如33个像素的检索范围D1～D4作为检索范围。然而，本发明不限于此。也就是说，也可为各划分区域SDR中的除了代表点RP以外的像素设定分别具有各种数量的像素的检索范围D1～D4作为检索范围。

这种情况下，例如，当多个代表点RP之间的视差差异较小时，根据各划分区域SDR中的多个代表点RP的视差，检索范围中的像素数量被设定得较小。另一方面，当多个代表点RP之间的视差差异较大时，根据各划分区域SDR中的多个代表点RP的视差，检索范围中的像素数量被设定得较大。结果，与使用均具有固定数量像素的检索范围D1～D4执行运算的情况相比，运算次数可进一步减少。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：通过使用各划分区域SDR中的多个代表点RP的全部视差，来为除了代表点RP以外的像素设定检索范围。然而，本发明不限于此。也就是说，多个代表点RP的视差中的其值与其他视差的值显著不同的代表点RP的视差可被排除，在这种状态下，为除了代表点RP以外的像素设定检索范围。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：9个代表点RP的视差的平均值与检索范围D1～D4的中心位置彼此进行比较，检索范围D1～D4中的具有最接近平均值的中心位置的那个检索范围可被设定为用于划分区域SDR的检索范围。然而，本发明不限于此。例如，检索范围D1～D4中的9个代表点RP的视差代表的位置全部落入其内的那个检索范围可被设定为用于划分区域SDR的检索范围。

上述实施方式中，组织切片TS被作为样本。然而，样本不限于此。例如，本发明中，细胞、染色体等也可被用作关于生物体的样本(生物样本)。

上述实施方式中，使用两个分离透镜20A和20B。然而，分离透镜的数量不限于该实施方式中的数量。也就是说，可以使用以一对分离透镜20A和20B作为一个单元(组)的分离透镜20。注意在此情况下，需要在光阑掩模19中设置与分离透镜20的组相对应的开口。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：设置具有预先确定的放大倍数的一个物镜15。然而，本发明不限于此。也就是说，还可以提供分别具有不同放大倍数的多个物镜，通过透镜切换机构或手动操作从多个物镜中选择合适的一个。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：半反射镜17将来自物镜15的入射光分离为透射光和反射光，透射光和反射光分别被引导至摄像装置16和摄像装置21。然而，本发明不限于此。也就是说，还可以设置镜和镜立起(mirror-up)机构以替代半反射镜17。

在此情况下，在摄像装置21上形成相差像的过程中，镜被置于物镜15和摄像装置16之间的光路上，来自镜的反射光被引导至摄像装置21。另一方面，在摄像装置16上形成对象像的过程中，镜立起机构从物镜15和摄像装置16之间的光路移除镜，从而来自物镜15的光被引导至摄像装置16。

上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：获取摄像装置21所拍摄的相差像上的数据。然而，本发明不限于此。也就是说，还可以通过因特网或者预定记录介质来获取相差像上的数据。

并且，上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：总控制部30根据存储在HDD中的运算程序来执行上述运算处理。然而，本发明不限于此。也就是说，还可以将厚度信息获取处理程序存储在ROM中。并且，还可以根据存储在记录介质中的或者从因特网下载的运算程序来执行上述运算处理。此外，总控制部30可根据通过其他各种适当的途径中的任意一种途径而安装的运算程序来执行上述运算处理。

而且，上述实施方式中，已给出关于以下情形的描述：相差像获取部41、检索范围设定部43、相关性计算部44、以及视差计算部45分别被用作像获取部、检索范围设定部、相关性计算部、以及视差计算部。然而，本发明不限于此。也就是说，还可以分别设置具有各种配置的像获取部、检索范围设定部、相关性计算部、以及视差计算部。

本发明可应用于生物试验、药物和药品制备或患者病程观测等生物产业。

本申请包含于2009年12月25日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2009-295381中公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域技术人员应当理解的是，根据设计要求和其它因素，可以在所附权利要求的范围内或其等同范围内进行各种修改、组合、子组合和改进。

Claims

1.一种运算装置，包括：

像获取部，被配置为获取样本的相差像；

检索范围设定部，被配置为对所述相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；

相关性计算部，被配置为计算所述一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；以及

视差计算部，被配置为根据由此计算的所述相关性对所述一个像中的像素计算视差，

其中，所述检索范围设定部根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

2.根据权利要求1所述的运算装置，还包括：

划分部，被配置为将所述一个像划分为多个划分区域；

其中，所述检索范围设定部根据对每个所述划分区域中的作为代表的像素计算的视差，对每个所述划分区域中的除了作为代表的像素以外的像素设定范围。

3.根据权利要求2所述的运算装置，其中，所述划分部根据作为代表的像素的视差，将所述一个像划分为多个划分区域。

4.根据权利要求2所述的运算装置，其中，所述检索范围设定部从均在对作为代表的像素设定的范围以内、并且均窄于对作为代表的像素设定的范围的多个范围中，对每个所述划分区域中的除了作为代表的像素以外的像素设定范围。

5.根据权利要求4所述的运算装置，其中，所述多个范围被设定为所述多个范围的一部分彼此重叠。

6.根据权利要求2所述的运算装置，其中，所述检索范围设定部对每个所述划分区域中的除了作为代表的像素以外的像素设定具有基于对每个所述划分区域中的作为代表的像素计算的视差的大小的范围。

7.根据权利要求2所述的运算装置，其中，所述相关性计算部计算均作为代表的多个像素的相关性，所述视差计算部计算上述均作为代表的多个像素的视差，并且所述检索范围设定部从上述均作为代表的多个像素的视差中排除其值显著不同的视差，并且对除了多个作为代表的像素以外的像素设定范围。

8.根据权利要求1所述的运算装置，其中，所述样本是组织切片。

9.一种运算方法，包括以下步骤：

获取样本的相差像；

对所述相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；

计算所述一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；

根据由此计算的所述相关性对所述一个像中的像素计算视差，

其中，在检索范围设定步骤中，根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。

10.一种运算程序，用于使计算机执行以下步骤：

获取样本的相差像；

11.一种显微镜，包括：

镜，用于使来自物镜的入射光直线传播或被反射；

第一摄像元件，用于拍摄在所述物镜上成像并在所述镜的直线侧或反射侧中的一侧上投射的对象像；

开口，以一对为单位设置在所述镜的直线侧或反射侧中的另一侧上的后方，并且均具有使对象景深变为大于物镜的对象景深的尺寸；

分离透镜，设置在各个所述开口的后方，用于在在镜的直线侧或反射侧中的另一侧上投射的对象像预期成像的面上形成相差像；

第二摄像元件，设置为以对象像预期成像的面作为摄像面；

像获取部，被配置为从所述第二摄像元件获取样本的相差像；

12.一种运算装置，包括：

像获取装置，被配置为获取样本的相差像；

检索范围设定装置，被配置为对所述相差像的一个像中设定的作为代表的像素以及除了作为代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一个像中设定作为检索对象的像素的范围；

相关性计算装置，被配置为计算所述一个像中的像素与对像素设定的范围中的像素之间的相关性；以及

视差计算装置，被配置为根据由此计算的所述相关性对所述一个像中的像素计算视差，

其中，所述检索范围设定装置根据对作为代表的像素计算的视差，对除了作为代表的像素以外的像素设定窄于对作为代表的像素设定的范围的范围。