DE102010038167A1

DE102010038167A1 - System und Verfahren zur Bildgebung mit verbesserter Tiefenschärfe

Info

Publication number: DE102010038167A1
Application number: DE102010038167A
Authority: DE
Inventors: Kevin Bernard Kenny; David Lavan Henderson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2011-04-28
Also published as: US20110091125A1; CN102053357A; CN102053357B; JP5651423B2; JP2011091799A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bildgebung präsentiert. Das Verfahren enthält ein Akquirieren mehrerer Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen. Ferner enthält das Verfahren ein Bestimmen einer Gütezahl, die jedem Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder entspricht. Das Verfahren enthält ferner, dass für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern identifiziert wird, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt. Darüber hinaus enthält das Verfahren ein Erzeugen eines Arrays für jedes Bild in den mehreren Bildern. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Befüllen der Arrays auf der Basis der bestimmten besten Gütezahlen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Verarbeiten jedes befüllten Arrays in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Auswählen von Pixeln aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays. Das Verfahren enthält ferner ein Verarbeiten der bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Vermischen der ausgewählten Pixel als gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe, um das zusammengesetzte Bild zu erzeugen, das eine verbesserte Tiefenschärfe ...

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betreffen die Bildgebung und insbesondere den Aufbau eines Bildes mit verbesserter Tiefenschärfe.
Die Verhinderung, Überwachung und Behandlung von physiologischen Zuständen, wie bspw. Krebs, Infektionskrankheiten und anderen Störungen, erfordern die rechtzeitige Diagnose dieser physiologischen Zustände. Im Allgemeinen wird eine biologische Probe von einem Patienten für die Analyse und Identifikation der Krankheit verwendet. Mikroskopische Analyse ist eine weit verbreitete Technik bei der Analyse und Auswertung dieser Proben. Insbesondere können die Proben untersucht werden, um die Gegenwart anormaler Anzahl oder Arten von Zellen und/oder Organismen zu detektieren, die auf einen Krankheitszustand hinweisen können. Es sind automatisierte mikroskopische Analysesysteme entwickelt worden, um eine schnelle Analyse dieser Proben zu ermöglichen, und diese haben den Vorteil der Genauigkeit gegenüber manueller Analyse, bei der Techniker im Laufe der Zeit Müdigkeit verspüren können, die zur ungenauen Messung bei der Probe führen kann. Gewöhnlich werden Proben auf einem Objektträger in ein Mikroskop geladen. Eine Linse oder ein Objektiv des Mikroskops kann auf einen bestimmten Bereich der Probe fokussiert werden. Die Probe wird anschließend nach einem oder mehreren interessierten Objekten gescannt. Es sollte erwähnt werden, dass es von höchster Wichtigkeit ist, die Probe/das Objektiv richtig zu fokussieren, um eine Akquisition von Bildern mit hoher Qualität zu ermöglichen.
Digitale optische Mikroskope werden verwendet, um eine weite Vielfalt von Proben zu beobachten. Eine Tiefenschärfe ist als ein Maß eines Tiefenbereiches entlang einer Sichtachse definiert, der dem scharf eingestellten (im Fokus befindlichen) Teil einer dreidimensionalen (3D) Szene entspricht, die durch ein Linsensystem auf eine Bildebene abgebildet wird. Unter Verwendung digitaler Mikroskope akquirierte Bilder werden gewöhnlich bei hohen numerischen Aperturen akquiriert. Die bei den hohen numerischen Aperturen erhaltenen Bilder sind im Allgemeinen auf einen Abstand von einer Probe zu einer Objektivlinse hoch empfindlich. Selbst eine Abweichung von wenigen Mikrometern kann ausreichen, um eine Probe unscharf einzustellen (aus dem Fokus zu bringen). Außerdem kann es selbst innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes des Mikroskops gegebenenfalls nicht möglich sein, durch Einstellung der Optik zu einem Zeitpunkt die gesamte Probe scharf einzustellen.
Darüber hinaus wird dieses Problem in dem Falle eines Rastermikroskops weiter verschlimmert, bei dem das zu akquirierende Bild aus mehreren Sichtfeldern synthetisiert wird. Außer Variationen in der Probe weist der Objektträger des Mikroskops Variationen in seiner Oberflächentopografie auf. Der Mechanismus zum Verschieben des Objektträgers in einer zu der optischen Achse des Mikroskops senkrechten Ebene kann beim Anheben, Absenken und Neigen des Objektträgers ebenfalls Mängel in der Bildqualität hervorrufen und dadurch zu mangelhafter Fokussierung in dem akquirierten Bild führen. Zusätzlich wird das Problem der mangelhaften Fokussierung in dem Fall, das eine auf einem Objektträger angeordnete Probe innerhalb eines einzigen Sichtfeldes des Mikroskops nicht wesentlich flach ist, weiter verschärft. Insbesondere können diese Proben, die auf dem Objektträger angeordnet sind, erhebliche Materialmengen aufweisen, die sich außerhalb einer Ebene des Objektträgers befinden.
Es sind zahlreiche Techniken zur Bildgebung entwickelt worden, die Probleme im Zusammenhang mit der Abbildung einer Probe angehen, die erhebliche Materialmengen außerhalb der Ebene aufweist. Diese Techniken ziehen im Allgemeinen die Aufnahme gesamter Sichtfelder des Mikroskops und ein Zusammenfügen von diesen nach sich. Jedoch führt die Verwendung dieser Techniken zu einem ungenauen Fokus, wenn die Tiefe der Probe innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes deutlich variiert. Um eine Tiefeninformation einer dreidimensionalen (3D) mikroskopischen Szene zu erhalten, ist konfokale Mikroskopie eingesetzt worden. Jedoch neigen diese Systeme dazu, komplex und teuer zu sein. Da konfokale Mikroskopie gewöhnlich auf die Abbildung von mikroskopischen Proben beschränkt ist, ist sie auch im Allgemeinen zur Abbildung makroskopischer Szenen praktisch ungeeignet.
Bestimmte andere Techniken gehen das Problem der automatischen Fokussierung, wenn die Tiefe der Probe innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes deutlich variiert, durch Akquisition und Aufbewahrung von Bildern bei mehreren Fokusebenen an. Während diese Techniken Bilder ergeben, die einem Bediener des Mikroskops vertraut sind, erfordern diese Techniken die Speicherung der 3- bis 4-fachen Menge an Daten und können wohl für ein Gerät mit hohem Durchsatz unerschwinglich sein.
Außerdem umfassen bestimmte weitere derzeit verfügbare Techniken eine Aufteilung eines Bildes in festgesetzte Bereiche und eine Auswahl des Quellenbildes auf der Basis des in diesen Bereichen erreichten Kontrastes. Bedauerlicherweise bringt der Einsatz dieser Techniken störende Artefakte in die erzeugten Bilder ein. Darüber hinaus neigen diese Techniken dazu, Bilder mit beschränkter Fokusqualität zu erzeugen, insbesondere wenn sie vor dem Problem stehen, das auf einem Objektträger angeordnete Proben nicht im Wesentlichen flach innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes sind, wodurch sich der Einsatz dieser Mikroskope auf die Pathologielabore zur Diagnostizierung von Abnormalitäten in derartigen Proben, insbesondere wenn die Diagnose eine hohe Vergrößerung erfordert (wie bei Knochenmarkaspiraten), beschränkt.
Es kann folglich wünschenswert sein, eine robuste Technik und ein robustes System zu entwickeln, die eingerichtet sind, um ein Bild mit einer verbesserten Tiefenschärfe aufzubauen, die vorteilhafterweise die Bildqualität verbessert. Außerdem besteht ein Bedarf nach einem System, das eingerichtet ist, um Proben genau abzubilden, die erhebliches Material außerhalb einer Ebene des Objektträgers aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik wird ein Verfahren zur Bildgebung präsentiert. Das Verfahren enthält ein Akquirieren mehrerer Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen. Ferner enthält das Verfahren ein Bestimmen einer Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in jedem der mehreren akquirierten Bilder. Das Verfahren enthält ferner, dass für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern identifiziert wird, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt. Außerdem enthält das Verfahren ein Erzeugen eines Arrays für jedes Bild in den mehreren Bildern. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Befüllen der Arrays auf der Basis der bestimmten Gütezahlen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Verarbeiten jedes befüllten Arrays in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen. Außerdem enthält das Verfahren ein Auswählen von Pixeln aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays. Das Verfahren enthält ferner ein Verarbeiten der bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Vermischen der gewählten Pixel in Form eines gewichteten Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe, um das zusammengesetzte Bild zu erzeugen, das eine verbesserte Tiefenschärfe aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Bildgebungsvorrichtung präsentiert. Die Vorrichtung enthält eine Objektivlinse. Außerdem enthält die Vorrichtung einen primären Bildsensor, der konfiguriert ist, um mehrere Bilder von einer Probe zu erzeugen. Zusätzlich enthält die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um einen Probeabstand zwischen der Objektlinse und der Probe entlang einer optischen Achse einzustellen, um die Probe abzubilden. Die Vorrichtung enthält ferner einen Scanntisch, um die Probe zu stützen und die Probe in wenigstens einer seitlichen Richtung zu bewegen, die zu der optischen Achse im Wesentlichen orthogonal verläuft. Darüber hinaus enthält die Vorrichtung ein Verarbeitungsteilsystem, um mehrere Bilder zu akquirieren, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen, eine Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in jedem der mehreren akquirierten Bilder zu bestimmen, für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern zu identifizieren, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt, ein Array für jedes Bild in den mehreren Bildern zu erzeugen, die Arrays auf der Basis der bestimmten Gütezahlen zu befüllen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen, jedes befüllte Array in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske zu verarbeiten, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen, Pixel aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays auszuwählen, die bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters zu verarbeiten, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen, und die gewählten Pixel als gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe miteinander zu vermischen, um das zusammengesetzte Bild mit einer verbesserten Tiefenschärfe zu erzeugen.
ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen, worin:
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Bildgebungsvorrichtung, wie bspw. eines digitalen optischen Mikroskops, die Aspekte der vorliegenden Technik enthält;
2 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Probe, die erhebliches Material außerhalb einer auf einem Objektträger befindlichen Ebene aufweist;
3–4 zeigen schematisierte Darstellungen der Akquisition mehrerer Bilder gemäß Aspekten der vorliegenden Technik;
5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zur Abbildung einer Probe, wie bspw. der in 2 veranschaulichten Probe, gemäß Aspekten der vorliegenden Technik veranschaulicht;
6 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils eines akquirierten Bildes zur Verwendung in dem Bildgebungsprozess nach 5 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
7–8 zeigen schematisierte Darstellungen von Abschnitten des Teils des akquirierten Bildes nach 6 gemäß Aspekten der vorliegenden Technik; und
9A–9B zeigen Flussdiagramme, die ein Verfahren zum Synthetisieren eines zusammengesetzten Bildes gemäß Aspekten der vorliegenden Technik veranschaulichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie hier nachstehend im Einzelnen beschrieben, werden ein Verfahren und System zur Abbildung einer Probe, wie bspw. einer Probe, die erhebliches Material außerhalb einer Ebene eines Objektträgers aufweist, bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildqualität und Optimierung der Scanngeschwindigkeit präsentiert. Durch Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung, wie sie hie nachstehend beschrieben sind, kann eine verbesserte Bildqualität und eine deutlich erhöhte Scanngeschwindigkeit erhalten werden, während der klinische Arbeitsablauf des Probescanns vereinfacht wird.
Obwohl die hier nachstehend veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem digitalen Mikroskop beschrieben sind, versteht es sich, dass die Verwendung der Bildgebungsvorrichtung in anderen Anwendungen, wie bspw., jedoch nicht darauf beschränkt, einem Teleskop, einer Kamera oder einem medizinischen Scanner, wie bspw. einem Röntgen-Computertomografie(CT)-Bildgebungs-system, in Verbindung mit der vorliegenden Technik ebenfalls in Erwägung gezogen werden.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung 10, wie bspw. eines digitalen optischen Mikroskops, die Aspekte der vorliegenden Erfindung enthält. Die Bildgebungsvorrichtung 10 enthält eine Objektivlinse 12, einen primären Bildsensor 16, eine Steuereinrichtung 20 und einen Scanntisch 22. In der veranschaulichten Ausführungsform ist eine Probe 24 zwischen einem Deckplättchen 26 und einem Objektträger 28 angeordnet, wobei die Probe 24, das Deckplättchen 26 und der Objektträger 28 von dem Scanntisch 22 gehalten sind. Das Deckplätchen 26 und der Objektträger 28 können aus einem transparenten Material, bspw. Glas, hergestellt sein, während die Probe 24 eine weite Vielfalt von Objekten oder Proben, einschließlich biologischer Proben, repräsentieren kann. Z. B. kann die Probe 24 industrielle Objekte, wie bspw. integrierte Schaltungschips oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sowie biologische Proben, wie bspw. Biopsiegewebe, einschließlich Leber- oder Nierenzellen, repräsentieren. In einem nicht beschränkenden Beispiel können derartige Proben eine Dicke aufweisen, die im Durchschnitt von etwa 5 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer beträgt und um einige Mikrometer variiert, und sie können eine Seitenfläche von etwa 15 × 15 Millimeter aufweisen. Insbesondere können diese Proben erhebliches Material aufweisen, das sich außerhalb einer Ebene des Objektträgers 28 befindet.
Die Objektivlinse 12 ist von der Probe 24 in einem Probenabstand beabstandet, der entlang einer optischen Achse in der (vertikalen) Z-Richtung verläuft, und die Objektivlinse 12 weist eine Fokusebene in der X-Y-Ebene (seitlichen oder horizontalen Richtung) auf, die zu der Z- oder vertikalen Richtung im Wesentlichen orthogonal ausgerichtet ist. Die Objektivlinse 12 sammelt Licht 30, das von der Probe 24 an einem bestimmten Sichtfeld abgestrahlt wird, verstärkt das Licht 30 und lenkt das Licht 30 auf den primären Bildsensor 16. Die Objektivlinse 12 kann in Abhängigkeit von bspw. der Anwendung und der Größe der abzubildenden Probenmerkmale hinsichtlich der Vergrößerungsleistung variieren. Um ein nicht beschränkendes Beispiel anzugeben, kann die Objektivlinse 12 in einer Ausführungsform eine Hochleistungs-Objektivlinse sein, die eine Vergrößerung von 20× oder mehr ermöglicht und eine numerische Appertur von 0,5 oder mehr als 0,5 (kleine Schärfentiefe) aufweist. Die Objektivlinse 12 kann von der Probe 24 in einem Probenabstand im Bereich von etwa 200 Mikrometer bis etwa einigen Millimetern getrennt sein, abhängig von dem ausgelegten Arbeitsabstand des Objektivs 12, und sie kann Licht 30 von einem Sichtfeld von bspw. 750 × 750 Mikrometer in der Fokusebene sammeln. Jedoch können der Arbeitsabstand, das Lichtfeld und die Fokusebene ebenfalls in Abhängigkeit von der Mikroskopkonfiguration oder den Eigenschaften der abzubildenden Probe 24 variieren. Außerdem kann die Objektivlinse 12 in einer Ausführungsform mit einer Positionssteuerung, wie bspw. einem Piezoaktuator, gekoppelt sein, um eine feine Antriebssteuerung und eine schnelle kleine Sichtfeldanpassung an dem Objektiv 12 zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform kann der primäre Bildsensor 16 ein oder mehrere Bilder der Probe 24 entsprechend wenigstens einem Sichtfeld unter Verwendung bspw. eines primären Lichtwegs 32 erzeugen. Der primäre Bildsensor 16 kann eine beliebige digitale Bildgebungsvorrichtung, wie bspw. einen kommerziell erhältlichen ladungsgekoppelten Bauelement(CCD-)basierten Bildsensor, repräsentieren.
Außerdem kann die Bildgebungsvorrichtung 10 die Probe 24 unter Verwendung einer weiten Vielfalt von Bildgebungsmodi, einschließlich Hellfeld, Phasenkontrast, Differential-Interferenz-Kontrast und Fluoreszenz, beleuchten. Somit kann das Licht 30 mit Hellfeld Phasenkontrast oder Differential-Interferenzkontrast von der Probe 24 übertragen oder reflektiert werden, oder das Licht 30 kann unter Verwendung von Fluoreszenz von der (fluoreszenzmarkierten oder intrinsischen) Probe 24 emittiert werden. Außerdem kann das Licht 30 unter Verwendung von Durchleuchtung (bei der die Lichtquelle und die Objektivlinse 12 sich auf gegenüberliegenden Seiten der Probe 24 befinden) oder mit Epi-Beleuchtung erzeugt werden (bei der die Lichtquelle und die Objektivlinse 12 sich auf derselben Seite der Probe 24 befinden). An sich kann die Bildgebungsvorrichtung 10 ferner eine Lichtquelle (wie bspw. eine Hochintensitäts-LED oder eine Quecksilber- oder Xenonbogen- oder Metallhalogenidlampe) enthalten, die zur Zweckmäßigkeit der Darstellung in den Figuren weggelassen worden ist.
Außerdem kann die Bildgebungsvorrichtung 10 in einer Ausführungsform eine Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsvorrichtung sein, die dazu eingerichtet ist, schnell eine große Anzahl von primären digitalen Bildern der Probe 24 aufzunehmen, wobei jedes primäre Bild einen Schnappschuss der Probe 24 bei einem bestimmten Sichtfeld repräsentiert. In bestimmten Ausführungsformen kann das bestimmte Sichtfeld nur für einen Bruchteil der gesamten Probe 24 kennzeichnend sein. All die primären digitalen Bilder können anschließend digital miteinander kombiniert oder zusammengefügt werden, um eine digitale Darstellung der gesamten Probe 24 zu erzeugen.
Wie vorstehend erwähnt, kann der primäre Bildsensor 16 eine große Anzahl von Bildern von der Probe 24, die wenigstens einem Sichtfeld entsprechen, unter Verwendung des primären Lichtwegs oder Strahlengangs 32 erzeugen. Jedoch kann der primäre Bildsensor 16 in manchen anderen Ausführungsformen eine große Anzahl von Bildern von der Probe 24 entsprechend mehreren einander überlappenden Sichtfeldern unter Verwendung des primären Lichtweges 32 erzeugen. In einer Ausführungsform nimmt die Bildgebungsvorrichtung 10 diese Bilder der Probe 24, die bei verschiedenen Probenabständen erhalten werden, auf und verwendet diese, um ein zusammengesetztes Bild von der Probe 24 mit verbesserter Tiefenschärfe zu erzeugen. Außerdem kann die Steuereinrichtung 20 in einer Ausführungsform den Abstand zwischen der Objektivlinse 12 und der Probe 24 einstellen, um eine Akquisition mehrerer Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld zugeordnet sind, zu ermöglichen. Ferner kann die Bildgebungsvorrichtung 10 in einer Ausführungsform die mehreren akquirierten Bilder in einem Daten-Repository 34 und/oder einem Speicher 38 speichern.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik kann die Bildgebungsvorrichtung 10 ferner ein beispielhaftes Verarbeitungsteilsystem 36 zur Abbildung einer Probe, wie bspw. der Probe 24 mit dem außerhalb der Ebene des Objektträgers 28 befindlichen Material, enthalten. Insbesondere kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um eine Gütezahl bzw. einen Gütefaktor zu bestimmen, die bzw. der jedem Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder entspricht. Das Verarbeitungsteilsystem 36 kann auch konfiguriert sein, um ein zusammengesetztes Bild auf der Basis der ermittelten Gütezahlen bzw. -faktoren zu synthetisieren. Die Arbeitsweise des Verarbeitungsteilsystems 36 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 5–9 in größeren Einzelheiten beschrieben. Obwohl in der derzeit vorgesehenen Konfiguration der Speicher 38 als von dem Verarbeitungsteilsystem 36 gesondert veranschaulicht ist, kann das Verarbeitungsteilsystem 36 in einigen Ausführungsformen den Speicher 38 enthalten. Außerdem kann das Verarbeitungsteilsystem 36 in einigen Ausführungsformen gemeinsam mit der Steuereinrichtung 20 kombiniert sein, obwohl die derzeit vorgesehene Konfiguration das Verarbeitungsteilsystem 36 als von der Steuereinrichtung 20 gesondert veranschaulicht.
Eine feine Fokussierung wird im Allgemeinen erreicht, indem die Position des Objektivs 12 in der Z-Richtung mittels eines Aktuators eingestellt wird. Insbesondere ist der Aktuator dazu eingerichtet, das Objektiv 12 in einer Richtung zu bewegen, die zu der Ebene des Objektträgers 28 im Wesentlichen senkrecht verläuft. In einer Ausführungsform kann der Aktuator einen piezoelektrischen Wandler für eine hohe Akquisitionsgeschwindigkeit enthalten. In bestimmten anderen Ausführungsformen kann der Aktuator einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus mit einem Motor und einem Untersetzungsgetriebe für einen hohen Bewegungsbereich enthalten.
Es sollte erwähnt werden, dass ein Problem bei der Bildgebung im Allgemeinen in dem Fall auftritt, dass die auf dem Objektträger 28 angeordnete Probe 24 innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes des Mikroskops nicht flach ist. Insbesondere kann die Probe 24 Material aufweisen, das sich außerhalb einer Ebene des Objektträgers 28 befindet, wodurch sich ein schlecht fokussiertes Bild ergibt. Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist dort eine schematisierte Darstellung 40 des Objektträgers 28 und der darauf angeordneten Probe 24 veranschaulicht. Wie in 2 dargestellt, kann die auf dem Objektträger 28 angeordnete Probe 24 in bestimmten Situationen nicht flach sein. Wenn, um ein Beispiel anzugeben, die Probe 24 entmaterialisiert ist, weitet sich das Material der Probe 24 aus, was zur Folge hat, dass die Probe Material aufweist, das sich außerhalb einer Ebene des Objektträgers 28 innerhalb eines einzelnen Sichtfeldes des Mikroskops befindet. Demzufolge können bestimmte Bereiche der Probe für einen gegebenen Probeabstand außerhalb des Fokus liegen. Demgemäß wird sich, falls das Objektiv 12 auf einen ersten Probeabstand in Bezug auf die Probe 24, wie bspw. auf eine untere Bildgebungsebene A 42, fokussiert wird, das Zentrum der Probe 24 außerhalb des Fokus befinden. Umgekehrt werden sich, falls das Objektiv 12 auf einen zweiten Probeabstand, wie bspw. auf eine obere Bildgebungsebene B 44 fokussiert wird, die Ränder der Probe 24 außerhalb des Fokus befinden. Insbesondere kann es keinen Kompromiss-Probeabstand geben, bei dem die gesamte Probe 24 im akzeptablen Fokus liegt bzw. in akzeptabler Weise scharfgestellt ist. Der Ausdruck „Probeabstand” wird hier nachstehend verwendet, um den Trennungsabstand zwischen der Objektivlinse 12 und der auszubildenden Probe 24 zu bezeichnen. Auch können die Ausdrücke „Probeabstand” und „Fokusabstand” gegeneinander austauschbar verwendet werden.
Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik kann die Bildgebungsvorrichtung 10 konfiguriert sein, um eine Tiefenschärfe zu verbessern und dadurch Proben, die eine beträchtliche Oberflächentopografie aufweisen, zu ermöglichen, genau abgebildet zu werden. Zu diesem Zweck kann die Bildgebungsvorrichtung 10 konfiguriert sein, um mehrere Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld entsprechen, zu akquirieren, während das Objektiv 12 an einer Reihe von Probeabständen zu der Probe 24 positioniert wird, eine Gütezahl zu bestimmen, die jeden Pixel in den mehreren Bildern entspricht, und auf der Basis der bestimmten Gütezahlen ein zusammengesetztes Bild zu synthetisieren.
Demgemäß können in einer Ausführungsform mehrere Bilder akquiriert werden, indem das Objektiv 12 an mehreren entsprechenden Probeabständen (Z-Höhen) zu der Probe 24 positioniert wird, während der Scanntisch 22 und die Probe 24 an einer festen X-Y-Position verbleiben. In bestimmten anderen Ausführungsformen können die mehreren Bilder akquiriert werden, indem die Objektivlinse 12 in der Z-Richtung und der Scanntisch 22 (sowie die Probe 24) in der X-Y-Richtung bewegt werden.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung 50 eines Verfahrens zur Akquisition der mehreren Bilder durch Positionierung des Objektivs 12 an mehreren entsprechenden Probeabständen (Z-Höhen) von der Probe 24, während der Scanntisch 22 und die Probe 24 an einer festgesetzten X-Y-Position verbleiben. Insbesondere können die mehreren Bilder, die einem einzelnen Sichtfeld entsprechen, akquiriert werden, indem das Objektiv 12 an mehreren Probeabständen in Bezug auf die Probe 24 positioniert wird. In dem hierin verwendeten Sinne wird der Ausdruck „Sichtfeld” verwendet, um einen Bereich des Objektträgers 28 zu bezeichnen, von dem ans Licht auf einer Arbeitsoberfläche des primären Bildsensors 16 ankommt. Die Bezugszeichen 52, 54 und 56 sind jeweils für ein erstes Bild, ein zweites Bild bzw. ein drittes Bild kennzeichnend, die durch eine jeweilige Positionierung des Objektivs 12 bei einem ersten Abtastabstand, einem zweiten Abtastabstand bzw. einem dritten Abtastabstand in Bezug auf die Probe 24 erhalten werden. Ferner ist das Bezugszeichen 53 für einen Teil des ersten Bildes 52 kennzeichnend, der einem einzigen Sichtfeld des Objektivs entspricht. In ähnlicher Weise ist das Bezugszeichen 55 für ein Teil des zweiten Bildes 54 kennzeichnend, der einem einzigen Sichtfeld des Objektivs 12 entspricht. Außerdem ist ein Bezugszeichen 57 für ein Teil des dritten Bildes 52 kennzeichnend, der einem einzigen Sichtfeld des Objektivs 12 entspricht.
Um ein Beispiel anzugeben, kann die Bildgebungsvorrichtung 10 das erste Bild 52, das zweite Bild 54 und das dritte Bild 56 von der Probe 24 unter Verwendung des primären Bildsensors 16 aufnehmen, während das Objektiv 12 jeweils an dem ersten, dem zweiten bzw. dem dritten Probeabstand in Bezug auf die Probe 24 positioniert ist. Die Steuereinrichtung 20 oder der Aktuator kann die Objektivlinse 12 in eine erste Richtung verlagern. In einer Ausführungsform kann die erste Richtung eine Z-Richtung enthalten. Demgemäß kann die Steuereinrichtung 20 die Objektivlinse 12 in Bezug auf die Probe 24 in der Z-Richtung verlagern oder vertikal verschieben, um die mehreren Bilder bei mehreren Probeabständen zu erhalten. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel kann die Steuereinrichtung 20 die Objektivlinse 12 relativ zu der Probe 24 in der Z-Richtung vertikal verschieben, während der Scanntisch 22 an einer ortsfesten X-Y-Position gehalten wird, um die mehreren Bilder 52, 54, 56 an mehreren Abtastabständen zu erhalten, wobei die mehreren Bilder 52, 54, 56 einem einzigen Sichtfeld entsprechen. Alternativ kann die Steuereinrichtung 20 den Scanntisch 22 und die Probe 24 vertikal verschieben, während die Objektivlinse 12 an einer ortsfesten vertikalen Position verbleibt, oder die Steuereinrichtung 20 kann sowohl den Scanntisch 22 (sowie Probe 24) als auch die Objektivlinse 12 vertikal verschieben. Die auf diese Weise akquirierten Bilder können in dem Speicher 38 (vgl. 1) gespeichert werden. Alternativ können die Bilder in dem Daten-Repository 34 (vgl. 1) gespeichert werden.
Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Technik können mehrere Bilder, die mehreren Sichtfeldern entsprechen, akquiriert werden. Insbesondere können mehrere Bilder, die einander überlappenden Sichtfeldern entsprechen, akquiriert werden. Indem nun auf 4 Bezug genommen wird, ist dort eine schematisierte Darstellung 60 der Akquisition der mehreren Bilder, während die Objektivlinse 12 in der ersten Richtung (Z-Richtung) bewegt wird und der Scanntisch 22 (sowie die Probe 24) in einer zweiten Richtung bewegt werden, gezeigt. Es kann erwähnt werden, dass in bestimmten Ausführungsformen die zweite Richtung zu der ersten Richtung im Wesentlichen orthogonal verlaufen kann. Ferner kann die zweite Richtung in einer Ausführungsform die X-Y-Richtung enthalten. Insbesondere ist die Akquisition mehrerer Bilder, die mehreren einander überlappenden Sichtfeldern entsprechen, dargestellt. Die Bezugszeichen 62, 64 und 66 sind jeweils für ein erstes Bild, ein zweites Bild bzw. ein drittes Bild kennzeichnend, die durch jeweilige Positionierung des Objektivs 12 bei einem ersten Probeabstand, einem zweiten Probeabstand bzw. einem dritten Probeabstand in Bezug auf die Probe 24 erhalten werden, während der Scanntisch 22 in der X-Y-Richtung bewegt wird.
Es kann erwähnt werden, dass das Sichtfeld des Objektivs 12 sich mit der Bewegung des Scanntisches 22 in der X-Y-Richtung verschiebt. Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik kann ein im Wesentlichen ähnlicher Bereich an den mehreren akquirierten Bildern ausgewertet werden. Demgemäß kann ein Bereich, der sich synchron zu der Bewegung des Scanntisches 22 verschiebt, ausgewählt werden, so dass der gleiche Bereich bei jedem Probeabstand ausgewertet wird. Die Bezugszeichen 63, 65 und 67 können jeweils für einen Bereich kennzeichnend sein, der synchron zu der Bewegung des Scanntisches 22 in dem ersten Bild 62, dem zweiten Bild 64 und dem dritten Bild 66 verschoben wird.
In dem in 4 veranschaulichten Beispiel kann die Steuereinrichtung 20 die Objektivlinse 12 vertikal verschieben, während sie auch den Scanntisch 22 (und die Probe 24) in der X-Y-Richtung bewegt, um die Akquisition von Bildern, die einander überlappenden Sichtfeldern entsprechen, bei unterschiedlichen Probeabständen zu ermöglichen, so dass jeder Abschnitt eines jeden Sichtfeldes bei unterschiedlichen Probeabständen akquiriert wird. Insbesondere können die mehreren Bilder 62, 64 und 66 derart akquiriert werden, das für jede gegebene X-Y-Position des Scanntisches 22 eine deutliche Überlappung unter den mehreren Bildern 62, 64 und 66 vorliegt. Demgemäß kann die Probe 24 in einer Ausführungsform über einen interessierenden Bereich hinaus gescannt werden, und Bilddaten, die Bereichen entsprechen, die über den Bildebenen keine Überlappung haben, können nachfolgend verworfen werden. Diese Bilder können in dem Speicher 38 abgespeichert werden. Alternativ können diese akquirierten Bilder in dem Daten-Repository 34 gespeichert werden.
Erneut bezugnehmend auf 1 und gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik kann die Bildgebungsvorrichtung 10, sobald die mehreren Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld entsprechen, akquiriert sind, eine quantitative Eigenschaft für die jeweiligen mehreren akquirierten Bilder der Probe 24, die bei mehreren Probeabständen aufgenommen wurden, bestimmen. Eine quantitative Eigenschaft repräsentiert ein quantitatives Maß der Bildqualität und kann auch als eine Gütezahl bzw. ein Gütefaktor bezeichnet werden. In einer Ausführungsform kann die Gütezahl eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors enthalten. Insbesondere kann die Gütezahl in einer Ausführungsform eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors von einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals enthalten. Demgemäß kann die Bildgebungsvorrichtung 10 in manchen Ausführungsformen, und insbesondere kann das Verarbeitungsteilsystem 36, konfiguriert sein, um eine Gütezahl in Form einer diskreten Approximation an einen Gradientenvektor einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder bestimmen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Tiefpassfilter auf die Gradienten angewandt werden, um jedes Rauschen während der Berechnung der Gradienten wegzuglätten. Es kann erwähnt werden, dass, obwohl die Gütezahl als eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals beschrieben ist, die Verwendung anderer Gütezahlen bzw. -faktoren, wie bspw., jedoch nicht darauf beschränkt, eines Laplace-Filters, eines Sobel-Filters, eines Canny-Kantendetektors oder einer Schätzung des lokalen Bildkontrastes, ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Technik vorgesehen werden.
Jedes akquirierte Bild kann durch die Bildgebungsvorrichtung 10 verarbeitet werden, um Informationen hinsichtlich einer Qualität des Fokus bzw. der Schärfe durch Bestimmung einer Gütezahl, die jedem Pixel in dem Bild entspricht, zu extrahieren. Insbesondere kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um eine Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in jedem der mehreren akquirierten Bilder zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt, kann die Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in manchen Ausführungsformen eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors enthalten. Insbesondere kann die Gütezahl in einer Ausführungsform eine diskrete Approximation an den Gradientenvektor einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals enthalten. Alternativ kann die Gütezahl ein Laplace-Filter, ein Sobel-Filter, einen Canny-Kanten-detektor oder einen Schätzwert des lokalen Bildkontrastes enthalten.
Anschließend kann gemäß Aspekten der vorliegenden Technik das Verarbeitungsteilsystems 36 konfiguriert sein, um für jedes Pixel in jedem akquirierten Bild ein Bild in den mehreren Bildern zu lokalisieren, das die beste Gütezahl, die diesem Pixel entspricht, unter den mehreren akquirierten Bildern ergibt. In dem hierin verwendeten Sinne kann der Ausdruck „beste Gütezahl” (bzw. „bester Gütefaktor”) verwendet werden, um eine Gütezahl zu bezeichnen, die die beste Fokusqualität bzw. Schärfequalität an einer räumlichen Position ergibt. Außerdem kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um für jedes Pixel in jedem Bild einen ersten Wert diesem Pixel zuzuweisen, falls das zugehörige Bild die beste Gütezahl ergibt. Zusätzlich kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um einen zweiten Wert einem Pixel zuzuweisen, falls ein anderes Bild in den mehreren Bildern die beste Gütezahl ergibt. In bestimmten Ausführungsformen kann der erste Wert eine „1” sein, während ein zweiter Wert „0” sein kann. Diese zugewiesenen Werte können in dem Daten-Repository 34 und/oder dem Speicher 38 gespeichert werden.
Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Technik kann das Verarbeitungsteilsystem 36 ferner konfiguriert sein, um auf der Basis der bestimmten Gütezahlen ein zusammengesetztes Bild zu synthetisieren. Insbesondere kann das zusammengesetzte Bild basierend auf den den Pixeln zugewiesenen Werten synthetisiert werden. In einer Ausführungsform können diese zugewiesenen Werte in Form von Arrays (bzw. Feldern) gespeichert sein. Es kann erwähnt werden, dass, obwohl die vorliegende Technik die Verwendung von Arrays zur Speicherung der zugewiesenen Werte beschreibt, andere Techniken zur Speicherung der zugewiesenen Werte ebenfalls angedacht sind. Demgemäß kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um ein Array zu erzeugen, dass jedem der mehreren akquirierten Bilder entspricht. Ferner können diese Arrays in einer Ausführungsform eine Größe haben, die einer Größe eines entsprechenden akquirierten Bildes im Wesentlichen ähnlich ist.
Sobald diese Arrays erzeugt sind, kann jedes Element in jedem Array befüllt werden. Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik können die Elemente in den Arrays auf der Basis der Gütezahl, die diesem Pixel entspricht, befüllt werden. Insbesondere kann, falls einem Pixel in einem Bild ein erster Wert zugewiesen wurde, anschließend dem zugehörigen Element in dem entsprechenden Array ein erster Wert zugewiesen werden. In ähnlicher Weise kann einem Element in einem Array, das einem Pixel entspricht, ein zweiter Wert zugewiesen werden, falls diesem Pixel in einem zugehörigen Bild ein zweiter Wert zugewiesen wurde. Das Verarbeitungsteilsystem 36 kann konfiguriert sein, um all die Arrays auf der Basis der Werte, die den Pixel in den akquirierten Bildern zugewiesen wurden, zu füllen. In Folge dieser Verarbeitung kann ein Satz befüllter Arrays erzeugt werden. Die befüllten Arrays können ebenfalls bspw. in dem Daten-Repository 34 und/oder dem Speicher 38 abgespeichert werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verarbeitungsteilsystem 36 ferner den Satz befüllter Arrays über eine Bitmaske verarbeiten, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen. Um ein Beispiel anzugeben, kann die Verarbeitung der befüllten Arrays mittels der Bitmaske die Erzeugung von bitmaskierten gefilterten Arrays ermöglichen, die lediglich Elemente mit dem ersten Wert enthalten.
Außerdem kann das Verarbeitungsteilsystem 36 Pixel aus jedem der mehreren akquirierten Bilder auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays auswählen. Insbesondere können in einer Ausführungsform Pixel in den akquirierten Bildern entsprechend Elementen in einem zugehörigen bitmaskierten gefilterten Array mit dem ersten Wert ausgewählt werden. Außerdem kann das Verarbeitungsteilsystem 36 die akquirierten Bilder unter Verwendung der ausgewählten Pixel miteinander vermischen, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Jedoch kann eine derartige Vermischung (Blending) der mehreren akquirierten Bildern zu unerwünschten Vermischungsartefakten (Blending-Artefakten) in dem zusammengesetzten Bild führen. In manchen Ausführungsformen können die unerwünschten Vermischungsartefakte die Erzeugung von Bändern bzw. Streifen, wie bspw. Mach-Bändern, in dem zusammengesetzten Bild enthalten.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik können die unerwünschten Vermischungsartefakte in Form der Bändererscheinung, durch Glättung der Übergänge von einem Bild zu dem nächsten durch Anwendung eines Filters auf die bitmaskierten gefilterten Arrays wesentlich minimiert werden. Insbesondere kann die Bänderbildung gemäß Aspekten der vorliegenden Technik wesentlich minimiert werden, indem ein bikubisches Tiefpassfilter angewandt wird, um die Übergänge von einem Bild zum nächsten wegzuglätten. Die Verarbeitung der bitmaskierten gefilterten Arrays durch das bikubische Filter führt zu der Erzeugung einer gefilterten Ausgabe. In manchen Ausführungsformen kann die gefilterte Ausgabe bikubische gefilterte Arrays enthalten, die den mehreren Bildern entsprechen. Das Verarbeitungsteilsystem 36 kann dann konfiguriert sein, um diese gefilterte Ausgabe als einen Alpha-Kanal zum Vermischen (Blending) der Bilder miteinander zu verwenden, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Insbesondere kann in einem Alpha-Blending eine Gewichtung, die allgemein in einem Bereich von etwa 0 bis etwa 1 liegt, jedem Pixel in jedem der mehreren Bilder zugewiesen werden. Diese zugewiesene Gewichtung kann allgemein als alpha (α) bezeichnet werden. Insbesondere kann jedes Pixel in einem endgültigen zusammengesetzten Bild berechnet werden, indem die Produkte aus den Pixelwerten in den akquirierten Bildern und ihren zugehörigen Alpha-Werten aufsummiert werden und die Summe durch eine Summe der Alpha-Werte dividiert wird. In einer Ausführungsform kann jedes Pixel (R_C, G_C, B_C) in dem zusammengesetzten Bild berechnet werden als:
wobei n eine Anzahl von Pixeln in den mehreren akquirierten Bildern kennzeichnen kann, (α₁, α₂, ... α_n) entsprechend die Gewichtungen kennzeichnen kann, die jedem Pixel in den mehreren akquirierten zugewiesen sind, (R₁, R₂, ... R_n) die Rot-Werte der Pixel in den mehreren akquirierten Bildern kennzeichnen kann, (G₁, G₂, ... G_n) die Grün-Werte der Pixel in den mehreren akquirierten Bildern kennzeichnen kann und (B₁, B₂, ... B_n) die Blau-Werte der Pixel in den mehreren akquirierten Bildern kennzeichnen kann.
Demgemäß kann jedes ausgewählte Pixel als ein gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel über den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe zusammengemischt werden, um ein zusammengesetztes Bild mit einer verbesserten Tiefenschärfe zu erzeugen.
Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Technik kann die Bildgebungsvorrichtung 10 konfiguriert sein, um die mehreren Bilder zu akquirieren. In einer Ausführungsform können die mehreren Bilder der Probe 24 akquiriert werden, indem das Objektiv 12 bei mehreren Probeabständen (Z-Höhen) positioniert wird, während der Scanntisch 22 an einer diskreten X-Y-Stelle ortsfest gehalten wird. Insbesondere kann die Akquisition der mehreren Bilder entsprechend wenigstens einem Sichtfeld eine Positionierung des Objektivs 12 an mehreren Probeabständen durch Verlagerung des Objektivs 12 entlang der Z-Richtung enthalten, während der Scanntisch 22 an einer ortsfesten diskreten Stelle entlang der X-Y-Richtung gehalten wird. Demgemäß kann eine entsprechende Mehrzahl von Bildern der Probe 24 durch Positionierung des Objektivs 12 an den mehreren Probeabständen (Z-Höhen) bei gleichzeitigem Halten des Scanntisches 22 an einer Reihe von diskreten X-Y-Positionen akquiriert werden. Insbesondere können die entsprechenden Sätze von Bildern akquiriert werden, indem das Objektiv 12 bei den mehreren Probeabständen positioniert wird, indem das Objektiv 12 entlang der Z-Richtung verschoben wird, während der Scanntisch 22 an einer Reihe von diskreten Stellen entlang der X-Y-Richtung positioniert wird. Es kann erwähnt werden, dass der Scanntisch 22 durch Verschiebung des Scanntisches in der X-Y-Richtung an einer Reihe von diskreten X-Y-Stellen positioniert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform können mehrere einander überlappende Bilder akquiriert werden, indem das Objektiv 12 entlang der Z-Richtung bewegt wird, während der Scanntisch 22 gleichzeitig in der X-Y-Richtung verschoben wird. Diese überlappenden Bilder können derart akquiriert werden, dass die einander überlappenden Bilder all die X-Y-Stellen an jeder möglichen Z-Höhe umfassen.
Anschließend kann das Verarbeitungsteilsystem 36 konfiguriert sein, um Gütezahlen bzw. -faktoren zu bestimmen, die jedem Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder entsprechen. Ferner kann die Gütezahl gemäß Aspekten der vorliegenden Technik eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors enthalten. Insbesondere kann die Gütezahl in manchen Ausführungsformen eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors enthalten. Genauer gesagt, kann die Gütezahl in einer Ausführungsform eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors von einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals enthalten. Ein zusammengesetztes Bild kann anschließend auf der Basis der bestimmten Gütezahlen durch das Verarbeitungsteilsystem 36 synthetisiert werden, wie dies vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben ist.
Wie vorstehend erwähnt, kann eine Vermischung der mehreren akquirierten Bilder zu der Erzeugung von Bändern bzw. Streifen in dem zusammengesetzten Bild führen, die darauf zurückzuführen sind, dass Pixel aus unterschiedlichen Bildern ausgewählt werden und dadurch abrupte Übergänge von einem Bild zu einem anderen zur Folge haben. Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik können die mehreren akquirierten Bilder durch Verwendung eines bikubischen Filters verarbeitet werden. Eine Verarbeitung der mehreren akquirierten Bilder mittels des bikubischen Filters glättet alle abrupten Übergänge von einem Bild zu einem anderen und minimiert dadurch jede Bänderbildung in dem zusammengesetzten Bild.
Indem nun auf 5 Bezug genommen wird, ist dort ein Flussdiagramm 80, das ein beispielhaftes Verfahren zur Abbildung einer Probe veranschaulicht, dargestellt. Insbesondere ist ein Verfahren zur Abbildung einer Probe dargestellt, die einen beträchtlichen Anteil an Material außerhalb einer Ebene eines Objektträgers aufweist. Das Verfahren 80 kann in einem allgemeinen Zusammenhang von computerausführbaren Instruktionen beschrieben werden. Allgemein können computerausführbare Instruktionen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen, Prozeduren, Module, Funktionen und dergleichen enthalten, die bestimmte Funktionen ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. In manchen Ausführungsformen können die computerausführbaren Instruktionen in einem Computerspeichermedium, wie bspw. dem Speicher 38 (vgl. 1), der für die Bildgebungsvorrichtung 10 lokal ist (vgl. 1) und mit dem Verarbeitungsteilsystem 36 in Wirkverbindung steht, angeordnet sein. In manchen anderen Ausführungsformen können die computerausführbaren Instruktionen in Computerspeichermedien, wie bspw. Speichervorrichtungen, angeordnet sein, die von der Bildgebungsvorrichtung 10 entfernt werden (vgl. 1). Außerdem enthält das Bildgebungsverfahren 80 eine Folge von Operationen, die in Hardware, Software oder Kombinationen von diesen implementiert sein können.
Das Verfahren beginnt in Schritt 82, in dem mehrere Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld zugeordnet sind, akquiriert werden können. Insbesondere wird ein Objektträger, der eine Probe enthält, in eine Bildgebungsvorrichtung geladen. Um ein Beispiel anzugeben, kann der Objektträger 28 mit der Probe 24 auf den Scanntisch 22 der Bildgebungsvorrichtung 10 (vgl. 1) geladen werden. Anschließend können mehrere Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld entsprechen, akquiriert werden. In einer Ausführungsform können mehrere Bilder entsprechend einem einzigen Sichtfeld akquiriert werden, indem das Objektiv 12 in der Z-Richtung bewegt wird, während der Scanntisch 22 (und die Probe 24) an einer ortsfesten X-Y-Position verbleiben. Bspw. können die mehreren Bilder, die einem einzigen Sichtfeld entsprechen, in der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Weise akquiriert werden. Demgemäß kann bei einem einzigen Sichtfeld ein erstes Bild der Probe 24 akquiriert werden, indem das Objektiv 12 bei einem ersten Probeabstand (einer ersten Z-Höhe) in Bezug auf die Probe 24 positioniert wird. Ein zweites Bild kann erhalten werden, indem das Objektiv 12 bei einem zweiten Probeabstand in Bezug auf die Probe 24 positioniert wird. In einer ähnlichen Weise können mehrere Bilder akquiriert werden, indem das Objektiv 12 bei entsprechenden Probeabständen in Bezug auf die Probe 24 positioniert wird. In einer Ausführungsform kann die Akquisition der Bilder gemäß Schritt 82 eine Akquisition von 3–5 Bildern der Probe 24 nach sich ziehen. Alternativ kann der Scanntisch 22 (und die Probe 24) vertikal verschoben werden, während die Objektivlinse 12 bei einer ortsfesten vertikalen Position verbleibt, oder sowohl der Scanntisch 22 (und die Probe 24) als auch die Objektivlinse 12 können vertikal verschoben werden, um mehrere Bilder zu akquirieren, die dem einzigen Sichtfeld entsprechen.
Jedoch können die mehreren Bilder in manchen anderen Ausführungsformen akquiriert werden, indem das Objektiv 12 in der Z-Richtung bewegt wird, während der Scanntisch 22 und die Probe 24 in der X-Y-Richtung bewegt werden. Um ein Beispiel anzugeben, können die mehreren Bilder, die mehreren Sichtfeldern entsprechen, in der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Weise akquiriert werden. Insbesondere kann die Akquisition der mehreren Bilder, die einander überlappenden Sichtfeldern entsprechen, im Wesentlichen hinreichend nahe voneinander beabstandet sein, so dass wenigstens ein akquiriertes Bild jede Stelle in der Bildebene für jede Position (Z-Höhe) des Objektivs 12 abdeckt. Demgemäß können ein erstes Bild, ein zweites Bild und ein drittes Bild akquiriert werden, indem das Objektiv 12 jeweils bei einem ersten Probeabstand, einem zweiten Probeabstand bzw. einem dritten Probeabstand in Bezug auf die Probe 24 positioniert wird, während der Scanntisch 22 in der X-Y-Richtung bewegt wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 kann, sobald die mehreren Bilder akquiriert sind, eine Qualitätseigenschaft, wie bspw. eine Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in jedem der mehreren Bilder bestimmt werden, wie dies durch den Schritt 84 angezeigt ist. Wie zuvor erwähnt, kann die Gütezahl, die zu jedem Pixel gehört, gemäß Aspekten der vorliegenden Technik, in einer Ausführungsform eine diskrete Approximation an einen Gradientenvektor repräsentieren. Insbesondere kann die Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in einer Ausführungsform für eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors von einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals repräsentativ sein. In manchen anderen Ausführungsformen kann die Gütezahl ein Laplace-Filter, ein Sobel-Filter, einen Canny-Kantendetektor oder eine Schätzung des lokalen Bildkontrastes, wie zuvor erwähnt, enthalten. Die Bestimmung der Gütezahl entsprechend jedem Pixel in jedem der mehreren Bilder kann unter Bezugnahme auf die 6–8 besser verstanden werden.
Gewöhnlich enthält ein Bild, wie bspw. das erste Bild 52 (vgl. 3), eine Anordnung von roten „R”, blauen „B” und grünen „G” Pixeln. 6 repräsentiert einen Teil 100 eines akquirierten Bildes in den mehreren Bildern. Z. B. kann der Teil 100 einen Ausschnitt des ersten Bildes 52 repräsentieren. Ein Bezugszeichen 102 kennzeichnet einen ersten Bereich des Ausschnitts 100, während ein zweiter Bereich des Ausschnitts 100 allgemein durch das Bezugszeichen 104 gekennzeichnet sein kann.
Wie zuvor erwähnt, kann die Gütezahl bzw. der Gütefaktor eine diskrete Approximation an den Gradientenvektor einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals kennzeichnen. 7 veranschaulicht eine schematisierte Darstellung des ersten Bereichs 102 des Ausschnitts 100 aus 6. Demgemäß kann, wie in 7 gezeigt, eine diskrete Approximation des Gradientenvektors eines grünen „G” Pixels 106 bestimmt werden als:
wobei G_LR, G_LL, G_UL und G_UR benachbarte grüne „G” Pixel des grünen „G” Pixels 106 kennzeichnen.
8 repräsentiert den zweiten Bereich 104 des Ausschnitts 100 aus 6. Demgemäß kann in dem Fall, dass ein Pixel ein rotes „R” Pixel oder ein blaues „B” Pixel enthält, eine diskrete Approximation des Gradientenvektors des roten „R” Pixels 108 (oder eines blauen „B” Pixels) bestimmt werden als:
wobei G_R, G_L, G_U, G_D benachbarte grüne „G” Pixel des roten „R” Pixels 106 oder eines blauen „B” Pixels kennzeichnen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann in Schritt 84 eine Gütezahl in der Form einer diskreten Approximation des Gradientenvektors von der Intensität eines grünen Kanals entsprechend jedem Pixel in jedem der mehreren Bilder in der unter Bezugnahme auf die 6–8 beschriebenen Weise bestimmt werden. Das Bezugszeichen 86 kann allgemein die ermittelten Gütezahlen kennzeichnen. In einer Ausführungsform können die auf diese Weise in Schritt 84 ermittelten Gütezahlen in dem Daten-Repository 34 (vgl. 1) abgespeichert werden.
Es kann erwähnt werden, dass in Ausführungsformen, die eine Akquisition der mehreren Bilder entsprechend einander überlappenden Sichtfeldern nach sich ziehen, das Sichtfeld des Objektivs 12 sich mit der Bewegung des Scanntisches 22 in der X-Y-Richtung verschiebt. Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik kann ein im Wesentlichen ähnlicher Bereich über den mehreren akquirierten Bildern ausgewertet werden. Demgemäß kann ein Bereich, der sich synchron zu der Bewegung des Scanntisches 22 verschiebt, ausgewählt werden, so dass derselbe Bereich in jedem Probeabstand ausgewertet wird. Nach der Auswahl der Bereiche in den mehreren Bildern können Gütezahlen, die lediglich den ausgewählten Bereichen entsprechen, bestimmt werden, so dass im Wesentlichen ähnliche Bereiche bei jedem Probeabstand ausgewertet werden.
Anschließend kann in Schritt 88 gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik ein zusammengesetztes Bild mit verstärkter Tiefenschärfe auf der Basis der in Schritt 84 bestimmten Gütezahlen synthetisiert werden. Der Schritt 88 kann unter Bezugnahme auf 9 besser verstanden werden. Indem nun auf die 9A–9B Bezug genommen wird, ist dort ein Flussdiagramm 110 veranschaulicht, das die Synthese des zusammengesetzten Bildes auf der Basis der bestimmten Gütezahlen 86, die den Pixel in den mehreren Bildern zugeordnet sind, darstellt. Insbesondere ist Schritt 88 nach 5 in den 9A–9B in größeren Einzelheiten dargestellt.
Wie zuvor erwähnt, können in einer Ausführungsform mehrere Arrays bei der Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes verwendet werden. Demgemäß beginnt das Verfahren in Schritt 112, in dem ein Array, das jedem der mehreren Bilder entspricht, gebildet werden kann. In manchen Ausführungsformen können die Arrays derart bemessen sein, dass jedes Array eine Größe aufweist, die einer Größe eines entsprechenden Bildes in den mehreren Bildern im Wesentlichen ähnlich ist. Bspw. kann, falls jedes Bild in den mehreren Bildern eine Größe von (M × N) hat, ein entsprechendes Array derart gebildet sein, dass es eine Größe von (M × N) aufweist.
Außerdem kann in Schritt 114 für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern identifiziert werden, das die beste Gütezahl für dieses Pixel unter den entsprechenden Pixeln in den mehreren Bildern ergibt. Wie zuvor erwähnt, kennzeichnet die beste Gütezahl eine Gütezahl, die die beste Fokus- bzw. Schärfenqualität an einer räumlichen Position ergibt. Anschließend kann jedem Pixel in jedem Bild ein erster Wert zugewiesen werden, falls das entsprechende Bild die beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt. Außerdem kann ein zweiter Wert einem Pixel zugewiesen werden, falls ein anderes Bild in den mehreren Bildern die beste Gütezahl liefert. In manchen Ausführungsformen kann der erste Wert „1” entsprechen, während ein zweiter Wert „0” entsprechen kann. Diese zugewiesenen Werte können in einer Ausführungsform in dem Daten-Repository 34 abgespeichert werden.
Ferner können gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik die in Schritt 112 erzeugten Arrays befällt werden. Insbesondere kann jedes Array durch Zuweisung eines ersten Wertes oder eines zweiten Wertes zu jedem Element in diesem Array auf der Basis der identifizierten Gütezahlen gefüllt werden. Bspw. kann ein Pixel in einem Bild in den mehreren akquirierten Bildern ausgewählt werden. Insbesondere kann ein Pixel p_1,1, das ein erstes Pixel in dem ersten Bild 52 kennzeichnet (vgl. 3) und Koordinaten (x, y) von (1, 1) aufweist, ausgewählt werden.
Anschließend kann in Schritt 116 eine Überprüfung vorgenommen werden um zu verifizieren, ob die dem Pixel p_1,1 des ersten Bildes 52 entsprechende Gütezahl die „beste” Gütezahl ist, die zu all den ersten Pixel in den mehreren Bildern 52, 54, 56 (vgl. 3) gehört. Insbesondere kann in Schritt 116 eine Überprüfung durchgeführt werden um zu verifizieren, ob ein Pixel einen ersten Wert oder einen zweiten Wert, der diesem Pixel zugewiesen ist, aufweist. In Schritt 116 kann, falls festgestellt wird, dass das dem Pixel p_1,1 entsprechende Bild die beste Gütezahl ergibt und somit einen zugewiesenen ersten Wert aufweist, einem entsprechenden Eintrag in dem Array, der dem ersten Bild 52 zugeordnet ist, ein erster Wert zugewiesen werden, wie dies durch den Schritt 118 angezeigt ist. In manchen Ausführungsformen kann der erste Wert eine „1” sein. Jedoch kann, falls in Schritt 116 verifiziert wird, dass das erste Bild 52, das dem ersten Pixel p_1,1 entspricht, nicht die beste Gütezahl ergibt und somit einen zugewiesenen zweiten Wert aufweist, einem zugehörigen Eintrag in dem Array, der dem ersten Bild 52 zugeordnet ist, ein zweiter Wert zugewiesen, wie dies durch den Schritt 120 angezeigt ist. In manchen Ausführungsformen kann der zweite Wert gleich „0” sein. Demgemäß kann einem Eintrag in einem Array, der einem Pixel entspricht, ein erster Wert zugewiesen werden, falls dieses Pixel in einem zugehörigen Bild die beste Gütezahl unter den mehreren Bildern ergibt. Falls jedoch ein anderes Bild in den mehreren akquirierten Bildern die beste Gütezahl ergibt, kann einem Eintrag in dem Array, der diesem Pixel entspricht, ein zweiter Wert zugewiesen werden.
Dieser Prozess des Befüllens des Arrays entsprechend jedem Bild in den mehreren Bildern kann wiederholt werden, bis alle Einträge in den Arrays gefüllt sind. Demgemäß kann in Schritt 122 eine Überprüfung vorgenommen werden um zu verifizieren, ob alle Pixel in jedem der Bilder verarbeitet worden sind. In Schritt 122 kann, falls verifiziert ist, dass all die Pixel in jedem der mehreren Bilder verarbeitet worden sind, die Kontrolle zu dem Schritt 124 übertragen werden. Falls jedoch in Schritt 122 verifiziert wird, dass all die Pixel in jedem der mehreren Bilder noch nicht verarbeitet worden sind, kann die Kontrolle zurück zu Schritt 114 überführt werden. In Folge der Verarbeitung gemäß den Schritten 114–122 kann ein Satz befüllter Arrays 124, in denen jeder Eintrag entweder einen ersten Wert oder einen zweiten Wert aufweist, erzeugt werden. Insbesondere enthält jedes Array in dem Satz befüllter Arrays einen ersten Wert an räumlichen Positionen, an denen ein Bild die beste Gütezahl ergibt, und einen zweiten Wert, wo ein anderes Bild die beste Gütezahl ergibt. Es kann erwähnt werden, dass die räumlichen Positionen in einem Bild, die einen zugeordneten ersten Wert aufweisen, räumliche Positionen kennzeichnen können, die die beste Schärfenqualität in diesem Bild ergeben. In ähnlicher Weise können räumliche Positionen in diesem Bild, die einen zugewiesenen zweiten Wert aufweisen, räumliche Positionen kennzeichnen, an denen ein anderes Bild die beste Schärfenqualität ergibt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 kann basierend auf dem Satz befüllter Arrays 124 ein zusammengesetztes Bild synthetisiert werden. In manchen Ausführungsformen kann jedes dieser befüllten Arrays 124 durch Verwendung einer Bitmaske verarbeitet werden, um bitmaskierte gefilterte befüllte Arrays zu erzeugen, wie dies durch den Schritt 126 angezeigt ist. Es kann erwähnt werden, dass in manchen Ausführungsformen der Schritt 126 ein optionaler Schritt sein kann. In einer Ausführungsform können diese bitmaskierten gefilterten Arrays nur Elemente enthalten, die bspw. einen zugeordneten ersten Wert aufweisen. Anschließend können die bitmaskierten gefilterten Arrays verwendet werden, um ein zusammengesetztes Bild zu synthetisieren.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik können geeignete Pixel aus den mehreren Bildern basierend auf einem entsprechenden bitmaskierten gefilterten Array ausgewählt werden, wie dies durch den Schritt 128 angezeigt ist. Insbesondere können Pixel in jedem der akquirierten Bilder, die Einträgen in den bitmaskierten gefilterten Arrays mit einem zugeordneten ersten Wert entsprechen, ausgewählt werden. Die mehreren akquirierten Bilder können basierend auf den ausgewählten Pixel miteinander vermischt wurden. Es kann erwähnt werden, dass die Auswahl der Pixel in der hier vorstehend beschriebenen Weise dazu führen kann, dass benachbarte Pixel aus Bildern entnommen werden, die bei unterschiedlichen Probeabständen (Z-Höhen) akquiriert werden. Demgemäß kann diese Vermischung (dieses Blending) von Bildern basierend auf den ausgewählten Pixeln unerwünschte Vermischungs- bzw. Blending-Artefakte, wie bspw. Mach-Bänder, in dem Mischbild zur Folge haben, die darauf zurückzuführen sind, dass die Pixel aus Bildern entnommen werden, die bei unterschiedlichen Probeabständen akquiriert wurden.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik können diese unerwünschten Vermischungsartefakte durch Verwendung eines bikubischen Filters deutlich minimiert werden. Insbesondere können die bitmaskierten gefilterten Arrays vor der Vermischung der Bilder auf der Basis der ausgewählten Pixel mittels eines bikubischen Filters verarbeitet werden, um eine Minimierung jeder Bändererzeugung in dem Mischbild zu fordern, wie dies durch den Schritt 130 angezeigt ist. In einer Ausführungsform kann das bikubische Filter ein bikubisches Filter enthalten, das eine symmetrische Eigenschaft aufweist, so dass k(s) + k(r – s) =1 (4), wobei s eine Verlagerung eines Pixels gegenüber der Mitte des Filters kennzeichnet und r ein konstanter Radius ist.
Es kann erwähnt werden, dass der Wert des konstanten Radius r derart gewählt werden kann, dass das Filter dem Bild eine glatte Erscheinung verleiht, ohne dabei zu einer Verwischung oder zu Geisterbildern zu führen. In einer Ausführungsform kann der konstante Radius einen Wert in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 32 aufweisen.
Außerdem kann das bikubische Filter in einer Ausführungsform eine Charakteristik aufweisen, die dargestellt ist als:
wobei s die Pixelverschiebung gegenüber der Mitte des Filters ist und r ein konstanter Radius ist, wie zuvor erwähnt.
Es kann erwähnt werden, dass die Filtercharakteristik rotationssymmetrisch sein kann. Alternativ kann die Filtercharakteristik unabhängig auf die X- und Y-Achsen angewandt werden.
Die Verarbeitung der bitmaskierten gefilterten Arrays in Schritt 130 mittels des bikubischen Filters ergibt eine gefilterte Ausgabe 132. In einer Ausführungsform kann die gefilterte Ausgabe 132 bikubische gefilterte Arrays enthalten. Insbesondere ergibt die Verarbeitung der bitmaskierten gefilterten Arrays unter Verwendung des bikubischen Filters die gefilterte Ausgabe 132, bei der jedes Pixel eine zugehörige, diesem Pixel zugeordnete Gewichtung aufweist. Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Technik kann diese gefilterte Ausgabe 132 als ein Alpha-Kanal verwendet werden, um beim Vermischen (Blending) der mehreren akquirierten Bilder zur Erzeugung des zusammengesetzten Bildes 90 zu unterstützen. Insbesondere wird in der gefilterten Ausgabe 132 jedes Pixel in jedem der bitmaskierten gefilterten Arrays eine diesem Pixel zugeordnete Gewichtung haben. Falls bspw. ein Pixel die Werte 1, 0, 0 unter den bitmaskierten gefilterten Arrays hatte, kann die Verarbeitung der bitmaskierten gefilterten Arrays unter Verwendung des bikubischen Filters dazu führen, dass das Pixel die Gewichtungen 0,8, 0,3, 0,1 über den bikubischen gefilterten Arrays in der gefilterten Ausgabe 132 aufweist. Demgemäß ist für ein gegebenes Pixel der Übergang über den bikubischen gefilterten Arrays glatter als ein abrupter Übergang von 1 zu 0 oder 0 zu 1 in den entsprechenden bitmaskierten gefilterten Arrays. Außerdem glättet der Filterungsprozess mittels des bikubischen Filters ferner alle scharfen räumlichen Merkmale und glättet bzw. gleicht räumliche Ungewissheit aus, wodurch die Beseitigung aller abrupten Übergänge von einem Bild zum anderen ermöglicht wird.
Anschließend können die mehreren akquirierten Bilder in Schritt 136 unter Verwendung der in Schritt 128 gewählten Pixel und unter Verwendung der gefilterten Ausgabe 132 als ein Alpha-Kanal miteinander vermischt werden, um das zusammengesetzte Bild 90 zu erzeugen. Insbesondere kann ein Pixel an jeder Stelle (x, y) in dem zusammengesetzten Bild 90 als ein gewichteter Mittelwert dieses Pixels unter den mehreren Bildern auf der Basis der bikubischen gefilterten Arrays in der gefilterten Ausgabe 132 bestimmt werden. Insbesondere kann gemäß Aspekten der vorliegenden Technik und wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erwähnt, das Verarbeitungsteilsystem 36 in der Bildgebungsvorrichtung 10 konfiguriert sein, um das zusammengesetzte Bild zu erzeugen, indem es jedes Pixel in dem zusammengesetzten Bild durch Summierung der Produkte aus den Pixelwerten, die den ausgewählten Pixeln entsprechen, und ihren zugehörigen Alpha-Werten und Division der Summe durch eine Summe der Alpha-Werte berechnet. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform jedes Pixel (R_C, G_C, B_C) in einem zusammengesetzten Bild, wie beispielsweise dem zusammengesetzten Bild 90 (vgl. 5), unter Verwendung der Gleichung (1) berechnet werden.
Infolge dieser Verarbeitung wird das zusammengesetzte Bild 90 (vgl. 5) mit verstärkter Tiefenschärfe erzeugt. Insbesondere weist das zusammengesetzte Bild 90 eine Tiefenschärfe auf, die größer ist als die Tiefenschärfe der akquirierten Bilder, da Pixel mit den besten Gütezahlen unter den mehreren Bildern, die bei unterschiedlichen Probeabständen akquiriert werden, verwendet werden, um das zusammengesetzte Bild 90 zu erzeugen.
Außerdem können die vorstehenden Beispiele, Darstellungen und Prozesssschritte, wie beispielsweise diejenigen, die durch die Bildgebungsvorrichtung 10 und/oder das Verarbeitungsteilsystem 36 ausgeführt werden können, durch einen geeigneten Code auf einem Prozessor basierten System, wie beispielsweise einem Universal- oder Spezialzweckcomputer, implementiert sein. Es sollte ferner beachtet werden, dass unterschiedliche Implementationen der vorliegenden Technik einige oder all die hierin beschriebenen Schritte in anderer Reihenfolge oder im Wesentlichen gleichzeitig, d. h. parallel zueinander, ausführen können. Ferner können die Funktionen in vielfältigen Programmiersprachen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, C++ oder Java, implementiert sein. Ein derartiger Code kann auf einem oder mehreren materiellen, Maschinen lesbaren Medien, wie beispielsweise auf Datenspeicherchips, lokalen oder entfernt befindlichen Festplattenspeichern, optischen Scheiben (d. h. CDs oder DVDs), einem Speicher, wie beispielsweise dem Speicher 38 (vgl. 1), und anderen Medien, auf die durch ein Prozessor basiertes System zugegriffen werden kann, um den gespeicherten Code auszuführen, gespeichert sein oder zur Speicherung auf diesen eingerichtet sein. Es ist zu beachten, dass die materiellen Medien Papier oder ein anderes geeignetes Medium, auf dem die Instruktionen aufgedruckt sind, aufweisen kann. Zum Beispiel können die Instruktionen über optisches Scannen des Papiers oder sonstigen Mediums elektronisch erfasst, anschließend kompiliert, interpretiert oder ansonsten in einer geeigneten Weise, falls erforderlich, verarbeitet werden und danach in dem Daten-Repository 34 oder dem Speicher 38 gespeichert werden.
Die Verfahren zur Abbildung einer Probe und die Bildgebungsvorrichtung, wie sie hier vorstehend beschrieben sind, verbessern extrem die Bildqualität, insbesondere wenn eine Probe mit erheblichem Material außerhalb einer Ebene eines Objektträgers abgebildet wird. Insbesondere ermöglicht die Verwendung des Verfahrens und Systems, wie hier vorstehend beschrieben, die Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes mit einer verstärkten Tiefenschärfe. Speziell erweitert das Verfahren die „Tiefenschärfe”, um Proben aufzunehmen, die eine Oberflächentopografie haben, indem Bilder mit dem Objektiv 12 in einer Reihe von Abständen zu der Probe aufgenommen werden. Außerdem können Bilder auch akquiriert werden, indem das Objektiv 12 entlang der Z-Richtung bewegt wird, während der Scanntisch 22 und die Probe 24 entlang einer X-Y-Richtung bewegt werden. Die Bildqualität wird anschließend in jedem der Bilder über der Oberfläche des Bildes ausgewertet. Es werden Pixel aus Bildern, die über verschiedene Probeabstände akquiriert werden, entsprechend den Probeabständen ausgewählt, die den schärfsten Fokuspunkt ergeben. Außerdem ermöglicht die Verwendung der Blending-Funktion glatte Übergänge zwischen einer Fokustiefe und einer anderen, wodurch die Bildung/Erscheinung vom Bänder- oder Streifenmustern in dem zusammengesetzten Bild minimiert wird. Die Verwendung eines bikubischen Filters ermöglicht die Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes, das eine vergrößerte Tiefenschärfe aufweist, indem mehrere Bilder verwendet werden, die bei einer entsprechenden Mehrzahl von Probeabständen akquiriert wurden. Die Variation entlang der Tiefenachse (Z-Achse) kann mit dem Scannen des Objektträgers in der X- und der Y-Richtung kombiniert werden, wodurch sich ein einziges großes ebenes Bild ergibt, das die Tiefenvariationen der Probe verfolgt.
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben sind, werden Fachleuten auf dem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es ist deshalb zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche all derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfassen sollen, sofern sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen.
Es wird ein Verfahren zur Bildgebung präsentiert. Das Verfahren enthält ein Akquirieren mehrerer Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen. Ferner enthält das Verfahren ein Bestimmen einer Gütezahl, die jedem Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder entspricht. Das Verfahren enthält ferner, dass für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern identifiziert wird, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt. Darüber hinaus enthält das Verfahren ein Erzeugen eines Arrays für jedes Bild in den mehreren Bildern. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Befüllen der Arrays auf der Basis der bestimmten besten Gütezahlen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Verarbeiten jedes befüllten Arrays in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen. Zusätzlich enthält das Verfahren ein Auswählen von Pixeln aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays. Das Verfahren enthält ferner ein Verarbeiten der bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen. Ferner enthält das Verfahren ein Vermischen der ausgewählten Pixel als gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe, um das zusammengesetzte Bild zu erzeugen, das eine verbesserte Tiefenschärfe aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Bildgebungsvorrichtung
12: Objektiv
16: Primärer Bildsensor
20: Steuereinrichtung
22: Scanntisch
24: Probe
26: Deckplättchen
28: Objektträger
30: Licht
32: Primärer Lichtweg, Strahlengang
34: Daten-Repository
36: Verarbeitungsteilsystem
38: Speicher
40: Probe mit Variationen
42: Erste Bildgebungsebene
44: Zweite Bildgebungsebene
50: Schematisierte Darstellung der Akquisition mehrerer Bilder mit stationärem Tisch
52: Erstes Bild
53: Sichtfeld des ersten Bildes
54: Zweites Bild
55: Sichtfeld des zweiten Bildes
56: Drittes Bild
57: Sichtfeld des dritten Bildes
60: Schematisierte Darstellung der Akquisition mehrerer Bilder mit Tischbewegung
62: Erstes Bild
63: Sichtfeld des ersten Bildes
64: Zweites Bild
65: Sichtfeld des zweiten Bildes
66: Drittes Bild
67: Sichtfeld des dritten Bildes
80: Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Abbildung einer Probe
82–90: Schritte zur Durchführung des Verfahrens zur Abbildung einer Probe
100: Schematisierte Darstellung eines Teils eines akquirierten Bildes
102: Erster Bereich
104: Zweiter Bereich
106: „G” Pixel
108: „R” Pixel
110: Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Synthetisieren eines zusammengesetzten Bildes
112–136: Schritte zur Durchführung des Verfahrens zum Synthetisieren eines zusammengesetzten Bildes

Claims

Verfahren zur Bildgebung, das aufweist: Akquirieren mehrerer Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen; Bestimmen einer Gütezahl, die jedem Pixel entspricht, in jedem der mehreren akquirierten Bilder; für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder Identifizieren eines Bildes in den mehreren Bildern, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt; Erzeugen eines Arrays für jedes Bild in den mehreren Bildern; Befüllen der Arrays auf der Basis der bestimmten Gütezahlen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen; Verarbeiten jedes befüllten Arrays in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen; Auswählen von Pixeln aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays; Verarbeiten der bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen; und Vermischen der ausgewählten Pixel als gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe, um das zusammengesetzte Bild mit einer verbesserten Tiefenschärfe zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gütezahl eine diskrete Approximation eines Gradientenvektors aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die diskrete Approximation des Gradientenvektors eine diskrete Approximation des Gradientenvektors von einer Intensität eines grünen Kanals in Bezug auf eine räumliche Position des grünen Kanals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Akquirieren mehrerer Bilder, die dem wenigstens einen Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen, ein Verschieben des Objektivs entlang einer ersten Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner ein Bewegen des Scanntisches entlang einer zweiten Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Richtung eine Z-Richtung aufweist und wobei die zweite Richtung eine X-Y-Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Bildes in den mehreren Bildern, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt, aufweist: Zuweisen eines ersten Wertes zu einem Pixel, falls ein zu dem Pixel zugehöriges Bild die beste Gütezahl ergibt; und Zuweisen eines zweiten Wertes zu dem Pixel, falls ein entsprechendes Pixel in einem anderen Bild die beste Gütezahl ergibt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Befüllen der Arrays aufweist: Zuweisen eines ersten Wertes zu einem entsprechenden Element in einem Array, das einem Pixel zugeordnet ist, falls eine dem Pixel entsprechende Gütezahl in einem der mehreren Bilder als besser als jede Gütezahl, die dem Pixel in jedem der anderen Bilder entspricht, bestimmt wird; und Zuweisen eines zweiten Wertes zu dem entsprechenden Element in dem Array, das dem Pixel zugeordnet ist, falls die dem Pixel entsprechende Gütezahl nicht die beste Gütezahl unter den mehreren Bildern ergibt.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner ein Anzeigen des zusammengesetzten Bildes auf einer Anzeige aufweist.
Bildgebungsvorrichtung (10), die aufweist: eine Objektivlinse (12); einen primären Bildsensor (16), der eingerichtet ist, um mehrere Bilder einer Probe (24) zu erzeugen; eine Steuereinrichtung (20), die eingerichtet ist, um einen Probeabstand zwischen der Objektivlinse (12) und der Probe (24) entlang einer optischen Achse einzustellen, um die Probe (24) abzubilden; einen Scanntisch (22) zur Lagerung der Probe (24) und zur Bewegung der Probe (24) in wenigstens einer seitlichen Richtung, die zu der optischen Achse im Wesentlichen orthogonal verläuft; ein Verarbeitungsteilsystem (36), um: mehrere Bilder, die wenigstens einem Sichtfeld bei mehreren Probeabständen entsprechen, zu akquirieren; eine Gütezahl, die jedem Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder entspricht, zu bestimmten; für jedes Pixel in jedem der mehreren akquirierten Bilder ein Bild in den mehreren Bildern zu identifizieren, das eine beste Gütezahl für dieses Pixel ergibt; ein Array für jedes Bild in den mehreren Bildern zu erzeugen; die Arrays auf der Basis der bestimmten Gütezahlen zu befüllen, um einen Satz befüllter Arrays zu erzeugen; jedes befüllte Array in dem Satz befüllter Arrays unter Verwendung einer Bitmaske zu verarbeiten, um bitmaskierte gefilterte Arrays zu erzeugen; Pixel aus jedem Bild in den mehreren Bildern auf der Basis der bitmaskierten gefilterten Arrays auszuwählen; die bitmaskierten Arrays unter Verwendung eines bikubischen Filters zu verarbeiten, um eine gefilterte Ausgabe zu erzeugen; und die ausgewählten Pixel als gewichtetes Mittel der entsprechenden Pixel unter den mehreren Bildern auf der Basis der gefilterten Ausgabe zu vermischen, um das zusammengesetzte Bild mit einer verbesserten Tiefenschärfe zu erzeugen.