DE102018210606A1 - Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors - Google Patents
Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018210606A1 DE102018210606A1 DE102018210606.1A DE102018210606A DE102018210606A1 DE 102018210606 A1 DE102018210606 A1 DE 102018210606A1 DE 102018210606 A DE102018210606 A DE 102018210606A DE 102018210606 A1 DE102018210606 A1 DE 102018210606A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- correction
- image
- correction factor
- sample
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 48
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/244—Devices for focusing using image analysis techniques
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
- G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
- G06T7/0012—Biomedical image inspection
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/95—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems
- H04N23/951—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems by using two or more images to influence resolution, frame rate or aspect ratio
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/32—Transforming X-rays
- H04N5/3205—Transforming X-rays using subtraction imaging techniques
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10056—Microscopic image
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10141—Special mode during image acquisition
- G06T2207/10148—Varying focus
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/20—Special algorithmic details
- G06T2207/20212—Image combination
- G06T2207/20216—Image averaging
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/20—Special algorithmic details
- G06T2207/20212—Image combination
- G06T2207/20224—Image subtraction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein mikroskopisches Abbildungsverfahren mit den Schritten: Beleuchten einer Probe (1) mit einer Beleuchtungsstrahlung und Erfassen von durch die Beleuchtungsstrahlung bewirkter Detektionsstrahlung entlang einer Detektionsachse zu einem ersten Zeitpunkt als ein Weitfeldsignal (WF) und zu einem zweiten Zeitpunkt als ein Komposit-Signal (CI), das aus einer Überlagerung eines konfokalen Bildes und eines Weitfeldbildes gebildet ist; Extrahieren des konfokalen Bildes mittels Subtrahieren des Weitfeld-Signals (WF) von dem Komposit-Signal (CI), wobei ein Korrekturfaktor verwendet wird.Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass für jede ausgeführte Abbildung und/oder für jede abgebildete Probe (1) ein aktueller Korrekturfaktor ermittelt wird und die Extraktion des konfokalen Bildes unter Verwendung des jeweils aktuellen Korrekturfaktors erfolgt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein mikroskopisches Abbildungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
- Im technischen Gebiet der Mikroskopie, beispielsweise der hochauflösenden dreidimensionalen Darstellung von biologischen/technischen Proben oder Probenbereichen, besteht das Problem, die Probe mit möglichst geringen Intensitäten einer Beleuchtungsstrahlung zu beaufschlagen und zugleich hohe Intensitäten einer Detektionsstrahlung für eine hochauflösende Detektion und Bildgebung zur Verfügung zu haben. Zugleich soll die Bereitstellung der Bilddaten und die abschließende Bildgebung in möglichst kurzer Zeit, idealerweise in Echtzeit, erfolgen.
- Aus der
DE 10 2014 004 249 A1 ist der Ansatz der korrelativen Spinning-Disk-Mikroskopie bekannt. In einem dort offenbarten Verfahren zur Bestimmung einer Topographie einer Probe mittels korrelativer Spinning-Disc-Mikroskopie, werden folgende Schritte ausgeführt: Es erfolgt ein vertikales Bewegen eines Objekttisches und/oder eines Fokustriebes während einer alternierenden Erfassung erster und zweiter Bilder einer auf dem Objekttisch platzierten Probe. Dabei wird zu jedem Bild eine vertikale Fokusposition als Metadatum gespeichert. Zwei erste oder zwei zweite Bilder werden in einem weiteren Schritt interpoliert und ein Zwischenbild oder intermediäres Bild erhalten. Das intermediäre Bild wird zum Erzeugen eines konfokalen Bildes für eine bestimmte vertikale Position mit dem zweiten oder ersten Bild an der Position verrechnet. - Die Verwendung geeigneter Masken im Beleuchtungs- und/oder Detektionsstrahlengang zur Erzeugung von Kompositbildern und nicht-konfokalen Bildern ist aus der
WO 97/31282 A1 - Auch die Publikationen von Neil et al. (Neil, M. A. A et al. (1997), A light efficient optically sectioning microscope; Journal of Microscopy 189: 114 - 117) und Wilson et al. (Wilson, T. et al. (1996), Confocal microscopy by aperture correlation; OPTICS LETTERS 21: 1879 - 1881) schlagen Möglichkeiten vor, mittels denen konfokale Signale aus Kompositbildern und Weitfeldbildern extrahiert werden können.
-
- Der Faktor n ist dabei ein Korrekturfaktor, der einmalig und probenunabhängig für ein Abbildungssystem ermittelt und unverändert angewandt wird. Mit dem Korrekturfaktor n werden systembedingte Abweichungen, beispielsweise unterschiedliche Transmissionswerte der optischen Strecken von Komposit-Signal und Weitfeld-Signal, ausgeglichen. Mit diesem Vorgehen können beispielsweise Stapel von Bildern (z-Stapel) entlang einer Detektionsachse, fortan auch als z-Achse bezeichnet, erfasst und zu einer dreidimensionalen Bildgebung, beispielsweise einer Topographie der Probe, kombiniert werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit der dreidimensionalen Bildgebung, insbesondere unter Nutzung geringer Beleuchtungsintensitäten, vorzuschlagen.
- Die Aufgabe wird durch ein mikroskopisches Abbildungsverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
- Das mikroskopische Abbildungsverfahren weist den Schritt des Beleuchtens einer Probe mit einer Beleuchtungsstrahlung und Erfassen von durch die Beleuchtungsstrahlung bewirkter Detektionsstrahlung entlang einer Detektionsachse auf. Zu einem ersten Zeitpunkt wird die Detektionsstrahlung als ein Weitfeld-Signal und zu einem zweiten Zeitpunkt als ein Komposit-Signal, das aus einer Überlagerung eines konfokalen Bildes, beziehungsweise dessen Signale, und eines Weitfeld-Signals gebildet ist, erfasst. Ein konfokales Bild wird mittels Subtrahieren des Weitfeldbildes von dem Kompositbild erhalten, wobei ein Korrekturfaktor verwendet wird. Dabei werden die Weitfeldbild-Signale von den Komposit-Signalen unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors subtrahiert.
- Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für jede ausgeführte Abbildung und/oder für jede abgebildete Probe ein aktueller Korrekturfaktor ermittelt wird. Die Extraktion des jeweiligen konfokalen Bildes erfolgt unter Verwendung des jeweils aktuellen Korrekturfaktors.
- Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine einmalige Festlegung eines Korrekturfaktors für das Abbildungssystem für die ursprünglich vorgesehenen Anwendungen zwar völlig ausreichend ist, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nicht nur Abbildungsfehler reduziert, sondern auch neue Klassen von Werkstoffen untersucht werden können.
- Kern der Erfindung ist es daher, sich von dem probenunabhängigen Korrekturfaktor zu lösen und diesen dynamisch für jede Messung beziehungsweise jede Probe zu bestimmen.
- Die Oberfläche der Probe wird durch den verwendeten Auswertealgorithmus anhand eines erfassten Intensitätsmaximums der Detektionsstrahlung erkannt. Unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei Vorliegen hoher Kontraste in der Probe und/oder Autofluoreszenz der abzubildenden Probe, kann sich das Verhältnis der Intensitäten zwischen Weitfeldbild und Kompositbild, beziehungsweise zwischen deren Signalen, verändern. Infolge einer Änderung des Intensitätsverhältnisses von Weitfeldbild und Kompositbild kann ein Intensitätsmaximum fehlerhaft über oder unter der eigentlichen Oberfläche der Probe erkannt werden beziehungsweise wird die Position der Oberfläche falsch berechnet. Dabei ist die fälschlicherweise erfasste Intensität so hoch, dass diese nicht als Artefakte erkannt werden und daher nicht beispielsweise mittels eines Noisecut-Filters eliminiert werden. Im Ergebnis kommt es zur Berechnung von Vertiefungen oder Erhebungen der Probe, die tatsächlich nicht vorhanden sind.
- Für die Analyse der oben beschriebenen Fehler wurden berechnete Bildern in Richtung der z-Achse übereinander angeordnet (z-Stapel) und diese z-Stapel seitlich betrachtet (sogenannter Orthoview). Die Verteilung der Intensitäten entlang der z-Achse wurde ausgewertet. Dabei wurde erkannt, dass Streulicht über einen relativ breiten z-Bereich (siehe
1 ) recht gleichmäßig oder konstant verteilt ist. - Ausgehend von dieser Erkenntnis werden Möglichkeiten zur Ermittlung des aktuellen Korrekturfaktors vorgeschlagen, die weiter unten ausführlicher erläutert werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zur Ermittlung des aktuellen Korrekturfaktors in einer Korrekturebene, die entlang der Detektionsachse in einem Abstand von einer Oberfläche der Probe gewählt wird, jeweils mindestens ein Korrektur-Weitfeldbild und ein Korrektur-Kompositbild erfasst. Die Bilddaten (Signale) der auch als Korrekturbilder bezeichneten Korrektur-Weitfeldbilder und Korrektur-Kompositbilder werden ermittelt und anhand der ermittelten Bilddaten wird ein aktueller Korrekturfaktor ermittelt, beispielsweise berechnet oder abgeleitet.
- In die erwartete Position (erwartete z-Position) der Oberfläche wird zur Erfassung von Bilddaten ein Fokus des Detektionsobjektivs beziehungsweise des Detektionssystems gerichtet und somit eine Fokusebene definiert. Der Abstand ist die Distanz zwischen der Fokusebene und der Korrekturebene.
- Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand der Korrekturebene so groß gewählt ist, dass keine Strukturen der Oberfläche die Korrekturebene durchstoßen. So kann der Abstand aus einem Bereich zwischen vier und sechs Halbwertsbreiten der Punktspreizfunktion des zur Erfassung der Detektionsstrahlung verwendeten Detektionsobjektivs beziehungsweise des Detektionssystems gewählt werden. Der Abstand kann beispielsweise vier, viereinhalb, fünf oder sechs Halbwertsbreiten betragen.
- Bei jeder Messung wird in hinreichendem Abstand von der Oberfläche ein Korrektur-Weitfeldbild und ein Korrektur-Kompositbild erzeugt und erfasst. Aus diesen beiden Korrekturbildern wird dann der probenspezifische und aktuelle Korrekturfaktor bestimmt, der in die oben angegebene Formel eingesetzt wird.
- Variationen im Abstand der Korrekturebene zur Oberfläche der Probe sind in einem gewissen Bereich möglich, da der Streulichtanteil relativ konstant entlang der z-Achse verteilt ist. Es sind zudem Variationen in der Erzeugung des Kompositbildes möglich, indem beispielsweise eine Schlitzmaske verwendet wird. Es ist auch möglich, eine Spinning Disk mit schlecht angepasster Pinhole-Größe, ein Mikrodisplay mit schlecht angepasster Pinhole-Größe oder ein Laserscanningmikroskop (LSM) mit schlecht angepasster Pinhole-Größe zu verwenden.
- Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung des aktuellen Korrekturfaktors. Dieser kann aus den mittleren Helligkeiten der Korrekturbilder ermittelt werden. Dabei werden die Grauwerte jedes der Korrekturbilder gemittelt und der berechnete Mittelwert verwendet.
- Anstelle der einfachen arithmetischen Mittelung der Grauwerte, können die Bilder auch pixelweise ausgewertet werden. Jedem Bildelement oder Pixel kann ein eigener aktueller Korrekturfaktor zugewiesen werden.
- Da die pixelweise Erzeugung eines aktuellen Korrekturfaktors und dessen Verwendung bei der Bilderzeugung zu Unstetigkeiten und damit zu Artefakten führen kann, werden erforderlichenfalls nachträglich geeignete rechnerische Filter, beispielsweise Medianfilter oder Gaussfilter, auf die Bilddaten angewandt, um diese zu glätten. Der aktuelle Korrekturfaktor wird also für jedes Bildelemente-Paar der Korrekturbilder ermittelt. Dabei ist jedes Bildelemente-Paar durch ein bestimmtes Bildelement des Korrektur-Weitfeldbilds und dem dazu korrespondierenden Bildelement des Korrektur-Kompositbildes gebildet.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass sowohl oberhalb als auch unterhalb der Fokusebene mit der erwarteten Position der Oberfläche der Probe - also in einer Korrekturebene vor und hinter einer aktuellen Fokusebene - die beiden Korrekturbilder aufgenommen werden und beide Korrekturbildpaare in die Berechnung einfließen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei hinreichend transparenten Proben einsetzbar.
- Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Aufnahme-Workflow vorteilhaft, der die Aufnahme der mindestens zwei Korrekturbilder für die Bestimmung des aktuellen Korrekturfaktors beinhaltet.
- In einer weiteren Ausgestaltung wird das Korrektur-Weitfeldbild aus dem z-Stapel berechnet und zur Ermittlung des Korrekturfaktors verwendet. Beispielsweise wird ein Mittelwert unter Nutzung dreidimensionaler Daten des z-Stapels gebildet.
- Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem darin, dass das einmalige Einmessen des probenunabhängigen Korrekturfaktors während der Inbetriebnahme wegfallen kann. Darüber hinaus entfallen bei der Auswertung aufgrund der erheblich besseren Signalqualität Filterschritte, die in Verfahren gemäß dem Stand der Technik zum Entfernen von zufälligen oder systematischen positiven und/oder negativen Signalüberhöhungen (Ausreißer) dienen.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass auch bei der klassischen Aperturkorrelation automatisiert ein angepasster Korrekturfaktor bestimmt werden kann, was die Nutzerfreundlichkeit und die Qualität der Bilddaten erheblich verbessert.
- Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft mit solchen Bilderfassungsvorrichtungen verwenden, bei denen Weitfeldbilder und Kompositbilder getrennt und sukzessive erfasst werden und insbesondere als Stapelaufnahme gespeichert und verarbeitet werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft zur Abbildung von Topographien der Oberfläche von Proben verwenden. Dabei ist das Verfahren insbesondere im Bereich der Materialprüfung und Qualitätskontrolle einsetzbar. Beispielsweise können spanend bearbeitete metallische Oberflächen mit einer erheblich verbesserten Qualität abgebildet werden. Reflexionen und/oder scharfe Übergänge auf der Oberfläche führen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht oder nur in einem geringen Maße zu Signalüberhöhungen.
- Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eröffnet die Möglichkeit, auch stark reflektierende Proben wie lackierte Proben, lichtempfindliche Proben wie zum Beispiel biologische Proben sowie autofluoreszierende Proben wie zum Beispiel viele Papiersorten zu untersuchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen z-Stapel (Orthoview); -
2 eine schematische Darstellung einer ersten Möglichkeit zur Bestimmung eines aktuellen Korrekturfaktors; -
3 eine schematische Darstellung einer Oberfläche einer Probe mit ausgewählten Signalverläufen gemäß dem Stand der Technik; -
4 eine schematische Darstellung der Oberfläche der Probe mit ausgewählten Signalverläufen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
5 ein Diagramm von Signalverläufen entlang eines z-Stapels einer spanend bearbeiteten Metalloberfläche gemäß dem Stand der Technik; -
6 ein Diagramm von Signalverläufen entlang des z-Stapels der spanend bearbeiteten Metalloberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
7 ein Diagramm von Signalverläufen entlang eines z-Stapels einer mit Metalliclack versehenen Oberfläche einer Probe gemäß dem Stand der Technik; -
8 ein Diagramm von Signalverläufen entlang des z-Stapels der mit Metalliclack versehenen Oberfläche der Probe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
9 ein Diagramm von Signalverläufen entlang eines z-Stapels einer Oberfläche einer Probe aus Papier gemäß dem Stand der Technik; und -
10 ein Diagramm von Signalverläufen entlang des z-Stapels der Oberfläche der Probe aus Papier gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. - Die
1 zeigt ein Beispiel eines sogenannten Orthoview eines z-Stapels von Bildern einer Probe1 . Die Bilder wurden jeweils anhand der FormelAo der Probe1 ist durch einen Pfeil und eine unterbrochene Linie gezeigt. Außerdem sind die Intensitätsmaxima über der x-Achse aufgetragen. Die x-Achse verläuft orthogonal zur z-Achse und etwas parallel zur OberflächeAo . - Die Oberfläche
Ao ist über große Abschnitte der x-Achse durch starke Reflexionen und damit verbundene Intensitätsmaxima etwa in Höhe derselben z-Koordinate gekennzeichnet. In einem Abschnitt im linken Teil der KurveImax finden sich die Intensitätsmaxima bei höheren z-Koordinaten. Das kann bedeuten, dass sich in diesem Bereich der Probe1 , der mit den betreffenden x-Koordinaten korrespondiert, eine Vertiefung oder eine Erhebung befindet, je nachdem wie das Koordinatensystem in der1 vorab gelegt wurde. - Eine Möglichkeit zur Ermittlung des aktuellen Korrekturfaktors n ist schematisch in
2 dargestellt. Über der z-Achse sind die Werte der Amplitude des Weitfeld-SignalsWF und des Komposit-SignalsCI (composite image) beispielhaft aufgetragen. In einer Fokusebene ist ein Maximum (peak) der Amplitudenwerte des Komposit-SignalsCI zu erkennen. Dieses IntensitätsmaximumImax kennzeichnet beispielsweise die OberflächeAo der Probe1 (siehe z. B.1 ). In einer Korrekturebene mit der z-Koordinate zn werden die AmplitudenwertexWF des Weitfeld-SignalsWF und die AmplitudenwertexCI des Komposit-SignalsCI ermittelt. Aus dem Verhältnis von AmplitudenwertexWF und AmplitudenwertexCI kann der aktuelle Korrekturfaktor n ermittelt werden. - Die
3 zeigt schematisch die Messergebnisse an einer Probe1 , die an ihrer OberflächeAo von einer rinnenförmigen Vertiefung2 durchzogen ist. Die mit einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik berechneten Bilddaten zeigen hohe IntensitätsspitzenImax entlang der Kanten der Vertiefung2 . Im Ergebnis wird in einem daraus resultierenden Bild ein erhabener Rand der Vertiefung2 dargestellt, obwohl ein solcher tatsächlich gar nicht vorhanden ist. - Dagegen sind die Intensitätsspitzen
Imax entlang der Kanten der Vertiefung2 wesentlich niedriger, wenn die Bilddaten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wurden (4 ). Die Vertiefung2 wird ohne oder nur mit einem sehr kleinen erhabenen Rand dargestellt, was der tatsächlichen Topographie der Probe1 entspricht. - In den weiteren
5 bis10 sind jeweils die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Bilddaten als Höhenwerte entlang der z-Achse über der x-Achse aufgetragen. Statt über der x-Achse könnten die Höhenwerte auch über der zur x-Achse und zur z-Achse orthogonal verlaufenden y-Achse (nicht gezeigt) aufgetragen werden. - In der
5 sind Bilddaten der Topographie einer Probe1 aus einem metallischen Werkstoff gezeigt. Die Probe1 wurde durch Fräsen bearbeitet. Die einzelnen Bahnen des Fräswerkzeugs sind durch die periodische Abfolge von Amplitudenwerten um den Nullpunkt herum zu erkennen. - Die Bilddaten derselben Probe
1 zeigen in den Bereichen der periodischen Richtungswechsel IntensitätsspitzenImax , die nicht das tatsächliche Profil der OberflächeAo wiedergeben (6 ). Bereits der Umstand, dass die IntensitätsspitzenImax extrem schmal sind deutet auf ein Vorliegen von Abbildungsfehlern statt tatsächlicher Oberflächenformen hin. - Gleiches ist in den
7 und8 zu sehen. Eine mit einem Metalliclack versehene OberflächeAo der Probe1 wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Topographie einer Schwankungsbreite von etwa 1,5 bis 2 µm um die Nulllage herum erkannt und dargestellt (7 ). Dagegen weist die mittels eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik erstellte Topographie der Probe1 Schwankungsbreiten von etwa 5 bis mehr als 10 µm auf (8 ). - Ganz ähnlich verhält sich eine Probe
1 aus Papier. Die9 zeigt die vergleichsweise raue OberflächeAo der Probe1 mit einer Schwankungsbreite von etwa 10 µm um die Nulllage. - Dagegen führen die fehlerhaft auftretenden Intensitätsspitzen bei Nutzung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik zu Schwankungsbreiten von 30 bis 40 µm um die Nulllage.
- Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass Proben
1 aus Papier beziehungsweise mit einer (auto-)fluoreszierenden OberflächeAo mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich ihrer Topographie untersucht werden können. Verfahren gemäß dem Stand der Technik führen dagegen zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis beziehungsweise erfordern zusätzliche Schritte, um die Intensitätsspitzen zu reduzieren. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Probe
- 2
- Vertiefung
- Ao
- Oberfläche (der Probe
1 ) - CI
- Komposit-Signal
- Imax
- Intensitätsmaximum, Intensitätsspitze
- WF
- Weitfeld-Signal
- xCI
- Amplitudenwert (des Komposit-Signals
CI ) - xWF
- Amplitudenwert (des Weitfeld-Signals
WF ) - zn
- Position (der Korrekturebene)
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014004249 A1 [0003]
- WO 9731282 A1 [0004]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Neil et al. (Neil, M. A. A et al. (1997), A light efficient optically sectioning microscope; Journal of Microscopy 189: 114 - 117) [0005]
- Wilson et al. (Wilson, T. et al. (1996), Confocal microscopy by aperture correlation; OPTICS LETTERS 21: 1879 - 1881) [0005]
Claims (6)
- Mikroskopisches Abbildungsverfahren mit den Schritten: Beleuchten einer Probe (1) mit einer Beleuchtungsstrahlung und Erfassen von durch die Beleuchtungsstrahlung bewirkter Detektionsstrahlung entlang einer Detektionsachse, zu einem ersten Zeitpunkt als ein Weitfeld-Signal (WF) und zu einem zweiten Zeitpunkt als ein Komposit-Signal (CI), das aus einer Überlagerung eines konfokalen Signals und eines Weitfeld-Signals (WF) gebildet ist, Extrahieren des konfokalen Signals mittels Subtrahieren des Weitfeld-Signals (WF) von dem Komposit-Signal (CI), wobei ein Korrekturfaktor verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jede ausgeführte Abbildung und/oder für jede abgebildete Probe (1) ein aktueller Korrekturfaktor ermittelt wird und die Extraktion des konfokalen Signals unter Verwendung des jeweils aktuellen Korrekturfaktors erfolgt.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des aktuellen Korrekturfaktors in einer Korrekturebene, die entlang der Detektionsachse in einem Abstand von einer Oberfläche (Ao) der Probe (1) gewählt wird, jeweils mindestens ein Korrektur-Weitfeldbild und ein Korrektur-Kompositbild erfasst werden, deren Bilddaten ermittelt werden und anhand der ermittelten Bilddaten ein aktueller Korrekturfaktor ermittelt wird; wobei der Abstand der Korrekturebene so groß gewählt ist, dass keine Strukturen der Oberfläche (Ao) die Korrekturebene durchstoßen. - Verfahren nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand aus einem Bereich von vier bis sechs Halbwertsbreiten der Punktspreizfunktion des zur Erfassung der Detektionsstrahlung verwendeten Objektivs gewählt wird. - Verfahren nach
Anspruch 2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens ein Korrektur-Weitfeldbild und ein Korrektur-Kompositbild in einer Korrekturebene vor und hinter einer aktuellen Fokusebene erfasst werden. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Korrekturfaktor aus den mittleren Helligkeiten der Korrekturbilder Korrektur-Weitfeldbild und ein Korrektur-Kompositbild ermittelt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Korrekturfaktor für jedes Bildelemente-Paar der Korrekturbilder ermittelt wird.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018210606.1A DE102018210606A1 (de) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors |
US16/445,802 US11238575B2 (en) | 2018-06-28 | 2019-06-19 | Microscopic imaging method using a correction factor |
CN201910558190.1A CN110658617B (zh) | 2018-06-28 | 2019-06-25 | 使用校正因子的显微成像方法 |
JP2019119202A JP7254643B2 (ja) | 2018-06-28 | 2019-06-27 | 補正係数を用いた顕微鏡画像化法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018210606.1A DE102018210606A1 (de) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018210606A1 true DE102018210606A1 (de) | 2020-01-02 |
Family
ID=68886052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018210606.1A Pending DE102018210606A1 (de) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11238575B2 (de) |
JP (1) | JP7254643B2 (de) |
