CN106716219B - 用于对对象进行成像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明，获得对象(100)的至少两幅图像，其中，每幅图像具有与预定光束形状属性(111‑1–111‑3)相关联的照明场(110‑1–110‑3)。对于至少两幅图像中的每一幅，将光束形状属性(111‑1–111‑3)的效果添加到对象(100)的预定近似，然后基于各自的图像借助于傅里叶叠层成像技术来调整近似，并且之后从对象(100)的经调整的近似去除光束形状属性(111‑1–111‑3)的效果。

Description

用于对对象进行成像的方法和装置

技术领域

各个方面涉及一种用于使用显微镜装置来对对象进行成像的方法和对应的显微镜装置。具体地，各个方面涉及用于当确定结果图像时考虑照明场的光束形状属性的技术。

背景技术

在对象的显微镜检查中，对于许多应用期望尽可能高的分辨率或高空间带宽积和/或高对比度。允许通过将空间频率空间(k空间)中的具有相对较低分辨率的多幅图像进行组合来获得相对较高分辨率的结果图像的技术是已知的。傅里叶叠层成像是这样的技术：参见G.Zheng等人在Nature Photonics(7(2013)739-745)上的文章。在该方法中，在不同的照明方向上以部分相干的方式相继地照亮要由显微镜检查的对象。对于每个照明方向，因此使用显微镜对被照亮的对象进行成像和记录，并且因此存储采集的图像(图像采集)。以这种方式获得一堆图像，其中每幅图像具有被分配给其的不同的照明方向并且图像具有相对较低的分辨率。之后使用该堆图像借助于迭代算法(例如，误差减少算法、混合输入输出算法和/或盖师贝格-撒克斯通算法)来计算(图像评估)对象的相位和幅度分布。所述分布可以被存储并被描绘为结果图像，其具有相对较高的分辨率。这里，通过算法重建对象的谱而非对象本身，并且因此可以通过进一步的傅里叶变换来获得对象的相位和幅度分布。

在由G.Zheng等人的上述公开物中使用的傅里叶叠层成像装置中，各个照明方向由作为对象下面的照明装置的矩阵形状的发光二极管阵列或发光二极管(LED)阵列实现，其中显微镜之后对传递中的对象进行成像。以在过程中使得每个个体LED具有足够高度的相干性的方式选择LED阵列与对象之间的工作距离。图像可以通过顺序地接通个体LED以不同的照明方向来采集。

然而，这种用于照明的流程具有各种缺点。因此，对象的照明仅仅具有在某些照明方向上的受限制的同质性，尤其是在照明方向迥然不同的情况下。在LED阵列的边缘处由LED强烈偏斜的照明方向通常对应于LED与对象之间的较大距离，并且因此导致减少的光功率。此外，针对这样的LED阵列需要的安装空间和LED阵列与对象之间的所需要的距离是相对大的。最后，这样的照明技术不能够容易地被集成到传统显微镜的现有照明构思中。具体地，其不能够被用作额外的模块，借助于该额外的模块能够从各个照明方向在传统非相干照明与相干照明之间进行切换。

总体上，照明装置的缺陷，例如光的受限制的相干性、异质照明、照明方向的仅仅受限制的选择、照明场的其它畸变、等等，可以当应用傅里叶叠层成像技术时对结果图像的质量具有负面影响。然而，可能常常难以接受照明装置的质量上的这样的限制以便获得实际上可实现的照明装置。所以，可能再次不能够或仅仅在受限制的程度上能够使用传统傅里叶叠层成像技术用于图像评估目的。具体地，可能发生结果图像质量的降低。

发明内容

因此，存在对用于基于傅里叶叠层成像来确定结果图像的改进的技术的需要。具体地，存在对甚至在照明装置中的缺陷的情况下促进结果图像的相对较高质量的那些技术的需要。存在对当应用在迥然不同的显微镜装置中促进可靠且良好的结果的用于基于傅里叶叠层成像来确定结果图像的那些技术的需要。还存在对促进相对较简单的照明装置和/或结合傅里叶叠层成像技术的具有小结构复杂性的照明装置的那些技术的需要。

这种目标由独立权利要求的特征实现。从属权利要求限定实施例。

根据一个方面，本申请涉及一种用于使用显微镜装置来对对象进行成像的方法。该方法包括获得对象的至少两幅图像。对象的至少两幅图像具有第一分辨率。照明场在每种情况下被分配给至少两幅图像，所述照明场在各自的图像的图像采集期间照亮对象。各自的照明场与预定光束形状属性相关联。对于至少两幅图像中的每一幅，该方法包括用于图像评估的以下步骤：将各自地分配的照明场的光束形状属性的效果添加到对象在图像空间中的预定近似，其中，该近似具有大于第一分辨率的第二分辨率。该方法还包括用于至少两幅图像中的每一幅的图像评估的以下步骤：基于各自的采集的图像借助于傅里叶叠层成像技术调整k空间中的近似。该方法还包括用于至少两幅图像中的每一幅的图像评估的以下步骤：从对象在图像空间中的经调整的近似去除各自的照明场的光束形状属性的效果，以便获得中间图像。该方法还包括基于被分配给至少两个照明场的中间图像来确定结果图像。

通过示例，将能够使该方法还包括用于至少两幅图像中的每一幅的以下步骤：通过操作显微镜装置的照明装置利用各自的照明场照亮对象，并且在利用各自的照明场的照明期间使用显微镜装置的检测器采集对象的各自的图像。因此，该方法还可以包括图像采集步骤。然而，还将能够使图像评估被执行在例如图像采集之后的相对大的时间间隔之后。

通过示例，调整近似还可以包括：将近似从图像空间传播到k空间中。调整近似还可以包括：将经调整的近似从k空间传播回到图像空间中。通过示例，图像空间与k空间之间的(反向)传播可以借助于傅里叶变换或逆傅里叶变换技术来执行。

总体上，照明场的光束形状属性不需要经受特定限制。照明场的光束形状属性可以描述适合于设置照明场的参数集。通常，这包括以下但不限于其：照明场的空间相关幅度和/或相位；和/或显微镜装置的照明装置的孔径的形状；和/或相对于对象的照明方向；和/或像散性；和/或曲率；和/或畸变。

可以以不同的方式执行光束形状属性的添加或去除。具体地，添加或去除的方式可以取决于例如显微镜装置的存储器中的照明场的符号或表示的类型。通过示例，在一个实现方式中，光束形状属性的添加可以对应于照明场与近似的复数值乘法。对应地，将能够使光束形状属性的去除对应于照明场对近似的复数值除法。也能够设想其他算术操作，例如加、减、卷积、等等。

通过考虑被分配给至少两幅图像的各自的照明场的光束形状属性来获得各种效果。用于使照明场多元化的选项可以通过改变迥然不同的光束形状属性(具体地不仅是照明方向)来提供。结果，可以能够例如通过改变多个光束形状属性来获得特别显著的多元化并且因此在相同数量的图像的情况下确定特别高质量的结果图像；还将能够考虑特别大数量的图像，因为光束形状属性的参数空间(光束形状属性可以在其内变化)是特别大的。这还可以提高结果图像的质量。换句话说，可以能够通过光束形状属性的有针对性的选择和操纵来提高结果图像的质量。这里，相对较多的自由度可用于选择和操纵；相应地，参数空间是大的。

作为进一步的效果，可以能够考虑光束形状属性的参数空间中的特定预定限制或边界条件，例如不可实现的照明方向和/或技术引发的畸变，并且减少其对结果图像的不期望的影响。换句话说，可以能够考虑照明场的特定预定边界条件，并且因而确定高质量结果图像。因此，例如除了照明场完全地照亮对象的要求，照明场可以能够在迥然不同的光束形状属性方面变化；另外，特定限制，例如必要的不均匀的照明，可以是可容许的。通过示例，这样的限制可以在结构上和/或技术上由所采用的显微镜装置或所采用的照明装置预定。通过示例，也可以能够借助于上述技术考虑其中照明场不对应于平面波的那些情形。具体地，这允许使用照明源与对象之间的相对较小的距离对显微镜装置的使用。在这种情况下，还可以不必要的是，例如对于由于使用特别多和/或高质量的光学元件的高孔径照明使用特别良好校正的照明装置。换句话说，可以能够利用迥然不同的显微镜装置确保相对较高质量的结果图像，这无需满足任何增加的技术要求。具体地，可以能够实现显微镜装置的相对较简单的实现，因为无需生成平面照明波。通过示例，这可以促进显微镜装置并且具体地是相关联的照明装置的更成本有效的、较不易出错的、更健壮的和/或节省更多空间的实现方式。

通过示例，预定近似可以被存储在存储器中。还将能够使预定近似由用户确定。备选地或额外地，预定近似还可以基于参考图像来确定。能够使结果图像和/或中间图像也具有第二分辨率。

之后，该方法可以包括基于至少两幅图像对近似的迭代调整。因此，用于对象的第一图像的图像评估的预定近似可以对应于通过对象的第二图像的图像评估获得的中间图像。换句话说，针对第一图像的图像评估的输出可以因此对应于到针对第二图像的图像评估的输入。因此能够使对象的近似通过针对至少两幅图像中的全部的图像评估来传播并且因此迭代地改进，即，使其具有与对象的实际图像更大的对应性。

还可以例如针对至少两幅图像中的全部重复图像评估多次；这可以由对应的计数器量化。这里，可以对于至少两幅图像以固定的顺序或者以可变顺序(其例如对于各个迭代是不同的)来顺序地执行图像评估。通过示例，可以能够对于至少两幅图像重复图像评估的步骤，直到满足预定收敛准则为止。通过示例，预定收敛准则可以与中间图像相关。收敛准则可以从例如以下组中选择：中间图像中的变化少于预定阈值；重复的计数器超过预定阈值。通过示例，针对计数器的预定阈值可以为二或三或五十或一百。能够通过对于至少两幅图像重复地重复图像评估来增加结果图像的质量。中间图像中的变化可以在每种情况下例如在逐像素的基础上被考虑和/或在整个中间图像上的平均的基础上被考虑。

总体上，本领域技术人员意识到例如来自在开头阐述的由G.Zheng等人的文章的傅里叶叠层成像技术。为了实现在当前情况下描述的技术，不必在此执行由G.Zheng描述的方法的所有各个步骤。总体上，傅里叶叠层成像技术可以由对象的所采集的图像的像素值替代特定区域中的近似的像素值。通过示例，特定区域对应于各自的照明场的系统光瞳。系统光瞳的形状可以通常取决于显微镜装置的照明装置的孔径的形状。k空间中的系统光瞳的位置可以通常取决于各自的照明场的照明角度。通过示例，照明角度可以相对于显微镜装置的光轴来量化。

因此，以上说明了促进基于傅里叶叠层成像技术对结果图像的确定的技术，而同时考虑了各自的照明场的光束形状属性。这些技术还可以被称为盖师贝格-撒克斯通算法的发展。具体地，例如与根据G.Zheng的技术相比较，存在通过图像空间中而非k空间中的图像评估对对象的重建。这是因为光束形状属性的效果被分别添加到图像空间中的近似或从图像空间中的近似被去除。也就是说，中间图像在图像空间中被传播。这可以促进光束形状属性的特别全面且特定精确的考虑，其继而可以被反映在结果图像的提高的质量中。具体地，可以能够以相对较不非常计算密集的方式来考虑光束形状属性。当光束形状属性或其效果通常在图像空间中被预定并且例如到k空间中的转换是不必要的时尤其如此。

总体上，可以考虑各种不同的光束形状属性。通过示例，还将能够使照明场的空间相关幅度由高斯函数描述。备选地或额外地，还将能够使照明场的空间相关幅度由显微镜装置的非科勒照明装置和/或由显微镜装置的具有临界照明的照明装置预定。在临界照明的情况下，聚集器可以例如将光源的图像成像到准备平面中。具体地，可以因此不必要的是，照明场的空间相关幅度在对象的区域中实质上是恒定的(均匀照明)。还可以不必要的是，照明场的相位在对象的区域中实质上是恒定的。具体地，还能够使用不提供平面的平面波并且不提供对象的均匀照明的照明装置。由此可以实现的是显微镜装置以较少的光学元件进行工作并且因此以更成本有效且健壮的方式来提供。同时，可以可能的是，显微镜装置需要更少的安装空间并且可以被生产为更小。另外，可以更容易地能够将照明装置提供为针对不同显微镜装置的额外模块。

还将能够使孔径的形状由显微镜装置的变焦装置针对至少两个照明场预定。通过示例，可以能够借助于变焦装置以有针对性的方式来设置孔径的形状。以这种方式，可以能够通过修改孔径的形状以有针对性的方式来修改针对至少两幅图像中的不同图像的光束形状属性。具体地，可以能够改变孔径的形状(例如代替或除了各个照明方向)并且因此增大光束形状属性的可访问的参数空间。具体地，这可以提高结果图像的质量。

通过示例，孔径的形状能够取决于至少两个照明场的照明方向而预定。因此，可以能够使在每种情况下至少两个照明场中的两个的系统光瞳交替地重叠例如在重叠区域中。具体地，分别以成对的方式使各个系统光瞳或k空间场重叠可以是值得追求的。在任何情况下，重叠可以用数值呈现在k空间中。在这样的情况下，可以能够尽可能快地达到收敛准则，从而可以减少计算容量并且可以提高图像结果的质量。

具体地，可能的是，至少两个照明场中的至少一些或全部与包括关于显微镜装置的光轴的有限角度的相同照明方向相关联。换句话说，可以可能的是：例如对于至少两个照明场中的一个或多个，存在从相同照明方向对对象的照明；同时，将能够使用于照明的另外的光束形状属性随着具有相同照明方向的照明场而变化。

一般地，根据以上描述的技术，已知关于近似的各种光束形状属性或其效果可以是值得追求的。通过示例，将能够以简单的实现方式使至少两个照明场的各种光束形状属性被固定地确定并且使光束形状属性的效果例如被存储在显微镜装置的存储器中。然而，还将能够使光束形状属性被动态地确定。通过示例，可以可能的是：该方法还包括：执行用于确定至少两个照明场的光束形状属性的校准序列。通过示例，校准图像可以在校准序列的范围内被采集，而无需对象位于显微镜装置的光束路径中。备选地或额外地，还将能够使校准图像在校准序列的范围内被采集，其中提前已知校准对象在采集期间位于显微镜装置的光束路径中。通过示例，校准对象可以为相位光栅。后者可以具有特定周期性。通过示例，校准对象可以由具有预定波长的单色光照亮。

根据另一方面，本申请涉及一种被配置为对对象进行成像的显微镜装置。显微镜装置包括计算机单元，其被配置为获得对象的至少两幅图像。至少两幅图像具有第一分辨率。照明场在每种情况下被分配给至少两幅图像，所述照明场在各自的图像的图像采集期间照亮对象并且与预定光束形状属性相关联。计算机单元还被配置为执行用于至少两幅图像中的每一幅的图像评估的以下步骤：将各自地分配的照明场的光束形状属性的效果添加到对象在图像空间中的预定近似，其中，该近似具有大于第一分辨率的第二分辨率；以及基于各自的采集的图像借助于傅里叶叠层成像技术调整该近似；以及从对象在图像空间中的经调整的近似去除各自的照明场的光束形状属性的效果，以便获得中间图像。计算机单元还被配置为基于被分配给至少两个照明场的中间图像来确定结果图像。

通过示例，根据当前讨论的方面的显微镜装置可以被配置为执行根据另一方面的用于对对象进行成像的方法。

能够获得针对根据当前讨论的方面的这样的显微镜装置的如下效果，其可相当于可以针对根据另一方面的用于对对象进行成像的方法获得的效果。

以上呈现的特征和下面描述的特征可以不仅仅被使用在对应的明确呈现的组合中，而且被使用在另外的组合中或者自行使用而不偏离本发明的保护范围。

附图说明

本发明的上述属性、特征和优点以及实现它们的方式结合示例性实施例的以下描述变得更清楚并且能够更容易理解，结合附图更详细地解释示例性实施例。

图1示意性地图示了三个照明场和相关联的光束形状属性。

图2示出了通过利用三个照明场照亮对象获得的一堆图像，三幅图像具有第一分辨率。

图3示出了基于傅里叶叠层成像技术并且基于图像确定的结果图像，结果图像具有大于第一分辨率的第二分辨率。

图4以等高线绘图的形式详细图示了照明场中的一个的空间相关幅度。

图5示出了包括照明装置的显微镜装置。

图6是用于确定结果图像的方法的流程图。

图7是更详细地图示了按照根据图6的方法的图像评估的步骤的流程图。

具体实施方式

下面，参考附图基于优选实施例更详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同的或相似的元件。附图是本发明的各种实施例的示意性表示。附图中描绘的元件不必是按真实比例描绘的。相反，附图中描绘的各种元件以使得致使本领域技术人员可理解其功能和大致用途的方式来再现。附图中描绘的功能单元与元件之间的连接和耦合还可以被实现为间接连接或耦合。连接或耦合可以以有线或无线的方式来实现。功能单元可以被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。

下面描述促进基于具有低分辨率的图像对高分辨率结果图像的确定的技术。这里，应用傅里叶叠层成像技术。具体地，考虑用于当采集图像时照亮对象的照明场的光束形状属性。这里，所描述的技术利用如下事实：除了如在传统傅里叶叠层成像的情况下的各种照明方向，可以考虑各种另外的光束形状属性以使照明场多元化。

具体地，当考虑光束形状属性时能够设想两个可获得的效果。首先：畸变校正。这里，可以借助于对应的显微镜装置的照明装置从不同的照明方向照亮对象。通常，这样的对象的照亮遭受畸变。通过示例，对象可以不是由理想平面波而是由来自不同照明方向的不同光束形状照亮的。通过示例，如果平面LED阵列或针孔的平面移位装置被附接在曲面照明光瞳中则可能出现照明畸变。可以在本文中描述的技术中考虑这样的畸变或其他畸变，并且可以具体地通过适当的图像评估回顾性地减少其效果。除了照明中的畸变，本文中描述的技术还可以考虑显微镜装置的检测光学单元的畸变。其效果还可以在图像评估的范围内被减少。第二：修改的光束形状属性的多元化。具体地，可以能够借助于本文中描述的技术不仅通过不同的照明方向而且备选地或额外地通过照明场的大体可变光束成形来实现变化的光束形状属性的多元化。这里，光束成形可以以各种方式来执行。通过示例，还可以能够使用照明装置的变焦装置延伸或压缩检测到的频率空间。通过示例，将能够仅仅基于检测到的频率空间或所采用的孔径的参数的这样的变化来执行结果图像的确定。然而，光束形状属性的这样的变化还可以例如借助于对照明装置中的一个或多个两个斜镜或可移位针孔进行的使用例如与各种照明方向进行组合。自然，还能够使用根据在开头阐述的G.Zheng的公开物的基于LED阵列的照明装置。然而，能够在本文的这种情况下减少对于要实现的结果图像的特定质量所需要的照明方向的数量，这是光束形状属性的参数空间的额外扩大的结果。因此，作为对上述畸变校正的备选或除了上述畸变校正，本文中描述的技术还促进对具有光束形状属性的迥然不同的自由度的迥然不同的显微镜装置的使用。

图1基于箭头描绘了三个照明场110-1、110-2、110-3。照明场110-1–110-3照亮对象100。三个照明场110-1–110-3具有不同的照明方向111-3，其在图1中由相对于轴120的角度描绘，沿轴120从照明装置到检测器的光束不会经历任何偏斜或任何明显偏斜(光轴)。可以从图1获得的是，第一照明场110-1和第三照明场110-3包括关于光轴120的有限角度。第二照明场110-1被取向为平行于光轴120。另外，三个照明场110-1–110-3具有不同孔径111-2。通过示例，第一照明场110-1具有椭圆形孔径111-2。第二照明场110-2也具有椭圆形孔径111-2。第三照明场110-3具有圆形孔径111-2，其也具有较大数值孔径(NA)。通过示例，孔径的这样的不同的形式可以由显微镜装置的变焦装置针对各个照明场110-1–110-3可变地来设置。可以从图1进一步获得的是，三个照明场110-1–110-3具有幅度111-1，幅度111-1具有不同的空间相关性。三个照明场110-1–110-3的幅度111-1是高斯的。幅度111-1的最大值对于第二照明场110-2(对于第一照明场110-1和第三照明场110-3)较大(较小)。幅度111-1的空间相关性使对象100在其整体上被照亮，即幅度呈现对象100的区域中的有限值；然而，幅度变化并且因此对象100被非均匀地照亮。通过示例，高斯空间相关性的半峰全宽将是在照明场110-1–110-3的光束形状属性111-1–111-3的范围内调整的幅度111-1的空间相关性的另一参数。还能够在光束形状属性111-1–111-3的范围内改变各自的照明场110-1–110-3的相位的空间相关性，例如以实现在位置上的特定相位变化并且因此实现非平面照明波。通过示例，照明场110-1–110-3的这样的空间相关幅度111-1和/或空间相关相位可以由非科勒照明装置和/或具有临界照明的照明装置实现。可以考虑的另外的光束形状属性111-1–111-3将包括例如照明场110-1–110-3的像差、曲率或畸变。

为了执行下面详细描述的技术，已知尽可能多的照明场110-1–110-3的各种光束形状属性111-1–111-3(例如尤其是能够对这些进行量化)可以是值得追求的。通过示例，可以能够使各种光束形状属性111-1–111-3被存储在显微镜装置的对应的存储器中并且能够从其被检索到。之后，能够对各种光束形状属性111-1–111-3进行编程，例如一次，例如取决于显微镜装置的特定构造和仪器。然而，还将能够使各种光束形状属性111-1–111-3例如刚好在图像采集之前在校准序列的范围内被确定。由此，还能够考虑动态方面，例如漂移、等等。

之后能够在图像采集的范围内利用三个照明场110-1–110-3照亮对象100。可以针对照明场110-1–110-3中的每一个采集如图2中描绘的对应图像201-1–201-3。通过示例，图像201-1–201-3可以为密度图像。通过示例，可以针对第一照明场110-1采集第一图像201-1，并且可以针对第二照明场110-2采集第二图像201-2，并且可以针对第三照明场110-3采集第三图像201-3。三幅图像201-1–201-3具有第一分辨率311。下面描述的技术的目标是要提供具有大于第一分辨率311的第二分辨率312的结果图像303(参考图2和图3)。这里，这些技术是基于先前预定的近似301的，所述近似之后迭代地来调整，从而获得中间图像302。近似301和中间图像302也具有第二分辨率312。

这些技术通常基于各自的照明场110-1–110-3的光束形状属性111-1–111-3的效果被添加到对应于各自不同的图像201-1–201-3的近似301或中间图像302或从其被去除。这在图像空间中进行。为此，量化由光束形状属性111-1–111-3确定的各自的照明场110-1–110-3并且使这些可用于允许对应的效果的添加或去除的格式可以是值得追求的。通过示例，各自的照明场110-1–110-3可以被呈现为二维幅度图或相位图或畸变图，等等，如图4所示。之后，可以例如通过乘法(除法)将各自的照明场110-1–110-3的效果添加到位置空间中的对应近似301或中间场302(从其去除)。

傅里叶叠层成像技术可以被应用在各自的照明场110-1–110-3的效果的添加和去除之间。具体地，这些傅里叶叠层成像技术可以由各自的图像201-1–201-3的像素值替代特定区域中的近似301的像素值。更一般地说，近似301可以基于各自的图像201-1–201-3来改进。所确定的区域可以对应于k空间中的系统光瞳。这里，系统光瞳可以对应于对象的共轭平面。此外，在一些示例性实施例中，系统光瞳可以对应于光源的中间图像的平面。在其他示例性实施例中，系统光瞳还可以对应于光源的共轭平面。为此，还对在开头阐述的G.Zheng的公开物进行引用，其中系统光瞳分别针对图1中的下栏的其中中间三个插图具有角度0°、0°；-22°、-19°和-22°、-22°的照明方向由虚线圆指示。

如可以从G.Zheng的该图进一步获得的，光束形状属性的参数空间仅仅由根据G.Zheng的技术的各种照明方向定义。具体地，系统光瞳的可变尺寸和/或形式例如是不可能的；也不可能考虑畸变。根据当前技术，将能够例如取决于至少两个照明场110-1–110-3的照明方向而以使得在每种情况下至少两个照明场中的两个的系统光瞳在重叠区域中交替地重叠的方式预先确定孔径的形状。这里，重叠可以意味着至少数值重叠。通过示例，即可以能够根据当前技术在位置空间中通过光束形状属性111-1–111-3(具体地，即孔径的形状)的效果的添加和去除采取近似301的光谱的对应扭曲，代替采取在k空间中为圆形的孔径的形状的扭曲。换句话说，参考在以上讨论的G.Zheng的公开物中的图1，能够扭曲潜在的光谱而非系统光瞳的几何形状。因此，以这种方式，能够例如采取利用聚焦光线的照明以延伸检测NA。通过示例，将光线分散到针对个别照明位置的孔径中，所述光线将在利用平面波的照明的情况下不适合通过检测NA。

图5描绘了显微镜装置500。显微镜装置500包括照明装置511和检测器512。原则上，可以为了照亮对象100而进行对迥然不同的照明装置511的使用。具体地，能够使用促进从迥然不同的照明方向111-3照亮对象100的照明装置511。通过示例，可以例如在照明装置511的视场光阑平面中进行对例如扫描镜的使用。还将能够使用照明装置的孔径或照明光瞳中的自适应部件；通过示例，将能够使用根据德国专利申请10 2014 101 219.4的照明装置511。还将能够使照明装置511包括LED阵列。

定义照明装置511与检测器512之间的光线的光束路径。可以用于附接对象100的样品保持器513位于光束路径中。另外，显微镜装置500包括计算机单元514和存储器515。通过示例，存储器515可以为易失性存储器或非易失性存储器。控制语句可以被存储在存储器515中；这些可以由计算机单元514用于执行上述技术以确定结果图像。具体地，这样的技术可以包括：确定和/或检索光束形状属性111-1–111-3；将光束形状属性111-1–111-3的效果添加到近似301和从近似301去除光束形状属性111-1–111-3的效果；应用k空间中的傅里叶叠层成像技术以调整近似301；基于中间图像302来确定结果图像303；傅里叶变换和逆傅里叶变换，等等。尽管显微镜装置500在图5中被示出为单元，但是一般将能够使例如存储器515和/或计算机单元514形成关于光学元件511-513的单独的元件。显微镜装置500还包括用户接口516，其被配置为接收用户输入和/或将用户输出提供给用户。通过示例，用户接口516可以包括从以下的组中选择的元件：键盘、鼠标、监视器、语音输入/输出、等等。

可以能够借助于显微镜装置500执行根据图6的方法。该方法在步骤S1中开始。首先，在步骤S2中采集图像。这里。对象100借助于操作显微镜装置500的照明装置511由各个照明场110-1–110-3照亮。同时，对象100的各自的图像201-1–201-3可以由显微镜装置500的检测器512采集，同时存在借助于各自的照明场110-1–110-3的照明。在步骤S2中，还将能够任选地例如在采集图像201-1–201-3之前执行用于确定光束形状属性111-1–111-3的校准序列。

之后，在步骤S3中进行图像评估。在步骤S3中的图像评估的范围内，将各自地分配的照明场101-1–101-3的光束形状属性111-1–111-3的效果添加到针对在步骤S2中采集的每幅图像201-1–201-3的各自的预定近似301。之后，借助于傅里叶叠层成像技术基于各自的图像201-1–201-3在k空间中调整近似301。随后，从图像空间中的对象100的经调整的近似301去除各自的照明场101-1–101-3的光束形状属性111-1–111-3并获得中间图像302。中间图像302可以形成针对下一图像201-1–201-3的图像评估的预定近似301。在步骤S3中，能够重复针对各个图像201-1–201-3的图像评估的步骤，直到满足针对中间图像302的预定收敛准则为止。通过示例，收敛准则能够为少于预定阈值的各个中间图像302之间的变化；因此，收敛准则能够与针对各个图像201-1–201-3的图像评估的各个步骤的预定数量的贯通相关。

具体地，可以迭代地执行图像评估的各个上述步骤。这被图示在图7中。具体地，图7因此更详细地描述步骤S3。首先，在步骤T1中选择对象100的预定标准形状作为预定近似301。近似因此对应于对象100的估计。通过示例，近似301可以被存储在存储器515中和/或通过用户接口516获得。从照明场110-1–110-3的集合中选择当前照明场110-1–110-3。这对应于图像201-1–201-3中的一幅的选择，所述图像已经在步骤S2中针对各自的照明场110-1–110-3被采集。

之后，在步骤T2例如通过相位/幅度图的复数值乘法将当前照明场110-1–110-3的效果添加到当前近似301。这在(图7中由黑色背景上的白色x图示的)图像空间中被执行。

之后将因此调整的当前近似301传播回到k空间中，因为步骤T3操作于(图7中由黑色背景上的白色x图示的)k空间中。通过示例，可以借助于快速傅里叶变换(FFT)技术来执行到k空间中的传播。这对应于到系统光瞳中的作为显微镜装置500的共轭平面的变换。之后在步骤T3中执行NA修整。为此，应用带通滤波器。通过示例，带通滤波器可以为高通滤波器。通常，NA修整对应于圆形区域的剪裁，其中该圆形区域的位置可以由各自的照明场110-1–110-3的各自的照明方向111-3预定。该区域可以为圆形的，尤其是在步骤T2中已经例如通过近似301的对应畸变考虑了照明装置的所采用的孔径的形状和/或尺寸的情况下。原则上，在步骤T4中无需NA修整外的区域中的变化。然而，还将能够例如为了改进图像质量而对该区域抑制噪声或应用其他算子。

之后在步骤T4中进一步处理位于该区域内的(即位于NA修整内的)近似301的光谱的部分。为此，该部分首先被传播回到显微镜装置500的焦点中，即被传递到图像空间中。之后，该部分的幅度由各自的图像201-1–201-3的幅度替代。幅度通常对应于密度的根。因此，在这方面，当前近似301可以基于对应的图像201-1–201-3来调整。

之后，将该经调整的部分再次传播回到k空间或系统光瞳中，并且在步骤T5中对在步骤T4中修改的NA修整内和如从步骤T3获得的NA修整外的两个区域进行组合。该组合可以以适合于滤波器的方式来执行，即依赖于步骤T3中选择的带通滤波器。

之后，例如借助于逆FFT将因此调整的近似301传播回到图像空间中，即反向传播回到对象平面中。这里，在步骤T6中，之后例如通过复数值除法去除各自的照明场110-1–110-3的效果。因此，获得中间图像302。

在步骤T7中，执行关于是否存在另外的照明场110-1–110-3的检查，即是否需要考虑另外的图像201-1–201-3以便改进对象100的估计。如果是这种情况，则在步骤T9中选择下一照明场110-1–110-3。另外，来自步骤T6的中间图像302被选择为当前图像201-1–201-3的当前近似301以便执行步骤T2-T6。换句话说，对于第一图像201-1–201-3执行步骤T2-T7的输出对应于对于第二图像201-1–201-3执行步骤T2-T7的输入。用于第二图像201-1–201-3的图像评估的预定近似301对应于通过第一图像201-1–201-3的图像评估获得的中间图像302。

之后继续步骤T2-T7，直到在步骤T8中确定不再存在另外的照明场110-1–110-3为止。换句话说，执行步骤T2-T7，直到近似301在步骤T4中基于所有图像201-1–201-3进行了调整为止。

只要是这种情况，就在步骤T8中执行关于是否满足预定收敛准则的检查。通过示例，简单收敛准则能够为：检查多么频繁地执行步骤T10。通常，近似301的调整可以基于各个图像201-1–201-3被执行例如多次，例如两次、三次或五十次或一百次或甚至更频繁。因此，换句话说，每幅图像201-1–201-3可以多次被使用以调整近似301。以在步骤T8中检查的另一收敛准则将例如为当前近似301在执行步骤T2-T7的各个迭代之间改变的程度。如果尚未满足步骤T8中的收敛准则，则再次在步骤T10中选择第一照明场110-1–110-3作为当前照明场，并且再次执行步骤T2-T7和T9。否则，从步骤T6最后获得的当前近似301或中间图像302可以被确定为结果图像303。因此，在这样的情况下，每幅中间图像302被进一步传播到下一循环T2-T6中并且基于下一图像201-1–201-3来修改；因此，结果图像303基于所有图像201-1–201-3的中间图像302。

在以上描述的技术中，考虑关于步骤T2和T6的畸变。还将能够在步骤T3与T4与步骤T4与T5之间的图像空间与k空间之间的传播期间以补充的方式考虑成像显微镜装置500的畸变。

以上技术因此允许图像空间中的对象100的图像的重建，如从图7显而易见的，在步骤I9中，中间图像302在每种情况下在针对各幅图像201-1–201-3的迭代之间被进一步传播。这允许以特别有效的方式考虑步骤I2和I6中的畸变。

考虑各种照明场110-1–110-3的效果的前提通常是关于各种光束形状属性111-1–111-3的类型和属性的知识。通过示例，光束形状属性111-1–111-3可以由显微镜装置500的设计确定和预定。然而，还将能够在校准序列的范围内确定这些。

总之，以上说明了促进从对象的多个低分辨率图像对高分辨率结果图像的确定的技术，其为精确的，考虑了被分配给图像的照明场的光束形状属性。这里，可以能够以有针对性的方式操纵光束形状属性和/或考虑归因于构造的光束形状属性或否则固定预定的光束形状属性。具体地，能够考虑照明装置的畸变。由于畸变的后续校正的可能性，能够例如以成本有效的方式实现照明装置和/或显微镜装置的检测器，或者可以在光学器件设计中以不同的方式优化参数。通过示例，可以实现更成本有效的或健壮的照明装置。其可以是如下情况：对于设置显微镜装置需要较少的调整步骤。通过示例，还可以具体地进行对不会产生平面照明波的显微镜装置的使用。这可以促进照明装置的更简单的实现方式。另外，总体上可以能够对于执行确定结果图像需要的方法步骤要求较短的时间。也就是说，通过备选测量构思的方式，较快的测量可以变得可能。具体地，可以能够例如通过照明畸变的有针对性的引入或者总体上通过光束形状属性的有针对性的修改来自由地构造不同照明场之间的重叠区域。另外，现有照明构思和照明装置的相对较简单的可组合性可以是可能的。具体地，可能不必要以使得照明装置提供平面照明波的方式来对照明装置进行配置。对象的均匀照明可以是不必要的。因此，以上讨论的技术可以具体地与任何准相干照明装置(具体地不仅仅与科勒照明装置)进行组合；另外，可以进行对临界照明构思的使用。对象的图像的重建中的准确性可以相对于传统傅里叶叠层成像增加。具体地，可以能够使结果图像的质量与传统傅里叶叠层成像增加。这可以借助于能校正的照明装置和/或检测装置的各种畸变来实现。

附图标记的列表

S1-S4 步骤

T1-T10 步骤

100 对象

110-1–110-3 照明场

111-1–111-3 波束形状属性

120 光轴

201-1–201-3 图像

301 近似

302 中间图像

303 结果图像

311 第一分辨率

312 第二分辨率

500 显微镜装置

511 照明装置

512 检测器

513 样品保持器

514 计算机单元

515 存储器

516 用户接口

Claims (13)

1.一种用于使用显微镜装置(500)对对象(100)进行成像的方法，

其中，所述方法包括：

-获得所述对象(100)的具有第一分辨率(311)的至少两幅图像(201-1–201-3)，

其中，照明场(110-1、110-2、110-3)在每种情况下被分配给所述至少两幅图像(201-1–201-3)，所述照明场在各自的图像(201-1–201-3)的图像采集期间照亮所述对象并且与预定光束形状属性(111-1、111-2、111-3)相关联，

其中，所述方法包括用于所述至少两幅图像(201-1–201-3)中的每一幅的图像评估的以下步骤：

-将各自地分配的照明场(110-1、110-2、110-3)的光束形状属性(111-1、111-2、111-3)的效果添加到所述对象(100)在图像空间中的预定近似(301)，

其中，所述近似(301)具有大于所述第一分辨率(311)的第二分辨率(312)，

-基于所述各自的图像(201-1–201-3)借助于傅里叶叠层成像技术调整k空间中的所述近似(301)，

-从所述对象(100)在所述图像空间中的经调整的近似(301)去除所述各自的照明场(110-1、110-2、110-3)的所述光束形状属性(111-1、111-2、111-3)的效果，以便获得中间图像(302)，

其中，所述方法还包括：

-基于被分配给至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)的所述中间图像(302)来确定结果图像(303)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，被用于所述对象(100)的第二图像(201-1–201-3)的图像评估的所述预定近似(301)对应于通过所述对象(100)的第一图像(201-1–201-3)的图像评估获得的中间图像(302)。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，针对所述至少两幅图像(201-1–201-3)重复用于所述图像评估的步骤，直到满足与所述中间图像(302)相关的预定收敛准则为止。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述傅里叶叠层成像技术用所述各自的图像(201-1–201-3)的像素值替代特定区域中的所述近似(301)的像素值，

其中，所述特定区域对应于k空间中的各自的照明场(110-1、110-2、110-3)的系统光瞳。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述光束形状属性(111-1、111-2、111-3)是从以下组中选择的：所述照明场(110-1、110-2、110-3)的空间相关幅度(111-1)和/或相位；所述显微镜装置(500)的照明装置(511)的孔径(111-2)的形状；相对于所述对象(100)的照明方向(111-3)；像散性；曲率；畸变。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述照明场(110-1、110-2、110-3)的所述空间相关幅度(111-1)由高斯函数描述，和/或

其中，所述照明场(110-1、110-2、110-3)的所述空间相关幅度(111-1)由所述显微镜装置(500)的非科勒照明装置(511)和/或由所述显微镜装置(500)的具有临界照明的所述照明装置(511)预定。

7.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述孔径的形状针对所述至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)由所述显微镜装置(500)的变焦装置预定。

8.根据权利要求5或7所述的方法，

其中，所述孔径的形状取决于所述至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)的照明方向(111-3)被预定，使得在每种情况下所述至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)中的两个的系统光瞳交替地重叠。

9.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)中的至少一些或全部与包括关于所述显微镜装置(500)的光轴(120)的有限角的相同的照明方向(111-3)相关联。

10.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述方法还包括：

-执行用于确定所述至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)的所述光束形状属性(111-1、111-2、111-3)的校准序列。

11.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述方法包括针对所述至少两幅图像(201-1–201-3)中的每一幅进行以下：

-通过操作所述显微镜装置(500)的照明装置(511)利用各自的照明场(110-1、110-2、110-3)照亮所述对象(100)，

-在利用各自的照明场(110-1、110-2、110-3)的照明期间使用所述显微镜装置(500)的检测器(512)采集所述对象(100)的各自的图像(201-1–201-3)。

12.一种被配置为对对象(100)进行成像的显微镜装置(500)，

其中，所述显微镜装置包括：

-计算机单元(514)，其被配置为获得所述对象(100)的具有第一分辨率(311)的至少两幅图像(201-1–201-3)，

其中，照明场(110-1、110-2、110-3)在每种情况下被分配给所述至少两幅图像(201-1–201-3)，所述照明场在各自的图像(201-1–201-3)的图像采集期间照亮所述对象并且与预定光束形状属性(111-1、111-2、111-3)相关联，

其中，所述计算机单元(514)还被配置为执行用于所述至少两幅图像(201-1–201-3)中的每一幅的图像评估的以下步骤：

-将各自地分配的照明场(110-1、110-2、110-3)的光束形状属性(111-1、111-2、111-3)的效果添加到所述对象(100)在图像空间中的预定近似(301)，

其中，所述近似(301)具有大于所述第一分辨率(311)的第二分辨率(312)，

-基于所述各自的图像(201-1–201-3)借助于傅里叶叠层成像技术调整所述近似(301)，

-从所述对象(100)在所述图像空间中的经调整的近似(301)去除所述各自的照明场(110-1、110-2、110-3)的所述光束形状属性(111-1、111-2、111-3)的效果，以便获得中间图像(302)，

其中，所述计算机单元(514)还被配置为基于被分配给至少两个照明场(110-1、110-2、110-3)的所述中间图像(302)来确定结果图像(303)。

13.根据权利要求12所述的显微镜装置(500)，

其中，所述显微镜装置(500)还被配置为执行根据权利要求1所述的方法。