DE10359780B4 - Method for optical image acquisition - Google Patents

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DE10359780B4 DE2003159780 DE10359780A DE10359780B4 DE 10359780 B4 DE10359780 B4 DE 10359780B4 DE 2003159780 DE2003159780 DE 2003159780 DE 10359780 A DE10359780 A DE 10359780A DE 10359780 B4 DE10359780 B4 DE 10359780B4
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    • G02B21/367Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison

Abstract

Optisches Bilderzeugungsverfahren, umfassend die Schritte
– Festlegen von mindestens 3 Meßpunkten (xi, yi) auf dem Aufnahmeobjekt;
– Ermitteln der zugehörigen Schärfeebenen (zk) für jeden dieser Meßpunkte;
– Erzeugung eines Höhenprofils aus den ermittelten Schärfeebenen (zk) für zumindest einen Bereich des Aufnahmeobjektes durch Interpolation und/oder Extrapolation;
– Aufnehmen von Teilbildern in den interpolierten und/oder extrapolierten Bereichen des Höhenprofils, wobei für jedes Teilbild dessen Schärfeebene (zk) aus dem Höhenprofil bestimmt wird;
– Zusammensetzen des zu erzeugenden Bildes aus den aufgenommenen Teilbildern.
An optical imaging process comprising the steps
- Setting at least 3 measuring points (x i , y i ) on the object to be recorded;
- Determining the corresponding sharpness levels (z k ) for each of these measuring points;
- generating a height profile from the determined planes of sharpness (z k ) for at least a portion of the subject by interpolation and / or extrapolation;
- taking partial images in the interpolated and / or extrapolated regions of the height profile, wherein for each partial image whose focal plane (z k ) is determined from the height profile;
- Assembling the image to be generated from the recorded partial images.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Objektes mittels eines optischen Systems, wobei das Bild aus mehreren Teilbildern zusammenzusetzen ist.The The invention relates to a method for generating an image of a Object by means of an optical system, the image of several Compose sub-images is.

Ein derartiges Verfahren kann insbesondere zur Untersuchung von biologischen Proben angewendet werden. Solche biologischen Proben werden z. B. durch Markierung von Kontaminationen mit fluoreszierenden Substanzen und anschließenden Trennen der Flüssigkeit von den Kontaminationen durch Filtern erzeugt. Die Filter sind die Träger der markierten Kontaminationen. Ziel einer solchen Untersuchung ist es in vielen Fällen festzustellen, ob eine Kontamination vorliegt, beispielsweise eine mikrobiologische Kontamination mit Bakterien wie E. coli.One Such method may in particular for the investigation of biological Samples are applied. Such biological samples are z. B. by marking contaminations with fluorescent substances and then separating the liquid generated by the contaminations by filtering. The filters are the carrier the marked contaminations. Goal of such an investigation it is in many cases determine if there is contamination, such as a microbiological contamination with bacteria such as E. coli.

Bei der Untersuchung von extrem gering oder nicht kontaminierten Proben bestehen besondere Schwierigkeiten. Ein Problem ist insbesondere die Schwierigkeit, das optische System, beispielsweise ein Licht- oder Fluoreszenzlichtmikroskop auf die Probe zu fokussieren. Dies ist insbesondere deshalb schwierig, weil die mikrobiologische Kontamination der Probe außerordentlich gering sein kann, wobei diese Kontamination gleichwohl von Relevanz beispielsweise für die Eignung von Wasser, aus dem die Probe entnommen wurde, als Trinkwasser sein kann. Bekannte Verfahren zur automatischen Fokussierung können daher in diesen Fällen in der Regel nicht mit Erfolg eingesetzt werden.at Examination of extremely low or uncontaminated samples there are particular difficulties. A problem in particular the difficulty of having the optical system, such as a light or fluorescence light microscope to focus on the sample. This is particularly difficult because the microbiological contamination of the Sample extraordinary may be low, but this contamination is nevertheless of relevance for example the suitability of water from which the sample was taken as drinking water can be. Known methods for automatic focusing can therefore in these cases usually not be used successfully.