CN (1) | CN110658617B (de) |
DE (1) | DE102018210606A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023102991B3 (de) | 2023-02-08 | 2024-02-01 | Till I.D. Gmbh | Verfahren zur Generierung mikroskopischer Schichtaufnahmen 3-dimensionaler fluoreszierender Objekte sowie Vorrichtung, Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997031282A1 (en) | 1996-02-22 | 1997-08-28 | Isis Innovation Limited | Confocal microscope |
DE10014331A1 (de) * | 1999-03-23 | 2000-10-05 | Olympus Optical Co | Konfokales Mikroskop |
DE102014004249A1 (de) | 2014-03-24 | 2015-09-24 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Konfokales Mikroskop mit Aperturkorrelation |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5923430A (en) * | 1993-06-17 | 1999-07-13 | Ultrapointe Corporation | Method for characterizing defects on semiconductor wafers |
US5923465A (en) * | 1994-10-28 | 1999-07-13 | Marc J. Byrd | System for scanning confocal image reconstruction from coherent recordings |
AU733644B2 (en) * | 1996-08-16 | 2001-05-17 | Ge Healthcare Niagara Inc. | A digital imaging system for assays in well plates, gels and blots |
DE19824460A1 (de) * | 1998-05-30 | 1999-12-02 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Anordnung und Verfahren zur mikroskopischen Erzeugung von Objektbildern |
GB9901365D0 (en) * | 1999-01-22 | 1999-03-10 | Isis Innovations Ltd | Confocal microscopy apparatus and method |
JP2000275540A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Olympus Optical Co Ltd | 共焦点顕微鏡 |
US6341035B1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-01-22 | Olympus Optical Co., Ltd. | Confocal microscope |
EP1616286A1 (de) * | 2003-04-02 | 2006-01-18 | Amersham Biosciences UK Limited | Verfahren und computersoftware zur klassifikation von zellen zu subpopulationen |
US7170675B2 (en) * | 2004-05-19 | 2007-01-30 | Celloptic, Inc. | Method and system for wide-field multi-photon microscopy having a confocal excitation plane |
US8542899B2 (en) * | 2006-11-30 | 2013-09-24 | Definiens Ag | Automatic image analysis and quantification for fluorescence in situ hybridization |
GB201007055D0 (en) * | 2010-04-28 | 2010-06-09 | Vib Vzw | Method and apparatus for the imaging of a labelled sample |
WO2013096856A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Raman spectroscopy for detection of glycated analytes |
EP3114989B1 (de) * | 2012-01-18 | 2020-05-27 | University of Utah Research Foundation | Vorrichtungen und systeme zur fluoreszenzabbildung eines gewebes |
US9449377B2 (en) * | 2012-10-09 | 2016-09-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services | Imaging methods and computer-readable media |
DE102013218795A1 (de) * | 2013-09-19 | 2015-03-19 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Laserscanningmikroskop und Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern insbesondere in der hochauflösenden Scanning-Mikroskopie |
CN103926228B (zh) * | 2014-04-28 | 2016-03-02 | 江苏天宁光子科技有限公司 | 一种激光扫描共焦荧光显微内窥成像系统 |
DE102016103736A1 (de) * | 2016-03-02 | 2017-09-07 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Verfahren zur Bestimmung einer Höhenlage eines Objekts |
US10129448B2 (en) * | 2016-07-20 | 2018-11-13 | Dental Imaging Technologies Corporation | Optical coherence tomography imaging system |
CN107228846B (zh) * | 2017-05-10 | 2019-09-17 | 暨南大学 | 基于离轴光束焦面共轭的荧光成像光切片方法和装置 |
-
2018
- 2018-06-28 DE DE102018210606.1A patent/DE102018210606A1/de active Pending
-
2019
- 2019-06-19 US US16/445,802 patent/US11238575B2/en active Active
- 2019-06-25 CN CN201910558190.1A patent/CN110658617B/zh active Active
- 2019-06-27 JP JP2019119202A patent/JP7254643B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997031282A1 (en) | 1996-02-22 | 1997-08-28 | Isis Innovation Limited | Confocal microscope |
DE10014331A1 (de) * | 1999-03-23 | 2000-10-05 | Olympus Optical Co | Konfokales Mikroskop |
DE102014004249A1 (de) | 2014-03-24 | 2015-09-24 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Konfokales Mikroskop mit Aperturkorrelation |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Neil et al. (Neil, M. A. A et al. (1997), A light efficient optically sectioning microscope; Journal of Microscopy 189: 114 - 117) |
NEIL, M. A. A. ; WILSON, T. ; JUŠKAITIS, R.: A light efficient optically sectioning microscope. In: Journal of Microscopy, Vol. 189, 1998, No. 2, S. 114-117. - ISSN 0368-3974 (P); 1365-2818 (E). DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2818.1998.00317.x. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1046/j.1365-2818.1998.00317.x [abgerufen am 2018-11-28] * |
Wilson et al. (Wilson, T. et al. (1996), Confocal microscopy by aperture correlation; OPTICS LETTERS 21: 1879 - 1881) |
WILSON, T. [u.a.]: Confocal microscopy by aperture correlation. In: Optics Letters (OL), Vol. 21, 1996, No. 23, S. 1879-1881. - ISSN 1539-4794 (E); 0146-9592 (P). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.21.001879. URL: https://www.osapublishing.org/ol/viewmedia.cfm?uri=ol-21-23-1879&seq=0 [abgerufen am 2018-11-28] * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023102991B3 (de) | 2023-02-08 | 2024-02-01 | Till I.D. Gmbh | Verfahren zur Generierung mikroskopischer Schichtaufnahmen 3-dimensionaler fluoreszierender Objekte sowie Vorrichtung, Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110658617A (zh) | 2020-01-07 |
JP7254643B2 (ja) | 2023-04-10 |
US20200005442A1 (en) | 2020-01-02 |
US11238575B2 (en) | 2022-02-01 |
CN110658617B (zh) | 2023-10-20 |
JP2020003793A (ja) | 2020-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014206309B4 (de) | System und Verfahren zum Erhalten von Bildern mit Versatz zur Verwendung für verbesserte Kantenauflösung | |
EP3326019A1 (de) | Lichtblattmikroskop zum gleichzeitigen abbilden mehrerer objektebenen | |
EP3108281A1 (de) | Verfahren und anordnung zur lichtblattmikroskopie | |
EP3295236A1 (de) | Auswertung von signalen der fluoreszenzrastermikroskopie unter verwendung eines konfokalen laserscanning-mikroskops | |
EP3452858B1 (de) | Artefaktreduktion bei der winkelselektiven beleuchtung | |
WO2016005571A1 (de) | Positionsbestimmung eines objekts im strahlengang einer optischen vorrichtung | |
DE102012223128B4 (de) | Autofokusverfahren für Mikroskop und Mikroskop mit Autofokuseinrichtung | |
DE102012211462A1 (de) | Verfahren zur Vorbereitung und Durchführung der Aufnahme von Bildstapeln einer Probe aus verschiedenen Orientierungswinkeln | |
DE102016107900B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Kantenermittlung eines Messobjekts in der optischen Messtechnik | |
EP2766765A1 (de) | Mikroskop und verfahren zur spim mikroskopie | |
DE102010007730B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines geeigneten Auswerteparameters für ein Fluoreszenzmikroskop | |
DE102018107356A1 (de) | Autofokus mit winkelvariabler Beleuchtung | |
DE102014006717A1 (de) | Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Information eines Objektes mit einem Digitalmikroskop und Datenverarbeitungsprogramm zur Abarbeitung des Verfahrens | |
EP3345032B1 (de) | Verfahren zur bestimmung einer höhenlage eines objekts | |
DE102015116598A1 (de) | Verfahren und Mikroskop zur hochauflösenden Abbildung mittels SIM | |
DE102018210606A1 (de) | Mikroskopisches Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Korrekturfaktors | |
DE10315592B4 (de) | Verfahren zum Ausführen von Interaktionen an sich räumlich und zeitlich verändernden mikroskopischen Objekten und System hierzu | |
DE102018122816B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Objekts | |
DE102020127071B3 (de) | Verfahren und Mikroskop mit einer Einrichtung zum Erfassen von Verlagerungen einer Probe gegenüber einem Objektiv | |
EP3341781B1 (de) | Beleuchtungsanordnung für ein lichtblatt-mikroskop | |
DE102008049877A1 (de) | Verfahren zum Auswerten von Korrelationsspektroskopiemessdaten | |
EP3992688A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur erfassung von bilddaten | |
WO2017080921A1 (de) | Mikroskopierverfahren zur ermittlung eines kontrastbildes und mikroskop | |
DE102021102990A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der optimalen Position der Fokalebene zum Mikroskopieren einer Probe | |
DE102015112628A1 (de) | Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Fluoreszenzbildes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |