DE202013011877U1 - microscope system - Google Patents
microscope system Download PDFInfo
- Publication number
- DE202013011877U1 DE202013011877U1 DE201320011877 DE202013011877U DE202013011877U1 DE 202013011877 U1 DE202013011877 U1 DE 202013011877U1 DE 201320011877 DE201320011877 DE 201320011877 DE 202013011877 U DE202013011877 U DE 202013011877U DE 202013011877 U1 DE202013011877 U1 DE 202013011877U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- image
- digital
- microscope system
- aperture
- capture unit
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 58
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 9
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 210000000554 iris Anatomy 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 235000003403 Limnocharis flava Nutrition 0.000 description 1
- 244000278243 Limnocharis flava Species 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003709 image segmentation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005293 physical law Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000033458 reproduction Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/18—Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
- G02B21/20—Binocular arrangements
- G02B21/22—Stereoscopic arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
- G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
-
- G—PHYSICS
- 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
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10056—Microscopic image
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10141—Special mode during image acquisition
- G06T2207/10148—Varying focus
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Mikroskopsystem (1), das zur Bereitstellung eines digitalen Ergebnisbilds eingerichtet ist und Mittel (R, L, 41) zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen sowie eine digitale Bilderfassungseinheit (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinheit (50) dazu eingerichtet ist, zumindest zwei mikroskopische Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen in Form digitaler Einzelbilder zu erfassen und jeweils einander entsprechende Bildbereiche der digitalen Einzelbilder hinsichtlich ihrer Bildschärfe miteinander zu vergleichen, wobei jeweils die Bildbereiche der digitalen Einzelbilder mit der höchsten Bildschärfe zu dem digitalen Ergebnisbild zusammengesetzt werden.A microscope system (1) adapted to provide a digital result image and comprising means (R, L, 41) for providing microscopic images at different numerical apertures and a digital image capture unit (50), characterized in that the image capture unit (50) is arranged thereto is to capture at least two microscopic images at different numerical apertures in the form of digital frames and each corresponding image areas of the digital frames with respect to their sharpness to each other, in each case the image areas of the digital frames are combined with the highest image sharpness to the digital result image.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskopsystem, das Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The present invention relates to a microscope system having means for providing microscopic images at different numerical apertures, according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Bekannte Mikroskope, beispielsweise Stereomikroskope mit optischen Zooms, sind häufig mit Mitteln zur physikalischen Begrenzung des Strahlenbündels und damit zur Einstellung des Pupillendurchmessers bzw. der numerischen Apertur eingerichtet. Beispielsweise können zu diesem Zweck starre oder variable Aperturblenden (z.B. Irisblenden oder LCD-Blenden) und/oder geeignete Strahlbegrenzer an Linsen und Linsenfassungen vorgesehen sein.Known microscopes, for example stereomicroscopes with optical zoom, are often equipped with means for physical limitation of the beam and thus for setting the pupil diameter or the numerical aperture. For example, rigid or variable aperture stops (e.g., irises or LCD panels) and / or suitable beam limiters on lenses and lens frames may be provided for this purpose.
Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl Mikroskope, bei denen die numerische Apertur eines oder mehrerer optischer Kanäle mittels geeigneter Aperturblenden variabel einstellbar ist, als auch Mikroskope, die zwei oder mehrere getrennte optische Kanäle mit einer jeweils starren Aperturblende aufweisen. In beiden Fällen handelt es sich um Mikroskopsysteme, die Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen aufweisen.The present invention relates both to microscopes in which the numerical aperture of one or more optical channels is variably adjustable by means of suitable aperture stops, as well as to microscopes which have two or more separate optical channels with a respective rigid aperture stop. Both are microscopic systems that have means for providing microscopic images at different numerical apertures.
Die numerische Apertur bestimmt drei wesentliche Kenngrößen einer optischen Abbildung, nämlich Auflösung, Helligkeit und Schärfentiefe:The numerical aperture determines three essential characteristics of an optical image, namely resolution, brightness and depth of field:
Das maximale Auflösungsvermögen eines Mikroskops in der Fokusebene des Objektivs wird durch die Lichtbeugung begrenzt, welche wiederum durch die numerische Apertur des Abbildungssystems bestimmt wird. Das maximale Auflösungsvermögen R, angegeben in Linienpaaren pro Millimeter (LP/mm) ist zur numerischen Apertur nA proportional. Es gilt vereinfacht R = 3.000 × nA. Eine hohe Auflösung erfordert daher eine hohe numerische Apertur.The maximum resolving power of a microscope in the focal plane of the objective is limited by the light diffraction, which in turn is determined by the numerical aperture of the imaging system. The maximum resolution R, expressed in line pairs per millimeter (LP / mm), is proportional to the numerical aperture nA. It is simplified R = 3,000 × nA. High resolution therefore requires a high numerical aperture.
Gleichzeitig aber ist bei der Betrachtung von nicht vollkommen ebenen Objekten auch die Schärfentiefe wichtig, d.h. die Schärfe der Objektbereiche, die außerhalb der Fokusebene liegen. Diese nimmt aus geometrischen Gründen mit steigender numerischer Apertur ab und folgt der numerischen Apertur reziprok. Für den visuellen Einblick wird die Schärfentiefe DOF durch die empirische Formel von Berek beschrieben. Nach dieser gilt DOF = λ / (2 × nA2) + 0.34/(Mtot × nA), wobei λ die Wellenlänge des Lichts und Mtot die totale visuelle Vergrösserung bezeichnen. Die Wellenlänge λ und die Schärfentiefe DOF werden beispielsweise in mm angegeben. Eine hohe Schärfe in Bildbereichen ober- oder unterhalb der Fokusebene erzielt man hiernach mit verringerten numerischen Aperturen.At the same time, when looking at objects that are not perfectly flat, the depth of field is also important, ie, the sharpness of the object areas that lie outside the focal plane. This decreases for geometric reasons with increasing numerical aperture and follows the numerical aperture reciprocal. For the visual insight, the depth of field DOF is described by Berek's empirical formula. According to this, DOF = λ / (2 × nA 2 ) + 0.34 / (M tot × nA), where λ denotes the wavelength of the light and M tot the total visual magnification. The wavelength λ and the depth of field DOF are given in mm, for example. A high sharpness in image areas above or below the focal plane is then achieved with reduced numerical apertures.
Der erfasste Lichtkegel bestimmt die Helligkeit I. Vereinfacht gilt I = c × nA2, wobei c eine Konstante darstellt. Eine hohe Bildhelligkeit erzielt man damit wiederum mit hoher numerischer Apertur. Die Bildhelligkeit kann jedoch, insbesondere bei digitaler Bilderfassung, außer durch die numerische Apertur auch durch die Belichtungszeit, den elektrischen Verstärkungsfaktor (Gain), optische Filter oder digitale Nachbearbeitung flexibel eingestellt und angepasst werden. Diese Anpassungen sind dem Fachmann bekannt und werden daher nicht weiter erläutert.The detected light cone determines the brightness I. Simplified, I = c × nA 2 , where c represents a constant. High image brightness is again achieved with high numerical aperture. However, especially in digital image capture, the image brightness can be flexibly adjusted and adjusted in addition to the numerical aperture, exposure time, gain, gain, or digital post-processing. These adjustments are known to the person skilled in the art and are therefore not explained further.
