DE19602846A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen

Info

Publication number
DE19602846A1
DE19602846A1 DE19602846A DE19602846A DE19602846A1 DE 19602846 A1 DE19602846 A1 DE 19602846A1 DE 19602846 A DE19602846 A DE 19602846A DE 19602846 A DE19602846 A DE 19602846A DE 19602846 A1 DE19602846 A1 DE 19602846A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
depth
images
focus
field
microscope
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.)
Withdrawn
Application number
DE19602846A
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Prof Dr Mueller
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.)
TYMPEL VOLKER 07745 JENA DE
Original Assignee
TYMPEL VOLKER 07745 JENA DE
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 TYMPEL VOLKER 07745 JENA DE filed Critical TYMPEL VOLKER 07745 JENA DE
Priority to DE19602846A priority Critical patent/DE19602846A1/de
Publication of DE19602846A1 publication Critical patent/DE19602846A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0075—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. increasing, the depth of field or depth of focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/743—Bracketing, i.e. taking a series of images with varying exposure conditions

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches bei dreidimensionalen optischen Abbildungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erweiterung des Schärfentiefebereiches bekannter optischer Abbildungsverfahren durch den Einsatz digitaler Bildverarbeitung mittels Bildserien aus verschiedenen Fokusebenen zu erreichen.
Das Verfahren ermöglicht es, das Objekt in seiner gesamten Tiefe zu betrachten und gegebenenfalls Manipulationen hoher Genauigkeit am Objekt vorzunehmen. Es findet Anwendung bei allen optischen Abbildungsvorgängen, die in Verbindung mit Video/CCD und/oder Technik der digitalen Bildverarbeitung in der Lage sind, Bildserien aus verschiedenen Fokusebenen zu erzeugen und zu speichern. Die schwerpunktmäßige Anwendung liegt im Bereich der Lichtmikroskopie und Photographie, wenn die Objektausdehnung in Richtung der optischen Achse größer ist als der Schärfentiefebereich der optischen Einrichtung. Dies bedeutet, daß insbesondere dem klassischen Lichtmikroskop ein Arbeitsbereich erschlossen wird, der im Vergrößerungsbereich eben dieses Lichtmikroskops bisher nur wesentlich aufwendigeren und teureren Abbildungsverfahren vorbehalten war (Elektronenmikroskop und konfokales Lichtmikroskop). Auch bei Laser-Raster oder Scannermikroskopen ist das Verfahren zur Steigerung der Effektivität einsetzbar, wenn es darum geht, die Abtastbereiche größer wählen zu können.
Der bekannte Stand der Technik beschreibt zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler Strukturen Verfahren und Vorrichtungen, die bei der Bildkonstruktion auf die lokalen Extremwerte der Intensität oder deren Gradienten direkt oder auf dem Umweg über das Ortsfrequenzspektrum zurückgreifen. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren sind die bisherigen Verfahren sofern sie Bildserien zur Bilderzeugung verwenden, nur eingeschränkt einsetzbar. Der Grund liegt bei der Verwendung der Helligkeitsextrema in deren nur ungenauen und nicht immer eindeutig bestimmbaren Verteilung in Richtung der optischen Achse. Diese Verfahren wurden sowohl auf elektronischem [DE 42 04 268 A1] [Zeiss Info 1986] als auch auf optischem Weg [DE 32 00 038 A1] realisiert. Ein weiteres Verfahren, welches zu einer wesentlichen Verbesserung der Ergebnisse führte, ist das vom Anmelder erfundene und von den Askania-Werken Rathenow angemeldete Patent (195 17 300.7). Die letzterem Verfahren zugrunde liegende Idee beruhte auf der Verwendung des von der Intensitätsinformation befreiten Fourierspektrums der einzelnen Fokalschnitte.
Das dieser Erfindung zugrunde liegende Verfahren arbeitet, wie die oben erwähnten Verfahren auch, analog dem menschlichen Beobachter am Mikroskop, der durchfokussiert und dabei versucht, sich die scharfen Bereiche in den einzelnen Fokalebenen einzuprägen. Mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung ist es nun möglich, ohne zusätzliche, die Qualität vermindernde optische Elemente in den Strahlengang zu bringen, die unscharfen Bildteile in den einzelnen Fokalebenen zu eliminieren. Sind diese unscharfen Bereiche entfernt, so werden die aus allen Ebenen als scharf fokussiert erkannten Partien zum Gesamtbild vereinigt.
Entscheidend ist das Kriterium zur Bewertung, ob ein Bildpunkt als scharf fokussiert angesehen wird oder nicht.
Das dieser Erfindung zugrunde liegende Verfahren verwendet den lokalen Strukturgehalt der Einzelaufnahmen in Form eines sog. Rauhigkeitskriteriums zur Unterscheidung von fokussierten und nicht fokussierten Bildpunkten in den Einzelaufnahmen der Fokalserie.
Dieses Kriterium, im weiteren als Strukturobjekt Pz(x,y) (Formel (1)) bezeichnet, mit z als Defokussierungsweg, übertrifft alle bisher verwendeten Kriterien in seiner Empfindlichkeit um ein Vielfaches. Gleichzeitig reduziert es den Rechenaufwand auf einen Bruchteil vorheriger Verfahren, da nur Bildraumoperationen und keine Fouriertransformationen benötigt werden. Wegen der erhöhten Empfindlichkeit wird durch das neue Verfahren eine weitaus größere Zahl von Objektarten erfaßt und eine Erweiterung des Vergrößerungsbereiches erreicht.
Auf diese Weise sind je nach Objektart tiefenscharfe Gesamtvergrößerungen über 6000fach möglich. Bild 1 zeigt die 1te, 11te und 20te Aufnahme einer Fokusserie von 20 Aufnahmen sowie das rekonstruierte Objekt, ein Pollenkorn der Studentenblume mit Originaldurchmesser von 15 µm in einer 6000fachen Gesamtvergrößerung.
Erzeugt wurde die Aufnahme mit einem 100fach vergrößernden Immersions-Objektiv bei einer NA von 1.25. Die Bildtiefe von 15 µm beträgt dabei das ca. 40fache des Schärfentiefebereiches des verwendeten Objektivs.
Formeln
mit Iz(x,y) als Bildintensität und I′z(x,z) als Gradienten der Intensität, z gibt den Wert der Defokussierung in Richtung der optischen Achse an.
mit Ωr(x₀,y₀) = {(x,y)|(x₀-x)²+(y₀-y)²r²} und |Ωr| als Flächeinhalt von Ωr.
Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung das Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie den Verfahrensablauf in vier Schritten.
Es bedeuten:
1 Mikroskop mit motorisch gesteuerter Fokussierung
2 CCD/Video-Kamera
3 Fokusserie von CCD-Aufnahmen begrenzter Schärfentiefe
4 Computer
5 Bild mit erweiterter Schärfentiefe
Schritt 1
Mittels einer optischen Einrichtung Erstellung einer Fokusserie von n Aufnahmen, die den gesamten Objektbereich überdecken.
Die Abstände der einzelnen Aufnahmen sollten etwa der Schärfentiefe des verwendeten Objektivs entsprechen. Dabei ist darauf zu achten, daß der gesamte Objektbereich ausgeleuchtet ist. Während der gesamten Aufnahme darf die Beleuchtung nicht verändert werden.
Schritt 2
Berechnung der Strukturobjekte aller Aufnahmen nach Formel (1).
Schritt 3
Berechnung der Mittelwerte für alle Aufnahmen nach Formel (2).
Der Radius r liegt dabei objektabhängig zwischen 2 und 5 Pixeln.
Schritt 4
Koordinatenweiser Vergleich der Mittelwerte nach Formel (2) in allen Ebenen von k=1 bis k=n.
Jenes k, für welches dieser Mittelwert am größten ist, markiert die Ebene k, in der der gerade betrachtete Bildpunkt am besten fokussiert ist. Außer in dieser k-ten Ebene wird in allen anderen Ebenen die Information gelöscht. Nach Bearbeitung aller Koordinaten auf diese Weise enthalten die einzelnen Fokalebenen nur noch scharf fokussierte Bildbereiche. Diese werden dann zum Gesamtbild vereinigt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erweiterung der Schärfentiefe dreidimensionaler optischer Abbildungen, bei denen aus Bildserien, bestehend aus Einzelbildern verschiedener Fokusebenen mit begrenzter Schärfentiefe, Bilder mit erweiterter Schärfentiefe generiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Strukturgehalt der Einzelbilder gewonnenen lokalen Mittelwerte als Schärfentiefekriterium herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildkonstruktion sowohl auf Grauwertbilder als auch auf Farbbilder anwendbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl verfahrensbedingter Parameter unterschiedliche Kontrastierungen ermöglicht werden.
DE19602846A 1996-01-26 1996-01-26 Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen Withdrawn DE19602846A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19602846A DE19602846A1 (de) 1996-01-26 1996-01-26 Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19602846A DE19602846A1 (de) 1996-01-26 1996-01-26 Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19602846A1 true DE19602846A1 (de) 1997-08-14

Family

ID=7783789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19602846A Withdrawn DE19602846A1 (de) 1996-01-26 1996-01-26 Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19602846A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1199542A2 (de) * 2000-10-13 2002-04-24 Leica Microsystems Imaging Solutions Ltd. Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DÖRRER, R.H.: Autofokus zur schnellen Verarbeitung mikroskopischer Präparate. In: Proceedings 13. DAGM-Symposium München 1991, Springer, 1991 *
FISCHER, J.E. *
HÄUSLER, G. *
KÖRNER, E.: Expansion of depth of focus by "image de-puzzling". In: Proc. 6th Int. Conference of Pattern Recognition, München, 1982 *
KRÄMER, H.: Ein Verfahren zur Tiefenschärfeerwei- terung bei mikroskopischen Abbildungen unter Einsatz eines digitalen Bildverarbeitungssystems. In: Proceedings DAGM/ÖAGM Symposium Graz 1984, Springer, 1984 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1199542A2 (de) * 2000-10-13 2002-04-24 Leica Microsystems Imaging Solutions Ltd. Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes
EP1199542A3 (de) * 2000-10-13 2003-01-15 Leica Microsystems Imaging Solutions Ltd. Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60120663T2 (de) Bildgebungseinheit mit assoziierter Bilderdatenbank
WO2017013054A1 (de) Lichtblattmikroskop zum gleichzeitigen abbilden mehrerer objektebenen
EP1199542A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes
EP2887117A1 (de) Mikroskop und Verfahren zur SPIM Mikroskopie
DE102010061612B4 (de) Verfahren zum Ermitteln von Scankoordinaten zum Betreiben einer Scaneinheit eines konfokalen Scan-Mikroskops und konfokales Scan-Mikroskop
DE60319095T2 (de) Verfahren zur Verzerrungskorrektur von Multifokus-Bilderstapeln
DE102017220106A1 (de) Erweitern eines fokussuchbereichs in einem bildgebungssystem mit einer linse mit einer mit hochgeschwindigkeit variablen brennweite
WO2011029712A1 (de) Verfahren zum automatischen fokussieren eines mikroskops auf ein vorbestimmtes objekt sowie mikroskop zum automatischen fokussieren
WO2019068519A1 (de) Konfokalmikroskop mit hoher auflösung
DE69731630T2 (de) System zur einstellung der punktgrösse in einem optischen aufzeichnungssystem
DE10149357A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes
EP3712670A1 (de) Verfahren zur hochauflösenden scanning-mikroskopie
US5317644A (en) Method for the enhancement of cell images
DE10037783A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen in der Scanmikroskopie und Scanmikroskop
EP1929353B1 (de) Verfahren zur erzeugung von darstellungsbildern aus erfassten aufnahmebildern und mittel zur durchführung des verfahrens
DE10027323B4 (de) Verfahren zum Generieren eines dreidimensionalen Objekts
DE102016005974A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung des Laserfokus eines Anregungslasers in Blut durchflossenen Gefäßen für optische Messungen zur Bestimmung des Geschlechtes von Vogeleiern
DE1572540A1 (de) Mit kohaerentem Licht arbeitendes Mikroskop
DE10315592B4 (de) Verfahren zum Ausführen von Interaktionen an sich räumlich und zeitlich verändernden mikroskopischen Objekten und System hierzu
DE19602846A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen
EP0417625B1 (de) Verfahren zur Datenaufnahme mittels eines, mindestens eine Detektorzeile enthaltenden Detektorarrays und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP3516440A1 (de) Mikroskopsystem
DE10235657A1 (de) Verfahren, Anordnung und Software zur Optimierung der Bildqualität von mit einem Mikroskop aufgenommenen beweglichen Objekten
DE10359780B4 (de) Verfahren zur optischen Bilderfassung
DE19517300A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung des Schärfentiefebereiches dreidimensionaler optischer Abbildungen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee