DE10237470A1 - Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images - Google Patents

Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images

Info

Publication number
DE10237470A1
DE10237470A1 DE10237470A DE10237470A DE10237470A1 DE 10237470 A1 DE10237470 A1 DE 10237470A1 DE 10237470 A DE10237470 A DE 10237470A DE 10237470 A DE10237470 A DE 10237470A DE 10237470 A1 DE10237470 A1 DE 10237470A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
image
images
texture
dimensional
data
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.)
Ceased
Application number
DE10237470A
Other languages
German (de)
Inventor
Frank Sieckmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems Wetzlar GmbH
Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems Wetzlar GmbH, Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems Wetzlar GmbH
Priority to DE10237470A priority Critical patent/DE10237470A1/en
Priority to AU2002347009A priority patent/AU2002347009A1/en
Priority to JP2003538981A priority patent/JP2005521123A/en
Priority to US10/493,271 priority patent/US20040257360A1/en
Priority to PCT/EP2002/011458 priority patent/WO2003036566A2/en
Priority to EP02782898A priority patent/EP1438697A2/en
Publication of DE10237470A1 publication Critical patent/DE10237470A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05Geographic models

Abstract

The invention relates to a device for imaging a three-dimensional object (22) as an object image (30), which comprises an imaging system, especially a microscope for imaging the object (22) and a computer. Actuators change the position of the object (22) in the x, y and z direction in a specific and rapid manner. A recording device records an image stack (26) of individual images (24) in different focal levels of the object (22). A control device controls the hardware of the imaging system, and an analytical device produces a three-dimensional elevation relief image (28) and a texture (29) from the image stack (24). A control device combines the three-dimensional elevation relief image (28) with the texture (29).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines dreidimensionalen Objektes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17. The invention relates to a method for representing a three-dimensional Object according to the preamble of claim 1 and a device for this purpose according to the preamble of claim 17.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art wie etwa Mikroskope, Makroskope, etc. dienen dem Betrachten eines Objektes unter Zuhilfenahme physikalischer Grundgesetze. Begrenzungen in Schärfe und Tiefe, Sichtwinkel und Zeitabhängigkeit müssen trotz guter Technik hingenommen werden. Known devices of this type such as microscopes, macroscopes, etc. serve the viewing of an object with the help of physical Basic laws. Limits in sharpness and depth, viewing angle and Time dependency must be accepted despite good technology.

Um die Schärfentiefe und die physikalisch bedingten Grenzen bei mikroskopischen Abbildungsverfahren zu verbessern, gibt es bereits eine Reihe von Geräten und Verfahren. Solche Geräte können beispielsweise alle Arten von Lichtmikroskopen sein. Hierunter fällt beispielsweise auch ein konfokales Scanmikroskop. Dabei wird eine Probe mit dem Fokus eines Lichtstrahls punktweise in einer Ebene abgetastet, sodass ein Bild, allerdings mit geringer Tiefenschärfe, dieser Ebene erhalten wird. Durch die Aufnahme einer Mehrzahl von verschiedenen Ebenen und durch eine entsprechende Bildverarbeitung kann das Objekt dann dreidimensional dargestellt werden. Ein derartiges konfokales Scanmikroskopieverfahren ist beispielsweise aus der US 6,128,077 bekannt. Die bei der konfokalen Scanmikroskopie eingesetzten optischen Komponenten sind allerdings sehr teuer und fordern neben einem guten technischen Verständnis des Bedienpersonals auch sehr viel Justagearbeit. To the depth of field and the physical limits There are already a number of ways to improve microscopic imaging Equipment and processes. Such devices can, for example, all types of Be light microscopes. This includes, for example, a confocal Scanning microscope. This is a sample with the focus of a light beam scanned point by point in one plane, so that an image, but with less Depth of field, this level is obtained. By including one Plurality of different levels and by a corresponding one The object can then be displayed three-dimensionally using image processing. Such a thing confocal scanning microscopy method is for example from the US 6,128,077. The ones used in confocal scanning microscopy However, optical components are very expensive and require one good technical understanding of the operating personnel a lot Adjustment work.

Aus der US 6,055,097 ist weiterhin ein Verfahren zur Lumineszenzmikroskopie bekannt. Dabei werden in eine Probe Farbstoffe eingebracht, die unter geeigneten Beleuchtungsbedingungen fluoreszieren, sodass mit der Bestrahlung die Lokalisierung der Farbstoffe in der Probe möglich wird. Zur Erzeugung eines räumlichen Bildes wird eine Anzahl von Bildern in unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen. Jedes dieser Bilder enthält Bildinformationen, die unmittelbar aus der Fokusebene stammen, ebenso wie solche Bildinformationen, die aus Raumabschnitten des Objektes stammen, die außerhalb der Fokusebene liegen. Zur Ermittlung eines scharfen Bildes ist es erforderlich, die nicht aus der Fokusebene stammenden Bildanteile zu eliminieren. Hierzu wird vorgeschlagen, das Mikroskop mit einem optischen System zu versehen, das es ermöglicht, die Probe mit einem speziellen Beleuchtungsfeld, etwa einer stehenden Welle oder einem nicht-periodischen Anregungsfeld zu beleuchten. Diese üblichen mikroskopischen Abbildungen sind infolge der begrenzten Schärfentiefe des Abbildungsverfahrens optisch limitiert und wegen der Art und Weise der Betrachtung, d. h. durch den Aufsichtwinkel, in ihrer Darstellung begrenzt. Mikroskopische Bilder können teilweise unscharf sein. Diese Unschärfe erklärt sich u. a. durch nicht planare Objekte da die Objektoberfläche oft nicht vollständig in der jeweiligen Fokusebene liegt. Bei üblichen Abbildungssystemen ist infolge der durch das Mikroskop oder das Makroskop vorgegebenen Sichtrichtung auf das Objekt zudem kein anderer Blickwinkel auf das Objekt möglich (z. B. tangential zur Objektoberfläche) ohne aufwendige Neupräparation und neuer Justage des Objektes selbst. From US 6,055,097 is also a method for Luminescence microscopy known. Here, dyes are introduced into a sample, which are under suitable lighting conditions fluoresce so that with the radiation the localization of the dyes in the sample is possible. For generation a spatial image becomes a number of images in different Focus planes added. Each of these images contains image information that come directly from the focus level, as well as such Image information that comes from spatial sections of the object that are outside the Focus plane. To determine a sharp image, it is necessary to use the to eliminate parts of the image that do not originate from the focal plane. This will proposed to provide the microscope with an optical system that it allows the sample to be illuminated with a special lighting field, such as one standing wave or to illuminate a non-periodic excitation field. These usual microscopic images are limited due to the Depth of field of the imaging process optically limited and because of the Art and way of viewing, d. H. through the angle of view, in their Limited representation. Microscopic images can be partially out of focus. This Uncertainty can be explained. a. through non-planar objects since the Object surface is often not completely in the respective focal plane. With usual Imaging systems is as a result of through the microscope or the macroscope given the direction of view of the object, no other point of view possible on the object (e.g. tangential to the object surface) without elaborate new preparation and new adjustment of the object itself.

Bei all diesen lichtoptischen Verfahren ist die Abbildungsgenauigkeit durch eine Begrenzung der Schärfentiefe eingeschränkt. With all these light-optical processes, the imaging accuracy is through limited depth of field limitation.

Die nicht vorveröffentlichte DE 101 49 357.6 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer tiefenscharfen dreidimensionalen Oberflächenabbildung mikroskopischer Objekte. Dazu wird das Oberflächenprofil des Objektes in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (x, y, z) optisch vermessen. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Fokusebenen eines mikroskopischen Objektes durch eine CCD Kamera digital oder analog aufgezeichnet. Damit wird für jede Fokusebene ein Bild erzeugt, sodass ein "Bildstapel" entsteht. Dieser Bildstapel ist aus Bildern zusammengesetzt, die aus den verschiedenen Fokusebenen eines während der Aufzeichnung unbeweglich unter dem Mikroskop liegenden Objektes stammen. Jedes dieser Bilder in dem Bildstapel enthält Bereiche scharfer Bildstrukturen mit hoher Detailschärfe und Bereiche, die bei Aufnahme des Bildes außerhalb der Fokusebene lagen und daher unscharf und ohne hohe Detailschärfe im Bild vorliegen. In diesem Sinne kann man ein Bild auffassen als eine Menge von Bildteilbereichen hoher Detailschärfe (im Fokus) und niedriger Detailschärfe (außerhalb des Fokus). Durch bildanalytische Verfahren kann aus jedem Bild des Bildstapels die Teilmengen der Bildbereiche extrahiert werden, die in hoher Detailschärfe vorliegt. In einem Ergebnisbild werden nun alle extrahierten Teilmengen jedes Bildes mit hoher Detailschärfe, also im Fokus liegende Bildbereiche, zu einem neuen Gesamtbild zusammengefügt. Damit entsteht ein neues, vollständig detailscharfes Bild. The unpublished DE 101 49 357.6 describes a method and a device for generating a sharp three-dimensional Surface imaging of microscopic objects. This is the surface profile of the object in a three-dimensional coordinate system (x, y, z) optically measured. In this process, different focus levels become one microscopic object by a CCD camera digital or analog recorded. This creates an image for each focal plane, so that a "Image stack" is created. This stack of images is composed of images that are made up of the different focus levels one during recording object immobile under the microscope. Each of these pictures in the image stack contains areas of sharp image structures with high Sharpness of detail and areas when the picture is taken outside the focal plane and were therefore out of focus and without a high level of detail in the image. In In this sense, an image can be understood as a set of image subareas high level of detail (in focus) and low level of detail (outside the Focus). Using image analysis methods, every image of the image stack can the subsets of the image areas are extracted in high detail is present. In a result image, all extracted subsets are now each Image with a high level of detail, i.e. image areas in focus, into one new overall picture put together. This creates a new, complete one detailed picture.

Da die relativ Lage der Fokusebenen zueinander bekannt sind, aus denen die Teilmenge jedes Bildes mit hoher Detailschärfe stammen, ist also auch der Abstand der Bilder im Bildstapel bekannt. Somit kann ferner ein dreidimensionales Oberflächenprofil des mikroskopierten Objektes erstellt werden. Since the relative position of the focal planes to each other are known, from which the Subset of each image with high detail sharpness is also the Known distance of the images in the image stack. Thus, a three-dimensional surface profile of the microscopic object can be created.

Um also ein tiefenscharfes Bild und eine dreidimensionale Oberflächenrekonstruktion des aufgenommenen Objektbereiches durchführen zu können, bedarf es einer zuvor erstellten Bilderfolge aus verschiedenen Fokusebenen des Objektes. So it's a deep image and a three-dimensional one To be able to carry out surface reconstruction of the recorded object area, requires a previously created sequence of images from different focus levels of the Object.

Bislang wurde die Änderung der Fokusebene durch eine Verstellung der Mikroskoptischhöhe, also durch das Verstellen des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Objektiv, durch mechanisches Verstellen des Auflagetisches erreicht. Durch die hohe Tischmasse und die damit verbundene Trägheit des Gesamtsystems konnten bestimmte Geschwindigkeitsgrenzen für die Bildaufnahme in verschiedenen Fokusebenen nicht unterschritten werden. So far, the change in the focus level has been made by adjusting the Microscope stage height, i.e. by adjusting the distance between the Object and the lens, by mechanical adjustment of the support table reached. Due to the high table mass and the associated inertia of the Overall system could set certain speed limits for the Image acquisition in different focus levels must not be undercut.

Die nicht vorveröffentlichte DE 101 44 709.4 beschreibt hierzu ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Apparatur zur schnellen Erzeugung präziser Bildaufnahmen der einzelnen Bilder des Bildstapels in den verschiedenen Fokusebenen mittels Piezoaktoren in Verbindung mit schrittmotorgesteuerten und/oder servomotorgesteuerten Verfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Fokusebenen-Verstellung, durch eine präzise und schnelle Änderung des Abstandes zwischen Objektiv und Objekt sowie eine Objektpositionsverstellung in der x-y-Ebene durch verschiedene Aktoren wie Piezoobjektive, Piezopräparattische, Kombinationen von Piezoaktoren und Standard Schrittmotorverstellungen oder aber jeglichen anderen Tischverstellungen erreicht. Durch den Einsatz von Piezoaktoren wird die Präzision und Feinheit der Verstellung erhöht. Ferner wird die Verstellgeschwindigkeit durch Piezoaktoren beschleunigt. Es wird darüber hinaus beschrieben wie durch geeignetes Einfügen bzw. Anwenden von Deconvolutionstechniken die Bildqualität und die Auswertequalität weiter gesteigert werden kann. The unpublished DE 101 44 709.4 describes this improved process and apparatus for rapid production more precise image recordings of the individual images of the image stack in the various Focus levels using piezo actuators in conjunction with stepper motor-controlled and / or servomotor-controlled methods. In this procedure, a Focus plane adjustment, by changing the Distance between lens and object as well as an object position adjustment in the x-y plane by various actuators such as piezo lenses, Piezo preparation tables, combinations of piezo actuators and standard Stepper motor adjustments or any other table adjustments achieved. By the The use of piezo actuators increases the precision and delicacy of the adjustment elevated. Furthermore, the adjustment speed by piezo actuators accelerated. It is also described as by suitable insertion or Applying deconvolution techniques to image quality and Evaluation quality can be further increased.

Derart mittels automatisch verstellbarer Objekthalterungen abgerasterte Oberflächen erlauben allerdings keine ganzheitliche, tiefenscharfe Sicht auf das Objekt selbst. Auch ist eine dreidimensionale Darstellung des gesamten Scanbereiches nicht möglich. Weiterhin kann die Darstellung im Raum nicht gedreht und aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet werden. So rasterized by means of automatically adjustable object holders However, surfaces do not allow a holistic, deep view of the Object itself. Also is a three-dimensional representation of the whole Scanning area not possible. Furthermore, the representation in space cannot rotated and viewed from different angles.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung lichtmikroskopischer, dreidimensionaler Bilder anzugeben, welches mit geringerem technischen Aufwand arbeitet und zugleich eine verbesserte Bildqualität in der dreidimensionalen Darstellung liefert. The object of the present invention is therefore a method and a Device for generating light microscopic, three-dimensional images indicate which works with less technical effort and at the same time provides an improved image quality in the three-dimensional representation.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Darstellung eines dreidimensionalen Objektes mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. This task is accomplished by a method for representing a three-dimensional object with the features of claim 1 and by a Device with the features according to claim 10 solved.

Erfindungsgemäß wird also aus einem realen Objekt ein Bildstapel gewonnen, der aus lichtmikroskopischen Bildern besteht. Mit einem geeigneten Verfahren, insbesondere einem Software-Verfahren wird aus dem Bildstapel dann ein Oberflächenreliefbild gewonnen, das dann mit einer Textur so kombiniert wird, dass ein Bild des Objektes entsteht. Zur Kombination der Textur mit dem Höhenreliefbild ist es besonders vorteilhaft, eine Textur auf das Höhenreliefbild zu projizieren. Dabei kann die Textur wiederum aus den Daten des Bildstapels gewonnen werden. According to the invention, an image stack is thus obtained from a real object, which consists of light microscopic images. With a suitable one The image stack then becomes a method, in particular a software method obtained a surface relief image, which is then combined with a texture is that an image of the object is created. To combine the texture with the It is particularly advantageous to add a texture to the height relief image Project elevation relief image. The texture can in turn be derived from the data of the Image stack can be obtained.

Mit diesem Verfahren kann also ein virtuelles Bild eines realen Objektes erzeugt werden, das allen Anforderungen, die an ein virtuelles Bild gestellt werden, genügt. Damit kann auch dieses Objektbild mit den bei virtuellen Bildern möglichen Manipulationen bearbeitet werden. Allgemein wird in der virtuellen Realität versucht, durch geeignete Verfahren, die insbesondere in einem Computerprogramm verwirklicht werden, die Realität so gut wie möglich durch virtuelle Objekte, die geeignet berechnet wurden, abzubilden. Durch virtuelle Lampen und Schattenwürfe, durch die Simulation physikalischer Grundgesetze und Eigenschaften wie Brechungsindex-Einstellungen, Nachbildung von Elastizitäten von Objekten, Gravitationseinwirkungen, Verfolgung eines virtuellen Lichtstrahls im virtuellen Raum unter Einfluss von Materie, dem sog. Raytracing und vielen Eigenschaften mehr, gelingen zunehmend echtere Nachbildungen der Wirklichkeit am Computer. With this method, a virtual image of a real object can be created are generated that meet all requirements placed on a virtual image are sufficient. This means that this object image can also be used for virtual images possible manipulations are processed. Generally, the virtual Reality tries through appropriate procedures, particularly in one Computer program can be realized through reality as best as possible map virtual objects that have been properly calculated. Through virtual Lamps and shadows, by simulating physical Basic laws and properties such as refractive index settings, simulation of Elasticities of objects, gravitational effects, tracking of a virtual light beam in virtual space under the influence of matter, the so-called Ray tracing and many more properties are becoming increasingly real Replicas of reality on the computer.

Normalerweise werden in rein virtuellen Räumen die Szenen und Abläufe vom Designer vollständig neu erzeugt oder aber es wird auf vorhandene Ressourcen zurückgegriffen. In der vorliegenden Erfindung dagegen wird ein reales Abbildungssystem, insbesondere ein Mikroskop, dazu verwendet, um die zur Erzeugung eines virtuellen Abbildes der Realität notwendigen Daten zu generieren. Diese Daten können dann so bearbeitet werden, dass es möglich ist, automatisch ein virtuelles dreidimensionales Gebilde darzustellen. Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass aus dem realen Objekt ein Höhenrelief ermittelt und dieses Relief mit einer Textur versehen wird, die bevorzugt aus den aus dem Objekt gewonnenen Daten ermittelt wird. Dabei werden mit der Projektion der Textur auf das Höhenreliefbild besonders gute Ergebnisse erzielt. Usually, the scenes and processes in the virtual rooms are Designer completely re-created or it is based on existing one Resources. In contrast, in the present invention, a real one Imaging system, especially a microscope, used to view the Generation of a virtual image of the data necessary for reality to generate. This data can then be processed so that it is possible automatically display a virtual three-dimensional structure. A A special feature here is that an elevation relief from the real object determined and this relief is provided with a texture, which preferably consists of the data obtained from the object is determined. Thereby with the Projection of the texture on the relief image gives particularly good results achieved.

Ein wesentliche Vorteil der Erfindung ist also darin zu sehen, dass durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die übliche Lichtmikroskopie und Lichtmakroskopie dadurch erweitert wird, dass die durch reale Lichtabbildungssysteme wie Lichtmikroskope oder Lichtmakroskope gewonnenen Rohdaten wie, statische dreidimensionale Oberflächeninformationen oder unscharfe Bildinformationen zu einem neuen Bild kombiniert werden. Somit können alle oder eine beliebige Kombination oder Teilmenge der real gewonnenen Teilinformationen simultan zur Anzeige bringen kann. A major advantage of the invention is to be seen in that Use of the method according to the invention, the usual light microscopy and light macroscopy is expanded by the fact that the real Light imaging systems such as light microscopes or light macroscopes obtained Raw data such as, static three-dimensional surface information or blurred image information can be combined into a new image. Consequently can all or any combination or subset of the real partial information obtained can be displayed simultaneously.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass einzelne oder zeitlich aufeinanderfolgende, tiefenscharf berechnete Multifokusbilder mit ebenfalls gewonnenen zugehörigen dreidimensionalen Oberflächeninformationen miteinander verschmolzen werden. Dieser Verschmelzungsprozess wird dadurch realisiert, dass das tiefenscharfe Multifokusbild als Oberflächentextur einer zugehörigen dreidimensionalen Oberfläche aufgefasst wird. Durch Aufprojektion dieser Oberflächentextur auf die dreidimensionale Oberfläche wird der Verschmelzungsprozess erreicht. Another advantage is that individual or temporal successive, in-depth calculated multi-focus images with also obtained associated three-dimensional surface information with each other to be merged. This amalgamation process is realized by that the in-depth multi-focus image as the surface texture of an associated one three-dimensional surface. By projecting this The surface texture on the three-dimensional surface becomes the Merging process reached.

Das erfindungsgemäß erhaltene neue dreidimensionale virtuelle Bild trägt also beide Informationen zugleich, die dreidimensionalen Oberflächeninformationen und die vollständig scharfen Bildinformationen. Diese Bilddarstellung kann mit "Virtuell Reality 3D-Licht-Mikroskopie" bezeichnet werden, da die beschriebene Datenverschmelzung in "realen" Mikroskopen nicht durchgeführt werden kann. The new three-dimensional virtual image obtained according to the invention thus bears both information at the same time, the three-dimensional Surface information and the completely sharp image information. This image display can with "Virtual Reality 3D Light Microscopy" because the data merging described in "real" microscopes not performed can be.

Zur Erzeugung des Bildstapels, der aus Einzelbildern besteht, die in unterschiedlichen Fokusebenen des Objektes aufgenommen werden, können die oben bereits näher beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden Hierzu kann insbesondere das in der DE 101 49 357.6 beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenrekonstruktion verwendet werden. Diese liefern zwei Datensätze in Form eines Bildes. Der eine kodiert die Höheninformationen des mikroskopischen Objektes und wird im weiteren Maskenbild genannt. To generate the image stack, which consists of individual images that are in different focal planes of the object can be recorded Process steps already described in more detail above are carried out In particular, that described in DE 101 49 357.6 can be used for this purpose Method for creating a three-dimensional surface reconstruction be used. These provide two data records in the form of an image. The one encodes the height information of the microscopic object and is in the called another mask image.

Der zweite Datensatz stellt ein kontrastreiches, vollkommen tiefenscharfes Mikroskopbild dar und wird im Folgenden Multifokusbild genannt. Dieses Multifokusbild wird unter Zuhilfenahme des Maskenbildes erzeugt indem die Maskenbild-Grauwerte dazu verwendet werden, die Ebene eines schärfsten Pixels zu identifizieren und das korrespondierende Pixel der Ebene im Bildstapel in ein zusammenfassendes Multifokusbild zu kopieren. The second data set represents a high-contrast, completely sharp Microscope image and is called multifocus image below. This Multi-focus image is created with the aid of the mask image by the Mask image gray values are used to make the level of the sharpest Identify pixels and the corresponding pixel of the layer in the image stack to copy into a summary multifocus image.

Wie weiter oben beschrieben können beispielsweise die Verfahrensschritte wie in der DE 101 44 709.4 beschrieben dazu benutzt werden, durch Piezotechnik an Objektiven und/oder Präparattischen Maskenbilder und Multifokusbilder in höherer Auflösung in Richtung der Fokusebenen (z-Richtung) und durch ein Scannen des Objektes über größere Bereiche in der jeweiligen Fokusebene (x, y-Richtung) zu erstellen. As described above, the method steps can, for example as described in DE 101 44 709.4 can be used by Piezo technology on lenses and / or specimen tables and mask images Multi-focus images in higher resolution in the direction of the focus planes (z direction) and by scanning the object over larger areas in the respective Create focal plane (x, y direction).

Das Maskenbild trägt somit die Höheninformationen und das Multifokusbild die reinen, tiefenscharfen Bildinformationen. Aus dem Maskenbild wird dann ein dreidimensionales Höhenreliefbild (Pseudobild) erstellt. Dieses entsteht dadurch, dass das Maskenbild als Höhenrelief dargestellt wird. Das Pseudobild trägt keine direkten Bildinformationen außer den Höheninformationen. Mithin stellt das dreidimensionale Pseudobild ein sogenanntes Höhenrelief dar. In einem weiteren Schritt wird das dreidimensionale Pseudobild mit der realen Textur der scharfen Bildteile des Bildstapels versehen. Hierzu werden das Pseudobild und das Maskenbild geeignet ausgerichtet und zwar so, dass die Höheninformationen des Pseudobildes und Bildinformationen des Maskenbildes, also die Textur pixelgenau übereinanderliegen. Damit wird jedes Pixel des Multifokus-Texturbildes genau auf sein zugehöriges Pixel im dreidimensionalen Pseudobild abgebildet, sodass ein virtuelles Bild des realen Objektes entsteht. The mask image thus carries the height information and the multifocus image pure, sharp image information. The mask image then becomes a three-dimensional relief image (pseudo image) created. This arises in that the mask image is shown as a relief in height. The pseudo picture carries no direct image information other than the height information. therefore the three-dimensional pseudo image represents a so-called height relief. In Another step is the three-dimensional pseudo image with the real one Provide the texture of the sharp parts of the image in the image stack. This will be the Pseudo image and mask image appropriately aligned so that the Height information of the pseudo image and image information of the Mask image, i.e. the texture is superimposed pixel-perfect. So that every pixel of the multifocus texture image exactly to its associated pixel in the three-dimensional pseudo image, so that a virtual image of the real object arises.

Bislang übliche lichtmikroskopische Verfahren zur Abbildung von Objekten sind durch eine Fülle physikalischer Limitierungen in ihren Darstellungsmöglichkeiten begrenzt. Die Erfindung hebt diese Limitierungen weitestgehend auf und gibt dem Anwender viele neue Möglichkeiten, mikroskopische Objekte zu untersuchen und darzustellen. Previously common light microscopic methods for imaging objects are characterized by an abundance of physical limitations in their Limited display options. The invention largely overcomes these limitations and gives the user many new opportunities to add microscopic objects examine and present.

Zur Anwendung der Erfindung kann auch eine geeignete Benutzeroberfläche definiert werden, die es dem Anwender erlaubt, die Erfindung auch ohne besondere technische Kenntnisse zu benutzen. Weiterhin ist die Erfindung auch zur dreidimensionalen Darstellung großer Flächen anwendbar. Durch die Abbildung real gewonnener mikroskopischer oder makroskopischer Bildinformationen in einen "Virtual Reality Raum" wird der üblichen Lichtmikroskopie der Zugang zur gesamten Technologie virtueller Welten eröffnet. Die entstehenden Bilder vermitteln im Vergleich zur konventionellen Lichtmikroskopie eine wesentlich deutlichere und aussagekräftigere mikroskopische Abbildung und versetzten den Anwender damit in die Lage, jegliche bislang bereits bekannten Abbildungsverfahren und Manipulationsverfahren der virtuellen Realität anzuwenden. A suitable user interface can also be used to apply the invention be defined, which allows the user to use the invention without use special technical knowledge. Furthermore, the invention is also applicable for three-dimensional display of large areas. Through the Real microscopic or macroscopic image Image information in a "virtual reality room" is the usual light microscopy Access to the entire technology of virtual worlds opened. The Compared to conventional light microscopy, the resulting images convey a much clearer and more meaningful microscopic image and put the user in a position to do so far known mapping processes and manipulation processes of virtual reality apply.

Das virtuelle Abbild besitzt keine Begrenzung in der Schärfe, die sich bei üblichen Objektbildern infolge der begrenzten Schärfentiefe der verwendeten Optik ergibt. Es wird also vollkommen scharf abgebildet. Die virtuelle Abbildung trägt zugleich die vollständige Tiefeninformation. Somit entsteht eine vollständig scharfe, dreidimensional wirkende naturgetreue virtuelle Abbildung eines realen mikroskopischen Objektes. The virtual image has no limitation in the sharpness that can be seen in usual object images due to the limited depth of field of the used Optics results. So it is perfectly sharp. The virtual image also carries the complete depth information. This creates a completely sharp, three-dimensional, lifelike virtual image of a real microscopic object.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Abbildung virtuell in einem Computer realisiert werden. Hier stehen nun alle Möglichkeiten der Bilddarstellung und Manipulation zur Verfügung, die bei virtuellen Bildern eingesetzt werden können. Diese reichen von der Überlagerungen real mikroskopierter Oberflächen und rein virtueller Oberflächen bis hin zur Möglichkeit einer Aufsicht unter beliebigen Winkeln auf eine tiefenscharfe dreidimensionalen Oberfläche. Die Oberflächen können virtuell animiert, beleuchtet oder anderweitig modifiziert werden. Zeitabhängigkeiten wie etwa zeitliche Veränderungen an der Oberfläche des mikroskopischen Objektes können simultan mit tiefenscharfen Bildinformationen und dreidimensionalen Oberflächentopologien abgebildet werden. In a preferred embodiment of the invention, the illustration can be realized virtually in a computer. Here are all the options image display and manipulation available with virtual images can be used. These range from the overlays real microscopic surfaces and purely virtual surfaces up to the possibility supervision from any angle to a depth of field three-dimensional surface. The surfaces can be virtually animated, illuminated or are otherwise modified. Time dependencies such as temporal Changes to the surface of the microscopic object can be made simultaneously in-depth image information and three-dimensional Surface topologies are mapped.

Somit werden der Lichtmikroskopie völlig neue Möglichkeiten eröffnet, Begrenzungen der Bildqualität durch physikalische Limitierungen werden kompensiert. This opens up completely new possibilities for light microscopy, Limitations of the image quality due to physical limitations compensated.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden die folgenden Komponenten eingesetzt:

  • 1. Mikroskop mit notwendigem Zubehör (Objektive, etc.) oder ein anderes geeignetes Abbildungssystem wie etwa ein Makroskop
  • 2. Computer mit geeignetem Zubehör wie Monitor, etc.
  • 3. Aktoren zur gezielten, schnellen Positionsveränderung eines Objektes in x, y, und z-Richtung wie etwa Piezo, Schrittmotortisch usw.
  • 4. Eine Kamera, insbesondere eine analoge oder digitale CCD Kamera mit notwendigem oder vorteilhaftem Zubehör wie Grabber, Firewire, Hotlink, USB-Port, Bluetooth zur Funkdatenübertragung, Netzwerkkarte zur Bilddatenübertragung via. Netz, etc.
  • 5. Eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hardware des Mikroskops, insbesondere des Präparatetisches, der Kamera, und der Beleuchtung.
  • 6. Eine Analyseeinrichtung zum Erstellen der Multifokusbilder, der Maskenbilder, der Mosaikbilder und der Erstellung der "virtuell Reality 3D Licht Mikroskopbilder". Steuer- und Analyseverfahren sind bevorzugt als Software implementiert.
  • 7. Eine Einrichtung zur Darstellung, Berechnung und Manipulation der erstellten "virtuell Reality 3D Licht Mikroskopbilder" wie z. B. Drehung im Raum, Beleuchtungsänderungen etc. Diese wird bevorzugt wiederum als Darstellungssoftware implementiert.
In an advantageous embodiment of the invention, the following components are used:
  • 1. Microscope with necessary accessories (lenses, etc.) or another suitable imaging system such as a macroscope
  • 2. Computer with suitable accessories such as a monitor, etc.
  • 3. Actuators for the targeted, rapid change in position of an object in the x, y, and z direction, such as piezo, stepper motor table, etc.
  • 4. A camera, in particular an analog or digital CCD camera with necessary or advantageous accessories such as grabber, firewire, hotlink, USB port, Bluetooth for radio data transmission, network card for image data transmission via. Network, etc.
  • 5. A control device for controlling the hardware of the microscope, in particular the preparation table, the camera, and the lighting.
  • 6. An analysis device for creating the multi-focus images, the mask images, the mosaic images and the creation of the "virtual reality 3D light microscope images". Control and analysis methods are preferably implemented as software.
  • 7. A device for displaying, calculating and manipulating the created "virtual reality 3D light microscope images" such. B. rotation in space, changes in lighting, etc. This is in turn preferably implemented as display software.

Eine in einem Computer eingesetzte Software steuert also das Mikroskop, den Präparatetisch in x, y, und z-Richtung, eventuelle Piezoaktoren, Beleuchtung, Kamera-Bildaufnahme, sonstige Mikroskophardware. Auch die Prozedur zur Erzeugung der Masken- und Multifokusbilder und die Erstellung eines "Virtuell Reality 3D Mikroskopbildes" kann darüber gesteuert werden. Software used in a computer controls the microscope Preparation table in x, y, and z direction, possible piezo actuators, lighting, Camera image acquisition, other microscope hardware. The procedure for Generation of the mask and multifocus images and the creation of a "virtual Reality 3D microscope image "can be controlled.

Durch den Einsatz eines piezogesteuerten Objektives oder eines piezogesteuerten Objekthalters oder die Kombination eines piezogesteuerten Objektives mit einem piezogesteuerten Objekthalter kann eine sehr schnelle, reproduzierbare und präzise Positionierung eines Objektes in allen drei Raumrichtungen erfolgen. In Kombination mit den schärfentiefen verbessernden bildanalytischen Verfahren und den Möglichkeiten zur 3D Rekonstruktion gelingt eine schnelle, 3D Rekonstruktion mikroskopischer Oberflächen. Ferner lassen sich schnell Bildmosaike generieren, die sowohl scharfgerechnet sind als auch ein dimensionales Oberflächenprofil erstellen können. Die Einzelbilder werden von einer geeigneten CCD Kamera aufgenommen. Eine Entfaltung der Einzelbilder mit einem geeigneten Apparateprofil vor der anschließenden Scharfrechnung und 3D Rekonstruktion erlaubt darüber hinaus die Erzeugung höchstauflösender, apparateprofilkorrigierter Mikroskopbilder hoher Schärfentiefe. By using a piezo-controlled lens or one piezo-controlled object holder or the combination of a piezo-controlled Lenses with a piezo-controlled object holder can achieve a very fast, reproducible and precise positioning of an object in all three Spatial directions take place. In combination with the depth of field enhancing image analytical processes and the possibilities for 3D reconstruction succeed a fast, 3D reconstruction of microscopic surfaces. Let also quickly generate picture mosaics that are both in focus and can create a dimensional surface profile. The single images are recorded by a suitable CCD camera. An unfolding of the Single images with a suitable apparatus profile before the subsequent one Sharpening and 3D reconstruction also allow generation High-resolution, apparatus profile-corrected microscope images of high Depth of field.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in zeitlicher Abfolge mehrere Bildstapel aufgenommen. Die oben beschriebene Umsetzung dieser zeitlichen Einzelaufnahmen der Bildstapel zu zeitlich aufeinanderfolgenden Virtuell Reality 3D-Bildern ermöglicht dreidimensionale, völlig scharfe Abbildung von Zeitvorgängen in einer Animation, wie etwa einem Film. In a further advantageous embodiment of the invention, in Several image stacks were recorded in chronological order. The one described above Implementation of these temporal individual recordings of the image stacks too temporally successive Virtual Reality 3D images enables three-dimensional, totally Sharpness of time in an animation, such as a movie.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erhält man durch den Einsatz des sogenannten Morphings, bei dem mehrere Bilder in einer Animation ineinander übergeführt werden. Es handelt sich dabei um eine Interpolation zwischen Bildern, derart, das auf der Basis eines bekannten Startbilds und eines bekannten Endbilds weitere, zuvor nicht bekannte Zwischenbilder berechnet werden. Reiht man das Anfangs-, die Zwischenbilder und das Endbild dann geeignet aneinander und spielt man sodann die bekannten und die interpolierten Bilder zeitlich aufeinanderfolgend ab, so entsteht der Eindruck eines kontinuierlichen Übergangs zwischen dem Start und dem Endbild. Another advantageous embodiment of the invention is obtained from the Use of so-called morphing, in which several images in one Animation can be merged. It is a Interpolation between pictures, such that based on a known start picture and of a known final image further, previously unknown intermediate images be calculated. If you arrange the start, the intermediate and the end picture then suit each other and then play the familiar and the interpolated images sequentially in time, so the impression is created a continuous transition between the start and the end image.

Durch Morphing gelingt eine Beschleunigung des beschriebenen Verfahrens dadurch, dass zeitlich wie räumlich nur einige Bilder real aufgenommen werden müssen. Alle anderen Bilder für eine virtuelle Darstellung werden durch Zwischenbild-Interpolation berechnet. Morphing accelerates the described method in that only a few pictures were taken in real time and in space Need to become. All other images for a virtual display are through Interframe interpolation calculated.

Es ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines "Virtuell Reality 3D Licht Mikroskopie Bildes", reale Daten aus lichtoptischen Abbildungssystemen wie Lichtmikroskopen oder Lichtmakroskopen zu verwenden. Dabei ist zu beachten, dass die bei Lichtmakroskopen durch die Abbildungsoptik bedingten Verzerrungen zunächst mathematisch entzerrt werden. Die virtuelle Realität wird erfindungsgemäß automatisch, teilautomatisch oder manuell aus den zugrundeliegenden realen Daten erzeugt. Die Möglichkeit jeglicher Verknüpfung der gewonnenen Daten der "Virtuell Reality 3D Licht Mikroskopie" mit bereits bekannten Techniken der virtuellen Realität, die rein virtuell, also ohne direkten Einfluss realphysikalischer Daten erzeugte Daten, ist ein weiterer Vorteil der Erfindung. It is a particular advantage of the present invention to produce one "Virtual Reality 3D Light Microscopy Image", real data from light optical Imaging systems such as light microscopes or light macroscopes use. It should be noted that the in light macroscopes by the Imaging optics caused distortions to be mathematically corrected become. According to the invention, the virtual reality becomes automatic, semi-automatic or generated manually from the underlying real data. The Possibility of any connection of the obtained data of the "Virtual Reality 3D Light microscopy "using already known techniques of virtual reality generated purely virtually, i.e. without the direct influence of real physical data Data is another advantage of the invention.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, mit den Daten der "Virtuell Reality 3D-Licht-Mikroskopie" 3D-Messungen wie z. B. Volumenmessungen, Oberflächenmessungen etc. durchführen zu können. Another advantage of the invention is the possibility of using the data of the "Virtual Reality 3D Light Microscopy" 3D measurements such as B. Volume measurements, surface measurements, etc.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bietet die Möglichkeit der Aufprojektion von bildanalytisch beeinflussten und/oder veränderten Texturbildern auf die 3D-Oberfläche, wie oben beschrieben. Hierdurch ist eine weitere "erweiterte Wahrnehmung" durch die "Virtuell Reality 3D Licht Mikroskopie" möglich, da die veränderten Texturen ortstreu auf die 3D-Oberfläche projiziert werden. Dadurch wird ermöglicht, bildanalytische Ergebnisse mit dreidimensionalen Oberflächendaten zu verbinden und simultan darzustellen. Das gilt auch für bildanalytisch beeinflusste Zeitserien von Aufnahmen im obigen Sinne. A further advantageous embodiment of the invention offers the possibility the projection of image analytically influenced and / or changed Texture images on the 3D surface as described above. This is one further "extended perception" through the "virtual reality 3D light Microscopy "possible because the changed textures are spot-on on the 3D surface be projected. This enables using image analysis results to connect three-dimensional surface data and display them simultaneously. This also applies to time series of shots in the picture that are influenced by image analysis sense above.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, das Verfahren für Mosaikbilder anzuwenden, sodass definierte Oberflächen-Teilbereiche eines Objektes abgescannt werden. Diese Teilbilder werden tiefenscharf zusammengesetzt und nebst zugehörigen 3D-Objektoberflächendaten zu einem "Virtuell Reality 3D Licht Mikroskopiebild" der eingescannten Objektfläche verrechnet. Another advantage of the invention is the method for mosaic images apply so that defined surface sub-areas of an object be scanned. These drawing files are put together in depth and together with the associated 3D object surface data to form a "Virtual Reality 3D Light microscopy image "of the scanned object area.