Zumindest hinsichtlich Auflösung und Schärfentiefe besteht jedoch bei herkömmlichen Mikroskopen ein Zielkonflikt.However, at least in terms of resolution and depth of field, there is a conflict of objectives with conventional microscopes.
Aus der
Digitale Bildaufnahmeeinrichtungen leisten diese Bildfusion nicht und nutzen nur die Aufnahme eines Bildes mit fester Apertur. Sie erfassen meist genau ein Bild, basierend auf einer Strahlgeometrie und der damit festgelegten Auflösung und Schärfentiefe. Die Schärfenbereiche von Aufnahmen derartiger digitaler Bildaufnahmeeinrichtungen, also die Bereiche, in denen ein entsprechendes Objekt scharf abgebildet wird, sind daher deutlich enger begrenzt. Im Vergleich zu einem visuellen stereoskopischen Bildeindruck durch ein Stereomikroskop ist dies nicht zufriedenstellend. Durch die Eigenschaft des menschlichen Auges, auf bis zu ±5 Dioptrien zu akkommodieren, entsteht bei digitalen Bildaufnahmen gegenüber visuellen Betrachtungen ferner ein multiplikatorischer Nachteil.Digital imaging devices do not perform this image fusion and use only the capture of a fixed aperture image. They usually capture exactly one image, based on a beam geometry and the resolution and depth of field defined with it. The focus areas of images of such digital image recording devices, ie the areas in which a corresponding object is sharply imaged, are therefore much narrower. This is not satisfactory compared to a visual stereoscopic image impression by a stereomicroscope. The ability of the human eye to accommodate up to ± 5 dioptres also results in a multiplicatory drawback in digital imaging over visual considerations.
Der Stand der Technik bei konventionellen Weitfeld-Mikroskopen (ohne Stereostrahlengänge) adressiert diese Probleme durch sogenanntes z-Stacking, wobei die Fokuslage des Mikroskops während der Aufnahme einer Bildsequenz schrittweise verschoben wird. Dies erfordert aber entweder das Bewegen des Objekttisches mit dem Objekt oder das Bewegen des Mikroskops gegenüber dem Objekt. In jedem Fall muss eine erhebliche Masse bewegt werden (Mikroskop am z-Trieb oder Probentisch), was den Ablauf apparativ wie zeitlich aufwändig macht. Der zeitliche Aufwand wiederum verhindert die Umsetzung als Livebild, was insbesondere bei einer Bewegung des Benutzers in x-, y- und z-Richtung sowie bei der Beobachtung lebender Zellen nachteilig ist.The state of the art in conventional wide field microscopes (without stereo ray paths) addresses these problems by so-called z-stacking, wherein the focus position of the microscope during the recording of a picture sequence is gradually shifted. However, this requires either moving the object table with the object or moving the microscope relative to the object. In any case, a considerable mass must be moved (microscope on the z-drive or sample stage), which makes the process expensive in terms of both time and equipment. The time required in turn prevents the implementation as a live image, which is particularly disadvantageous in a movement of the user in the x-, y- and z-direction as well as in the observation of living cells.
Außerdem verändert sich bei (normalerweise) nicht telezentrischen Aufnahmebedingungen der Abbildungsmaßstab des Objekts bei Veränderung der Fokuslage. Die durch z-Stacking aufgenommenen Bilder überlagern sich daher aufgrund der Variation des Abbildungsmaßstabs nicht exakt und müssen durch Korrelation oder Dehnung bzw. Stauchung einander angepasst werden. Dieser Vorgang beinhaltet Unsicherheiten und Fehlermöglichkeiten für das zusammenzufügende Bild. In addition, with (normally) non-telecentric recording conditions, the magnification of the object changes as the focal position changes. The images taken by z-stacking therefore do not overlap exactly due to the variation of the image scale and must be adapted to each other by correlation or stretching or compression. This process involves uncertainties and possibilities of error for the picture to be merged.
Insbesondere im Hinblick auf den derzeit zu beobachtenden starken Trend zur Digitalmikroskopie ist es Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Bilderfassung zu ermöglichen.In particular, in view of the currently observed strong trend towards digital microscopy, the object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned and to enable improved image acquisition.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Mikroskopsystem, das Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen sowie eine digitale Bilderfassungseinheit aufweist, mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the invention proposes a microscope system which has means for providing microscopic images at different numerical apertures as well as a digital image acquisition unit with the features of
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung betrifft das Aufnehmen und Zusammenführen von mikroskopischen Bildern mit unterschiedlicher Auflösung und Schärfentiefe, die bei unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellt werden. Die Erfindung ermöglicht sowohl eine Erkennung feinster Strukturen als auch eine topographische Beschreibung eines Objekts mit größtmöglicher Qualität und geringem Aufwand.The invention relates to recording and merging of microscopic images of different resolution and depth of field provided at different numerical apertures. The invention enables both a recognition of the finest structures and a topographical description of an object with the greatest possible quality and little effort.
Die Erfindung sieht insgesamt ein Mikroskopsystem vor, das Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen sowie eine digitale Bilderfassungseinheit aufweist. Das Mikroskopsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Bilderfassungseinheit dazu eingerichtet ist, zumindest zwei mikroskopische Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen in Form digitaler Einzelbilder zu erfassen und einander entsprechende Bildbereiche der digitalen Einzelbilder hinsichtlich ihrer Bildschärfe miteinander zu vergleichen. Jeweils die Bildbereiche mit der höchsten Bildschärfe werden zu dem digitalen Ergebnisbild zusammengesetzt. Dieses weist aufgrund der erfindungsgemäßen Erstellung in einer größeren Anzahl von Bildbereichen eine höhere Bildschärfe auf als jedes der digitalen Einzelbilder, aus dem die Bildbereiche ausgewählt wurden. Es besitzt damit auch eine höhere Gesamtschärfe als die digitalen Einzelbilder und vereinigt vorteilhafterweise die schärfsten Bereiche der digitalen Einzelbilder.The invention as a whole provides a microscope system which has means for providing microscopic images at different numerical apertures as well as a digital image acquisition unit. The microscope system is characterized in that the image acquisition unit is set up to capture at least two microscopic images at different numerical apertures in the form of digital single images and to compare corresponding image regions of the digital individual images with regard to their image sharpness. In each case, the image areas with the highest image sharpness are combined to form the digital result image. Due to the creation according to the invention, this has a higher image sharpness in a larger number of image areas than any of the digital individual images from which the image areas were selected. It thus also has a higher overall sharpness than the digital frames and advantageously combines the sharpest areas of the digital frames.
