CN113227871A - 数字显微镜系统、操作该系统的方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

一种数字显微镜系统包括：成像设备，其被配置成生成表示物体的目标区域的数字图像数据，该目标区域由成像设备的可改变设置来确定；以及控制器，其被配置成生成对应于根据该设置生成的数字图像数据的监视器图像数据，该监视器图像数据被配置成显示为监视器图像；其中，控制器还被配置成响应于用户输入改变设置；并且其中，控制器还被配置成：通过响应于用户输入存储根据未改变的设置生成的数字图像数据，并通过考虑改变的设置对存储的数字图像数据执行数字图像处理来生成模拟监视器图像数据，来补偿根据改变的设置更新监视器图像数据中的延迟，模拟监视器图像数据被配置成在延迟期间显示为模拟监视器图像。

Description

数字显微镜系统、操作该系统的方法和计算机程序

技术领域

本发明涉及数字显微镜系统、用于操作数字显微镜系统的方法和具有用于执行该方法的程序代码的计算机程序。

背景技术

已知数字显微镜系统包括成像设备，该成像设备被配置成生成表示物体的目标区域的数字图像数据。为此，成像设备例如包括数字相机。这种数字显微镜系统还包括被控制的显微镜部件，以便改变将由成像设备成像的目标区域的位置或尺寸。这些显微镜部件包括例如可以相对于成像设备的光轴横向地移动的显微镜载物台、能够通过改变成像设备中包括的光学系统的放大率来调整目标区域的尺寸的放大率改变系统以及聚焦系统。用户可以控制上述显微镜部件，以便经由用户界面和输入元件(例如键盘、计算机鼠标等)来调整待成像的目标区域。用户界面还可以包括与监视器屏幕集成的触摸屏。

目标区域的实况图像显示在监视器上，并且用户可以通过操作触摸屏或另一输入元件来浏览(navigate)实况图像。然而，在用户输入和显微镜部件的操作之间常常存在一定延迟，显微镜部件将根据用户输入致动。这样的延迟或时延由根据用户输入进行操作所涉及的那些显微镜部件中出现的各个时延的总和组成。这样的时延可以指图像采集、图像传输、图像输出、电动显微镜功能的物理延迟或软件中的各种延迟。

只要用户输入和相应显微镜部件的操作之间的总时延不太大，这样的时延都是可以容忍的。因此，大约80ms的时延是用户不可感知的。然而，在总时延较大的情况下，用户会感觉监视器上显示的图像的浏览没有响应。

原则上，可以设想通过额外的努力来减少各个显微镜部件的时延。然而，由于额外的开发和硬件成本，这种方法是相对成本密集的(cost-inventive)。

因此，本发明的目的是提供一种能够以响应方式操作的数字显微镜系统。

发明内容

为了实现上述目的，提供了一种数字显微镜系统，包括：成像设备，其被配置成生成表示物体的目标区域的数字图像数据，该目标区域由成像设备的可改变设置来确定；以及控制器，其被配置成生成对应于根据该设置生成的数字图像数据的监视器图像数据，该监视器图像数据被配置成显示为监视器图像。控制器被配置成响应于用户输入来改变设置。控制器还被配置成：通过响应于用户输入存储根据未改变的设置生成的数字图像数据，并通过考虑改变的设置对存储的数字图像数据执行数字图像处理来生成模拟监视器图像数据，来补偿根据改变的设置更新监视器图像数据中的延迟，模拟监视器图像数据被配置成在延迟期间显示为模拟监视器图像。

成像设备的上述设置包括用于确定将由成像设备成像的物体的目标区域的任何设置。例如，该设置可以包括目标区域相对于成像设备的横向位置、用于对目标区域成像的放大率、聚焦状态等。特别地，可改变设置可以指成像设备的任何部件，其可以响应于用于确定目标区域的用户输入而被控制，例如电动显微镜载物台、电动聚焦系统、电动放大率改变系统等。

根据本发明的实施例，可以在接收到用于改变设置的用户输入的时间点和设置的改变实际上已经完成的时间点之间的延迟期间显示模拟监视器图像。为此，对已经基于未改变的设置生成的数字图像数据执行数字图像处理，其中数字图像处理考虑到由用户输入改变的新设置。因此，有可能在设置的改变尚未完成的时间显示反映改变的设置的监视器图像。结果，用户能够以被感觉为响应性和直观的方式操作数字显微镜系统。

与常规系统相比，用户可以通过用户动作直观地执行数字显微镜系统的所有操作，同时直接在监视器上观察系统的相应反应。换句话说，当响应于用户动作(即用户输入)的系统反应表现出一定的延迟时，例如由于硬件和图像传输时延，监视器图像在延迟期间被数字模拟。例如，当执行变焦时，由成像设备生成的当前数字图像冻结，即在第一步骤中被存储，并且只要变焦尚未完成，图像的数字放大或缩小版本就显示在监视器上。因此，尽管在该时间点用于变焦的成像设备操作尚未完成，但是用户已经可以观察到由设置的改变导致的监视器图像的近似。在一定时间之后，当显微镜硬件实际上已经达到对应于改变的变焦设置的期望放大率时，监视器上显示的模拟监视器图像被替换为对应于改变的设置的实况图像。