Im Hinblick auf die möglicherweise geringe Konzentration an Kontaminationen müssen ferner ausreichend große Proben untersucht werden, so daß mehrere Aufnahmen der Probe angefertigt werden müssen, die im Anschluß zu einem vollständigen Bild der Probe zusammengefügt werden müssen.in the With regard to the possible low levels of contamination must also be sufficiently large samples be examined so that several Recordings of the sample must be made, which in connection to a full picture assembled the sample Need to become.

Im Stand der Technik sind Mikroskope zur elektronischen Bilderfassung großer Objektfelder bekannt, bei denen die Aufnahmepositionen zur Aufnahme von Teilbildern über motorische Antriebe in der Aufnahmeebene (x,y-Ebene) und die Fokuseinstellung (z-Achse) eingestellt werden.in the State of the art are microscopes for electronic image capture greater Object fields are known in which the shooting positions for recording from subpictures over motor drives in the recording plane (x, y plane) and focus adjustment (z-axis) can be adjusted.

Des weiteren sind mikroskopische Vorrichtungen bekannt, deren zu untersuchende Objekte vorzugsweise mit UV-Licht beleuchtet werden und fluoreszierende Objekte von einer elektronischen Kamera aufgenommen werden. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in EP 0 339 582 A2 beschrieben.Furthermore, microscopic devices are known whose objects to be examined are preferably illuminated with UV light and fluorescent objects are recorded by an electronic camera. Such a device is used for example in EP 0 339 582 A2 described.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Proben oft nicht ideal eben sind (Durchwölbung der Präparate, Unebenheit der Objektträger, u. ä.), so daß beim automatischen Abrastern der Probe ein einmaliges Einstellen der Schärfeebene für eine sichere Detektion von Kontaminationen nicht ausreicht, weshalb Kontaminationen außerhalb der Schärfeebene übersehen werden könnten.One Another problem is that the samples are often not ideal are just (bulge of the preparations, Unevenness of the slides, u. ä.) so that when automatically scanning the sample once Accuracy level for one safe detection of contaminations is insufficient, which is why contaminations outside the sharpness level overlooked could become.

Überdies ist in derartigen Fällen eine Bestimmung der Schärfeebene eines Teilbildes mittels bekannter Verfahren sehr zeitaufwendig und mit langen oder mehrfachen Belichtungen verbunden. Für die Untersuchung fluoreszierender Substanzen ist das zeitaufwendige, insbesondere mehrfach erforderliche Suchen der Schärfeebene jedoch nachteilig, da mit zunehmender Belichtung der Probe die fluoreszierenden Substanzen ihre Leuchtkraft verlieren, wodurch sie unsichtbar werden und das Ergebnis der Untersuchung verfälschen.moreover is in such cases a determination of the focal plane a sub-image by known methods very time consuming and associated with long or multiple exposures. For the investigation Fluorescent substances is the time consuming, in particular multiple searches of the focal plane, however disadvantageous, because with increasing exposure of the sample the fluorescent substances lose their luminosity, making them invisible and that Falsify the result of the investigation.

DE 101 01 624 A1 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Systems. Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des sogenannten Spitzen-Stop-Verfahrens, bei dem die Fokussierung eines Objektives auf eine Probe durch eine schrittweise Bewegung der Probe (oder der Objektivlinse des Objektives) entlang der optischen Achse der Objektivlinse in eine Position maximalen Kontrastes auf ebendieser optischen Achse erfolgt. Das in DE 101 01 624 A1 beschriebene Verfahren versagt jedoch, wenn es bei der Untersuchung ausgedehnter transparenter Proben verwendet werden soll, die nur sehr wenige oder keine Kontaminationen oder andere Gebilde enthalten. DE 101 01 624 A1 describes a method for automatic focusing of an optical system. This is a further development of the so-called tip-stop method, in which the focusing of an objective onto a specimen by a stepwise movement of the specimen (or the objective lens of the objective) along the optical axis of the objective lens into a position of maximum contrast on it optical axis takes place. This in DE 101 01 624 A1 However, the method described fails when it is to be used in the study of extended transparent samples containing very little or no contamination or other formations.

DE 195 02 472 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines tiefenscharfen Bildes eines Objektes, bei dem eine Struktur auf das Objekt projiziert wird und Aufnahmen des gesamten Objektes in mehreren Schärfeebenen gefertigt werden. In der jeweiligen Schärfeebene befindliche Bereiche des Objektes werden scharf gesehen, wobei in jeder Schärfeebene zwei Gesamtbilder des Objektes aufgenommen werden, nämlich ein Bild des Objektes, auf dem die Struktur abgebildet ist, und ein Bild des Objektes ohne die Struktur. Bei der Struktur handelt es sich um ein regelmäßiges Raster, so daß das Bild, das in einer Schärfeebene das Objekt mit der Struktur zeigt (Rasterbild), in Bildbereiche zerlegt werden kann. Die Grauwertdifferenzen der Bildbereiche werden bestimmt, um ein Kontrastbild zu erhalten, wobei jedem Bildbereich ein Kontrastwert zugeordnet wird. Die Kontrastwerte eines Bildbereiches in einer bestimmten Position in einer Schärfeebene werden mit dem Bildbereich in der gleichen Position in anderen Schärfebenen verglichen, um den Bildbereich mit maximalem Kontrast zu bestimmen. Hat ein Bildbereich den maximalen Kontrast, dann wird der entsprechende Bildbereich des Bildes, das ohne Struktur in derselben Schärfeebene aufgenommen wurde, ausgewählt. Diese Bildbereiche werden dann zusammengesetzt, so daß eine gesamtscharfe Darstellung des Objektes erhalten wird. Aus der Ebenenzugehörigkeit der für die Darstellung verwendeten Bildbereiche ergibt sich das Höhenprofil. DE 195 02 472 A1 discloses a method for producing a deep-focus image of an object, wherein a structure is projected onto the object and exposures of the entire object are made in multiple planes of sharpness. Areas of the object located in the respective focal plane are seen sharply, wherein in each focal plane two whole images of the object are taken, namely an image of the object on which the structure is imaged and an image of the object without the structure. The structure is a regular grid, so that the image that shows the object with the structure (raster image) in a plane of sharpness can be decomposed into image areas. The gray value differences of the image areas are determined in order to obtain a contrast image, wherein a contrast value is assigned to each image area. The contrast values of an image area in a particular position in a focus plane are compared with the image area in the same position in other planes of sharpness to determine the image area with maximum contrast. If an image area has the maximum contrast, then the corresponding image area of the image that was recorded without structure in the same focal plane, selected. These image areas are then combined, so that an overall sharp representation of the object is obtained. The elevation profile results from the level membership of the image areas used for the representation.

In US 6,449,087 B2 wird ein Laserraster-Mikroskop verwendet, das eine "Sectioning"-Funktion aufweist. Mittels dieser Funktion wird eine Änderung des Kontrastes festgestellt, wenn eine unebene Probe abgebildet werden soll. Wird eine Änderung eines Kontrastes festgestellt, wird die Aperturblende so ein gestellt, daß die Tiefenschärfe der Höhe der Unebenheit entspricht. Das Höhenprofil wird nicht verwendet, um die Schärfentiefe zur Aufnahme von Teilbildern zu bestimmen, die außerhalb von zuvor festgelegten Meßpunkten liegen. Überdies wird das Höhenprofil für das Objekt nicht berechnet, sondern mittels eines Laserstrahls entlang einer Linie oder einer Vielzahl von Linien bestimmt. Eine Auswahl von Meßpunkten erfolgt somit. Das kann zur Folge haben, daß vereinzelte Kontaminationen nicht erkannt werden.In US 6,449,087 B2 a laser scanning microscope is used which has a "sectioning" function. This feature detects a change in contrast when imaging an uneven sample. If a change in contrast is detected, the aperture stop is adjusted so that the depth of field corresponds to the height of the unevenness. The elevation profile is not used to determine the depth of field for capturing partial images that are outside previously determined measurement points. Moreover, the height profile for the object is not calculated, but determined by a laser beam along a line or a plurality of lines. A selection of measuring points thus takes place. This can result in sporadic contamination not being detected.

DE 196 53 413 C2 offenbart ein Rastermikroskop, das mehrere Mikrolinsen aufweist, die auf unterschiedliche Brennebenen einstellbar sind. DE 199 22 341 C2 beschreibt ein Verfahren zur Anordnung der räumlichen Koordinaten von Objektpunkten, wobei Objektkoordinaten im Terrain mit Hilfe von Referenzpunkten bestimmt werden. DE 196 53 413 C2 discloses a scanning microscope having a plurality of microlenses that are adjustable to different focal planes. DE 199 22 341 C2 describes a method for arranging the spatial coordinates of object points, wherein object coordinates in the terrain are determined by means of reference points.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes von ausgedehnten Objekten mittels eines optischen Systems angegeben werden, das eine verbesserte, insbesondere schnellere und genauere Fokussierung auf das Objekt ermöglicht.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. It is intended in particular a method for generating a Image of extended objects by means of an optical system be given, which is an improved, especially faster and more precise focus on the object allows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4. These The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of Invention emerge from the features of claims 2 to 4th

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein optisches Bilderzeugungsverfahren vorgesehen, umfassend die Schritte

  • – (a) Festlegen von mindestens 3 Meßpunkten (xi, yi) auf dem Aufnahmeobjekt;
  • – (b) Ermitteln der zugehörigen Schärfeebenen (zk) für jeden dieser Meßpunkte;
  • – (c) Erzeugung eines Höhenprofils aus den ermittelten Schärfeebenen (zk) für zumindest einen Bereich des Aufnahmeobjektes durch Interpolation und/oder Extrapolation;
  • – (d) Aufnehmen von Teilbildern in den interpolierten und/oder extrapolierten Bereichen des Höhenprofils, wobei für jedes Teilbild dessen Schärfeebene (zk) aus dem Höhenprofil bestimmt wird;
  • – (e) Zusammensetzen des zu erzeugenden Bildes aus den aufgenommenen Teilbildern.
According to the invention, there is provided an optical image forming method comprising the steps
  • - (a) defining at least 3 measuring points (x i , y i ) on the object to be photographed;
  • - (b) determining the respective planes of sharpness (z k ) for each of these measurement points;
  • - (c) generating a height profile from the determined planes of sharpness (z k ) for at least a portion of the subject by interpolation and / or extrapolation;
  • - (d) taking sub-images in the interpolated and / or extrapolated regions of the height profile, wherein for each sub-image whose focal plane (z k ) is determined from the height profile;
  • - (e) composing the image to be generated from the captured partial images.

Das Verfahren ermöglicht die Aufnahme einer Vielzahl von Teilbildern in vergleichsweise kurzer Zeit, da aus dem Höhenprofil die für die Aufnahme des jeweiligen Teilbildes erforderliche Schärfeebene bestimmt werden kann. Es ist also nicht erforderlich, die Schärfeebene durch Anwendung bekannter Verfahren zur automatischen Fokussierung für jedes einzelne Bild gesondert zu bestimmen.The Procedure allows the recording of a large number of sub-images in a comparatively short time, there from the height profile the for determines the recording of the respective field required sharpness level can be. So it is not necessary, the sharpness level by using known methods for automatic focusing for each single image to be determined separately.

Der Begriff "Objekt" und der Begriff "Probe" werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet.Of the Term "object" and the term "sample" are used in the present Description used synonymously.

Die Anzahl der Meßpunkte sollte so auf dem Objekt verteilt sein, daß ein Höhenprofil aus den für jedem Meßpunkt ermittelten Schärfeebenen durch Interpolation zwischen den Meßpunkten und durch Extrapolation außerhalb der von den Meßpunkten begrenzten Fläche berechnet werden kann.The Number of measuring points should be distributed on the object so that a height profile out of the for each measuring point determined sharpness levels by interpolation between the measuring points and by extrapolation outside limited by the measuring points area can be calculated.

Unter dem Ausdruck "Festlegen einer Anzahl n von Meßpunkten" ist zu verstehen, daß sowohl die Anzahl n der Meßpunkt als auch deren Position xn, yn in der x,y-Ebene festgelegt wird.The expression "setting a number n of measuring points" means that both the number n of the measuring point and its position x n , y n are defined in the x, y plane.

Die Meßpunkte werden auf dem Objekt vorzugsweise so gewählt, daß sie gleichmäßig über das Objekt verteilt sind. Besonders bevorzugt sollten sich Meßpunkte am Rand des Objektes und in dessen Zentrum befinden, wobei Rand und Zentrum des Objektes nach einem Ausmessen des Objektes bestimmt werden.The Measuring points are preferably chosen on the object so that they are uniform over the object are distributed. Particular preference should be given to measuring points located at the edge of the object and in its center, being edge and center of the object determined after measuring the object become.

Vorzugsweise wird in Schritt (b) die Schärfeebene für jeden Meßpunkt durch Messung des relativen Kontrastes bei einer schrittweisen Bewegung des Objektes oder einer Objektivlinse des optischen Systems entlang einer optischen Achse (z-Achse) der Objektivlinse gemessen und der maximale Kontrast des Objektes für diesen Meßpunkt bestimmt.Preferably in step (b), the sharpness level becomes for each measuring point by measuring the relative contrast in a stepwise movement of the Object or an objective lens along the optical system an optical axis (z-axis) of the objective lens measured and the maximum contrast of the object for this measuring point certainly.

Bei ausgedehnten Objekten werden die Meßpunkte zweckmäßigerweise durch Bewegen des Objektes in der Aufnahmeebene (x,y-Ebene) relativ zu der Objektivlinse des optischen Systems angesteuert. Unter einem ausgedehnten Objekt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Objekt verstanden, das aus mehreren Teilbildner besteht. Hat beispielsweise die Probe einen Durchmesser von 1,5 cm, so müssen bei einer Teilbildgröße von 1 mm2 mindestens 176 Teilbilder aufgenommen werden, wozu die Probe abgerastert wird. Die Kontaminationen haben eine Größe von wenigen Quadratmikrometern. Die Größe eine Teilbildes hängt von der Auflösung der verwendeten Kamera ab.For extended objects, the measuring points are expediently controlled by moving the object in the receiving plane (x, y plane) relative to the objective lens of the optical system. An extended object in the sense of the present invention is understood to mean an object which consists of several sub-formers. If, for example, the sample has a diameter of 1.5 cm, at least 176 partial images must be recorded for a partial image size of 1 mm 2 , for which purpose the sample is scanned. The contaminations have a size of a few square microns. The size of a partial image depends on the resolution of the camera used.

Unter Schärfeebene wird die Schärfe eines Teilbildes verstanden. Zur Bestimmung der Schärfeebene können die allgemein bekannten Verfahren verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch in Schritt (b) die Schärfeebene durch Bestimmung des maximalen Kontrastes ermittelt.Under Accuracy level gets the sharpness a sub-picture understood. To determine the focal plane can the well-known methods are used. Preferably however, in step (b), the sharpness level is determined by determining the maximum contrast determined.

Zur Aufnahme von Teilbildern ausgedehnter Objekte wird das Objekt zweckmäßigerweise in der Aufnahmeebene (x,y-Ebene) relativ zu der Objektivlinse des optischen Systems bewegt. Dabei sollte das Objekt derartig abgerastert werden, daß jeweils für aneinander angrenzende Teilbereiche des Objektes Teilbilder aufgenommen werden. Die Schärfeebene für jeden Teilbereich bzw. das Teilbild, das für jeden Teilbereich erhalten werden soll, wird aus dem Höhenprofil berechnet.to Capturing partial images of extended objects expediently makes the object in the receiving plane (x, y plane) relative to the objective lens of the optical system moves. The object should be scanned in this way be that for each other adjacent subregions of the object sub-images are included. The sharpness level for each Subarea or subpicture obtained for each subarea is to be, is from the height profile calculated.

Optisch sichtbare Markierungen sind Markierungen, die sich deutlich von den zu detektierenden Objekten unterscheiden, von denen besonders Markierungen mit anderen Farben und Formen bevorzugt werden, die durch Bildauswerteprogramme sehr einfach von den Kontaminationen unterschieden werden können. Geeignete Marker zur Erzeugung derartiger Markierungen sind beispielsweise Cyaninfarbstoffe.optical visible marks are marks that are distinct from distinguish the objects to be detected, of which especially Markers with other colors and shapes are preferred through image analysis programs very easy from the contaminants can be distinguished. Suitable markers for producing such markings are, for example Cyanine.

Sollte sich nur eine geringe Zahl an Gebilden oder keine Gebilde in der Probe befinden, die optisch erfaßt werden können, so kann es ferner zweckmäßig sein, optisch sichtbare Markierungen, d. h. Marker, in die Probe einzubringen, wobei die Position der optisch sichtbaren Markierungen in der Aufnahmeebene des optischen Systems als Meßpunkt verwendet werden kann. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Meßpunkte können alle auf der Verwendung derartiger Markierung beruhen. Es ist jedoch auch möglich, neben Meßpunkten, die sich aus der Verwendung derartiger Markierung ergeben, auch Meßpunkte zu verwenden, die sich aus bereits in dem Objekt vorhandenen Gebilden ermitteln lassen.Should Only a small number of structures or no structures in the Sample can be optically detected, it may also be appropriate optically visible markers, d. H. Markers to introduce into the sample, the position of the optically visible marks in the receiving plane of the optical system as a measuring point can be used. The measuring points used in the method according to the invention can all based on the use of such mark. However, it is also possible, in addition to measuring points, which result from the use of such mark, also Measuring points to use, arising from already existing in the object structures can be determined.

Die Marker können gleichmäßig über das Objekt verteilt werden oder an ausgewählten Orten auf das Objekt aufgebracht werden, vorzugsweise am Rand und im Zentrum des Objektes.The Markers can evenly over the object be distributed or selected Places are applied to the object, preferably on the edge and in the center of the object.

Das Verfahren läßt sich mit jedem optischen System durchführen, das eine Bewegung des Objektes in der Aufnahmeebene (x,y-Ebene) relativ zu dem Objektiv des optischen Systems ermöglicht und das ferner eine Bewegung des Objektes relativ zu dem Objektiv des optischen Systems entlang der optischen Achse (z-Achse) der Objektivlinse des Objektives ermöglicht.The Procedure can be with any optical system that performs a movement of the Object in the recording plane (x, y plane) relative to the lens of the optical system and further movement of the object relative to the lens of the optical system along the optical axis (z-axis) of Objective lens of the lens allows.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Dabei zeigenA preferred embodiment The invention will be described below with reference to the accompanying drawings in more detail described. Show

1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems, das zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist; 1 a schematic representation of an optical system, which is suitable for carrying out the method of the present invention;

2 eine schematische Darstellung einer Probe, auf die optisch sichtbare Markierungen aufgebracht sind; und 2 a schematic representation of a sample are applied to the optically visible markers; and

3 eine schematische Darstellung eines Höhenprofils, das für die in 2 gezeigte Probe ermittelt worden ist. 3 a schematic representation of a height profile, for the in 2 shown sample has been determined.

Gemäß 1 wird als optisches System ein Fluoreszenzlicht-Mikroskop 1 mit Objektiv 1.1 mit einer Objektivlinse 1.2 verwendet, wobei das Mikroskop 1 ferner eine Beleuchtungseinheit 2 umfaßt einen Objekttisch 13 zur Aufnahme des abzubildenden Objektes 8, motorische Verstelleinrichtungen zum Bewegen des Objekttisches 13, auf den das Objekt 8 aufgebracht werden kann, in x-, y- und z-Richtung 3 (M1), 4 (M2), 5 (M3), eine Bilderfassungseinheit 6 sowie eine Rechnereinheit 7 zur Steuerung der Relativbewegungen zwischen Objekttisch 13 und Objektivlinse 1.2, zur Festlegung der Meßpunkte, Speicherung der für die Meßpunkte ermittelten Schärfeebenen, Berechnung des Höhenprofils und daraus der Schärfeebene für die Teilbilder sowie zum Zusammenfügen der Teilbilder zu einem Bild des Objektes.According to 1 is used as an optical system, a fluorescent light microscope 1 with lens 1.1 with an objective lens 1.2 used the microscope 1 furthermore a lighting unit 2 includes a stage 13 for receiving the object to be imaged 8th , motorized adjustment for moving the stage 13 on which the object 8th can be applied, in the x, y and z directions 3 (M1), 4 (M2), 5 (M3), an image capture unit 6 and a computer unit 7 for controlling the relative movements between the stage 13 and objective lens 1.2 , for determining the measuring points, storing the sharpness planes determined for the measuring points, calculating the height profile and, therefrom, the sharpness plane for the partial images and for joining the partial images to form an image of the object.

In 2 ist ein zu untersuchendes Präparat dargestellt. Es besteht aus einem Objektträger 9, einem Objekt 8 aus einem Filterplättchen, auf dem sich markierte Kontaminationen 11 und in die Probe eingebrachte, optisch sichtbare Markierungen 12 befinden.In 2 a preparation to be examined is shown. It consists of a slide 9 , an object 8th from a filter plate, on which marked contaminations 11 and optically visible labels introduced into the sample 12 are located.

Dieses Präparat wird auf den Objekttisch 13 aufgebracht. Sodann wird die Probe mittels der Verstelleinrichtungen 3, 4 in die erste Aufnahmeposition (x1, y1) in der x,y-Ebene bewegt, in der eine Markierung 12 in der Probe enthalten ist. Anschließend bewegt die Versteileinrichtung 5 die Probe schrittweise in z-Richtung. In jeder Aufnahmeposition z1,d wird eine Bildaufnahme mit der Bilderfassungseinheit 6 durchgeführt und mit geeigneten Algorithmen z. B. der Kontrast in dem erhaltenen Bild bestimmt. Der relative Kontrast wird für jeden dieser Schritte d in z-Richtung bestimmt und nach Durchlaufen aller Schritte die Position (z1,dmax) mit dem maximalen Kontrast für die Position (x1, y1) gespeichert. Danach wird dieser Vorgang für die Aufnahmepositionen mit anderen Markierungen durchgeführt und die jeweiligen Werte (x2, y2, z2,dmax; xn, yn, zn,dmax) bestimmt.This preparation is on the stage 13 applied. Then, the sample by means of the adjustment 3 . 4 moved to the first pickup position (x 1 , y 1 ) in the x, y plane in which a mark 12 contained in the sample. Subsequently, the adjusting device moves 5 the sample gradually in the z-direction. In each recording position z 1, d is an image recording with the image acquisition unit 6 performed and with suitable algorithms z. For example, the contrast in the obtained image is determined. The relative contrast is determined for each of these steps d in the z-direction and after passing through all the steps the position (z 1, dmax ) with the maximum contrast for the position (x 1 , y 1 ) is stored. Thereafter, this operation is performed for the recording positions with other marks, and the respective values (x 2 , y 2 , z 2, d max , x n , y n , z n, d max ) are determined.

Aus den gewonnenen Werten wird im einfachsten Fall durch Berechnung eines ebenen Flächensegmentes das durch drei benachbarten Werte (xn, yn, zn,dmax) aufgespannt wird, ein Höhenprofil berechnet. Ein Beispiel eines solchen Höhenprofils ist in 3 dargestellt. Bei der Berücksichtigung von mehr als drei Meßpunkten können auch gekrümmte Flächen berechnet werden, wodurch die Genauigkeit der Schärfeebene erhöht wird.In the simplest case, an elevation profile is calculated from the values obtained by calculating a planar area segment which is spanned by three adjacent values (x n , y n , z n, d max ). An example of such a height profile is in 3 shown. When considering more than three measuring points, curved surfaces can also be calculated, which increases the accuracy of the focal plane.

Zur Aufnahme der Teilbilder, aus denen das Bild dann zusammengesetzt werden soll, werden dann nach einem vorgegebenen Algorithmus (z. B. Matrixabtastung, kreisförmige Abtastung oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren) die Aufnahmepositionen (x'm, y'm) angefahren, der dazugehörige Fokuspunkt (z'm) aus dem zuvor bestimmten Höhenprofil berechnet, durch die Verstellvorrichtung 5 angefahren, das Teilbild für diese Aufnahmeposition aufgenommen und in der Rechnereinheit 7 ab gespeichert. Nach Durchlaufen aller Aufnahmepositionen (x'm, y'm, z'm) werden die (beispielsweise ca. 1000) Teilbilder im Speicher der Rechnereinheit 7 zusammengefügt, so daß man ein vollständiges elektronisches Abbild des Objektes 8 mit einer ausreichenden Schärfe in kürzester Zeit erhält, die es gestattet, eine Bildauswertung vorzunehmen.To record the partial images from which the image is then to be composed, the acquisition positions (x ' m , y' m ) are then approached according to a predetermined algorithm (eg matrix scanning, circular scanning or other methods known to the person skilled in the art) associated focus point (z ' m ) calculated from the previously determined height profile, by the adjusting device 5 approached, the sub-picture recorded for this recording position and in the computer unit 7 stored off. After passing through all recording positions (x ' m , y' m , z ' m ), the (for example about 1000) partial images in the memory of the computer unit 7 put together so that you get a complete electronic image of the object 8th obtained with a sufficient sharpness in a very short time, which allows to perform an image analysis.

Die verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung:

n
Anzahl der Meßpunkte
m
Anzahl der Teilbilder (= Anzahl der Aufnahmepositionen)
x,y
Koordinaten in der Aufnahmeebene
z
Koordinate parallel zur optischen Achse des Objektives
d
Anzahl der Schritte auf der z-Koordinate
dmax
zd-Wert mit maximalem Kontrast
xn, yn, zn,dmax
Position der Meßpunkte
x'm, y'n, z'n
Position zur Aufnahme der Teilbilder (Aufnahmeposition)
The symbols used have the following meaning:
n
Number of measuring points
m
Number of partial images (= number of recording positions)
x, y
Coordinates in the recording plane
z
Coordinate parallel to the optical axis of the lens
d
Number of steps on the z-coordinate
d max
z d value with maximum contrast
x n, y n, z n, dmax
Position of the measuring points
x ' m , y' n , z ' n
Position for recording the subpictures (recording position)

11
Mikroskopmicroscope
1.11.1
Objektivlinseobjective lens
1.21.2
Objektivlens
22
Beleuchtungseinheitlighting unit
33
Verstelleinrichtungen für die x-Koordinateadjustment for the x-coordinate
44
Verstelleinrichtungen für die y-Koordinateadjustment for the y coordinate
55
Verstelleinrichtungen für die z-Koordinateadjustment for the z coordinate
66
BilderfassungseinheitImage capture unit
77
Rechnereinheitcomputer unit
88th
Objekt (Filterplättchen)object (Filter platelets)
99
Objektträgerslides
1111
Kontaminationencontamination
1212
optisch sichtbare Markierungenoptical visible marks
1313
Objekttischstage

Claims (4)

Optisches Bilderzeugungsverfahren, umfassend die Schritte – Festlegen von mindestens 3 Meßpunkten (xi, yi) auf dem Aufnahmeobjekt; – Ermitteln der zugehörigen Schärfeebenen (zk) für jeden dieser Meßpunkte; – Erzeugung eines Höhenprofils aus den ermittelten Schärfeebenen (zk) für zumindest einen Bereich des Aufnahmeobjektes durch Interpolation und/oder Extrapolation; – Aufnehmen von Teilbildern in den interpolierten und/oder extrapolierten Bereichen des Höhenprofils, wobei für jedes Teilbild dessen Schärfeebene (zk) aus dem Höhenprofil bestimmt wird; – Zusammensetzen des zu erzeugenden Bildes aus den aufgenommenen Teilbildern.An optical image forming method comprising the steps of: - setting at least 3 measuring points (x i , y i ) on the photographic subject; - Determining the corresponding sharpness levels (z k ) for each of these measuring points; - generating a height profile from the determined planes of sharpness (z k ) for at least a portion of the subject by interpolation and / or extrapolation; - taking partial images in the interpolated and / or extrapolated regions of the height profile, wherein for each partial image whose focal plane (z k ) is determined from the height profile; - Assembling the image to be generated from the recorded partial images. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Schärfeebene (zk) eines jeden Meßpunktes der Abstand zwischen Objekt und Objektiv schrittweise geändert und dabei die Folge der zugehörigen Relativkontraste gemessen wird, und daß aus dieser Folge der Maximalkontrast ausgewählt und damit die Schärfeebene (zk) des jeweiligen Meßpunktes festgelegt wird.Method according to Claim 1, characterized in that, in order to determine the focal plane (z k ) of each measuring point, the distance between object and objective is changed stepwise and the sequence of associated relative contrasts is measured, and the maximum contrast is selected from this sequence and thus the focal plane (z k ) of the respective measuring point is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Markierungen in das Objekt eingebracht und durch diese die Meßpunkte festgelegt werden.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that markings introduced into the object and the measuring points are determined by this. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren der Meßpunkte und/oder zur Aufnahme der Teilbilder das Objekt in der Aufnahmeebene relativ zu der Objektivlinse bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Approaching the measuring points and / or for receiving the partial images, the object in the recording plane is moved relative to the objective lens.
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