Wie bereits angesprochen, kann es sich bei den „Mitteln zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen“ beispielsweise um einen oder mehrere optische Kanäle, beispielsweise Stereokanäle eines Stereomikroskops, handeln, in denen jeweils mittels geeigneter Aperturblenden die numerische Apertur variabel einstellbar ist. Auch Mikroskope, die zwei oder mehrere getrennte optische Kanäle mit einer jeweils starren Aperturblende oder ohne Aperturblenden, aber mit unterschiedlichen numerischen Aperturen, aufweisen, besitzen demgemäß Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen.As already mentioned, the "means for providing microscopic images at different numerical apertures" can be, for example, one or more optical channels, for example stereo channels of a stereomicroscope, in each of which the numerical aperture can be variably adjusted by means of suitable aperture stops. Microscopes which have two or more separate optical channels with a respective rigid aperture stop or without aperture stops, but with different numerical apertures, accordingly have means for providing microscopic images at different numerical apertures.
Im Gegensatz zu bekannten Mikroskopsystemen können mittels der vorliegenden Erfindung verbesserte Ergebnisbilder erzeugt werden, deren Informationsgehalt beträchtlich über jenen von reinen (Einzelbild-)Sequenzen hinausgeht, und die dennoch mit verringertem Aufwand erhalten werden können. Im Gegensatz zu den vorstehend erläuterten Mikroskopsystemen des Standes der Technik eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere auch zum Einsatz in „einkanaligen“ Mikroskopen, bzw. für die Bilderfassung über nur einen Kanal eines Stereomikroskops, wenn hier jeweils zumindest eine einstellbare Aperturblende vorgesehen ist. Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich daher mit vergleichsweise geringem apparativem Aufwand hochqualitative Ergebnisbilder erzeugen. In contrast to known microscope systems, improved results images can be generated by means of the present invention, the information content of which exceeds considerably that of pure (single-frame) sequences, and yet can be obtained with reduced effort. In contrast to the above-described microscope systems of the prior art, the present invention is particularly suitable for use in "single-channel" microscopes, or for image acquisition via only one channel of a stereomicroscope, if in each case at least one adjustable aperture diaphragm is provided here. With the present invention, it is therefore possible to produce high-quality result images with comparatively little expenditure on apparatus.
Insbesondere gegenüber dem aus der Mikroskopie bekannten und eingangs erläuterten z-Stacking müssen im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine nennenswerten Massen bewegt werden. Die Erfindung sieht im ungünstigsten Fall allenfalls die Verstellung einer Aperturblende zwischen der Aufnahme unterschiedlicher digitaler Einzelbilder vor. Ist eine zweikanalige Aufnahme – mit unterschiedlichen numerischen Aperturen in den einzelnen Kanälen – möglich, ist auch dies nicht notwendig, so dass in diesem Fall überhaupt keine Teile des Mikroskops bewegt werden müssen. In particular, with respect to the known from microscopy and initially explained z-stacking no significant masses must be moved in the context of the present invention. The invention provides in the worst case at best, the adjustment of an aperture between the recording of different digital frames before. If a two-channel recording - with different numerical apertures in the individual channels - is possible, this is not necessary, so that in this case no parts of the microscope have to be moved at all.
Die „zumindest zwei mikroskopischen Bilder“, die mit einer verstellbaren Aperturblende erhalten und mittels der digitalen Bilderfassungseinheit in Form der entsprechenden digitalen Einzelbilder erfasst werden, können auch als „Blendenserie“ bezeichnet werden. Eine sinnvolle Anzahl für die „zumindest zwei“ digitalen Einzelbilder richtet sich nach den jeweils eingestellten Mikroskopparametern, beispielsweise der verwendeten Vergrößerung, die wiederum die Schärfentiefe definiert. Beispielsweise können zwei, vier, sechs, acht, zehn, 15 oder 20 Einzelbilder aufgenommen werden. Ein weiterer Parameter, der die Anzahl der aufzunehmenden digitalen Einzelbilder bestimmt, ist hier die Anzahl der einstellbaren Blendenöffnungen, d.h. der Positionen einer Stelleinrichtung einer entsprechenden Aperturblende und die hierdurch bewirkbaren Blendenöffnungen. The "at least two microscopic images", with an adjustable aperture diaphragm obtained and detected by means of the digital image capture unit in the form of the corresponding digital frames, can also be referred to as "aperture series". A reasonable number for the "at least two" digital frames depends on the particular set microscope parameters, such as the magnification used, which in turn defines the depth of field. For example, two, four, six, eight, ten, fifteen, or twenty frames can be shot. Another parameter which determines the number of digital single images to be recorded is here the number of adjustable apertures, ie the positions of a setting device of a corresponding aperture stop and the apertures which can be effected thereby.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, wenigstens zwei Einzelbilder, die bei unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellt werden, digital aufzunehmen und zu einem digitalen Ergebnisbild zusammenzufügen. Die digitale Bildaufnahme erfolgt beispielsweise mit dem CCD-Chip einer Kamera oder einem Zeilensensor. Die Erfindung kann auch beispielsweise umfassen, digitale Einzelbilder mehrfach bei einer Blendenstellung oder mehrfach in einem Kanal mit fester numerischer Apertur aufzunehmen. Hierdurch kann beispielsweise eine Auflösungsverbesserung erzielt werden, weil Rauscheffekte des verwendeten Bildsensors verringert werden. Zumindest zwei der Einzelbilder werden jedoch bei unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellt, so dass sich, wie unten unter Bezugnahme auf die beigefügte
Die Erfindung bietet auch insbesondere Vorteile gegenüber dem aus der Fotografie bekannten HDR-Verfahren (High Dynamic Range), bei dem mehrere Aufnahmen zu einem „Super-Bild“ mit erhöhtem Helligkeits- und Kontrastumfang zusammengefügt werden. HDR-Verfahren betreffen jedoch nur die lokale Bildbelichtung, nicht die Bildschärfe. Gleichwohl können auch HDR-Verfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wodurch zusätzliche Bildinformationen erhalten werden können.The invention also offers particular advantages over the known from the photography HDR method (High Dynamic Range), in which several shots are combined to form a "super-picture" with increased brightness and contrast range. However, HDR methods only affect the local image exposure, not the image sharpness. However, HDR methods can also be used within the scope of the present invention, whereby additional image information can be obtained.