上述原理也适用于任何其他设置，例如相对于成像设备的光轴横向地移位显微镜载物台，或者相对于成像设备沿着光轴轴向地移位显微镜载物台，以改变成像设备在其上聚焦的物平面。

此外，与常规的显微镜系统相比，可以看到的另一个优点是避免任何额外的努力来减少系统的延迟时间，因为这种努力常常与成本密集的开发和硬件成本相关联。

根据本发明的实施例，优选的是，控制器被配置成响应于用户输入生成模拟监视器图像数据作为实时图像数据，该实时图像数据被配置成能够实现在监视器上的实时浏览，以改变要为其生成数字图像数据的物体的目标区域。因此，用户能够以响应性和直观的方式操作数字显微镜系统。

根据本发明的实施例，成像设备包括配置成根据设置改变放大率的放大率改变系统、配置成根据设置改变物体相对于成像设备的横向定位的定位设备、以及配置成根据设置改变聚焦状态的聚焦系统中的至少一个。

优选地，放大率改变系统的可改变设置包括连续放大率设置和离散放大率设置中的至少一种。因此，有可能直观地改变待成像的目标区域的尺寸。

优选地，连续放大率设置包括光学变焦设置和数字变焦设置中的至少一种。尽管光学变焦设置使得目标区域能够以高图像质量成像，但是数字变焦设置允许快速且低成本地调整目标区域的尺寸，因为不需要另外的光学元件来改变放大率。

根据优选实施例，当用于改变放大率的用户输入涉及离散放大率设置和光学变焦设置中的至少一种时，控制器生成模拟监视器图像数据，以补偿由相应设置的改变引起的更新监视器图像数据中的延迟。在该实施例中，改变放大率可能涉及一个或多个光学元件的机械移动，这样的移动需要一定的时间来完成。在上述时间期间，可以在监视器上数字模拟在完成放大率改变时预期的监视器图像。

优选地，当用于改变放大率的用户输入涉及数字变焦设置时，控制器更新监视器图像数据而不补偿任何延迟。在该实施例中，可以在不机械地移动任何光学元件的情况下改变放大率，从而能够快速改变放大率。因此，成像设备能够如此快速地生成数字图像数据，以至于无需任何数字模拟就可以更新监视器图像。

在优选实施例中，放大率改变系统至少包括形成复合变焦系统的第一和第二放大率改变子系统。

优选地，复合变焦系统提供由第一放大率改变子系统提供的连续放大率范围和由第二放大率改变子系统提供的多个离散基础放大率组合而成的放大率范围。通过组合连续放大率范围和离散基础放大率，可以以确保高图像质量的方式提供大的总放大率范围。

在上述实施例中，成像设备可以包括配置成作为数字变焦系统操作的数字相机，该数字相机形成第一放大率改变子系统。此外，成像设备可以包括离散放大率改变器，该离散放大率改变器形成第二放大率改变子系统。通过将数字变焦系统与离散放大率改变器组合，可以以高效的方式提供大的放大率范围。

此外，离散放大率改变器可以包括提供所述多个离散基础放大率的多个固定放大率光学系统，固定放大率光学系统中的每一个能够选择性地插入到包括数字相机的光路中。在优选实施例中，复合变焦系统提供由由第一放大子系统提供的第一连续放大率子范围和由第二放大率改变子系统提供的第二连续放大率子范围组成的总放大率范围。

在上述实施例中，成像设备可以包括第一数字相机和第一光学放大系统，第一数字相机和第一光学放大系统沿着第一光轴对齐，并且形成第一放大率改变子系统。此外，成像设备可以包括第二数字相机和第二光学放大系统，第二数字相机和第二光学放大系统沿着第二光轴对齐，并且形成第二放大率改变子系统。第一和第二光轴可以彼此平行布置。成像设备可以在正交于第一和第二光轴的方向上相对于物体可移动，以便选择性地将第一和第二放大率改变子系统之一与目标区域对齐。第一和第二数字相机中的至少一个可以被配置成作为数字变焦系统操作，或者第一和第二光学放大系统中的至少一个可以是光学变焦系统。在该实施例中，有可能实现将总放大率范围划分成几个子范围，每个子范围被分配给相应的放大率改变系统。因此，可以高效地覆盖大的放大率范围。

第一数字相机可以被配置成作为数字变焦系统操作，并且可以具有第一分辨率。第一放大系统可以是提供第一放大率的固定放大率光学系统。第二数字相机可以被配置成作为数字变焦系统操作，并且可以具有小于第一分辨率的第二分辨率。第二放大系统可以是提供小于第一放大率的第二放大率的固定放大率光学系统。第一连续放大率子范围可以是总放大率范围的上子范围。第二连续放大率子范围可以是总放大率范围的下子范围。在该实施例中，第一数字相机可以用于生成目标区域的高分辨率图像，而第二数字相机可以用于生成具有较低分辨率的概览图像。因此，数字显微镜系统允许通过大的放大率范围对物体进行方便和高效的成像。

第一放大系统可以是提供第一连续放大率子范围的光学变焦系统。第二数字相机可以被配置成作为数字变焦系统操作。第二放大系统可以是固定放大率光学系统。第一连续放大率子范围可以是总放大率范围的上子范围。第二连续放大率子范围可以是总放大率范围的下子范围。在优选实施例中，控制器被配置成：基于放大率改变系统和定位设备中的至少一个的改变的设置来生成模拟监视器图像数据，使得模拟监视器图像的中心对应于由改变的设置确定的目标区域。在该实施例中，目标区域始终在模拟监视器图像上居中，从而便于对物体进行数字浏览。

优选地，控制器被配置成：基于放大率改变系统和定位设备中的至少一个的改变的设置来生成模拟监视器图像数据，使得模拟监视器图像包括虚拟部分，所述虚拟部分对应于物体的未由根据未改变的设置生成的数字图像数据表示的区域。通过提供上述虚拟部分，可以避免模拟监视器图像包括空的图像区域，否则当模拟监视器图像显示在监视器上的时间时，由于还没有数字图像数据可用，会出现空的图像区域。因此，促进了数字显微镜系统的响应性和直观操作。

在优选实施例中，数字显微镜系统包括其上要布置物体的显微镜载物台，其中，定位设备被配置成根据设置改变显微镜载物台相对于成像设备的横向定位。在该实施例中，显微镜载物台可以在正交于成像设备的光轴的方向上移动。替代地，成像设备可以相对于显微镜载物台移动。

数字显微镜系统可以包括监视器，该监视器被配置成显示监视器图像和模拟监视器图像。

此外，数字显微镜系统可以包括输入设备，该输入设备被配置成获得用于改变设置的用户输入。输入设备可以包括诸如鼠标、操纵杆、键盘等的操作元件。

此外，输入设备可以包括与监视器集成的触摸屏。通过使用触摸屏，用户可以通过用特殊的触笔或一个或多个手指接触触摸屏来通过简单或多点触摸手势向数字显微镜系统给出用户输入。通过应用诸如拖放(drag and drop)手势的手势，用户可以轻松地浏览成像的物体。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作数字显微镜系统的方法。该方法包括以下步骤：生成表示物体的目标区域的数字图像数据，该目标区域由可改变设置确定；生成对应于根据该设置生成的数字图像数据的监视器图像数据，该监视器图像数据被配置成显示为监视器图像；响应于用户输入改变设置；以及通过响应于用户输入存储根据未改变的设置生成的数字图像数据，并通过考虑改变的设置对存储的数字图像数据执行数字图像处理来生成模拟监视器图像数据，来补偿根据改变的设置更新监视器图像数据中的延迟，模拟监视器图像数据被配置成在延迟期间显示为模拟监视器图像。

根据本发明的另一方面，提供了具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，所述程序代码用于执行上述方法。

附图说明

在下文中，参照附图描述优选实施例，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的数字显微镜系统的配置的图；

图2是示出用于操作图1所示的数字显微镜系统的示例性过程流程的流程图；

图3是示出包括在图1所示的数字显微镜系统中的成像设备的具体实施例的图；

图4是示出包括在图1所示的数字显微镜系统中的成像设备的另一个实施例的图；

图5是示出包括在图1所示的数字显微镜系统中的成像设备的另一个实施例的图；

图6是示出借助于图1所示的数字显微镜系统执行的实时浏览的示例的图；和

图7是示出借助于图1所示的数字显微镜系统执行的实时浏览的另一个示例的图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明的实施例的数字显微镜系统100的图。

数字显微镜系统100包括成像设备102、显微镜载物台104和计算机系统106。成像设备102被配置成生成表示位于显微镜载物台104上的物体110的目标区域108的数字图像数据。

计算机系统106包括处理器112、监视器114和输入设备，该输入设备包括例如键盘116和诸如计算机鼠标118等的定点设备。输入设备还可以包括触摸屏120，该触摸屏120与监视器的屏幕集成在一起。

处理器112可以包括控制器122，该控制器122被配置成控制数字显微镜系统100的整体操作。为此，控制器122连接到数字显微镜系统100的各个部件，特别是连接到成像设备102、监视器114、键盘116和计算机鼠标118。控制器122还可以连接到定位设备124，定位设备124能够实现显微镜载物台104和成像设备102之间的相对移动。在本实施例中，定位设备124可以被配置成在正交于成像设备102的光轴O的方向上移动显微镜载物台104。参考包括三个正交轴x、y、z的坐标系，如图1所示，显微镜载物台104的上述横向移动平行于包括x轴和y轴的平面。定位设备124还可以被配置成在平行于z轴(即平行于光轴O)的方向上相对于成像设备102移动显微镜载物台104。通过这种轴向移动，定位设备124可以用作聚焦系统，其确定包括将由成像设备102成像的目标区域108的物平面。成像设备102和显微镜载物台104之间的上述横向和轴向相对移动在图1中由双箭头示出。

处理器112还可以包括存储器126，用于存储由成像设备102生成的并且表示物体110的图像目标区域108的数字图像数据。

将由成像设备102成像的物体110的目标区域108由成像设备102的可改变设置来确定。这样的可改变设置可以包括确定显微镜载物台104相对于成像设备102的横向xy位置的设置、确定显微镜载物台104沿着光轴O相对于成像设备102的轴向z位置的设置、以及确定包括在成像设备102中的光学系统(图1中未示出)对物体的目标区域108成像所基于的放大率的设置中的至少一种，如下文更详细地解释的。

成像设备102的设置正由控制器122响应于由操作输入设备(即，本发明中的键盘116、计算机鼠标118和触摸屏120中的至少一个)的用户执行的用户输入而改变。本文中，假设由控制器122执行的成像设备102的设置的改变花费一定的时间。换句话说，假设在用户输入被控制器122接收到的时间和成像设备102的设置改变完成使得可以根据新设置对物体110进行成像的时间之间存在延迟。为了使用户即使存在上述延迟也能够在监视器114上执行实时浏览，根据本实施例的数字显微镜系统100可以根据如图2的流程图中指示的示例性过程流程来操作。

图2中所示的过程流程从步骤S2开始，其中成像设备102生成表示物体110的目标区域108的数字图像数据。由成像设备102成像的目标区域108由成像设备102的当前设置来确定，例如由显微镜载物台104相对于成像设备102的横向和轴向位置以及基于其执行目标区域108的成像的放大率中的至少一个来确定。

在步骤S4中，控制器122根据当前设置生成对应于已经在步骤S2中生成的数字图像数据的监视器图像数据。监视器图像数据表示配置成以监视器图像的形式显示在监视器114上的数据。

基于在步骤S4中生成的监视器图像数据，在步骤S6中在监视器上显示实况监视器图像。

关于图2所示的实施例，假设在步骤S8中控制器122接收由数字显微镜系统100的用户执行的用户输入，以便改变成像设备102的设置。

在接收到用户输入之后，在步骤S10中，控制器122在处理器112的存储器126中存储根据未改变的设置在步骤S2中生成的数字图像数据。换句话说，在步骤S10中，控制器122基于未改变的设置冻结数字图像。

在可以与步骤S10同时执行的步骤S12中，控制器122根据用户输入开始改变成像设备102的设置。对于本实施例，假设成像设备102的设置的改变包括从接收用户输入开始到更新设置完成的延迟。

在步骤S14中，控制器122在考虑到改变的设置的情况下，对在步骤S10中存储的图像数据执行数字处理，以便生成模拟监视器图像数据，该模拟监视器图像数据表示根据在步骤S8中接收的用户输入将要生成的监视器图像的近似。

在步骤S16中，在监视器114上显示模拟监视器图像，该模拟监视器图像由在步骤S14中生成的模拟监视器图像数据表示。在根据改变的设置更新监视器图像数据时发生的延迟期间，执行步骤S16。换句话说，在步骤S16中显示模拟监视器图像用于补偿上述延迟。

在步骤S18中，确定成像设备102的设置的改变是否完成。如果设置的改变尚未完成，即如果延迟仍在继续，则过程返回到步骤S16，使得模拟监视器图像继续显示在监视器114上。另一方面，如果在步骤S18中确定设置的改变已经完成，则过程进行到步骤S20。

在步骤S20中，成像设备102根据已经基于在步骤S8中接收的用户输入而改变的设置来生成新的数字图像数据。

在步骤S22中，控制器122生成对应于已经在步骤S20中生成的数字图像数据的更新的监视器图像数据。

最后，在步骤S24中，在监视器上显示更新的监视器图像，该更新的监视器图像由在步骤S22中生成的监视器图像数据表示。

如上文参考图2所示的示例性过程所解释的，数字显微镜系统100的控制器122被配置成响应于用户输入生成模拟监视器图像数据，作为实时图像数据，该实时图像数据被配置成能够实现在监视器114上的实时浏览，以改变要为其生成数字图像数据的物体110的目标区域108。

如上文关于图1所示的实施例所述，确定待成像的目标区域108的成像设备102的设置可以包括确定成像设备102中包括的光学系统的放大率的设置、确定物体110相对于成像设备102的横向xy定位的设置、以及确定物体110相对于成像设备102的轴向z定位(即确定成像设备102的光学系统聚焦在其上的物平面)的设置。在下文中，参照图3至图5描述图1所示的成像设备102的不同实施例。图3至图5所示的实施例特别地设计成能够实现不同的放大率设置，如下文所解释的。

图3示出了成像设备302，其代表了在图1所示的数字显微镜系统100中提供的成像设备102的具体实施例。

成像设备102包括放大率改变系统，该放大率改变系统在图3中通常用附图标记328表示。如下文所解释，放大率改变系统328的可改变设置包括连续放大率设置(即变焦设置)和离散放大率设置(即逐步放大率设置)中的至少一种。在图3所示的实施例中，上述连续放大率设置可以包括数字变焦设置。

特别地，图3所示的放大率改变系统328包括第一放大率改变子系统330，其可以由数字相机形成。数字相机330被配置成作为数字变焦系统操作。放大率改变系统328还包括第二放大率改变子系统332，其由离散放大率改变器形成。离散放大率改变器332包括多个固定放大率光学系统334、336、338。固定放大率光学系统中的每一个由提供固定放大率的光学系统形成。因此，多个固定放大率光学系统334、346、338提供了多个不同的离散基础放大率。为了选择性地设置这些基础放大率中的一个，固定放大率光学系统334、336、338中的每一个能够选择性地插入到数字相机330所在的光路中。在图3中，上述光路由从目标区域108通向数字相机330的光轴O表示。

在图3所示的实施例中，放大率改变系统328可以包括位于数字相机330和当前定位在光轴O上的固定放大率光学系统334之间的镜筒透镜340。此外，放大率改变系统328可以包括面向显微镜载物台104的物镜透镜342。尽管固定放大率光学系统334、336、336能够正交于光轴O移动，但是数字相机330、镜筒透镜340和物镜透镜342在图3所示的成像设备302内是固定的。

包括数字相机330的第一放大率改变子系统和包括离散放大率改变器332的第二放大率改变子系统一起形成复合变焦系统。复合变焦系统提供了一个放大率范围，该放大率范围由作为数字变焦系统操作的数字相机330提供的连续放大率范围和由固定放大率光学系统334、336、338提供的多个不同的离散基础放大率组合而成，固定放大率光学系统334、336、338可以选择性地插入从待成像的目标区域108通向数字相机330的光路O中。

优选地，数字相机330形成高分辨率图像传感器，其与包括多个固定放大率光学系统334、336、338的离散放大率改变器332结合来提供连续变焦系统。具体地，离散放大率改变器332提供代表几个连续放大步骤的离散基础放大率，其中数字相机330确保两个相邻放大步骤之间的无级数字变焦。如上所述，响应于用户输入，在离散基础放大率之间进行切换。

在图3所示的实施例中，可以实时执行两个离散放大步骤之间的数字变焦操作。因此，数字相机330可能能够几乎没有任何延迟地执行其数字变焦操作。结果，当用于改变放大率的用户输入仅涉及数字变焦设置时，控制器122更新监视器图像数据而不补偿任何延迟。在这方面，应当注意，显示在监视器114上的实况图像根据当前期望的放大率被缩放和修剪。作为高分辨率图像传感器的数字相机330即使在最大数字放大率下也能确保裁剪的图像中的必要分辨率。

另一方面，当响应于用户输入而改变正交于光轴O的离散放大率改变器332的横向定位时，通过将对应的数字图像数据存储在处理器112的存储器126中来冻结监视器114上的实况图像。然后，如上文参照图2所解释的，通过对存储的图像数据进行图像处理并在监视器114上显示从其产生的对应的模拟监视器图像，同时对由用户输入引起的放大率变化进行数字模拟。一旦达到了对应于用户输入的离散放大率改变器的目标放大率，控制器122就切换回更新后的实况图像。

离散放大率改变器332的步长被调整到由数字相机330实现的数字变焦的变焦范围。变焦范围又取决于数字相机330的分辨率和监视器114上显示的图像的分辨率。

如图3中进一步所示，成像设备302的设置的改变还可以涉及用于相对于成像设备302中包括的光学系统定位显微镜载物台104的操作。为此，可以响应于用户输入来控制定位设备124，以在正交于光轴O的方向上或者在沿着光轴的方向上或者在两个方向上改变成像设备302和显微镜载物台104之间的相对位置。

根据图3所示的具体实施例，离散放大率改变器332包括三个固定放大率光学系统334、336、338。不用说，离散放大率改变器332可以包括任何其他数量的固定放大率光学系统，只要该数量大于1。

图4示出了成像设备402，该成像设备是图1所示的数字显微镜系统100中提供的成像设备102的另一个具体实施例。

图4所示的成像设备402包括放大率改变系统428，其包括第一放大率改变子系统444和第二放大率改变子系统446。第一放大率改变子系统444包括第一数字相机448和第一光学放大系统450，其中第一数字相机448和第一光学放大系统450沿着第一光轴O1对齐。同样，第二放大率改变子系统446包括第二数字相机452和第二光学放大系统454。第二数字相机452和第二光学放大系统454沿着第二光轴O2对齐。上述第一光轴O1和第二光轴O2彼此平行布置。借助于定位设备124，成像设备402能够相对于物体110在正交于第一光轴O1和第二光轴O2的方向上移动，以便选择性地将第一放大率改变子系统444和第二放大率改变子系统446之一与目标区域108对齐。第一数字相机448和第二数字相机452中的至少一个可以被配置成作为数字变焦系统操作。替代地，第一光学放大系统450和第二光学放大系统454中的至少一个可以被配置成作为光学变焦系统来操作。

更具体地，根据图4所示的实施例，第一数字相机448可以被配置成作为数字变焦系统操作，并且可以具有第一分辨率。此外，第一放大系统450可以是提供第一固定放大率的固定放大率光学系统。此外，第二数字相机452可以被配置成作为数字变焦系统操作，并且可以具有小于第一数字相机448的第一分辨率的第二分辨率。第二放大系统454可以是提供小于第一放大率的第二固定放大率的固定放大率光学系统。

图4所示的放大率改变系统428形成复合变焦系统，该复合变焦系统提供由上子范围和下子范围组成的总放大率范围。总放大率范围的上子范围由第一连续放大率子范围形成，该第一连续放大率子范围由第一放大率改变子系统444提供。同样，总放大率范围的下子范围由第二连续放大率子范围形成，该第二连续放大率子范围由第二放大率改变子系统446提供。

如上文所解释的，图4所示的实施例包括两个数字相机448和452，其中第一数字相机448形成高分辨率图像传感器。因此，配置成执行数字变焦操作的第一数字相机448与第一固定放大率光学系统450配合以覆盖总放大率范围的上子范围。相比之下，第二数字相机452可以用作概览相机。此外，第二固定放大率光学系统454可以用作宽视场光学系统。因此，第二数字相机452和第二固定放大率光学系统454可以配合以覆盖总放大率范围的下子范围。

为了设置总放大率范围的上子范围和下子范围之一，第一放大率改变子系统444和第二放大率改变子系统446中的对应一个选择性地与目标区域108对齐。为此，显微镜载物台104可以在正交于光轴O1和O2的方向上横向地移动。替代地，成像设备102可以相对于显微镜载物台104移动。

当成像设备402和显微镜载物台104相对于彼此横向地移动以将第一放大率改变子系统444和第二放大率改变子系统446之一与目标区域108对齐时，在设置完成之前可能发生延迟。如参照图2所述，可以补偿更新监视器114上显示的监视器图像中的对应延迟。结果，可以进行在两个放大率改变子系统444、446之间的切换，而不会被用户注意到。

不用说，图4所示的实施例不限于两个数字相机系统。相反，本文描述的概念可以扩展到多于两个的相机系统。同样，总放大率范围可以分成多于两个的子范围。

图5示出了成像设备502，该成像设备是图1所示的数字显微镜系统100中提供的成像设备102的另一个具体实施例。

与图4中所示的实施例相比，图5的成像设备502被修改，因为执行数字变焦操作并覆盖总放大率范围的上子范围的图4的高分辨率相机系统被替换为这样的相机系统：该相机系统一方面具有较低的分辨率，另一方面被配置成提供光学变焦功能。

具体地，图5所示的成像设备502包括放大率改变系统528，其包括第一放大率改变子系统544。第一放大率改变子系统544包括第一数字相机548，第一数字相机548具有比图4所示的数字相机448的分辨率低的第一分辨率。第一放大率改变子系统544还包括作为光学变焦系统操作的第一放大系统560。由第一放大系统560形成的光学变焦系统提供第一连续放大率子范围。第一放大系统560包括面向第一数字相机548的镜筒透镜562和面向显微镜载物台104的物镜透镜564。第一放大系统560还包括两个透镜元件566、568，这两个透镜元件可以沿着光轴O1移动以改变放大率。第一放大系统560还可以被配置成能够通过沿着光轴O1彼此独立地移动两个透镜元件566、569来实现组合变焦和聚焦操作。

除了第一放大率改变子系统系统554的上述配置之外，图5所示的成像设备502与图4所示的成像设备402相同。特别地，在第一放大率改变子系统544和第二放大率改变子系统446之间的切换如关于图4所示的实施例所描述的那样执行。此外，由于用于改变放大率的用户输入可能涉及第一放大率改变子系统544的光学变焦设置的改变，控制器122可以生成模拟监视器图像数据，以补偿如参照图2所述的由光学变焦设置的改变引起的更新监视器图像中的延迟。

图6和图7示出了在监视器114上的实时浏览的不同示例，该实时浏览被应用于调整将由成像设备102成像的物体110的目标区域108。具体地，图6示出了其中根据正在执行的对应的用户输入来改变放大率以放大或缩小监视器图像的示例。图7示出了一个示例，其中显微镜载物台104相对于成像设备102的横向xy位置响应于正在执行的用户输入而改变，以横向地移位监视器图像。用户动作(即用户输入)可以借助于输入设备中包括的任何元件来进行，例如通过操作鼠标轮的计算机鼠标118、通过施加简单或多点触摸手势的触摸屏120、键盘116、使用操纵杆的3D鼠标等。

图6在左列中示出了用户动作，即由用户借助于输入设备执行的用户输入，在中间列中示出了在延迟期间监视器上的实时可视化，即模拟监视器图像670，在右列中示出了在延迟之后的结果，即根据改变的设置更新的监视器图像672。此外，图6在上半部分中示出了用于增加放大率的变焦设置的改变(图6中的“+”)，并且在下半部分中示出了用于减小放大率的变焦设置的改变(图6中的“-”)。

为了在对应于用户动作的变焦改变期间在监视器114上提供可视化，当开始用户动作时，当前实况图像被冻结，并且其内容根据当前目标位置被显示和缩放。该可视化过程被实时重复执行，使得用户可以在用户动作期间接收视觉反馈。当在正方向上执行变焦时，在设置的快速改变期间，冻结图像内容的各个像素可能变得可见。当显示虚拟放大或缩小的图像(即模拟监视器图像670)时，放大率改变系统的物理设置朝着对应于用户动作的期望放大率变化。如果达到期望的放大率，则模拟监视器图像670被替换为根据改变的设置更新的监视器图像672，并且更新的监视器图像672显示在监视器上。在用户动作期间，可以根据需要频繁地重复上述操作。

在根据图7的示例中，用户输入(即用于相对于成像设备102横向地移动显微镜载物台104的用户动作)直接在监视器图像上执行，如在图6所示的示例中那样。

为了在对应于用户动作的横向移动期间在监视器114上提供可视化，当开始用户动作时，当前实况图像被冻结，并且其内容以对应于当前目标位置的横向偏移来显示。该可视化过程被实时重复执行，使得用户可以在用户动作期间接收视觉反馈。

虽然横向移动由模拟监视器图像770表示，但是成像设备102的物理设置朝着期望的目标位置改变。一旦达到期望的目标位置，模拟监视器图像772被替换为根据由用户输入改变的设置更新的监视器图像772。在用户动作期间，可以根据需要频繁地重复上述操作。

应当注意，在图6和图7所示的示例中，不包括图像信息的灰色图像区域对应于物体110的尚未被成像设备102捕获的区域。换句话说，上述灰色图像区域对应于不由根据尚未被用户输入改变的设置生成的数字图像数据表示的物体110的区域。这样的灰色图像区域表示在模拟监视器图像内生成的虚拟部分。

图6和图7所示的示例性实时浏览过程可以彼此结合。例如，参考图6所示的示例，变焦操作的中心可以由用户输入在监视器图像中的位置来确定。这可以通过手势在触摸屏120上的位置来隐含地实现。优选地，该位置在整个变焦过程期间保持不变。因此，显微镜载物台104相对于成像设备102的横向移动可以与变焦操作同步地发生。这种横向移动通过一方面虚拟地(即数字地)移动监视器图像和另一方面相对于成像设备102物理地移动显微镜载物台104而再次发生。

根据上述实施例，在用户输入期间，启用数字显微镜系统100的用户接口和硬件部件之间的时间解耦。可以假设物体的实况图像在用户动作期间是不相关的。因此，提供如上所述的冻结图像可能就足够了。因此，硬件要求可以显著降低，特别是在时延要求方面。换句话说，仅在根据用户输入的设置改变已经完成之后更新实况图像可能就足够了。因此，在用户动作期间不生成任何中间图像可能是优选的。

虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面也表示对应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应框或项目或特征的描述。一些或所有方法步骤可以通过(或使用)如例如处理器、微处理器、可编程计算机或电子电路的硬件装置来执行。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的某个或某些可以由这样的装置执行。

根据某些实现方式要求，本发明的实施例可以用硬件或软件来实现。该实现方式可以使用诸如数字存储介质的非暂时性存储介质来执行，数字存储介质为例如软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM和EPROM、EEPROM或闪存，其上存储有电子可读控制信号，该电子可读控制信号与可编程计算机系统配合(或能够配合)，使得相应的方法被执行。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，该电子可读控制信号能够与可编程计算机系统配合，使得本文描述的方法之一被执行。

通常，本发明的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作用于执行这些方法之一。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。

其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。

换句话说，因此，本发明的实施例是具有程序代码的计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文描述的方法之一。

因此，本发明的另一个实施例是一种存储介质(或数据载体，或计算机可读介质)，其包括存储在其上的计算机程序，用于在由处理器执行时执行本文描述的方法之一。数据载体、数字存储介质或记录介质典型地是有形的和/或非暂时性的。本发明的另一个实施例是如本文所述的装置，其包括处理器和存储介质。

因此，本发明的另一个实施例是代表用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置成经由数据通信连接(例如，经由互联网)来传输。

另一个实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑器件，其被配置成或适于执行本文描述的方法之一。

另一个实施例包括其上安装有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的计算机。

根据本发明的另一个实施例包括一种装置或系统，其被配置成将用于执行本文描述的方法之一的计算机程序传输(例如，电子地或光学地)到接收器。接收器可以例如是计算机、移动设备、存储器设备等。该装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。

在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文描述的方法的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器配合，以便执行本文描述的方法之一。通常，这些方法优选地由任何硬件装置来执行。

在整个本发明中，例如“通过……做某事”的措辞被广义地解释为诸如“包括”的开放术语，而不是诸如“由……组成”的封闭术语。

附图标记列表

100 数字显微镜系统

102 成像设备

104 显微镜载物台

106 计算机系统

108 目标区域

110 物体

112 处理器

114 监视器

116 键盘

118 计算机鼠标

120 触摸屏

122 控制器

124 定位设备

126 存储器

302 成像设备

328 放大率改变系统

330 数字相机

332 离散放大率改变器

334 固定放大率光学系统

336 固定放大率光学系统

338 固定放大率光学系统

340 镜筒透镜

342 物镜透镜

402 成像设备

444 放大率改变子系统

446 放大率改变子系统

448 数字相机

450 光学放大系统

452 数字相机

454 光学放大系统

502 成像设备

528 放大率改变系统

544 放大率改变子系统

548 数字相机

560 光学放大系统

562 镜筒透镜

564 物镜透镜

566 透镜元件

568 透镜元件

670 模拟监视器图像

672 监视器图像

770 模拟监视器图像

772 监视器图像

O 光轴

O1 光轴

O2 光轴

Claims (15)

1.一种数字显微镜系统(100)，包括：

成像设备(102)，其被配置成生成表示物体(110)的目标区域(108)的数字图像数据，所述目标区域(108)由所述成像设备(102)的可改变设置确定；和

控制器(122)，其被配置成生成对应于根据所述设置生成的所述数字图像数据的监视器图像数据，所述监视器图像数据被配置成显示为监视器图像(672,772)；

其中，所述控制器(122)还被配置成响应于用户输入来改变所述设置；并且

其中，所述控制器(122)还被配置成通过以下步骤来补偿根据改变的设置更新所述监视器图像数据中的延迟：

响应于所述用户输入，存储根据未改变的设置生成的所述数字图像数据，以及通过考虑所述改变的设置对存储的所述数字图像数据执行数字图像处理来生成模拟监视器图像数据，所述模拟监视器图像数据被配置成在所述延迟期间显示为模拟监视器图像(670,770)。

2.根据权利要求1所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述控制器(122)被配置成响应于所述用户输入生成所述模拟监视器图像数据作为实时图像数据，所述实时图像数据被配置成能够实现在监视器(114)上的实时浏览，以改变要为其生成所述数字图像数据的所述物体(110)的所述目标区域(108)。

3.根据权利要求1或2所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述成像设备(302,402,502)包括配置成根据所述设置改变放大率的放大率改变系统(328,428,528)、配置成根据所述设置改变所述物体(110)相对于所述成像设备(302,402,502)的横向定位的定位设备(124)、以及配置成根据所述设置改变聚焦状态的聚焦系统(124)中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述放大率改变系统(328,428,528)的所述可改变设置包括连续放大率设置和离散放大率设置中的至少一种，并且

其中，所述连续放大率设置包括光学变焦设置和数字变焦设置中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的数字显微镜系统(100)，其中，当用于改变所述放大率的所述用户输入涉及所述离散放大率设置和所述光学变焦设置中的至少一种时，所述控制器(122)生成所述模拟监视器图像数据，以补偿由相应的设置的改变引起的更新所述监视器图像数据中的延迟。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述放大率改变系统(328,428,528)至少包括形成复合变焦系统的第一放大率改变子系统(330,444,544)和第二放大率改变子系统(332,446)。

7.根据权利要求6所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述复合变焦系统提供由所述第一放大率改变子系统(330)提供的连续放大率范围和由所述第二放大率改变子系统(332)提供的多个离散基础放大率组合而成的放大率范围。

8.根据权利要求7所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述成像设备(302)包括配置成作为数字变焦系统操作的数字相机(330)，所述数字相机(330)形成所述第一放大率改变子系统；并且

所述成像设备(302)包括离散放大率改变器(332)，所述离散放大率改变器(332)形成所述第二放大率改变子系统。

9.根据权利要求8所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述离散放大率改变器(332)包括提供所述多个离散基础放大率的多个固定放大率光学系统(334,336,338)，所述固定放大率光学系统(334,336,338)中的每一个能够选择性地插入到包括所述数字相机(330)的光路(O)中。

10.根据权利要求6所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述复合变焦系统提供由所述第一放大率改变子系统(444,544)提供的第一连续放大率子范围和由所述第二放大率改变子系统(446)提供的第二连续放大率子范围组成的总放大率范围。

11.根据权利要求10所述的数字显微镜系统(100)，其中，所述成像设备(402,502)包括第一数字相机(448,548)和第一光学放大系统(450,560)，所述第一数字相机(448,548)和所述第一光学放大系统(450,560)沿着第一光轴(O1)对齐并形成所述第一放大率改变子系统(444,544)；

所述成像设备(402,502)包括第二数字相机(452)和第二光学放大系统(454)，所述第二数字相机(452)和所述第二光学放大系统(454)沿着第二光轴(O2)对齐并形成所述第二放大率改变子系统(446)，

所述第一光轴(O1)和所述第二光轴(O2)彼此平行布置，

所述成像设备(402,502)能够在正交于所述第一光轴(O1)和所述第二光轴(O2)的方向上相对于所述物体(110)移动，以便选择性地将所述第一放大率改变子系统(444,544)和所述第二放大率改变子系统(446)之一与所述目标区域(108)对齐，并且

所述第一数字相机(448,548)和所述第二数字相机(452)中的至少一个被配置成作为数字变焦系统操作，或者所述第一光学放大系统(450,560)和所述第二光学放大系统(454)中的至少一个是光学变焦系统。

12.根据权利要求11所述的数字显微镜系统(100)，其中

所述第一数字相机(448)被配置成作为数字变焦系统操作并具有第一分辨率，

所述第一光学放大系统(450)是提供第一放大率的固定放大率光学系统，

所述第二数字相机(452)被配置成作为数字变焦系统操作并具有小于所述第一分辨率的第二分辨率，

所述第二光学放大系统(454)是提供小于所述第一放大率的第二放大率的固定放大率光学系统，

所述第一连续放大率子范围是所述总放大率范围的上子范围，并且

所述第二连续放大率子范围是所述总放大率范围的下子范围。

13.根据权利要求11所述的数字显微镜系统(100)，其中

所述第一光学放大系统(560)是提供所述第一连续放大率子范围的光学变焦系统，

所述第二数字相机(452)被配置成作为数字变焦系统操作，

所述第二放大系统(454)是固定放大率光学系统，

所述第一连续放大率子范围是所述总放大率范围的上子范围，并且

所述第二连续放大率子范围是所述总放大率范围的下子范围。

14.一种用于操作数字显微镜系统(100)的方法，包括以下步骤：

生成表示物体(110)的目标区域(108)的数字图像数据，所述目标区域(108)由可改变设置确定；

生成对应于根据所述设置生成的所述数字图像数据的监视器图像数据，所述监视器图像数据被配置成显示为监视器图像(672,772)；

响应于用户输入改变所述设置；和

通过以下步骤来补偿根据改变的设置更新所述监视器图像数据中的延迟：

响应于所述用户输入，存储根据未改变的设置生成的所述数字图像数据，以及通过考虑所述改变的设置对存储的所述数字图像数据执行数字图像处理来生成模拟监视器图像数据，所述模拟监视器图像数据被配置成在所述延迟期间显示为模拟监视器图像(670,770)。

15.一种具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，所述程序代码用于执行根据权利要求22所述的方法。

Images