CN102625022A - 一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置,该方法是将切片沿着纵向划分成若干个连续的扫描条带,每个扫描条带的宽度设为面阵图像传感器的对应物方视场在纵向方向的尺寸,并且将每个扫描条带沿着横向再划分成若干个连续的扫描视场,每个扫描视场的长度设为面阵图像传感器的对应物方视场在横向方向的尺寸,工作时控制切片的每个扫描条带依次匀速穿过面阵图像传感器对应的物方视场,并且每穿过一个扫描视场面阵图像传感器曝光一次,曝光的同时使面阵图像传感器以切片在面阵图像传感器处的成像移动速度(包括方向和大小)运动,从而消除了像移的影响,在不降低分辨率的情况下有效的提高扫描速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以同时获得大视场和高分辨率图像的显微镜,特别是涉及一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置。
背景技术
虚拟显微镜可以获得大视场的同时获得高分辨率的图像,得到广泛的应用,目前主要有三种技术:
第一种是面阵图像传感器配合切片的扫描,需要走走停停,虽然可以获得较好的图像质量,但速度慢,如DotSlide(Olympus),Mirax Scan(Zeiss)。
第二种是线阵图像传感器配合切片的匀速运动,一般称为线扫方式,如SCN400(Leica),ScanScope(Aperio),速度很快,但由于是在运动过程中曝光,受像移的影响,在切片运动方向会降低图像质量。
第三种是微透镜阵列配合面阵图像传感器扫描,速度非常快,如DMetrix,但是由于对焦范围是对整个切片的组织部分进行聚焦,图像质量也不会很好,结构也非常复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足,提供一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置,是利用面阵图像传感器来对匀速运动的切片进行逐行扫描成像,并使面阵图像传感器在曝光期间,以切片在面阵图像传感器处的成像移动速度(包括方向和大小)运动,消除了像移的影响,保证了图像质量的同时提高了扫描速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法,是将切片沿着纵向划分成若干个连续的扫描条带,每个扫描条带的宽度设为面阵图像传感器的对应物方视场在纵向方向的尺寸,并且将每个扫描条带沿着横向再划分成若干个连续的扫描视场,每个扫描视场的长度设为面阵图像传感器的对应物方视场在横向方向的尺寸,其扫描过程包括如下步骤:
a.控制切片的当前扫描条带匀速穿过面阵图像传感器对应的物方视场;
b.当切片的当前扫描条带的当前扫描视场移动完全进入面阵图像传感器对应的物方视场时,面阵图像传感器在初始位置开始对当前扫描条带的当前扫描视场进行曝光,同时控制面阵图像传感器匀速运动,其速度与切片在面阵图像传感器处的成像移动速度(包括方向和大小)一致;
c.曝光结束后,采集当前扫描条带的当前扫描视场的曝光后的图像数据,并控制面阵图像传感器快速返回至初始位置;
d.将该当前扫描条带的当前扫描视场的图像数据和之前的当前扫描条带的所有已存储图像数据合并作为当前扫描条带的图像数据存储于存储器中;
e.判断切片的当前扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将当前扫描条带的下一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤b;否则,继续下一步骤f;
f.将当前扫描条带的图像数据和之前的已扫描的所有扫描条带的已存储图像数据合并作为该切片整个扫描区域的图像数据存储于存储器中;
g.控制切片沿着纵向移动,判断切片的所有扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将下一个扫描条带认定为当前扫描条带,将下一个扫描条带的第一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤a;否则,结束对该切片的扫描。
一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,包括:
一可在横向和纵向移动的自动载物台,该自动载物台上放置有待扫描的切片;
一载物台控制器,该载物台控制器的输出接至自动载物台,载物台控制器向自动载物台输出驱动信号,使自动载物台上的切片沿横向和/或纵向移动;
一面阵图像传感器,该面阵图像传感器用来采集图像数据;
一传感器位移装置,面阵图像传感器安装在该传感器位移装置上;
一传感器位移控制器,该传感器位移控制器的输出接至传感器位移装置,传感器位移控制器向传感器位移装置输出驱动信号,使传感器位移装置上的面阵图像传感器沿横向移动;
一同步控制器,该同步控制器的输出分别接至面阵图像传感器、载物台控制器和传感器位移控制器,前者向后者输出同步控制信号;以及
一计算机,该计算机与同步控制器相连接,计算机的输入与面阵图像传感器相连接,面阵图像传感器将采集的图像数据输出给计算机。
所述的传感器位移装置采用压电陶瓷PZT。
所述的面阵图像传感器具有外触发功能,可在接收外触发信号后同步曝光。
本发明的有益效果是,由于采用了将切片沿着纵向划分成若干个连续的扫描条带,每个扫描条带的宽度设为面阵图像传感器的对应物方视场在纵向方向的尺寸,并且将每个扫描条带沿着横向再划分成若干个连续的扫描视场,每个扫描视场的长度设为面阵图像传感器的对应物方视场在横向方向的尺寸,工作时控制切片的每个扫描条带依次匀速穿过面阵图像传感器对应的物方视场,并且每穿过一个扫描视场面阵图像传感器曝光一次,曝光的同时使面阵图像传感器以切片在面阵图像传感器处的成像移动速度(包括方向和大小)运动,从而消除了像移的影响,在不降低分辨率的情况下有效的提高扫描速度。
与现有技术相比,具有以下优点:
一是,扫描时,切片可以匀速运动,没有停留时间,速度有效的提高,同时有像方补偿运动,不会降低分辨率;
二是,采用普通的面阵图像传感器,不需要用昂贵的线扫摄像头,成本更低。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明;但本发明的一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明装置的示意图;
图2是切片沿Y方向分成M个扫描条带的示意图;
图3是其中一条扫描条带分成N个连续视场的示意图;
图4是在线扫方式会降低图像分辨率的示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,包括:
一可在横向和纵向移动的自动载物台3,该自动载物台3上放置有待扫描的切片4;
一载物台控制器9,该载物台控制器9的输出接至自动载物台3,载物台控制器9向自动载物台3输出驱动信号,使自动载物台3上的切片4沿横向和/或纵向移动;
一物镜微位移装置6,该物镜微位移装置6安装有位于自动载物台上方的物镜5;
一物镜位移控制器10,该物镜位移控制器10的输出接至物镜微位移装置6,物镜位移控制器10向物镜微位移装置6输出驱动信号,使物镜微位移装置6上的物镜5沿纵向移动;
一面阵图像传感器8,该面阵图像传感器8用来采集图像数据;
一传感器位移装置11,面阵图像传感器8安装在该传感器位移装置11上;
一传感器位移控制器12,该传感器位移控制器12的输出接至传感器位移装置11,传感器位移控制器12向传感器位移装置11输出驱动信号,使传感器位移装置11上的面阵图像传感器8沿横向移动;
一同步控制器13,该同步控制器13的输出分别接至面阵图像传感器8、载物台控制器9、物镜位移控制器10和传感器位移控制器12,前者向后者输出同步控制信号;以及
一计算机14,该计算机14与同步控制器13相连接,计算机14的输入与面阵图像传感器8相连接,面阵图像传感器8将采集的图像数据输出给计算机14。
所述的传感器位移装置11采用压电陶瓷PZT。
本发明的一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,光源1发出的光线经过照明光学透镜2会聚后照射在放置于自动载物台3上的切片4,切片4上的组织经物镜5、成像光学透镜7成像在面阵图像传感器8。其中自动载物台3由载物台控制器9控制,可在X方向(即横向)和Y方向(即纵向)运动;物镜5安装在物镜PZT 6上,在物镜PZT控制器10控制下可在Z方向(竖向)运动;面阵图像传感器8安装在传感器PZT 11上,可在传感器PZT控制器12控制下沿X方向(即横向)运动;载物台控制器9、物镜PZT控制器10、传感器PZT控制器11和面阵图像传感器8在同步控制器13和计算机14的控制下同步工作,实现在面阵图像传感器8的曝光期间,面阵图像传感器8和切片4的成像移动同步。
所述的面阵图像传感器8具有外触发功能,可在接收外触发信号后同步曝光,如Motic公司的Moticam Pro285。
面阵图像传感器8是采用逐行扫描方式对切片4进行成像的,首先需将切片4沿着纵向划分成M若干个连续的扫描条带,每个扫描条带的宽度设为面阵图像传感器的对应物方视场在纵向方向的尺寸,并且将每个扫描条带沿着横向再划分成若干个连续的扫描视场,每个扫描视场的长度设为面阵图像传感器的对应物方视场在横向方向的尺寸。
图2是切片沿Y方向(即纵向)分成M个扫描条带的示意图,假设切片4是沿X方向(即横向)匀速运动,其长为Sx,宽为Sy,面阵图像传感器8对应的物方视场是长为Fx,宽为Fy的矩形,将切片4的扫描区域分成M个连续的长为Sx,宽为Fy的扫描条带,其中M=|Sy/Fy|
图3是其中一条扫描条带分成N个连续视场的示意图,宽度为Fy,长度为Sx的扫描条带在X方向以物方视场的长Fx为单位分成N个连续的视场,其中
工作时控制切片4的每个扫描条带依次沿着X方向匀速穿过面阵图像传感器8对应的物方视场,并且每穿过一个扫描视场面阵图像传感器8曝光一次,曝光的同时使面阵图像传感器8以切片4在面阵图像传感器8处的成像移动速度(包括方向和大小)运动,具体过程包括如下步骤:
a.计算机14通过同步控制器13控制载物台3带动切片4的当前扫描条带沿着X方向以速度v匀速穿过面阵图像传感器8对应的物方视场;
b.当切片4的当前扫描条带的当前扫描视场移动完全进入面阵图像传感器8的对应物方视场时,同步控制器13控制以下三者同步工作:
通过物镜PZT控制器6控制物镜5在Z方向运动,使切片4位于物镜5的焦面上,即面阵图像传感器8获得清晰的图像;
通过传感器PZT控制器11控制面阵图像传感器8以切片4的成像移动速度运动,即沿-X方向以βv速度匀速运动;其中β是切片4到面阵图像传感器8之间的光学放大倍率,切片4经光学放大后,一般是成倒立的实像,故切片4的成像移动方向和其移动方向相反,即为-X方向;
同步控制器13发出外触发信号给面阵图像传感器8,开始对当前扫描条带的当前扫描视场进行曝光;
c.面阵图像传感器8曝光结束,计算机14采集当前扫描条带的当前扫描视场的曝光后的图像数据,同时控制同步控制器13通过传感器PZT控制器8控制面阵图像传感器8向刚才运动的反方向即X方向运动回至最初位置;
d.将该当前扫描条带的当前扫描视场的图像数据和之前的当前扫描条带的所有已存储图像数据合并作为当前扫描条带的图像数据存储于计算机14中;
e.判断切片的当前扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将当前扫描条带的下一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤b;否则,继续下一步骤f;
f.将当前扫描条带的图像数据和之前的已扫描的所有扫描条带的已存储图像数据合并作为该切片整个扫描区域的图像数据存储于计算机14中;
g.控制切片4沿着Y向移动,判断切片4的所有扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将下一个扫描条带认定为当前扫描条带,将下一个扫描条带的第一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤a;否则,结束对切片4的扫描。
图4是在线扫方式会降低图像分辨率的示意图;假设线阵图像传感器在静止时的空间分辨率为d,在扫描成像时切片Y方向不动,X方向以速度v匀速运动,曝光周期为t,则线阵图像传感器的实际曝光范围如虚线矩形框所示,即在Y方向的分辨率仍为d,X方向的分辨率降低了,变为d+vt,由于图像传感器灵敏度的限制,曝光周期t不可能非常短,目前最快也就在us数量级,而扫描速度v,过慢则会增加切片的扫描时间,因而vt不可能无限小,即在线扫方式下,在扫描方向上的分辨率会降低。而在本方案中,虽然切片也是沿X方向匀速运动,但由于面阵图像传感器在曝光期间也以切片像移的速度(包括大小和方向)做补偿运动,相当于图像传感器始终是对切片的同一位置曝光,与切片和图像传感器同时静止时拍照的效果是一样的,因而图像的分辨率没有受到影响。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法及装置,但本发明并不局限于实施例,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描方法,其特征在于:是将切片沿着纵向划分成若干个连续的扫描条带,每个扫描条带的宽度设为面阵图像传感器的对应物方视场在纵向方向的尺寸,并且将每个扫描条带沿着横向再划分成若干个连续的扫描视场,每个扫描视场的长度设为面阵图像传感器的对应物方视场在横向方向的尺寸,其扫描过程包括如下步骤:
a.控制切片的当前扫描条带匀速穿过面阵图像传感器对应的物方视场;
b.当切片的当前扫描条带的当前扫描视场移动完全进入面阵图像传感器对应的物方视场时,面阵图像传感器在初始位置开始对当前扫描条带的当前扫描视场进行曝光,同时控制面阵图像传感器匀速运动,其速度与切片在面阵图像传感器处的成像移动速度一致;
c.曝光结束后,采集当前扫描条带的当前扫描视场的曝光后的图像数据,并控制面阵图像传感器快速返回至初始位置;
d.将该当前扫描条带的当前扫描视场的图像数据和之前的当前扫描条带的所有已存储图像数据合并作为当前扫描条带的图像数据存储于存储器中;
e.判断切片的当前扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将当前扫描条带的下一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤b;否则,继续下一步骤f;
f.将当前扫描条带的图像数据和之前的已扫描的所有扫描条带的已存储图像数据合并作为该切片整个扫描区域的图像数据存储于存储器中;
g.控制切片沿着纵向移动,判断切片的所有扫描条带是否扫描完成;如果未完成,则将下一个扫描条带认定为当前扫描条带,将下一个扫描条带的第一个扫描视场认定为当前扫描视场,并返回步骤a;否则,结束对该切片的扫描。
2.一种带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,其特征在于:包括:
一可在横向和纵向移动的自动载物台,该自动载物台上放置有待扫描的切片;
一载物台控制器,该载物台控制器的输出接至自动载物台,载物台控制器向自动载物台输出驱动信号,使自动载物台上的切片沿横向和/或纵向移动;
一面阵图像传感器,该面阵图像传感器用来采集图像数据;
一传感器位移装置,面阵图像传感器安装在该传感器位移装置上;
一传感器位移控制器,该传感器位移控制器的输出接至传感器位移装置,传感器位移控制器向传感器位移装置输出驱动信号,使传感器位移装置上的面阵图像传感器沿横向移动;
一同步控制器,该同步控制器的输出分别接至面阵图像传感器、载物台控制器和传感器位移控制器,前者向后者输出同步控制信号;以及
一计算机,该计算机与同步控制器相连接,计算机的输入与面阵图像传感器相连接,面阵图像传感器将采集的图像数据输出给计算机。
3.根据权利要求2所述的带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,其特征在于:所述的传感器位移装置采用压电陶瓷PZT。
4.根据权利要求2所述的带有像方补偿运动的快速显微切片扫描装置,其特征在于:所述的面阵图像传感器具有外触发功能,可在接收外触发信号后同步曝光。
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