Die Erfindung zeichnet sich im Hinblick auf ihre Vorteile besonders dadurch aus, dass eine erhebliche Erweiterung der Wahrnehmung mikroskopischer Fakten am Objekt möglich wird. Dies wird durch simultane Darstellung eines vollständig scharfen Bildes auf einer durch das Mikroskopieren gewonnenen dreidimensionalen Oberfläche erreicht. Durch die virtuelle 3D-Realität des Mikroskopbildes und dessen Kompatibilität der virtuellen Darstellung auch zu Standardprogrammen und Verfahren gelingt eine Einbindung des gesamten Wissens und aller Möglichkeiten, die bislang für die virtuelle Realität erzeugt wurden. The invention is particularly notable for its advantages from that a significant expansion in microscopic perception Facts on the object becomes possible. This is done by displaying a completely sharp image on a microscopic image three-dimensional surface. Through the virtual 3D reality of the Microscope image and its compatibility of the virtual representation too Standard programs and procedures succeed in integrating the whole Knowledge and all the possibilities that have so far generated for virtual reality were.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Bilder entsprechen mehr den tatsächlichen Verhältnissen in der Probe, als diejenigen, die mit herkömmlichen Mikroskopen gewonnen werden. Denn in dem "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbild" wird neben vollständiger Schärfe auch die dreidimensionale Information des Objektes deutlich hervorgebracht. The images generated with the method according to the invention correspond more the actual conditions in the sample than those with conventional microscopes. Because in the "Virtual Reality 3D light microscope image "is in addition to complete sharpness three-dimensional information of the object clearly produced.

Außerdem kann "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbild" unter verschiedenen Raumwinkeln betrachtet werden, indem man das Bild in beliebige Positionen dreht. Darüber hinaus kann das Objektbild durch Transparenzen und andere Standardverfahren beliebig manipuliert werden, um andere mikroskopische Details zu verstärken oder abzuschwächen. In addition, "Virtual Reality 3D light microscope image" can be used under different Solid angles can be viewed by moving the image into any position rotates. In addition, the object image can be seen through transparencies and others Standard procedures can be manipulated to any other microscopic To reinforce or weaken details.

Die Aussagekraft und eine der menschlichen Wahrnehmung sehr viel näher kommende dreidimensionale Darstellung eines mikroskopischen Objektes ermöglichen völlig neue Analysemethoden. Bildmosaike, die als "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbild" dargestellt werden, erweitern zusätzlich die Darstellbarkeit. The meaningfulness and one much closer to human perception upcoming three-dimensional representation of a microscopic object enable completely new analysis methods. Image mosaics that are called "Virtual Reality 3D light microscope image "are shown, also expand the Representability.

Die Möglichkeit einer Vollautomatisierung der genannten Abläufe zur Erzeugung eines "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbildes" oder mehrerer "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbilder" durch automatische Zeitserien stellen nur geringe Anforderungen an das technische Know How der Anwender. The possibility of fully automating the processes mentioned Generation of a "virtual reality 3D light microscope image" or several "virtual Reality 3D light microscope images "through automatic time series only low demands on the technical know-how of the users.

Kombinationen des "Virtuell Reality 3D-Lichtmikroskopbildes", welches aus real aufgenommenen Basisdaten generiert wurde, mit den Möglichkeiten der Einblendung rein virtueller Objekte wie platonischen Grundkörper oder anderen komplexeren Körpern, ergeben neue didaktische Möglichkeiten der Wissensvermittlung. Die Kombination der Daten des "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbilds" mit einer 3D-Cyberspace-Brille erlaubt eine Sicht auf mikroskopische Objekte in nie zuvor gesehener Präzision und Ganzheitlichkeit. Combinations of the "virtual reality 3D light microscope image", which consists of real recorded basic data was generated with the possibilities of Fade in of purely virtual objects such as Platonic basic bodies or other more complex bodies, give new didactic possibilities of Knowledge transfer. The combination of the data of "Virtual Reality 3D Light microscope image "with 3D cyberspace glasses allows a view of microscopic objects with unprecedented precision and holism.

Da die Daten des "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbilds" in einem Computer gespeichert werden können, ist eine Darstellung der Daten auf anderen Systemen, ein Datentransfer über Computernetze wie im Intranet oder Internet, und die Darstellung der "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbilddaten" über Webbrowser möglich. Außerdem ist eine dreidimensionale Bildanalyse möglich. Because the data of the "Virtual Reality 3D light microscope image" in a computer can be stored is a representation of the data on others Systems, data transfer via computer networks such as the intranet or the Internet, and the representation of the "Virtual Reality 3D light microscope image data" via Web browser possible. There is also a three-dimensional image analysis possible.

Eine virtuelle Mikroskopie, d. h., eine Mikroskopie durch Anwender "ohne" Mikroskop, also nur auf Basis der gewonnenen und/oder gespeicherten "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopbilddaten" ermöglicht eine Trennung zwischen realer Mikroskopie und Auswertung der gewonnenen Daten. Virtual microscopy, i. that is, microscopy by users "without" Microscope, that is, only on the basis of the obtained and / or stored "virtual Reality 3D light microscope image data "allows a separation between real microscopy and evaluation of the data obtained.

Die Verwendung von üblichen Standardlichtmikroskopen mit einer Standardbeleuchtung ist zur Erzeugung der erfindungsgemäßen 3D Abbildung möglich und damit kostengünstig. The use of standard light microscopes with a standard Standard lighting is possible for generating the 3D image according to the invention and therefore inexpensive.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen, bei deren Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde. Further advantages and advantageous embodiments of the invention are Subject of the following figures and their descriptions, in their Representation for the sake of clarity on a scale Playback was waived.

Es zeigen im Einzelnen: They show in detail:

Fig. 1 einen schematisierter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 shows a schematic flow of the method according to the invention.

Fig. 2 einen schematisierten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispieles Fig. 2 shows a schematic sequence of the method according to the invention using an example

Fig. 3 einen schematisierten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispieles Fig. 3 shows a schematic flow of the process of the invention by way of example

Fig. 4a Beispiel eines Pseudobildes Fig. 4a example of a pseudo image

Fig. 4b Beispiel eines strukturierten Pseudobildes Fig. 4b example of a structured pseudo image

Fig. 5 Kombination einer Textur mit Pseudobild anhand eines Beispieles Fig. 5 combination of a texture with a pseudo image using an example

Fig. 6 Schematischer automatisierter Verfahrensablauf Fig. 6 Schematic automated process flow

In Fig. 1 ist schematisiert der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, der in den Fig. 2 und 3 anhand eines schematisierten Beispiels nochmals verdeutlicht wird. Ausgehend von einem Objekt 22 (Fig. 2) wird im Verfahrensschritt 10 ein Bildstapel 24 dadurch erzeugt, dass aus einer Mehrzahl von Fokusebenen des Objektes 22 Einzelbilder 26 manuell oder vollautomatisch aufgenommen werden. Der Abstand der Einzelbilder ist geeignet bemessen um ein tiefenscharfes dreidimensionales Bild rekonstruieren zu können und wird bevorzugt äquidistant gehalten. Jedes der Einzelbilder 26 besitzt scharfe und unscharfe Bildbereiche, wobei der Bildabstand und die Gesamtzahl der Einzelbilder 26 bekannt sind. Die Bilder werden nach Aufnahme zunächst unkomprimiert oder mit einem datenverlustfreien Kompressionsverfahren komprimiert im Verfahrensschritt 12 abgespeichert. Die Einzelbilder 26 können Farbbilder oder Grauwertbilder sein. Die Farb- bzw. Grauwertauflösung (8Bit, 24Bit etc.) kann dabei beliebig sein. In Fig. 1, the basic sequence of the method according to the invention is shown schematically, which is again illustrated in Figs. 2 and 3 using a schematic example. Starting from an object 22 ( FIG. 2), an image stack 24 is generated in method step 10 in that individual images 26 are recorded manually or fully automatically from a plurality of focus planes of the object 22 . The distance between the individual images is suitably dimensioned in order to be able to reconstruct a three-dimensional image with a sharp focus and is preferably kept equidistant. Each of the individual images 26 has sharp and unsharp image areas, the image spacing and the total number of individual images 26 being known. After recording, the images are first stored in uncompressed form or compressed using a data loss-free compression process in process step 12 . The individual images 26 can be color images or grayscale images. The color or gray value resolution (8 bit, 24 bit etc.) can be any.

Bei der Erstellung des Bildstapels kann auch so vorgegangen werden, dass mehrere Bilder in einer Fokusebene (in x, y Richtung) nebeneinander liegen und pixelgenau so wieder zusammengesetzt werden, dass ein sogenanntes Mosaikbild der Fokusebene entsteht. Dabei ist es auch möglich, aus den Mosaikbildern einen Bildstapel 24 zu erzeugen. Nachdem in jeder gewünschten Fokusebene (z-Ebene) ein Einzelbild aufgenommen worden ist, liegt ein Bildstapel 24 mit einer Serie von Einzelbildern 26 zur weiteren Bildbearbeitung vor. Bevorzugt liegen die z-Ebenen zueinander äquidistant. When creating the image stack, it can also be done in such a way that several images lie side by side in a focal plane (in the x, y direction) and are reassembled with pixel accuracy so that a so-called mosaic image of the focal plane is created. It is also possible to generate an image stack 24 from the mosaic images. After an individual image has been recorded in each desired focal plane (z plane), an image stack 24 with a series of individual images 26 is available for further image processing. The z-planes are preferably equidistant from one another.

Zur Erstellung des Bildstapels 24 kann ein Abbildungssystem verwendet werden, wobei insbesondere ein Mikroskop oder ein Makroskop eingesetzt wird. Es kann aber auch ein geeignet befestigtes Kamerasystem mit einem Objektiv verwendet werden. Dabei kann der gesamte Beleuchtungsbereich eines Präparates vom nahen UV bis zum fernen IR ausgenutzt werden, sofern das Abbildungssystem dies ermöglicht. An imaging system can be used to create the image stack 24 , in particular using a microscope or a macroscope. However, a suitably attached camera system with a lens can also be used. The entire illumination range of a specimen from near UV to far IR can be used, provided the imaging system allows this.

Das Aufnahmesystem kann generell jede analoge oder digitale CCD Kamera aufweisen, wobei alle Typen von CCD Kameras, insbesondere Zeilenkameras, Farbkameras, Graubild Kameras, IR Kameras, integrierende Kameras, Kameras mit Multikanalplatten, etc. zum Einsatz kommen können. The recording system can generally be any analog or digital CCD camera have, with all types of CCD cameras, in particular Line scan cameras, color cameras, gray image cameras, IR cameras, integrating cameras, Cameras with multi-channel plates, etc. can be used.

In einem weiteren Verfahrensschritt 14 wird aus den gewonnenen Daten des Bildstapels 24 nun ein Multifokusbild 15 und ein Maskenbild 17 gewonnen, wobei hierbei insbesondere die Verfahren gemäß DE 101 49 357.6 und DE 101 44 709.4 verwendet werden können. Aufgrund der Schärfentiefe des Mikroskops enthält jedes der Einzelbilder 26 scharfe und unscharfe Bereiche. Nach bestimmten Kriterien werden die jeweils scharfen Bereiche in den Einzelbildern 26 ermittelt und mit ihrer Ebenennummer den entsprechenden Koordinatenpunkten (x, y) zugeordnet. Die Zuordnung von Ebenennummern und Koordinatenpunkten (x, y) wird in einem Speicher abgespeichert und stellt das Maskenbild 17 dar. Bei einer Bildverarbeitung des Maskenbildes 17 können die im Maskenbild abgespeicherten Ebenennummern als Grauwerte betrachtet werden. In a further method step 14 , a multi-focus image 15 and a mask image 17 are now obtained from the data obtained from the image stack 24 , it being possible in particular to use the methods according to DE 101 49 357.6 and DE 101 44 709.4. Due to the depth of field of the microscope, each of the individual images contains 26 sharp and unsharp areas. The respective sharp areas in the individual images 26 are determined according to certain criteria and assigned to the corresponding coordinate points (x, y) with their plane number. The assignment of level numbers and coordinate points (x, y) is stored in a memory and represents the mask image 17. When the mask image 17 is processed, the level numbers stored in the mask image can be viewed as gray values.

In dem Multifokusbild 15 werden alle unscharfen Bildbereiche der Einzelbilder des zuvor aufgenommenen und abgespeicherten Bildstapels 24 entfernt, sodass ein vollständig scharfes tiefenscharfes Bild entsteht. Das Multifokusbild (15) kann auch aus einem Mosaikbildstapel entstehen, derart, das mehrere Mosaikbilder aus verschiedenen Fokusebenen zu einem Multifokusbild (15) verrechnet werden. In the multi-focus image 15 all blurred image portions of the frames of the previously recorded and stored image stack 24 are removed so that a completely sharp deep sharp image. The multifocus image ( 15 ) can also be created from a stack of mosaic images in such a way that a plurality of mosaic images from different focus planes are calculated to form a multifocus image ( 15 ).

In dem Maskenbild 17 kennzeichnen alle Grauwerte der Pixel die Nummer der Herkunftsebene des schärfsten Pixels. Somit lässt sich Maskenbild auch als dreidimensionales Höhenrelief 28 darstellen. Die Dreidimensionalität ergibt sich aus den x, y Positionen der Maskenbildpixel und dem Betrag des Grauwertes eines Pixels, welcher die Fokusebenenposition des dreidimensionalen Datensatzes kennzeichnet. Das Maskenbild 17 kann auch aus einem Mosaikbildstapel entstehen, wobei mehrere Mosaikbilder aus verschiedenen Fokusebenen zu dem Maskenbild 17 verrechnet werden. In the mask image 17 , all gray values of the pixels identify the number of the origin level of the sharpest pixel. The mask image can thus also be represented as a three-dimensional height relief 28 . The three-dimensionality results from the x, y positions of the mask image pixels and the amount of the gray value of a pixel, which characterizes the focal plane position of the three-dimensional data set. The mask image 17 can also be created from a stack of mosaic images, wherein a plurality of mosaic images from different focal planes are calculated into the mask image 17 .

Nachdem nun das Maskenbild 17 vorliegt kann daraus ein sogenanntes dreidimensionales Pseudobild 28 erstellt werden. Hierzu wird im Verfahrensschritt 16 das Maskenbild 17 als Höhenrelief dargestellt. Dieses Bild trägt außer den Höheninformationen keine direkten Bildinformationen. Das Maskenbild 17 wird hierzu durch eine geeignete Software als ein dimensionales Höhenrelief abgebildet. Die Software kann beispielsweise auf Basis der bekannten Softwarebibliotheken OpenGL oder Direct3D (Microsoft) entwickelt werden. Ferner eignen sich andere gewerblich erhältlichen Softwarepakete zur Darstellung, Erstellung, Animation und Manipulation von 3D Szenen wie Cinema 4D (Firma Maxon), MAYA 3.0, 3D Studio MAX oder Povray. Now that the mask image 17 is available, a so-called three-dimensional pseudo image 28 can be created from it. For this purpose, the mask image 17 is represented as a height relief in method step 16 . Apart from the height information, this image does not carry any direct image information. For this purpose, the mask image 17 is represented by a suitable software as a dimensional height relief. The software can be developed, for example, on the basis of the well-known software libraries OpenGL or Direct3D (Microsoft). Other commercially available software packages are also suitable for displaying, creating, animating and manipulating 3D scenes such as Cinema 4D (Maxon), MAYA 3.0, 3D Studio MAX or Povray.

Um diese Darstellung zu erzeugen werden sogenannte Splines verwendet. Splines sind im Wesentlichen Abfolgen von im dreidimensionalen Raume liegenden Stützpunkten, die durch Linien miteinander verbunden sind. Splines sind aus der Mathematik wohlbekannt in der Technik zur Erzeugung dreidimensionaler Objekte. Sie stellen gewissermaßen Höhenlinien auf einer Landkarte dar. Die Stützpunkte werden von den Grauwerten des Maskenbildes geliefert, derart, das die Koordinaten (X, Y, Z) der Stützpunkte für eine Spline- Interpolation den folgenden Maskenbilddaten entsprechen
Stützpunktkoordinate X entspricht dabei der Maskenbildpixelkoordinate X
Stützpunktkoordinate Y entspricht dabei der Maskenbildpixelkoordinate Y
Stützpunktkoordinate Z entspricht dabei dem Grauwert bei X, Y des Maskenbilds 17.
So-called splines are used to generate this representation. Splines are essentially sequences of vertices lying in three-dimensional space, which are connected with each other by lines. Splines are well known in mathematics for the technology to create three-dimensional objects. In a way, they represent contour lines on a map. The support points are supplied by the gray values of the mask image, such that the coordinates (X, Y, Z) of the support points for a spline interpolation correspond to the following mask image data
The base coordinate X corresponds to the mask image pixel coordinate X
The base coordinate Y corresponds to the mask image pixel coordinate Y
The reference coordinate Z corresponds to the gray value at X, Y of the mask image 17 .

Der Verlauf der Splinekurven wird durch die sog. Interpolation bestimmt. Dabei errechnet sich der Verlauf der Splinekurven durch eine Interpolation zwischen den Stützpunkten der Splines (Polynom-Fit eines Polynoms n'ter Ordnung durch eine vorgegebene Anzahl von Punkten im Raum wie etwa durch Bezier Polynome oder Bernstein Polynome etc.), sodass die Splinekurven entstehen. Je nach Art der verwendeten Interpolationsfunktion und Anzahl der Stützpunkte lassen sich mehr oder weniger detailgenaue Kurvenanpassungen an die gegebenen Stützpunkte vornehmen. Indem man nicht alle Maskenbildpunkte als Stützpunkte für Splines auffasst sondern nur eine geeignet gewählte Teilmenge der Maskenbildpunkte, kann die Anzahl der Stützpunkte variiert werden. Dabei kann z. B. nur jedes vierte Pixel des Maskenbildes 17 verwendet werden. Eine anschließende Interpolation zwischen der geringeren Stützpunktanzahl würde die Objektoberfläche in geringerer Auflösung darstellen. Somit hat man durch Anpassung der Stützpunktanzahl eine Möglichkeit, Oberflächen mit mehr oder weniger hohem Detailierungsgrad darzustellen und so diverse Oberflächenartefakte auszufiltern. Weniger Stützpunkte führen somit zu einem Glättungseffekt der dreidimensionalen Oberfläche. The course of the spline curves is determined by the so-called interpolation. The course of the spline curves is calculated by an interpolation between the support points of the splines (polynomial fit of a nth order polynomial by a predetermined number of points in space, such as by Bezier polynomials or Bernstein polynomials etc.), so that the spline curves are created. Depending on the type of interpolation function used and the number of interpolation points, curve adaptations to the given interpolation points can be made with more or less detail. By not considering all mask image points as support points for splines but only a suitably selected subset of the mask image points, the number of support points can be varied. Here, for. B. only every fourth pixel of the mask image 17 can be used. A subsequent interpolation between the lower number of reference points would represent the object surface in a lower resolution. By adjusting the number of reference points, you have the option of displaying surfaces with a greater or lesser degree of detail and thus filtering out various surface artifacts. Fewer support points therefore lead to a smoothing effect on the three-dimensional surface.

In der vorliegenden Erfindung bildet das zuvor berechnete Maskenbild die Stützpunktdatenbasis. Die Stützpunkte liegen in einem 3D-Raum und müssen somit durch drei Raumkoordinaten beschrieben werden. Die drei Raumkoordinaten (x, y, z) eines jeden Stützpunktes für Splines wird durch die x, y Pixelpositionen der Maskenbildpixel und den Grauwert eines jeden Maskenpixels (z-Position) gebildet. Da die Grauwerte in einem Maskenbild ohnehin den Höheninformationen des zugrundeliegenden Mikroskopbildes entsprechen, kann man das 3D Pseudobild als Darstellung des Höhenverlaufes des zugrundeliegenden Mikroskopbildes interpretieren. In the present invention, the previously calculated mask image forms the Base database. The bases are in a 3D space and must thus be described by three spatial coordinates. The three Spatial coordinates (x, y, z) of each base for splines is given by the x, y Pixel positions of the mask image pixels and the gray value of each mask pixel (z position) formed. Since the gray values in a mask image anyway Correspond to the height information of the underlying microscope image, you can use the 3D pseudo image as a representation of the height of the interpret the underlying microscope image.

Gibt man also ein Array von Stützpunkten vor, das alle oder eine geeignete Teilmenge der Maskenbildpunkte und Maskenbildpunktkoordinaten enthält, so kann man ein Spline - Netzwerk wählbarer Dichte über das Stützpunktearray legen. In Fig. 4a ist ein auf diese Weise erhaltenes dreidimensionales Pseudobild 28 dargestellt. If you therefore specify an array of support points which contains all or a suitable subset of the mask image points and mask image point coordinates, a spline network of selectable density can be placed over the base point array. In Fig. 4a obtained in this manner three-dimensional pseudo image 28 is shown.

Wie in Fig. 4b dargestellt, kann durch geeignete Triangularisierung und Schattierung, wie etwa das sog. Gouraud-Shading, dann eine Feinstruktur über diese Oberfläche gelegt werden. Durch Raytracing Algorithmen können zudem Oberflächenreflexionen und Schattenwürfe bereits zu sehr realistisch wirkenden Oberflächen 28' führen. As shown in FIG. 4b, a fine structure can then be placed over this surface by suitable triangularization and shading, such as the so-called Gouraud shading. With ray tracing algorithms, surface reflections and shadows can also lead to very realistic surfaces 28 '.

Im Weiteren ist es erforderlich, das dreidimensionale Pseudobild 28 mit einer Textur 29 zu verknüpfen. Dabei wird unter Textur 29 ein Grundelement für die Oberflächengestaltung virtueller Gebilde verstanden, wobei das Ziel erreicht werden soll, Oberflächen ein natürliches und realistisches Aussehen zu verleihen. Somit wird im Verfahrensschritt 18 aus dem zuvor bereitgestellten Multifokusbild 15 eine Textur 29 erzeugt. Hierzu wird beispielsweise das zuvor berechnete tiefenscharfe Multifokusbild 15 nun als Texturbild verwendet. Furthermore, it is necessary to link the three-dimensional pseudo image 28 with a texture 29 . Texture 29 is understood to be a basic element for the surface design of virtual structures, the aim being to give surfaces a natural and realistic appearance. A texture 29 is thus generated in method step 18 from the previously provided multifocus image 15 . For this purpose, for example, the previously calculated deep-focus multifocus image 15 is now used as a texture image.

Um nun die im Übrigen ermittelten Informationen, die insbesondere im Multifokusbild 15 vorliegen, mit in das dreidimensionale Pseudobild 28 zu verknüpfen, wird im Verfahrensschritt 20, wie in den in Fig. 1-3 gezeigt, das dreidimensionale Pseudobild 28 mit der Textur 29 verknüpft. In order to link the otherwise determined information, which is present in particular in the multifocus image 15 , with the three-dimensional pseudo image 28 , the three-dimensional pseudo image 28 is linked with the texture 29 in method step 20 , as shown in FIGS. 1-3.

Unter der Textur 29 versteht man dabei, wie in der virtuellen Realität üblich, insbesondere ein Bild, welches durch dreidimensionale Projektionsverfahren geeignet auf die Oberfläche eines virtuellen dreidimensionalen Objektes projiziert wird. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, muss das Texturbild hierzu geeignet ausgerichtet auf die Oberfläche virtueller Objekte projiziert werden. Zur geeigneten Ausrichtung ist es erforderlich, die Textur 29 dem dreidimensionalen Pseudobild 28 so zuzuordnen, dass die Zugehörigkeiten der Pixel- Koordinaten (x, y) des Maskenbildes 17 und des Multifokusbildes 15 nicht zerstört werden. Es wird also jedem Maskenpixel mit dem Grauwert an der Stelle (xi, yj) sein korrespondierender Multifokuspixel mit dem Grauwert an genau derselben Stelle (xi, yj) zugeordnet. Sollte das Multifokusbild 15 zuvor bildanalytisch oder durch sonstige Bildmanipulation verändert worden sein, so ist darauf zu achten, das die Zugehörigkeiten der Pixelkoordinaten (x, y) des Maskenbildes und des bildanalytisch oder durch sonstige Bildmanipulation beliebig modifizierten Multifokusbildes nicht verloren geht. The texture 29 is understood to mean, as is usual in virtual reality, in particular an image which is suitably projected onto the surface of a virtual three-dimensional object by three-dimensional projection methods. To achieve the desired effect, the texture image must be appropriately aligned on the surface of virtual objects. For a suitable alignment, it is necessary to assign the texture 29 to the three-dimensional pseudo image 28 so that the affiliations of the pixel coordinates (x, y) of the mask image 17 and the multifocus image 15 are not destroyed. Each mask pixel with the gray value at the location (x i , y j ) is therefore assigned its corresponding multifocus pixel with the gray value at the exact same location (x i , y j ). If the multifocus image 15 has previously been altered by image analysis or by other image manipulation, then care must be taken that the affiliations of the pixel coordinates (x, y) of the mask image and the image analysis or any other manipulation of the multifocus image modified in any way is not lost.

Vorteilhafterweise wird zur Verknüpfung des Pseudobildes 28 mit der Textur 29 die Textur 29 also auf das dreidimensionale Pseudobild 28 geeignet projiziert. Dadurch wird ein Verschmelzen der beiden Ressourcen derart erreicht, dass ein dreidimensionales Objektbild 30 des Objektes 22 entsteht. Dieses Objektbild 30 stellt eine virtuelle Abbildung im Sinne der virtuellen Realität dar. In order to link the pseudo image 28 with the texture 29, the texture 29 is advantageously appropriately projected onto the three-dimensional pseudo image 28 . As a result, the two resources are merged in such a way that a three-dimensional object image 30 of the object 22 is produced. This object image 30 represents a virtual image in the sense of virtual reality.

Wie am Beispiel gemäß der Fig. 5 dargestellt, wird die Basis für die erfindungsgemäße Texturierung durch das Multifokusbild selbst gebildet, welches zuvor berechnet wurde. Das bereits realistisch wirkende Pseudobild 28 und das Maskenbild 17 werden geeignet ausgerichtet und zwar so, dass die Höheninformationen des Pseudobildes 28 und die Bildinformationen des Maskenbildes 17, also die Textur, pixelgenau übereinanderliegen. Das Multifokus- Texturbild, also die Textur 29, wird auf das dreidimensionale Pseudobild 28 projiziert, so dass jedes Pixel des Multifokus-Texturbildes 29 genau auf sein zugehöriges Pixel im dreidimensionalen Pseudobild 28 abgebildet wird. Im Ergebnis wird somit durch eine Verschmelzung virtueller und realer Abbildungstechniken ein tiefenscharfes Objektbild 30 des Objektes 22 als virtuelles Bild erzeugt. As shown in the example according to FIG. 5, the basis for the texturing according to the invention is formed by the multifocus image itself, which was previously calculated. The already realistic-looking pseudo image 28 and the mask image 17 are suitably aligned in such a way that the height information of the pseudo image 28 and the image information of the mask image 17 , ie the texture, are superimposed on one another with pixel accuracy. The multifocus texture image, that is to say the texture 29 , is projected onto the three-dimensional pseudo image 28 , so that each pixel of the multifocus texture image 29 is imaged exactly on its associated pixel in the three-dimensional pseudo image 28 . As a result, a focussed object image 30 of the object 22 is generated as a virtual image by merging virtual and real imaging techniques.

Mit dem Ablauf des in den Fig. 1-3 schematisch dargestellten Verfahrens basiert die erfindungsgemäß neuartige Abbildung auf real ermittelten Messwerten eines real existierenden Objektes 20, die so zusammengeführt werden sodass eine virtuell reale dreidimensionale Abbildung der lichtmikroskopischen Daten entsteht. Im Vergleich zu herkömmlichen virtuellen Techniken wird in der vorliegenden Erfindung eine reale Aufnahme eines Objektes 22 durchgeführt. Es werden am realen Objekt 22 Daten zur Bildschärfe, zur Topologie des Objektes und zur genauen Position scharfer Teilbereiche eines Bildes im dreidimensionalen Raum aufgenommen. Diese realen Daten dienen dann als Ausgangsbasis für die Erzeugung einer virtuellen Abbildung in einem dreidimensionalen Raum. Die virtuelle Abbildung die aus dem realen Bildern Daten ermittelt, wie die Bildinformation, Schärfe und Dreidimensionalität und dabei zugleich abbildet, schafft somit einen deutlichen Mehrwert gegenüber der herkömmlichen Lichtmikroskopie. With the flow of the process schematically illustrated in FIGS. 1-3 according to the invention novel illustration is based on real measured values determined an actually existing object 20, which are merged so that a virtual real three-dimensional illustration of the light-microscopic data is created. In comparison with conventional virtual techniques, a real image of an object 22 is carried out in the present invention. Data on the image sharpness, the topology of the object and the exact position of sharp partial areas of an image in three-dimensional space are recorded on the real object 22 . This real data then serves as the basis for the generation of a virtual image in a three-dimensional space. The virtual image, which determines data from the real images, such as image information, sharpness and three-dimensionality and at the same time maps them, creates a clear added value compared to conventional light microscopy.

Erfindungsgemäß wird somit eine neue Art der Lichtmikroskopie vorgeschlagen, deren Kerneigenschaften die Erfassung realer z. B. lichtmikroskopischer Objektdaten und deren zusammenfassende Darstellung in einem dreidimensionalen virtuellen Raum ist. In diesem Sinne kann das erfindungsgemäße Verfahren als "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopie" bezeichnet werden. In diesem "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskop" können die erzeugten Abbildungen der Realität (3D, Schärfe, etc.) darüber hinaus durch alle derzeit bekannten und künftig entwickelten Methoden und Verfahren der virtuellen Abbildungstechniken beeinflusst werden. A new type of light microscopy is thus in accordance with the invention proposed, the core properties of the detection of real z. B. more light microscopic Object data and their summary presentation in one is three-dimensional virtual space. In this sense, the invention Methods can be referred to as "virtual reality 3D light microscopy". In the "Virtual Reality 3D light microscope" can generate the Images of reality (3D, sharpness, etc.) are also currently available known and future developed methods and procedures of virtual Imaging techniques are influenced.

Nachdem im vorangehenden Ausführungsbeispiel die manuelle und vollautomatische Erzeugung eines "Virtuell Reality dreidimensionalen Lichtmikroskopiebildes" beschrieben wurde, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Visualisierung, Manipulation und Analyse der "Virtuell Reality dreidimensionalen Lichtmikroskopiebilder" beschrieben. After in the previous embodiment, the manual and fully automatic generation of a "virtual reality three-dimensional Light microscopy image "was described in a further embodiment Process for the visualization, manipulation and analysis of "Virtual Reality three-dimensional light microscopy images ".

Zur Visualisierung der Objektbilddaten 30 aufgrund der Transformation real mikroskopischer Daten in einen virtuellen Raum liegen, die mikroskopischen Daten des Objektbildes 30 nunmehr als dreidimensionale, tiefenscharfe Bilder vor. In order to visualize the object image data 30 due to the transformation of real microscopic data into a virtual space, the microscopic data of the object image 30 are now available as three-dimensional, in-depth images.

Durch virtuelle Lampen kann die Oberfläche des Objektbildes 30 nun beleuchtet werden, um so bestimmte Details der mikroskopischen Daten visuell hervorzuheben. Die virtuellen Lampen können beliebig im virtuellen Raum platziert werden und die Eigenschaften der virtuellen Lampen wie Abstrahlcharakteristik oder Lichtfarbe können flexibel eingestellt werden. The surface of the object image 30 can now be illuminated by virtual lamps in order to visually highlight certain details of the microscopic data. The virtual lamps can be placed anywhere in the virtual room and the properties of the virtual lamps such as radiation characteristics or light color can be set flexibly.

Dieses Verfahren erlaubt die Erstellung wesentlich besserer und dauerhaft konservierter Mikroskopbilder für Lehr- und Dokumentationszwecke. This procedure allows the creation of much better and permanent preserved microscope images for teaching and documentation purposes.

Die Bilder lassen sich im Raum durch Rotations- und Translationsoperatoren beliebig drehen und skalieren. Diese Operation erlaubt eine Betrachtung der Bilder unter Blickwinkeln, die in einem normalen Mikroskop unmöglich sind. Durch schrittweises Verstellen der Orientierung eines "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopiebildes" und Abspeichern dieser Einzelbilder können zudem Animationssequenzen erstellt werden, die eine Bewegung des "Virtuell Reality dreidimensionalen Lichtmikroskopiebildes" vortäuschen. Durch Abspeichern dieser Einzelbilder als Filmsequenz (z. B. im Datenformat AVI, MOV, etc.) können diese Animationssequenzen abgespielt werden. The images can be viewed in space using rotation and translation operators rotate and scale as required. This operation allows viewing the Images from angles that are impossible in a normal microscope. By gradually changing the orientation of a "Virtual Reality 3D Light microscopy image "and saving these individual images can also Animation sequences are created that represent a movement of "Virtual Reality pretend three-dimensional light microscopy image ". By saving of these individual images as a film sequence (e.g. in AVI, MOV data format, etc.) these animation sequences can be played.

Die Daten können darüber hinaus auch manipuliert werden. Die Abbildung des dreidimensionalen Pseudobildes liegen als Stützpunkte für eine dreidimensionale Spline Interpolation vor. Durch Gouraud Shading und Raytracing kann man diesen dreidimensionalen Daten schließlich eine dreidimensional wirkende Oberfläche zuordnen. The data can also be manipulated. The image of the three-dimensional pseudo-image lie as bases for one three-dimensional spline interpolation. Through Gouraud shading and ray tracing you can finally get this three-dimensional data three-dimensional assign effective surface.

Eine zentrale Rolle für die Datenmanipulation, die z. B. zu Messzwecken oder zur deutlicheren Hervorhebung bestimmter Details verwendet werden, kann spielen die x, y, z Stützpunkte. A central role for data manipulation, the z. B. for measurement purposes or can be used to emphasize certain details play the x, y, z bases.

Eine Multiplikation der z-Werte mit einer Zahl würde zum Beispiel eine Streckung oder Stauchung des Höhenreliefs bedeuten. Durch gezielte Manipulation einzelner Stützpunkte kann man bestimmte Teile des 3D Profils des dreidimensionalen Pseudobildes 28 einzeln manipulieren. A multiplication of the z values by a number would mean, for example, an extension or compression of the height relief. Through targeted manipulation of individual support points, certain parts of the 3D profile of the three-dimensional pseudo image 28 can be manipulated individually.

Durch bildanalytische Manipulationen des aufprojizierten Multifokus Texturbildes können zudem bildanalytische Ergebnisse wie Markieren einzelner Bildobjekte, Kantenhervorhebungen, Objektklassifikationen, Binärbilder, Bildverbesserungen etc. aufprojiziert werden. Das erfolgt indem man ein bildanalytisch verändertes Ausgangsbild (Multifokus Texturbild) als ein neues "manipuliertes" Multifokus Texturbild verwendet und das neue Bild als Textur auf die dreidimensionale Oberfläche des 3D Pseudobildes projiziert. Auf diese Weise können auch bildanalytisch manipulierte Bilder (neue Texturen) mit dem dreidimensionalen Pseudobild verschmolzen werden. Through image analytical manipulations of the projected multifocus Textured images can also provide analytical results such as marking individual ones Image objects, edge highlighting, object classifications, binary images, Image improvements etc. are projected on. This is done by Image-analytically changed initial image (multifocus texture image) as a new one "manipulated" multifocus texture image is used and the new image as texture on the three-dimensional surface of the 3D pseudo image projected. In this way can also use image analysis to manipulate images (new textures) three-dimensional pseudo image can be merged.

Es existieren somit sowohl Möglichkeiten der 3D-Datenmanipulation wie z. B. der Manipulation der Stützpunkte für die Splineinterpolation als auch die Möglichkeit der Manipulation des Multifokusbildes durch Bildanalysemethoden. There are both possibilities of 3D data manipulation such. B. the manipulation of the bases for the spline interpolation as well Possibility of manipulating the multifocus image using image analysis methods.

Eine Verschmelzung dieser beiden Darstellungen kann zu einem Mehrwert in der mikroskopischen Bilddarstellung führen, da die Objektbilder 30 neben der dreidimensionalen Darstellung eine ortstreue Überlagerung der bildanalytisch manipulierten Multifokusbilder tragen. A fusion of these two representations can lead to an added value in the microscopic image representation, since the object images 30 carry, in addition to the three-dimensional representation, a location-specific overlay of the image-analytically manipulated multifocus images.

Wegen der Transformation der Daten des realen Objektes 22 in Daten, die in einem virtuellen Raum vorliegen, können die dreidimensionalen Daten nun hinsichtlich ihres Volumens, der Oberfläche oder der Rauhigkeit etc. vermessen werden. Because of the transformation of the data of the real object 22 into data which are present in a virtual space, the three-dimensional data can now be measured with regard to their volume, the surface or the roughness etc.

Eine weitere Verbesserung erlaubt die Kombination der bildanalytisch gewonnenen Messergebnisse an dem Multifokusbild und den dreidimensionalen Datenmessungen. Durch logische Verknüpfungen der dreidimensionalen Daten mit geeigneten anderen dreidimensionalen Objekten, lassen sich zudem eine Vielzahl von Berechnungen an dreidimensionalen Daten durchführen. Another improvement allows the combination of image analysis measurement results obtained on the multifocus image and the three-dimensional Data measurements. By logically linking the three-dimensional data with suitable other three-dimensional objects, you can also create a Perform a variety of calculations on three-dimensional data.

Somit wird durch die bloße Art der Darstellung die zweidimensionale Bildanalyse um eine dritte Dimension der Bildanalyse und um eine topologische Dimension der Datenanalyse erweitert. Thus, the mere type of representation makes the two-dimensional Image analysis around a third dimension of image analysis and a topological Dimension of data analysis expanded.

Durch Aufnahmen von Zeitserien, d. h. durch Aufnahme von Bildern des Objektes 22 zu verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nach dem beschriebenen Verfahren, kommt eine weitere Dimension zur Datenanalyse hinzu, die zeitliche Dimension. Diese ermöglicht dann, die Darstellung eines Zeitprozesses, etwa der zeitlichen Veränderung im Objekt 22 in Zeitlupe oder im Zeitraffer. By recording time series, ie by recording images of the object 22 at different successive times according to the described method, a further dimension is added to the data analysis, the temporal dimension. This then enables the representation of a time process, such as the change over time in object 22 in slow motion or in fast motion.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Stereobilderzeugung und Stereobildanimation. Da die Daten des Objektbildes 30 dreidimensional vorliegen, können zwei Ansichten eines virtuellen Mikroskopbildes aus jeglichem Sichtwinkel errechnet werden. Dies erlaubt eine Visualisierung des "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbildes" im Sinne eines klassischen Stereobildes. The method according to the invention is also suitable for stereo image generation and stereo image animation. Since the data of the object image 30 are three-dimensional, two views of a virtual microscope image can be calculated from any viewing angle. This allows a visualization of the "Virtual Reality 3D light microscope image" in the sense of a classic stereo image.

Eine Visualisierung des "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbildes" kann neben der Ausgabe auf einen Monitor, Drucker oder Plotter auch durch ein Polarisations-Shutterglasses oder in Anaglyphentechnik oder durch Abbildung über eine 3D-Cyberspacebrille erfolgen. A visualization of the "Virtual Reality 3D light microscope image" can also be used output on a monitor, printer or plotter also through a Polarization shutter glasses or in anaglyph technique or by illustration above 3D cyberspace glasses are used.

Durch eine jeweils für das rechte und das linke Auge perspektivisch getrennte Animation einer Serie verschiedener Ansichten auf das "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbild", kann über eines der oben beschriebenen Visualisierungsverfahren auch ein bewegtes Stereobild eines aus realen Mikroskopiedaten erzeugten "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbildes" generiert werden. By a perspective separated for the right and left eye Animation of a series of different views of the "Virtual Reality 3D Light microscope image ", can be one of those described above Visualization process also a moving stereo image one from real ones Microscopy data generated "Virtual Reality 3D light microscope image" are generated.

Da die Daten dreidimensional vorliegen kann für das linke und rechte Auge eine perspektivisch korrekte Ansicht auf das "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbild" berechnet werden. Somit können die "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbilder" auch auf 3D Ausgabeeinheiten wie 3D Stereo LCD Monitoren oder aber Cyberspace-Brillen ausgegeben werden. Since the data can be available in three dimensions for the left and right eye a perspective correct view of the "Virtual Reality 3D Light microscope image "can be calculated. Thus, the" Virtual Reality 3D Light microscope images "also on 3D output units such as 3D stereo LCD monitors or but cyberspace glasses are issued.

Bei einem 3D-LCD-Stereomonitor wird über eine Bildanalyse die aktuelle Augenposition des Betrachters vermessen. Aus diesen Daten wird dann der jeweilige Blickwinkel errechnet. Daraus folgen die Daten zur perspektivischen Ansicht auf das "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbild" für das rechte und linke Betrachterauge. Diese beiden Perspektiven werden berechnet und auf dem 3D-LCD Stereomonitor dargestellt. Für den Betrachter wird damit der Eindruck erzeugt, dass das "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopbild" im Raum vor dem Monitor schwebt. Somit ist es möglich, real erfasste Mikroskopiedaten so abzubilden, dass eine räumlich dreidimensionale Abbildung der Wirklichkeit entsteht. Durch zeitlich und perspektivisch korrekte Bildfolgen lassen sich zudem auch räumlich animierte dreidimensionale Abbildungen realer Mikroskopbilder verwirklichen. In the case of a 3D LCD stereo monitor, the current one is checked using an image analysis Measure the eye position of the viewer. This data then becomes the respective viewpoint calculated. From this follow the data on perspective View of the "Virtual Reality 3D light microscope image" for the right and left Viewer's eye. These two perspectives are calculated and based on the 3D LCD stereo monitor shown. For the viewer it is the Impression creates that the "Virtual Reality 3D light microscope image" in front of the room floating on the monitor. It is thus possible to record real microscopy data like this depict a three-dimensional spatial representation of reality arises. By temporally and perspectively correct picture sequences also spatially animated three-dimensional images more real Realize microscope images.

Bei Cyberspacebrillen wird technisch bedingt in jedes Auge getrennt ein Bild in perspektivisch korrekter Ansicht eingeblendet. Das Gehirn des Betrachters erzeugt daraus einen dreidimensionalen Eindruck. Durch zeitlich und perspektivisch korrekte Bildfolgen lassen sich zudem auch hier räumlich animierte dreidimensionale Abbildungen realer Mikroskopbilder verwirklichen. With cyberspace glasses, an image is separated into each eye for technical reasons displayed in perspective correct view. The viewer's brain creates a three-dimensional impression. By time and Perspectively correct image sequences can also be spatially animated here Realize three-dimensional images of real microscope images.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die aus der "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopie" gewonnen Daten so miteinander zu kombinieren, dass auch zeitlich veränderliche Prozesse in der "Virtuell Reality 3D Lichtmikroskopie" animiert und visualisiert werden können. Neben den drei Raumkoordinaten X, Y, Z kann hierzu weiterhin eine Datenmanipulation vorgenommen werden, die sich auf die Textur 29 - reine, scharfgerechnete Bildinformation des Objektes (Multifokusbild) oder auf zeitliche Veränderungen der Oberfläche und/ oder der Textur (Zeitserie von Bildern) bezieht. In a further embodiment of the invention, it is possible to combine the data obtained from the "virtual reality 3D light microscopy" with one another in such a way that time-changing processes can also be animated and visualized in the "virtual reality 3D light microscopy". In addition to the three spatial coordinates X, Y, Z, data manipulation can also be carried out for this purpose, which relates to the texture 29 - pure, sharply calculated image information of the object (multifocus image) or to temporal changes in the surface and / or the texture (time series of images) ,

Wie bereits in den bisher beschriebenen Verfahren, können auch zeitliche Veränderungen an mikroskopischen Objekten durch ein wiederholtes Aufnehmen desselben Bildstapels in z-Richtung (in Richtung der optischen Achse des Abbildungssystems) zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst werden. Damit entsteht eine Serie von Bildstapeln, die den Verhältnissen im Objekt 22 zu unterschiedlichen Zeitpunkten entspricht. Dabei können sich sowohl die dreidimensionalen mikroskopischen Oberflächenstrukturen als auch die mikroskopischen Bilddaten selbst zeitlich ändern. As in the previously described methods, changes over time in microscopic objects can also be recorded at different times by repeatedly recording the same image stack in the z direction (in the direction of the optical axis of the imaging system). This creates a series of image stacks that correspond to the conditions in object 22 at different times. Both the three-dimensional microscopic surface structures and the microscopic image data itself can change over time.

Durch eine Zeitserie immer desselben mikroskopischen Bereiches, entsteht somit eine Serie von zeitlich aufeinander folgenden Maskenbildern und zugehörigen Multifokusbildern, derart, dass

Maske [t1] → Maske [t2] → . . . → Maske [tn] → Maske [tn+1]

und zugehörig

Multifokus [t1] → Multifokus [t2] → . . . → . . . → Multifokus [tn] → Multifokus [tn+1]
Through a time series always of the same microscopic range, a series of mask images and associated multi-focus images, which follow one another in time, arises in such a way that

Mask [t 1 ] → Mask [t 2 ] →. , , → mask [t n ] → mask [t n + 1 ]

and belonging

Multifocus [t 1 ] → Multifocus [t 2 ] →. , , →. , , → multifocus [t n ] → multifocus [t n + 1 ]

Bei zeitlichen Veränderungen der Topologie gilt

Maske [tn] ungleich Maske [tn+1] { n = 1, 2, 3, 4, . . .}

und bei bildlichen Veränderungen gilt

Multifokus [tn] ungleich Multifokus [tn+1] { n = 1, 2, 3, 4, . . .}
In the event of changes in the topology over time

Mask [t n ] not equal to mask [t n + 1 ] {n = 1, 2, 3, 4,. , .}

and applies to visual changes

Multifocus [t n ] not equal to Multifocus [t n + 1 ] {n = 1, 2, 3, 4,. , .}

Diese Zeitserien können sowohl manuell als auch automatisch generiert werden. These time series can be generated both manually and automatically become.

Durch Aufnahme von Zeitabfolgen von Mosaik Multifokusbildern und den zugehörigen Mosaik Maskenbildern ist auch eine zeitliche Kinetik von Oberflächenveränderungen und I oder von Bildveränderungen möglich. By recording time sequences of mosaic multifocus images and the associated mosaic mask images is also a temporal kinetics of Surface changes and I or of image changes possible.

Wie in Fig. 6 gezeigt, kann der Verfahrensablauf zur Erzeugung einer Animation in die bereits aus der DE 101 49 357.6 und DE 101 44 709.4 bekannten Verfahrensabläufe integriert werden, so dass auch ein vollautomatischer Ablauf verwirklicht werden kann. Hierzu wird der aus diesen Dokumenten bereits bekannte Verfahrensablauf um weitere automatisierbare Verfahrensschritte ergänzt. Sofern der Verfahrensablauf der Erstellung eines virtual Reality Objektbildes 30 gestartet wird, kann im Schritt 32 ein virtual Reality Objektbild 30wie oben beschrieben erzeugt werden. Dieses Objektbild 30 kann im Schritt 34 beliebig animiert werden. Bevorzugt wird dann das animierte Bild im Schritt 36 abgespeichert. Auf diese Weise können Mosaikbilder, Maskenbilder und Mosaik-Multifokusbilder zu bestimmten Zeitpunkten erstellt und abgespeichert werden. Diese Masken- und Multifokusbilder dienen dann als Ausgangsbasis für eine Kombination der jeweils zugehörigen Masken- und Multifokusbilder. As shown in FIG. 6, the method sequence for generating an animation can be integrated into the method sequences already known from DE 101 49 357.6 and DE 101 44 709.4, so that a fully automatic sequence can also be implemented. For this purpose, the process sequence already known from these documents is supplemented by further automatable process steps. If the process sequence for creating a virtual reality object image 30 is started, a virtual reality object image 30 can be generated in step 32 as described above. This object image 30 can be animated as desired in step 34 . The animated image is then preferably stored in step 36 . In this way, mosaic images, mask images and mosaic multifocus images can be created and saved at specific times. These mask and multifocus images then serve as the starting basis for a combination of the associated mask and multifocus images.

In einem zweiten Schritt können dann die zusammengehörenden Masken und Multifokusbilder zu Einzelbildern in der "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopie" zusammengefügt werden. In a second step, the associated masks and Multi-focus images for single images in "Virtual Reality 3D light microscopy" be put together.

Es entsteht somit eine Zeitserie von einzelnen "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopiebildern". Jedes enthält simultan die 3D Informationen des Maskenbildes und die aufprojizierte Textur des Multifokusbildes. Die Einzelbilder können sich bei zeitlichen Änderungen des Objektes 22 aber in der dreidimensionalen topologischen Erscheinung und/oder in Änderungen der Textur 29 unterscheiden. The result is a time series of individual "Virtual Reality 3D light microscopy images". Each simultaneously contains the 3D information of the mask image and the projected texture of the multifocus image. If the object 22 changes over time, the individual images can differ in the three-dimensional topological appearance and / or in changes in the texture 29 .

Eine Aneinanderreihung der einzelnen Bilder ermöglicht eine zeitliche Animation der Aufnahmen mit den Möglichkeiten der "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopie". A sequence of the individual pictures allows a temporal Animation of the recordings with the possibilities of "Virtual Reality 3D Light microscopy ".

Es lassen sich somit simultan dreidimensionale Oberflächeninformationen, zeitliche Veränderungen der Oberflächen, tiefenscharf berechnete Multifokusbilder und zeitliche Veränderungen dieser Multifokusbilder darstellen. Three-dimensional surface information can thus be changes over time of the surfaces, calculated in depth Show multifocus images and changes over time of these multifocus images.

Die benötigten Maskenbilder 17 und Multifokusbilder 15 können dabei auch als durch ein zu bestimmten Zeiten wiederholtes Abrastern einer Oberfläche des Objekts 22 entstandenes Mosaik-Maskenbild und ein Mosaik- Multifokusbild aufgefasst werden. The required mask images 17 and multi-focus images 15 can also be understood as a mosaic mask image and a multi-focus mosaic image created by repeated scanning of a surface of the object 22 at certain times.

Durch Drehen dieser "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopie" Bilder können die simultan abgebildeten Merkmale, wie dreidimensionale Oberflächeninformationen, zeitliche Veränderungen der Oberflächen, tiefenscharf berechnete Multifokusbilder und zeitliche Veränderungen dieser Multifokusbilder, auch unter anderen Sichtwinkeln betrachtet werden. Der Datensatz, der eine dreidimensionale Oberfläche beschreibt, wird dazu einer geeigneten, dreidimensionalen Transformation unterworfen. By rotating these "Virtual Reality 3D Light Microscopy" images, the Simultaneously mapped features, such as three-dimensional Surface information, temporal changes in surfaces, in-depth calculations Multifocus images and changes over time of these multifocus images, also under other viewing angles. The record, the one describes three-dimensional surface, becomes a suitable, three-dimensional Subjected to transformation.

Zusammenfassend kann also die beschriebene Abbildung der "Virtual Reality 3D Lichtmikroskopie" eine simultane Abbildung von fünf Dimensionen mikroskopischer Daten eines Objektes 22 aufgefasst werden. Dabei sind die fünf Dimensionen:

  • - X, Y, Z - reine dreidimensionale Oberflächeninformationen des Objektes 22
  • - Die Textur 29, also reine, scharfgerechnete Bildinformation des Objektes 22
  • - Die zeitliche Veränderungen der Oberfläche und/oder der Textur als Zeitserie von Bildern
Bezugszeichenliste 10 Erzeugung eines Bildstapels eines Objektes
12 Speichern der Bilder des Bildstapels
14 Erzeugen eines Multifokusbildes und eines Maskenbildes
15 Multifokusbild
16 Erzeugen eines dreidimensionalen Pseudobildes
17 Maskenbild
18 Bereitstellen einer Textur
20 Verknüpfen der Textur mit dem Pseudobild
22 Objekt
24 Bildstapel
26 Einzelbild einer Fokusebene
28 dreidimensionales Pseudobild
28' dreidimensionales Pseudobild mit Oberflächenstruktur
29 Textur
30 Objektbild
32 Erzeugen eines virtual Reality Bildes
34 Erstellen einer Animation
36 Speichern des Bildes
In summary, the described image of "virtual reality 3D light microscopy" can be understood as a simultaneous image of five dimensions of microscopic data of an object 22 . The five dimensions are:
  • - X, Y, Z - pure three-dimensional surface information of the object 22
  • - The texture 29 , that is to say pure, sharply calculated image information of the object 22
  • - The temporal changes in the surface and / or texture as a time series of images
REFERENCE NUMERALS 10 producing an image of an object stack
12 Save the images in the image stack
14 Creation of a multifocus image and a mask image
15 multifocus image
16 Generation of a three-dimensional pseudo image
17 mask image
18 Providing a texture
20 Link the texture to the pseudo image
22 object
24 image stacks
26 Single image of a focus plane
28 three-dimensional pseudo image
28 'three-dimensional pseudo image with surface structure
29 texture
30 object image
32 Creation of a virtual reality image
34 Creating an animation
36 Saving the image

Claims (20)

1. Verfahren zur Darstellung eines dreidimensionalen Objektes (22) als Objektbild (30) wobei von dem Objekt (22) zunächst ein Bildstapel (24) aus einer Mehrzahl von Bildern (26) in verschiedenen Fokusebenen aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Bildstapel (24) ein dreidimensionales Höhenreliefbild (28) erzeugt wird und das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) mit einer Textur (29) kombiniert, insbesondere die Textur (29) auf das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) projiziert wird. 1. A method for displaying a three-dimensional object ( 22 ) as an object image ( 30 ), wherein the object ( 22 ) first records an image stack ( 24 ) from a plurality of images ( 26 ) in different focal planes, characterized in that from the image stack ( 24 ) a three-dimensional height relief image ( 28 ) is generated and the three-dimensional height relief image ( 28 ) is combined with a texture ( 29 ), in particular the texture ( 29 ) is projected onto the three-dimensional height relief image ( 28 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Textur und das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) aus den Daten der Einzelbilder (6) des Bildstapels (24) gewonnen werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the texture and the three-dimensional height relief image ( 28 ) are obtained from the data of the individual images ( 6 ) of the image stack ( 24 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) durch Höhenlinien gebildet wird, welche durch Stützpunkte verlaufen, die durch Interpolation miteinander verbunden werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the three-dimensional height relief image ( 28 ) is formed by contour lines which run through support points which are connected to one another by interpolation. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Textur (29) auf das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) projiziert wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the texture ( 29 ) is projected onto the three-dimensional height relief image ( 28 ). 5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Textur (29) zum Projizieren auf das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) pixelgenau auf das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) ausgerichtet wird. 5. The method according to claim 4 characterized in that the texture (29) is aligned to project the three-dimensional height relief image (28) pixel precision on the three-dimensional height image relief (28). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) vor dem Kombinieren mit der Textur (29) verändert, insbesondere durch Triangulierung, Schattierung und/oder Raytracing Algorithmen mit einer virtuellen Oberfläche versehen wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the three-dimensional height relief image ( 28 ) changes before combining with the texture ( 29 ), in particular by triangulation, shading and / or ray tracing algorithms is provided with a virtual surface. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Textur (29) aus den Daten eines Multifokusbildes (15) gewonnen wird, das die tiefenscharfe Information des Objektes (22) trägt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the texture ( 29 ) is obtained from the data of a multifocus image ( 15 ) which carries the in-depth information of the object ( 22 ). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) aus den Daten eines Maskenbildes (17) gewonnen wird, das die Höheninformation der Fokusebenen trägt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the three-dimensional height relief image ( 28 ) is obtained from the data of a mask image ( 17 ) which carries the height information of the focus planes. 9. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Höhenreliefbild (28) durch Strecken oder Stauchen der Stützpunkte der Höhenlinien vor oder nach der Kombination mit der Textur (29) verändert wird. 9. The method according to claim 3, characterized in that the three-dimensional height relief image ( 28 ) is changed by stretching or compressing the support points of the contour lines before or after the combination with the texture ( 29 ). 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Objektbild (30) bildanalytisch manipuliert, insbesondere mit einer weiteren Textur kombiniert wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the object image ( 30 ) manipulated image analysis, in particular combined with another texture. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Objektbildes (30) manuell oder automatisch nach der Aufnahme der Einzelbilder (26) des Bildstapels (24) gestartet wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the generation of the object image ( 30 ) is started manually or automatically after the recording of the individual images ( 26 ) of the image stack ( 24 ). 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Objektbildern (30) erzeugt werden. 12. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of temporally successive object images ( 30 ) are generated. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Objektbild (30) auf ein Ausgabegerät, insbesondere einen Monitor, Plotter, Drucker, LCD-Monitor oder eine Cyberspace Brille ausgegeben wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the object image ( 30 ) is output on an output device, in particular a monitor, plotter, printer, LCD monitor or cyberspace glasses. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Objektbild (30) vor der Ausgabe verändert, insbesondere mit einer virtuellen Lampe beleuchtet, durch Rotations- bzw. Translationsoperatoren bearbeitet und/oder virtuellen physikalischen Gesetzen ausgesetzt wird. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the object image ( 30 ) changes before output, in particular illuminated with a virtual lamp, processed by rotation or translation operators and / or exposed to virtual physical laws. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Objektbildern (30) als zeitliche Abfolge von Objektbildern (30), insbesondere als Film oder Animation, auf das Ausgabegerät ausgegeben werden. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a plurality of object images ( 30 ) as a chronological sequence of object images ( 30 ), in particular as a film or animation, are output to the output device. 16. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Objektbildern (30) durch Morphing ineinander übergeführt werden. 16. The method according to claim 15, characterized in that the plurality of object images ( 30 ) are converted into one another by morphing. 17. Einrichtung zur Darstellung eines dreidimensionalen Objektes (22) als Objektbild (30) mit einem Abbildungssystem, insbesondere einem Mikroskop zur Abbildung des Objektes (22), einem Computer, Aktoren zur gezielten, schnellen Positionsveränderung des Objektes (22) in x, y, und z-Richtung, einer Aufnahmeeinrichtung, insbesondere einer analogen oder digitalen CCD Kamera zur Aufnahme eines Bildstapels (26) von Einzelbildern (24) in verschiedenen Fokusebenen des Objektes (22), einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hardware des Abbildungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass eine Analyseeinrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höhenreliefbildes (28) und einer Textur (29) aus den Einzelbildern (26) des Bildstapels (24) und eine Steuereinrichtung zur Kombination des dreidimensionalen Höhenreliefbildes (28) mit der Textur (29) vorgesehen ist. 17. Device for displaying a three-dimensional object ( 22 ) as an object image ( 30 ) with an imaging system, in particular a microscope for imaging the object ( 22 ), a computer, actuators for targeted, rapid change in position of the object ( 22 ) in x, y, and z-direction, a recording device, in particular an analog or digital CCD camera for recording an image stack ( 26 ) of individual images ( 24 ) in different focal planes of the object ( 22 ), a control device for controlling the hardware of the imaging system, characterized in that a Analysis device for generating a three-dimensional height relief image ( 28 ) and a texture ( 29 ) from the individual images ( 26 ) of the image stack ( 24 ) and a control device for combining the three-dimensional height relief image ( 28 ) with the texture ( 29 ) is provided. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe des Objektbildes (30), insbesondere ein Monitor, Plotter, Drucker, LCD-Monitor oder eine Cyberspace Brille vorgesehen ist. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that an output device for outputting the object image ( 30 ), in particular a monitor, plotter, printer, LCD monitor or cyberspace glasses, is provided. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Datenanalyse des Objektbildes (30) vorgesehen ist. 19. The apparatus of claim 17 or 18, characterized in that a device for data analysis of the object image ( 30 ) is provided. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-19 dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse-, Steuereinrichtung und/oder die Einrichtung zur Datenanalyse des Objektbildes (30) in dem Computer realisiert sind. 20. Device according to one of claims 17-19, characterized in that the analysis, control device and / or the device for data analysis of the object image ( 30 ) are realized in the computer.
DE10237470A 2001-10-22 2002-08-16 Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images Ceased DE10237470A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10237470A DE10237470A1 (en) 2001-10-22 2002-08-16 Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images
AU2002347009A AU2002347009A1 (en) 2001-10-22 2002-10-14 Method and device for producing light-microscopy, three-dimensional images
JP2003538981A JP2005521123A (en) 2001-10-22 2002-10-14 Method and apparatus for generating three-dimensional image detected by optical microscope
US10/493,271 US20040257360A1 (en) 2001-10-22 2002-10-14 Method and device for producing light-microscopy, three-dimensional images
PCT/EP2002/011458 WO2003036566A2 (en) 2001-10-22 2002-10-14 Method and device for producing light-microscopy, three-dimensional images
EP02782898A EP1438697A2 (en) 2001-10-22 2002-10-14 Method and device for producing light-microscopy, three-dimensional images

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10151285 2001-10-22
DE10237470A DE10237470A1 (en) 2001-10-22 2002-08-16 Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10237470A1 true DE10237470A1 (en) 2003-04-30

Family

ID=7702817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10237470A Ceased DE10237470A1 (en) 2001-10-22 2002-08-16 Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images

Country Status (2)

Country Link
AU (1) AU2002347009A1 (en)
DE (1) DE10237470A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013190058A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-27 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope
DE102017009804A1 (en) * 2017-10-20 2019-04-25 Vermicon Ag Method for evaluating microscopic samples and apparatus for carrying out this method
DE102021108238A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Computer-implemented method, procedure, measuring device and computer program product

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013190058A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-27 Leica Microsystems Cms Gmbh Microscope
DE102017009804A1 (en) * 2017-10-20 2019-04-25 Vermicon Ag Method for evaluating microscopic samples and apparatus for carrying out this method
WO2019077157A1 (en) * 2017-10-20 2019-04-25 Vermicon Ag Method for evaluating microscopic samples and device for carrying out said method
DE102021108238A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Computer-implemented method, procedure, measuring device and computer program product

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002347009A1 (en) 2003-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1438697A2 (en) Method and device for producing light-microscopy, three-dimensional images
DE19953595B4 (en) Method and device for processing three-dimensional images
DE69830767T2 (en) Method and apparatus for assembling layered synthetic graphic filters
EP1763845B1 (en) Method and device for determining optical overlaps with ar objects
DE19714101C2 (en) Method and device for processing image data
DE602004008794T2 (en) IMAGE PLAYBACK WITH INTERACTIVE MOTION PARALLAX
DE69722139T2 (en) THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF IMAGE TEXTURES
DE19906995A1 (en) Virtual and real image data combination method for virtual studio
DE69735181T2 (en) Method and apparatus for virtual architecture
DE102017107489B3 (en) Microscope arrangement for recording and displaying three-dimensional images of a sample
DE3814644A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR RECEIVING IMAGES FOR USE IN THE REPRESENTATION OF A THREE-DIMENSIONAL APPEARANCE
WO2005045531A1 (en) Method and arrangement for combining holograms with computer graphics
DE69732465T2 (en) Image processing apparatus and method
WO2009062492A2 (en) Method for representing image objects in a virtual three-dimensional image space
WO2018127509A1 (en) Method for generating a three-dimensional model of a sample in a digital microscope and a digital microscope
DE102012106890A1 (en) Three-dimensional representation of objects
WO2013164208A1 (en) Method to be carried out when operating a microscope and microscope
DE10336492A1 (en) Device for processing a two-dimensional image in a three-dimensional space
DE10237470A1 (en) Method and device for generating light microscopic, three-dimensional images
DE60030401T2 (en) Display techniques for three-dimensional virtual reality
DE10250602B4 (en) System for generating a synthetic scene
WO2006094637A1 (en) Method for comparing a real object with a digital pattern
EP2478705A1 (en) Method and device for generating partial views and/or a stereoscopic image master from a 2d-view for stereoscopic playback
DE10154794A1 (en) Synchronized visualization of partial scenes
EP0808474B1 (en) Process and device for high-resolution stereomicroscopy with extended spacial depth

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LEICA MICROSYSTEMS SEMICONDUCTOR GMBH, 35578 WETZL

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LEICA MICROSYSTEMS WETZLAR GMBH, 35578 WETZLAR, DE

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LEICA MICROSYSTEMS CMS GMBH, 35578 WETZLAR, DE

8110 Request for examination paragraph 44
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final