In der Fotografie wird mit der Wahl der Blende die Schärfentiefe lediglich als bildgestaltendes Mittel eingesetzt. Die optischen Verhältnisse in der Mikroskopie sind jedoch von jenen der Fotografie grundlegend verschieden, da die Schärfe in der Fotografie nicht durch die Beugung begrenzt wird. Ein Schließen der Blende in der Fotografie bedeutet daher keine Abnahme der Auflösung in der Fokusebene, wie es in der Mikroskopie zu beobachten ist. In der Fotografie wird vielmehr bei quasi gleichbleibender Auflösung in der Fokusebene eine Zunahme in der Schärfentiefe erzielt. In der Fotografie stellt sich daher nicht das Problem einer verringerten Auflösung. Daher ist es in der Fotografie zur Erzielung einer maximalen Auflösung und Schärfentiefe lediglich erforderlich, eine Blende entsprechend weit zu schließen. Fotografische und mikroskopische Strahlengänge sowie Bildaufnahme- und Bildverarbeitungsmöglichkeiten sind grundlegend unterschiedlich und unterliegen unterschiedlichen physikalischen Gesetzen, Grenzen und Anforderungen.In photography, with the choice of aperture, the depth of field is merely used as a pictorial formative. However, the optical conditions in microscopy are fundamentally different from those of photography because the sharpness in photography is not limited by the diffraction. Therefore, closing the aperture in the photograph does not mean a decrease in the resolution in the focal plane, as can be observed in microscopy. In photography, an increase in the depth of field is rather achieved with quasi-constant resolution in the focal plane. Therefore, photography does not pose the problem of reduced resolution. Therefore, in photography, for maximum resolution and depth of field, it is only necessary to close an aperture accordingly. Photographic and microscopic beam paths as well as image acquisition and image processing options are fundamentally different and subject to different physical laws, limits and requirements.
Das Erstellen des Ergebnisbilds des Mikroskops umfasst, wie erwähnt, die unterschiedlichen Bildbereiche, die zum Zusammensetzen des Ergebnisbilds verwendet werden, auf Grundlage eines Vergleichs ihrer Bildschärfe auszuwählen. Hierzu können beispielsweise jeweils lokale Kontrastwerte oder andere, die Bildschärfe kennzeichnende Werte eingesetzt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise auch um eine numerische Kennzahl (Score) handeln, die einen Bildkontrast oder eine Bildschärfe in einem Bildbereich eines digitalen Einzelbilds angibt. Da ein Vergleich zwischen den digitalen Einzelbildern vorgenommen wird, kann diese Kennzahl auch als Prozentwert oder relativer Wert (beispielsweise bezogen auf das erste entsprechend untersuchte digitale Einzelbild oder jenes mit der höchsten Bildschärfe) ausgedrückt werden. Das erfindungsgemäße Mikroskopsystem kann damit sehr rasch mittels bekannter Bildverarbeitungsalgorithmen arbeiten, die beispielsweise in der Bilderfassungseinrichtung selbst und/oder in einem diese ansteuernden Steuerrechner implementiert sein können.The creation of the result image of the microscope includes, as mentioned, selecting the different image areas used for composing the result image on the basis of a comparison of their image sharpness. For example, local contrast values or other values characterizing the image sharpness can be used for this purpose. This may, for example, also be a numerical index (score) that indicates an image contrast or a sharpness in an image region of a digital single image. Since a comparison is made between the digital frames, this score can also be expressed as a percentage or relative value (for example, relative to the first correspondingly examined digital frame or the one with the highest image sharpness). The microscope system according to the invention can thus work very rapidly by means of known image processing algorithms, which can be implemented, for example, in the image capture device itself and / or in a control computer that controls it.
Der genannte Vergleich kann durch weitere Verfahrensschritte ergänzt werden. So können die digitalen Einzelbilder mittels einer hierzu entsprechend eingerichteten Bilderfassungseinheit auch mittels geeigneter Bildauswerteverfahren untersucht werden, wobei für die Bildbereiche oder das gesamte Einzelbild jeweils entsprechende Werte bestimmt werden, die die Bildschärfe kennzeichnen. Übersteigen diese beispielsweise einen minimalen Vorgabewert oder erreichen diese ein auf einem Anzeigesystem darstellbares Maß, wird sinnvollerweise kein Vergleich mehr vorgenommen. Hierdurch kann im Sinne einer dynamischen Bildanzeige Verarbeitungszeit eingespart werden.The mentioned comparison can be supplemented by further method steps. Thus, the digital individual images can also be examined by means of a suitable image acquisition unit by means of suitable image evaluation methods, corresponding values being determined for the image regions or the entire individual image which characterize the image sharpness. If these exceed, for example, a minimum default value or if they reach a level that can be displayed on a display system, then it is no longer sensible to make a comparison. As a result, processing time can be saved in the sense of a dynamic image display.
Besonders schnell kann ein entsprechendes Mikroskopsystem arbeiten, wenn die Bilderfassungseinheit dafür eingerichtet ist, die einander entsprechenden Bildbereiche auf Grundlage einer vorgegebenen Lage in den zumindest zwei digital erfassten Einzelbildern festgelegt werden. Beispielsweise kann jedes der digitalen Einzelbilder in identischer Weise in beliebige Pixelblöcke, beispielsweise mit 5 × 5, 10 × 10, 50 × 50 oder 100 × 100 Pixeln (oder entsprechende nichtquadratische Pixelblöcke) unterteilt werden. Jeder Pixelblock entspricht einem Bildbereich und kann mit einem entsprechenden Bildbereich eines anderen Einzelbilds verglichen werden. Eine Vorgabe kann beispielsweise auch in Form von Bildkoordinaten und/oder Pixelbereichen erfolgen. Zum Vergleich muss daher vorab keine Bildauswertung vorgenommen werden, entsprechende Vergleiche können daher sehr schnell ablaufen.A corresponding microscope system can work particularly quickly if the image acquisition unit is set up to define the corresponding image regions on the basis of a predetermined position in the at least two digitally captured individual images. For example, each of the digital frames may be identically divided into arbitrary blocks of pixels, for example, 5x5, 10x10, 50x50, or 100x100 pixels (or corresponding non-square blocks of pixels). Each pixel block corresponds to one image area and can be compared to a corresponding image area of another frame. A predefinition can also take place, for example, in the form of image coordinates and / or pixel regions. For comparison, therefore, no image evaluation must be made beforehand, and corresponding comparisons can therefore be very fast.
Es kann auch vorteilhaft sein, die Einzelbilder in einer hierzu entsprechend eingerichteten Bilderfassungseinheit einer Bildinhaltserkennung zu unterwerfen und auf dieser Grundlage die einander entsprechende Bildbereiche zu ermitteln. Beispielsweise kann bei der Untersuchung von dreidimensionalen Strukturen vor einem flachen Hintergrund, etwa eines digitalen Bauteils oder einer biologischen Struktur, eine Bildinhaltserkennung vorgenommen werden, mittels derer das digitale Bauteil oder die biologische Struktur als Bildbereich erkannt wird. Dies entspricht einer bekannten Bildsegmentierung. In für den jeweiligen Untersuchungszweck „uninteressanten“ Bereichen, beispielsweise dem flachen Hintergrund, wird kein Vergleich vorgenommen, was weitere Bearbeitungszeit einspart. Selbstverständlich können auch entsprechend erkannte Bildinhalte wie oben erläutert in Form von Pixelblöcken untersucht werden.It may also be advantageous to subject the individual images to image content recognition in a correspondingly configured image acquisition unit and to determine the corresponding image regions on this basis. For example, in the investigation of three-dimensional structures against a flat background, such as a digital component or a biological structure, an image content detection can be performed, by means of which the digital component or the biological structure is recognized as an image area. This corresponds to a known image segmentation. In areas that are "uninteresting" for the respective examination purpose, for example the flat background, no comparison is made, which saves further processing time. Of course, correspondingly recognized image contents as explained above can also be examined in the form of pixel blocks.
Das Zusammenführen von zwei oder mehr Einzelbildern, die bei unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellt wurden, zu einem neuen digitalen Ergebnisbild mit optimierter lokaler Schärfe erfolgt damit durch elektronische Bildverarbeitung. Beispielsweise kann der Bildbereich der Einzelbilder insgesamt abgerastert werden und für jeweils kleine lokale Bereiche das bestaufgelöste Bildelement bestimmt und dessen Bildinformation in das Ergebnisbild übernommen werden.Merging two or more frames provided at different numerical apertures into a new digital result image with optimized local sharpness is accomplished by electronic image processing. For example, the image area of the individual images can be scanned in total, and the best-resolved pixel can be determined for each small local area and its image information can be transferred to the resulting image.
Werden, wie oben angegeben, Pixelblöcke in Form eines Rasters definiert, kann deren jeweilige Größe, d.h. die Größe der einander entsprechenden Bildbereiche, von unterschiedlichen Faktoren abhängig gemacht werden, die sowohl das Bild selbst als auch die Leistungsparameter der verwendeten Bildaufnahmeeinrichtung, des Bussystems, des anzeigenden Monitors und/oder eines auswertenden Steuerrechners betreffen. Eine individuelle Vorauswahl durch einen Benutzer und/oder auf Grundlage einer zu erwartenden Auflösung kann jeweils möglich sein. Die Bereitstellung des digitalen Ergebnisbilds kann beispielsweise an die Anzeige auf einer digitalen Bildanzeigeeinheit angepasst werden, wobei die Größe der jeweiligen Bildbereiche so gewählt wird, dass die anzeigbare Auflösung der Bildanzeigeeinheit nicht überschritten und damit unnötige Rechenleistung verbraucht wird. Entsprechende Limitationen können jedoch auch bereits bei der Aufnahme der digitalen Einzelbilder und deren Auflösung berücksichtigt werden.If, as stated above, pixel blocks are defined in the form of a grid, their respective size, i. the size of the corresponding image areas are made dependent on different factors, which relate both to the image itself and the performance parameters of the imaging device used, the bus system, the displaying monitor and / or an evaluating control computer. An individual preselection by a user and / or on the basis of an expected resolution may be possible in each case. The provision of the digital result image can be adapted, for example, to the display on a digital image display unit, wherein the size of the respective image regions is selected so that the displayable resolution of the image display unit is not exceeded and thus unnecessary computing power is consumed. Corresponding limitations, however, can also be taken into account when taking the digital single images and their resolution.
Die Anpassung der entsprechenden Rasterweite richtet sich im Wesentlichen nach der Objekttextur und dessen Topografie: Bei starken Topografien und Kanten kann eine kleinere Rasterweite und bei schwachen Texturen oder Bildrauschen eine größere Rasterweite verwendet werden. Auch dies ist von der erläuterten Verwendung einer Bildinhaltserkennung umfasst, die zum Ermitteln der einander entsprechenden Bildbereiche der digitalen Einzelbilder einbezogen wird. Eine derartige Rasterweite kann daher auch uneinheitlich über das Bildfeld der digitalen Einzelbilder (jedoch in allen digitalen Einzelbildern identisch) angewandt werden. Bei dem Zusammensetzen der Bildbereiche der Einzelbilder können jeweils die Ränder der erhaltenen Rasterkanten durch Interpolation angepasst werden, so dass ein homogener Übergang entsteht. The adjustment of the corresponding raster width depends essentially on the object texture and its topography: For strong topographies and edges, a smaller raster width and for weak textures or image noise a larger raster width can be used. This too is covered by the explained use of an image content recognition, which is included for determining the mutually corresponding image areas of the digital individual images. Such a raster width can therefore also be applied unevenly across the image field of the digital individual images (but identical in all digital individual images). When composing the image areas of the individual images, the edges of the raster edges obtained can each be adapted by interpolation, so that a homogeneous transition results.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere, in dem erhaltenen Ergebnisbild eine gravierende Schärfensteigerung zu erzielen, ohne dabei, wie bei anderen digitalen Nachbearbeitungen, Annahmen über das Objekt treffen zu müssen und hierdurch der Gefahr von Artefakten zu unterliegen (z.B. bei einer bekannten Kantenschärfung). Da das erhaltene Bild lediglich aus einer Synthese generischer Aufnahmen (möglicherweise sogar aus demselben Kanal) besteht, ist den mittels des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems erhaltenen Ergebnisbildern ein uneingeschränkter „Wahrheitsgehalt“ mit allenfalls minimalen Artefakten zuzusprechen.In particular, the invention makes it possible to achieve a significant increase in sharpness in the resulting image without having to make assumptions about the object, as in other digital reproductions, and thereby to be at risk of artifacts (e.g., in known edge sharpening). Since the image obtained merely consists of a synthesis of generic recordings (possibly even of the same channel), the result images obtained by means of the microscope system according to the invention are to be accorded an unrestricted "truth content" with at most minimal artifacts.
Das Ermitteln des Schärfewerts bzw. einer die Bildschärfe kennzeichnenden Größe kann beispielsweise umfassen, mittels eines kontrastbasierten Verfahrens jeweils einen Schärfe- oder Auflösungswert zu bestimmen. Sind Informationen über Bildinhalte verfügbar, kann auch nur ein Teil des Bilds, der von Interesse ist, einem entsprechenden Verfahren unterworfen werden.The determination of the sharpness value or of a variable characterizing the image sharpness may include, for example, determining a sharpness or resolution value by means of a contrast-based method. If information about image content is available, only a portion of the image of interest may be subjected to a similar process.
Besonders vorteilhaft kann sein, bei der Aufnahme der wenigstens zwei Einzelbilder zusätzlich eine Fokuseinstellung eines Hauptobjektivs des Mikroskopsystems zu verändern. Das erfindungsgemäße Mikroskopsystem eignet sich also auch in Kombination mit einem herkömmlichen z-Stacking-Verfahren. Hierbei kann ein Bild pro z-Ebene aufgenommen werden, besonders vorteilhaft ist jedoch, die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen jeweils in unterschiedlichen z-Ebenen durchzuführen, so dass jeweils schärfeoptimierte Ergebnisbilder bei den unterschiedlichen z-Ebenen erhalten werden. Diese können ihrerseits zu einem weiteren schärfeoptimierten Bild verrechnet werden. Hierdurch ergibt sich eine nochmalige Verbesserung gegenüber bekannten z-Stacking-Verfahren, weil die jeweils maximal erzielbare Auflösung (bei geöffneter Aperturblende) erhalten bleibt.It may be particularly advantageous to additionally change a focus setting of a main objective of the microscope system when recording the at least two individual images. The microscope system according to the invention is therefore also suitable in combination with a conventional z-stacking method. In this case, one image per z-plane can be recorded, however, it is particularly advantageous to carry out the measures proposed according to the invention in different z-planes, so that in each case sharpness-optimized result images are obtained at the different z-planes. These can in turn be charged to another sharpness-optimized image. This results in a further improvement over known z-stacking method, because the maximum achievable resolution (with open aperture) is maintained.
Die Mittel zur Bereitstellung der mikroskopischen Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen können beispielsweise als getrennte Stereokanäle in Stereomikroskopen ausgebildet sein. Hierbei können in den beiden Stereokanälen jeweils mittels eines Erfassungsmoduls der Bilderfassungseinheit mehrere digitale Einzelbilder des Objekts bei den unterschiedlichen numerischen Aperturen aufgenommen werden, indem jeweils eine variable Aperturblende verstellt wird. Für jeden Stereokanal werden damit entsprechend verbesserte Teilbilder erhalten. Mit anderen Worten kann aus den Einzelbildern – jedoch für die beiden Stereokanäle getrennt – jeweils ein digitales Ergebnisbild erstellt werden. Dies ermöglicht es, auch stereoskopische Bilder, die sich beispielsweise zur Betrachtung mittels einer stereoskopischen Betrachtungseinheit eignen, entsprechend zu verbessern. The means for providing the microscopic images at different numerical apertures may be formed for example as separate stereo channels in stereomicroscopes. In this case, in the two stereo channels, in each case a plurality of digital individual images of the object can be recorded at the different numerical apertures by means of a detection module of the image acquisition unit, in each case by adjusting a variable aperture diaphragm. Correspondingly improved partial images are thus obtained for each stereo channel. In other words, a digital result image can be created from the individual images, but separated for the two stereo channels. This also makes it possible to correspondingly improve stereoscopic images which are suitable, for example, for viewing by means of a stereoscopic viewing unit.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, ein eingangs erläutertes „asymmetrisches“ Stereomikroskop mit zwei Stereokanälen mit unterschiedlichen numerischen Aperturen zu verwenden. Jeweils ein Einzelbild eines Stereokanals kann hier mit einem Einzelbild des jeweils anderen Stereokanals kombiniert werden. Die Erfassung der Bilder in den Stereokanälen kann dabei gleichzeitig erfolgen.However, it may also be provided to use an "asymmetric" stereomicroscope explained above with two stereo channels with different numerical apertures. One frame of a stereo channel can be combined with one frame of the other stereo channel. The capture of the images in the stereo channels can be done simultaneously.
Damit können vollständig getrennte Abbildungssysteme als Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen verwendet werden, welche denselben Objektbereich (möglicherweise unter unterschiedlichen perspektivischen Winkeln) erfassen. Als typische Einsatzformen für derartige parallele Bildaufnahmen bieten sich dementsprechend Mikroskopsysteme vom Teleskop- oder Greenough-Typ (also Stereomikroskope) an.Thus, completely separate imaging systems can be used as means for providing microscopic images at different numerical apertures that capture the same object area (possibly at different perspective angles). Microscope systems of the telescope or Greenough type (ie stereomicroscopes) are accordingly suitable as typical application forms for such parallel image recordings.
In einem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem können also die wenigstens zwei bei den unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellten mikroskopischen Einzelbilder gleichzeitig in Form der zwei digitalen Einzelbilder aufgenommen werden, wobei wenigstens zwei Aufnahmekanäle verwendet werden. Hierbei kann jedem der beiden Kanäle ein Bilderfassungsmodul der Bilderfassungseinheit, beispielsweise ein Chip in jeweils einem Chipgehäuse, zugeordnet sein. Anstelle der Verwendung zweier vollständig getrennter Abbildungssysteme kann ein Abbildungsstrahlengang jedoch auch in mehrere Kanäle geteilt werden, welche auf unterschiedliche Bilderfassungsmodule geführt werden.In a microscope system according to the invention, therefore, the at least two microscopic individual images provided at the different numerical apertures can be recorded simultaneously in the form of the two digital individual images, wherein at least two acquisition channels are used. In this case, each of the two channels can be assigned an image acquisition module of the image acquisition unit, for example a chip in each case a chip housing. However, instead of using two completely separate imaging systems, an imaging beam path can also be divided into multiple channels which are fed to different imaging modules.
Bei einer gleichzeitigen Bildaufnahme können insbesondere auch bewegte Objekte mit hoher Dynamik aufgenommen werden, was jedoch apparativ aufwendiger als eine sequentielle Aufnahme ist, bei der die wenigstens zwei bei den unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellten Einzelbilder nacheinander aufgenommen werden. Bei einer sequentiellen Aufnahme wird vorteilhafterweise eine Blendenöffnung zwischen den wenigstens zwei Aufnahmen verstellt. Dies kann vollständig automatisch erfolgen, beispielsweise mittels Steuersignalen einer entsprechenden Steuereinheit, beispielsweise eines Steuerrechners. In the case of a simultaneous image recording, in particular also moving objects with high dynamics can be recorded, which, however, is more complex in terms of apparatus than a sequential recording in which the at least two individual images provided at the different numerical apertures are recorded one after the other. In a sequential recording, advantageously, an aperture is adjusted between the at least two shots. This can be done completely automatically, for example by means of control signals of a corresponding control unit, for example a control computer.
Die verwendbare Aperturblende kann beispielsweise als Irisblende oder als elektronisch steuerbares LCD-Transmissionselement ausgebildet sein.The usable aperture diaphragm can be designed, for example, as an iris diaphragm or as an electronically controllable LCD transmission element.
Vorteilhafterweise ist in einem Mikroskopsystem gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Steuereinrichtung vorgesehen, mittels derer die Bilderfassungseinheit derart ansteuerbar ist, dass diese wenigstens zwei digitale Einzelbilder, die bei jeweils unterschiedlichen numerischen Aperturen bereitgestellt werden, aufnimmt. Beispielsweise kann eine derartige Steuereinrichtung auch zur Verstellung einer verstellbaren Aperturblende eingerichtet sein.Advantageously, in a microscope system according to a particularly preferred embodiment of the invention, a control device is provided, by means of which the image acquisition unit can be controlled in such a way that it receives at least two digital individual images which are provided at respectively different numerical apertures. For example, such a control device can also be set up to adjust an adjustable aperture diaphragm.
Vorteilhafterweise ist mittels der Steuereinrichtung jeweils eine Anzahl aufzunehmender digitaler Einzelbilder und, falls vorgesehen, wenigstens ein Verstellbetrag für die Aperturblende vorgebbar. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Bildaufnahmeeinheit derart anzusteuern, dass alternierend eine Aufnahme der digitalen Einzelbilder und eine Verstellung der Aperturblende um den Verstellbetrag durchführbar ist. Eine entsprechende Steuereinheit kann auch dazu ausgebildet sein, die Belichtungszeit oder den Gain (Verstärkungsfaktor) der digitalen Bilderfassungseinheit der jeweils gewählten Aperturveränderung anzupassen, so dass eine gleiche Helligkeit des aufgenommen Bildes bei den unterschiedlichen numerischen Aperturen gewährleistet ist.Advantageously, by means of the control device, in each case a number of digital single images to be recorded and, if provided, at least one adjustment amount for the aperture stop can be predetermined. Furthermore, the control device is set up to control the image acquisition unit in such a way that a recording of the digital individual images and an adjustment of the aperture diaphragm by the adjustment amount can be carried out alternately. A corresponding control unit can also be designed to adapt the exposure time or the gain of the digital image acquisition unit to the respectively selected aperture change, so that an equal brightness of the recorded image is ensured at the different numerical apertures.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Mikroskopsystem, wie erwähnt, als Stereomikroskop mit wenigstens zwei Stereokanälen ausgebildet, wobei jedem der Stereokanäle ein Erfassungsmodul der Bilderfassungseinheit zugeordnet ist.In particular, the microscope system according to the invention, as mentioned, is designed as a stereomicroscope with at least two stereo channels, wherein each of the stereo channels is associated with a detection module of the image acquisition unit.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulicht und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated by means of embodiments in the drawing over the prior art and will be described in detail with reference to the drawings.
Figurenbeschreibungfigure description
In den Figuren tragen einander entsprechende Elemente identische Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.In the figures, corresponding elements carry identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Bilderfassung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise über einen oder beide Stereokanäle eines Stereomikroskops vom Teleskoptyp erfolgen. Die Komponenten eines derartigen Stereomikroskops mit den gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zusätzlich vorgesehenen Elementen sind in
Entsprechende Stereomikroskope weisen beispielsweise ein gemeinsames Hauptobjektiv
Die Erfindung ist jedoch auch mit besonderem Vorteil bei Stereomikroskopen einsetzbar, bei denen eines oder mehrere Elemente der beiden Stereokanäle L und R unterschiedlich zueinander ausgebildet sind, wie beispielsweise in der
Ein entsprechendes Stereomikroskop kann daher als Mittel zur Bereitstellung mikroskopischer Bilder bei unterschiedlichen numerischen Aperturen zwei identisch ausgebildete Stereokanäle L und R mit einer individuell oder gemeinsam verstellbaren Aperturblende (s.u.) oder zwei zumindest hinsichtlich der numerischen Apertur unterschiedlich ausgebildete Stereokanäle L und R umfassen.A corresponding stereomicroscope can therefore comprise, as a means for providing microscopic images at different numerical apertures, two identically formed stereo channels L and R with an individually or jointly adjustable aperture diaphragm (s.u.) or two stereo channels L and R designed differently at least with respect to the numerical aperture.
Die Strahlengänge der Stereokanäle L, R sind in der
Dem Hauptobjektiv
Die jeweils erste optische Gruppe
Zumindest eine der optischen Gruppen
Bildseitig der ersten optischen Gruppe
Weiter bildseitig ist jeweils eine dritte optische Gruppe
Das Zoomsystem
Zwischen der zweiten optischen Gruppe
Wie erwähnt, können die Blendenöffnungen in beiden Stereokanälen L, R jedoch auch festgelegt sein und einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.However, as mentioned, the apertures in both stereo channels L, R may also be fixed and have a different diameter.
Im dargestellten Beispiel sind die Aperturblenden
Bildseitig des Zoomsystems
Im dargestellten Beispiel wird der für die Bilderfassungseinheit
Der ausgekoppelte Anteil
Es sei betont, dass die Darstellung hier stark schematisiert ist. Würde die dargestellte Anordnung direkt umgesetzt, ergäbe sich ggf. ein Problem im Stereobetrieb, d.h. wenn beide Shutter
Über einen Umlenkspiegel
Der Auskoppeleinheit
Der Tubus
Ein entsprechendes Stereomikroskop kann für eine rein digitaloptische Erfassung eines Objekts
Optional können in bekannter Weise weitere Baugruppen in den Strahlengang eingebracht sein, beispielsweise Vorsatzlinsen, Filter, Polarisatoren, Auflichtbeleuchtungseinheiten und/oder Strahlteilersysteme.Optionally, further modules can be introduced into the beam path in a known manner, for example additional lenses, filters, polarizers, incident-light illumination units and / or beam splitter systems.
Die stereoskopischen Kanäle L und R sind hier parallel zu der Mittelachse M angeordnet. Der Abstand B zwischen den optischen Achsen der stereoskopischen Kanäle L und R wird als Stereobasis bezeichnet. Die Stereobasis B definiert den Winkel W, unter dem jeder stereoskopische Kanal auf das Objekt blickt. Ein Durchmesser eines Strahlenbündels ist mit
Die Erfindung ist weder auf Stereomikroskope mit unterschiedlich ausgebildeten oder mittels Aperturblenden
Die optischen Randstrahlen schließen aufgrund der Apertureinstellung mittels der Aperturblende
Der Strahlengang umfasst das Hauptobjektiv
Zwischen der Linse bzw. optischen Gruppe
Die Blendenstellungen A und B entsprechen im vorliegenden Beispiel den Schritten, zu deren Durchführung ein erfindungsgemäßes Mikroskopsystem eingerichtet sein kann. Zu einem ersten Zeitpunkt (entsprechend Blendenstellung A, d.h. bei einer höheren numerischen Apertur aber bei einer geringeren Schärfentiefe) erfolgt dabei eine erste digitale Bilderfassung mittels der Bilderfassungseinheit
In
Exemplarisch sind Auflösungskurven für numerische Aperturen nA von 0,1, 0,05 und 0,025 dargestellt, wie sie beispielsweise für Stereomikroskope typisch sind. Wie bereits eingangs erwähnt, erreicht die Auflösung bei hoher numerischer Apertur ein Maximum, hier von 300 Linienpaaren pro Millimeter bei einer numerischen Apertur nA von 0,1. Diese maximale Auflösung nimmt jedoch mit zunehmendem Abstand zur Ebene 0, der Schärfenebene, rapide ab. Bereits bei einem Abstand 0,1 mm beträgt die Auflösung nur mehr etwa ein Sechstel. Dies entspricht der eingangs erläuterten geringen Schärfentiefe bei hoher numerischer Apertur.As an example, resolution curves for numerical apertures nA of 0.1, 0.05 and 0.025 are shown, as are typical for stereomicroscopes, for example. As already mentioned, the resolution achieves a maximum at high numerical aperture, here of 300 line pairs per millimeter at a numerical aperture nA of 0.1. However, this maximum resolution decreases rapidly with increasing distance to the
Die Schärfentiefe kann signifikant verbessert werden, wenn, beispielsweise mit einer einstellbaren Aperturblende
Mit der vorliegenden Erfindung wird daher eine Bilderfassung angestrebt, bei der idealerweise die Auflösung einer Einhüllenden der gezeigten Auflösungskurven entspricht. Dies kann beispielsweise mittels des in
Zunächst erfolgt dabei ein Schritt
In einem Schritt
Nachdem die vorgegebene Anzahl an Aufnahmen erfolgt ist, werden diese in einem Schritt
In
Das Mikroskopsystem
Die Blendeneinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006036300 B4 [0009] DE 102006036300 B4 [0009]
- DE 102006036768 B4 [0009] DE 102006036768 B4 [0009]
- DE 102005040473 B4 [0052] DE 102005040473 B4 [0052]
- US 6816321 A [0055] US 6816321 A [0055]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201320011877 DE202013011877U1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | microscope system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201320011877 DE202013011877U1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | microscope system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202013011877U1 true DE202013011877U1 (en) | 2014-09-05 |
Family
ID=51618656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201320011877 Expired - Lifetime DE202013011877U1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | microscope system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202013011877U1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014114468A1 (en) * | 2014-10-06 | 2016-04-07 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | microscope |
DE102016101967A1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Methods and apparatus for stereo image presentation |
CN109310278A (en) * | 2016-06-17 | 2019-02-05 | 索尼公司 | Image processing apparatus, image processing method, program and image processing system |
DE102018110641B3 (en) | 2018-05-03 | 2019-07-25 | Carl Zeiss Meditec Ag | Microscopy method for imaging an object and microscope |
DE102019118510A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | Carl Zeiss Meditec Ag | Stereoscopic imaging apparatus and method for image processing |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6816321B2 (en) | 2002-05-10 | 2004-11-09 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Afocal zoom for use in microscopes |
DE102005040473B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-05-24 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | stereomicroscope |
DE102006036768B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-11-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Stereo microscope after Greenough |
DE102006036300B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-11-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | High performance stereo microscope |
-
2013
- 2013-07-04 DE DE201320011877 patent/DE202013011877U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6816321B2 (en) | 2002-05-10 | 2004-11-09 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Afocal zoom for use in microscopes |
DE102005040473B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-05-24 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | stereomicroscope |
DE102006036768B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-11-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Stereo microscope after Greenough |
DE102006036300B4 (en) | 2005-08-26 | 2007-11-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | High performance stereo microscope |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014114468A1 (en) * | 2014-10-06 | 2016-04-07 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | microscope |
US10146040B2 (en) | 2014-10-06 | 2018-12-04 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope having an aperture limiter |
DE102016101967A1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Methods and apparatus for stereo image presentation |
DE102016101967B4 (en) | 2016-02-04 | 2022-04-07 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Methods and devices for stereo imaging |
DE102016101967B9 (en) | 2016-02-04 | 2022-06-30 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Methods and devices for stereo imaging |
US11442263B2 (en) | 2016-02-04 | 2022-09-13 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Method and devices for displaying stereoscopic images |
CN109310278A (en) * | 2016-06-17 | 2019-02-05 | 索尼公司 | Image processing apparatus, image processing method, program and image processing system |
DE102018110641B3 (en) | 2018-05-03 | 2019-07-25 | Carl Zeiss Meditec Ag | Microscopy method for imaging an object and microscope |
US11143857B2 (en) | 2018-05-03 | 2021-10-12 | Carl Zeiss Meditec Ag | Microscope and microscopy method for imaging an object involving changing size of depth-of-field region |
DE102019118510A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | Carl Zeiss Meditec Ag | Stereoscopic imaging apparatus and method for image processing |
DE102019118510B4 (en) * | 2019-07-09 | 2021-05-12 | Carl Zeiss Meditec Ag | Image processing method |
US11652974B2 (en) | 2019-07-09 | 2023-05-16 | Carl Zeiss Meditec Ag | Stereoscopic imaging device and method for image processing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3017334B1 (en) | Image capture method for microscope system and corresponding microscope system | |
DE102006036300B4 (en) | High performance stereo microscope | |
DE102006036768B4 (en) | Stereo microscope after Greenough | |
DE102017101188B4 (en) | Microscope and method of microscopy on a sample | |
DE102011010262B4 (en) | Optical observation device with at least two each having a partial beam path having optical transmission channels | |
DE102005040473B4 (en) | stereomicroscope | |
EP3293558B1 (en) | Device for recording a stereo image | |
EP3149536B1 (en) | Optical device for generating images with three-dimensional effect | |
DE102012220051B4 (en) | A video microscopy system including a stereoscopic stereomicroscope, stereovariator for and use in such a video microscopy system, and methods of displaying a stereoscopic image in such a video microscopy system | |
DE202013011877U1 (en) | microscope system | |
DE102010002722B4 (en) | Afocal zoom system for a microscope, microscope with such a zoom system and method for operating such a zoom system | |
EP2310891A1 (en) | Method and device for controlling aperture stops | |
WO2019170464A1 (en) | Microscope and method for viewing a sample using a microscope in order to display images with an extended focal depth or three-dimensional images | |
DE102010026171A1 (en) | Digital Microscopy System | |
DE102017123511A1 (en) | Microscope and method for producing a microscopic image with an extended depth of field | |
EP2465001A1 (en) | Microscope for measuring total reflection fluorescence | |
DE102013201632B4 (en) | Microscope with zoom aperture coupling and zoom system for a microscope | |
DE4340461B4 (en) | Stereoscopic image capture device | |
DE102011075809A1 (en) | Method and device for defining a z-range in a sample, in which a z-stack of the sample is to be picked up by means of a microscope | |
DE102014107445B4 (en) | Optical observation device and method for recording image or video data from an observation object using an optical observation device | |
EP0808474B1 (en) | Process and device for high-resolution stereomicroscopy with extended spacial depth | |
WO2017133925A1 (en) | Method and devices for displaying stereoscopic images | |
DE102013015981A1 (en) | Surgical microscope with high magnification | |
EP2495597A1 (en) | Operation microscope with two enlargement systems | |
EP2596398A1 (en) | Device and method for the three-dimensional measurement of an object |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20141016 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DEHNS GERMANY PARTNERSCHAFT MBB, DE Representative=s name: DEHNSGERMANY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWAELTEN, DE |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |