DE2415973A1

DE2415973A1 - Bildanalysiereinrichtung

Info

Publication number: DE2415973A1
Application number: DE2415973A
Authority: DE
Inventors: Brian Martin Hopkins; Lawrence Grote Kavanagh
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-04-02
Publication date: 1974-10-17
Also published as: CH569395A5; GB1460433A; FR2224813B3; FR2224813A1; JPS5031833A; US3978280A

Description

Dr.-ing. Dip'.,?hy3. OSKAR K6Iv IG Patentanwalt 2415973

Deutsche Bank AG 8tuttgut

T.lefon: (07H)BM^ 29 64 61 _{Konto Np}, 89_/00300

Telegramm: Koenigpat 7000 8TUTTG ART-I, KlUpfeletraße 6 Postecheck Stgt. 84319

Postfach 51

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Beeton, Dickinson & Company Rutherford, New Jersey (USA)

Bildanalysiereinrichtung Die Erfindung betrifft eine Bildanalysiereinrichtung.

Es ist bekannt, Einrichtungen zum Analysieren der Bildaufzeichnung von Kathodenstrahlröhren vorzusehen. Es ist häufig der Fall, daß es erwünscht ist, einen Bestandteil, Merkmal, Objekt oder dergleichen zu analysieren, der in einem von Kathodenstrahlröhren erzeugten Bild erscheint und zu diesem Zweck ist es bekannt, die Videosignale elektronisch zu er-

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mitteln, die den Bestandteil auf der Kathodenstrahlröhre hervorrufen. Dies ist möglich, wenn der dargestellte Bestandteil sich durch einen unterschiedlichen Kontrast von dem übrigen Bild abhebt, in welchem Falle ein Schwellwert- -oder Niveaudetektor (engl.: level detector) die Videosignale ermittelt, welche den Bestandteil ergeben. Zu diesem Zweck ist es möglich, einen einstellbaren Niveaudetektor vorzusehen und dieses Verfahren wurde bezeichnet als "grey level detection method" (Grauniveaudetektormethode). Mittels dieser Methode ist es jedoch unmöglich, einen Bestandteil zu isolieren," welcher zwar von Interesse ist, jedoch dasselbe Grauniveau (Grauwert, grey level) hat wie andere Bestandteile des Bildes, welche nicht von Interesse sind.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bildanalysiereinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen interessierenden Bestandteil zu selektieren oder auszuwählen, welcher ein ähnliches Grauniveau hat wie andere Bestandteile des Bildes.

Erfindungsgemäß ist eine Bildanalysiereinrichtung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch einen Lichtschreiber, der einen fotoelektrischen Fühler aufweist und manuell über den Schirm der Kathodenstrahlröhre bewegbar ist, und einen damit verbundenen Speicher, um Signale zu empfangen, die repräsentativ sind für die horizontalen und vertikalen Ablenksignale für den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre, wobei dieser Speicher mit dem Ausgang des fοtoelek*rIschen Fühlers verbunden ist und so ausgebildet ist, daß er die Koordinaten eines Punktes auf der Kathodenstrahlröhre, welchen der Strahl beim Vorbeigang an dem fotoelektrischen Fühler passiert, speichern kann, wobei die Tormittel (Gattermittel, engl.: gate means) (16)

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mit dem Ausgang des Speichers ν verbunden sind und Videosignale empfangen, die auch an die Kathodenstrahlröhre angelegt sind und so ausgebildet sind, um empfangene Videosignale unter Steuerung der im Speicher gespeicherten Koordinaten durchzulassen.

Vorzugsweise sind die Tormittel so ausgebildet, daß sie nur das Ermitteln von Signalen ermöglichen, die innerhalb eines durch die Koordinaten in dem Speicher definierten Bildbereiches (Teilbild, engl.: frame) definiert sind.

Im Betrieb beobachtet'ein Operateur auf der Kathodenstrahlröhre ein Bild und sollte ein bestimmter Bestandteil (Bildbestandteil) von Interesse sein, dann umzirkelt er ihn mit dem fotoelektrischen Fühler, um so einen Bildbereich zu definieren, welcher nur diesen Bestandteil enthält. Die diesen Bestandteil erzeugenden Videosignale gehen dann durch die Tormittel hindurch und können auf irgend eine Weise analysiert (untersucht, geprüft oder dergl.) werden.

Die Einrichtung kann eine Fernsehkamera aufweisen, die an ein Mikroskop angekoppelt ist und der Ausgang der Fernsehkamera ist der Kathodenstrahlröhre und den Tormitteln aufgeschaltet.

Zweckmäßig kann die Einrichtung einen Vergrößerungsänderer aufweisen, der mit dem Mikroskop gekoppelt ist und dessen Vergrösserung ändern kann und Positionlermittel zum Positionieren eines Objektes in bezug auf das Mikroskop, dessen Bild zu vergrößern ist.

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Vorzugsweise weist die Einrichtung Steuer- oder Regelmittel auf, die dem Speicher, dem Vergrößerungsänderer und den Positioniermitteln verbunden sind und so ausgebildet sind, daß sie das Bildfeld des Mikroskopes in eine Stellung bringen, die definiert ist durch im Speicher gespeicherte Koordinaten und die gleichzeitig die Vergrößerung des Mikroskopes erhöhen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ein Bildanalysiersystem aufweisen, welches die Fähigkeit hat, aufeinanderfolgend unterschiedliche Bildfelder zu analysieren, indem das Objekt, dessen Bild zu analysieren ist. verschoben wird. Zu diesem Zweck

Form der

wird vorgeschlagen, eine/Programmierung für den Mikroskopobjekttisch vorzusehen durch schrittweises Verschieben dieses Objekttisches in den beiden X und Y Richtungen mittels Schrittmotoren um eine feste Anzahl von Schritten jedesmal. Jedoch ist es oft erforderlich, daß die Objekttischbewegung einem sich zufällig ergebenden Weg folgt, um die erforderlichen interessierenden Felder zu analysieren. Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann eine solche variable Objekttischbewegung erhalten werden. .

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildanalysiereinrichtung wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche ein Blockdiagramm darstellt, wobei es sich versteht, daß die Erfindung in zahlreichen anderen Ausführungsformen verwirklicht werden kann.

Die dargestellte Einrichtung hat ein optisches Eingangsgerät, welches ein Mikroskop 1 sein kann mit einem automatischen Vergrößerungswechsler 2 und einem Objekttisch 3, welcher in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen (diese Rich-

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tungen sind als X und Y Richtungen bezeichnet) mittels zwei nicht dargestellten Schrittmotoren verstellt werden kann. Das unter dem Mikroskop 1 befindliche Objekt wird durch das Mikroskop 1 hindurch mittels einer Fernsehkamera 4 abgetastet, de-

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ren Ausgangssignal durch ein/Videoverstärker 5 und einen Bildverstärker 6 (engl. display amplifier) verstärkt wird und dann zu einem Fernseh-Monitor 7 gelangt. Die Taktfolge (engl.: timing sequence) für die Fernsehkamera 4 und den Fernsehmonitor 7 wird durch einen Taktgeber 8 (engl.: master clock) erzeugt und wird über eine System-Hauptsteuereinheit 9 angelegt. Der Taktgeber 8 steuert auch einen Koordinatenspeicher 10, welcher in voller Synchronisation mit der Fernsehabtastung gehalten wird.

Ein Lichtschreiber 11 weist einen fotoelektrischen Fühler auf und ist manuell bewegbar über den Schirm des Fernsehmonitors 7 und ist mit dem Speicher 10 über eine Lichtschreiber-Anpassungseinheit 12 verbunden. Im Gebrauch, wenn der Lichtpunkt der Ka-

unter thodenstrahlröhre des Fernsehmonitors 7/dem fotoelektrischen Fühler des Lichtsehreibers 11 passiert, erzeugt der Lichtschreiber ein Ausgangesignal, welches verarbeitet wird durch die Lichtschreiber-Anpassungseinheit 12 und dieses Signal wird dann zu dem Speicher 10 geführt. Da der Speicher 10 in voller Synchronisation mit den Fernsehabtastsignalen gehalten ist, ist die Stellung des von dem Lichtschreiber 11 kommenden Signales in dem Speicher 10 ausreichend, um die Stellung des Lichtschreibers 11 in bezug auf das Bildfeld auf dem Fernsehmonitor 7 zu definieren.

Die Ausgänge des Speichers 10 sind auch mit dem Verstärkungs-. regelungs- oder -Steuereingang des Bildverstärkers 6 verbunden.

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Ein zweipoliger Zweistellungsschalter 13 hat zwei gemeinsam bewegliche Kontakte 14 und 15, von denen der Kontakt 14 mit dem Steuereingang eines Detektors 16 und der Kontakt 15 mit dem Ausgang des Speichers 10 verbunden ist. Die beweglichen Kontakte 14 und 15 sind verstellbar von je einer. Stellung (die A-Stellung), in welcher sie in Kontakt sind mit festen Kontakten 17A bzw. 18A, in je eine Stellung (der B-Stellung), in welcher sie in Kontakt mit festen Kontakten 17B bzw. 18B sind, wie die Zeichnung zeigt. Die festen Kontakte 18A und 17A sind mit dem Eingang bzw. Ausgang eines "Korrekt-Teilbild"-Generators (engl.: correct frame generator, korrektes Teilbild-Generator) 19 verbunden. Eine Klemme 20, welche ein Vergrößerungssteuersignal empfängt, ist durch einen variablen Teilbild-Generator 21 (engl.: variable frame generator) mit dem festen Kontakt 17B verbunden und ist auch verbunden durch eine selbsttätige Vergrößerungsänderungssteuerung 22 mit dem Vergrößerungsänderer 2. Der feste Kontakt 18B ist durch einen X und Y Koordinaten-Generator 23 und einen X und Y Antriebsverstärker 24 mit den Schrittmotoren des Mikroskopobjekttisches 3 verbunden. . -

Der Eingang des Detektors 16 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 5 verbunden und rfer Ausgang des Detektors (engl.: detector) 16 4^st das erkannte (ermittelte, engl.: detected) Videosignal.

Die Stellung des Schalters 13 wählt die Art des Gebrauches des Lichtschreibers 11 aus. Wenn der Schalter 13 in der dargestellten Schaltstellung A ist, wird der Lichtschreiber 11 benutzt, um ein zu erfassendes (auszuwertendes) Teilbild durch Aufzeichnen dieses Teilbildes auf dem Fernseh-Monitor 7 zu erzeugen.

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Wenn der Schalter 13 in der Position B ist, kann der Licht schreiber 11 benutzt werden, um Punkte auf dem Fernsehmonitor anzuzeigen, die sich auf Punkte in dem zu beobachtenden Feld beziehen und welche eine Prüfung oder Analyse bei höherer Verstärkung erforderlich machen. Wenn der Schalter 13 im Gebrauch in der Stellung A ist, ist es für den Operateur möglich, einen interessierenden Bestandteil des durch den Fernsehmonitor 7

, mittels des Lichtschreibers 11 ,
dargestellten Bildes/zu umzirkeln und Signale, die prägnant sind für die Koordinaten der angezeigten Punkte werden in dem Speicher 10 gespeichert. Die Information, welche in dem Speicher 10 gespeichert (plaziert) ist, wird zu dem Bildverstärker 6 zurückgeführt, um es dem Operateur zu ermöglichen, die Punkte zu sehen, die er auf dem Fernsehmonitor 7 aufgezeichnet hat. Wenn der Operateur den interessierenden Bestandteil umzirkelt hat, formt der "Korrekt-Teilbild"-Generator 19 die Speicher^

[gating signal)

information in ein Tormittel (Gattermittel) steuerndes Signal/ um, welches zu dem Detektor 16 geführt wird. Der Detektor 16 läßt nur Signale passieren, die einen gewissen Wert übersteigen und läßt, wenn der Schalter in der Stellung A ist, nur Video-Informationen innerhalb des erzeugten Teilbildsignales passieren. Auf diese Weise werden Informationen erhalten, die sich nur auf den umzirkelten Bestandteil beziehen und dies ist das ermittelte oder erkannte Videosignal.

Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung, wie sie an einem Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben wurde, ist in erster Linie dann gedacht, wenn die Standard-Grau-Methode nicht ausreichend ist, d. h., wenn der zu analysierende Bestandteil dasselbe Grauniveau wie andere Bestandteile in dem An-Sichtsfeld hat. Die Erfindung ist also ganz besonders vorteilhaft da, wo der interessierende Bestandteil nicht richtig erkannt

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werden kann infolge seiner schlechten Unterscheidungsfähigkeit oder Abgrenzung/ obwohl er klar auf dem Fernsehmonitor gesehen werden kann. Jedesmal dann, wenn ein solcher Bestandteil zu analysieren ist, kann der Operateur diesen betreffenden interessierenden Bestandteil wie oben beschrieben mittels des Lichtschreibers umzirkeln, aber anstatt, daß den Detektor 16 nur Signale passieren, die einen gewissen Wert übersteigen, werden alle Videosignale innerhalb des erzeugten Teilbildsignales (frame signal) durchgelassen.

Wenn der Schalter 13 in Stellung B ist, bleibt der Gebrauch des Lichtsehreibers, um Signale in den Speicher 10 bezüglich der auf dem Fernsehmonitor 7 mittels des Lichtschreibers 11 ausgewählten Punkte einzugeben, unverändert. Der Unterschied in dem System bezieht sich darauf, wie die Speicherinformation, nachdem sie aus dem Speicher ausgelesen ist, weiterverarbeitet wird. Die Operationsschritte sind wie folgt:

Ein Operateur plaziert einen interessierenden Objektträger unter das Mikroskop bei einer geringen Vergrößerung (beispielsweise Xl). Das System wird dann fokussiert und der Objekttisch 3 manuell bewegt, um ein interessierendes Feld in die erforderliche Stellung zu bringen. Der Operateur gibt dann unter Benutzung des Lichtschreibers 11 interessierende Punkte in dem Betrachtungsfeld an, welche Punkte bei einer höheren Vergrößerung (diese Punkte können beliebig über., den Schirm, _%

suefien, prüfen oder dergl.) oder alle entlang einem Pfad verteilt sein) zu analysieren (unter-/ sind. Wenn der Operateur die mittels des Lichtschreibers erfolgende Angabe dieser Punkte beendet hat, gibt er über eine Steuerung an der Frontschalttafel der Einrichtung die Vergrösserung an, bei welcher diese Einrichtung die angegebenen Felder

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analysieren soll. Die Steuerung gibt ein Signal an die Klemme 20. Die Einrichtung ändert dann selbsttätig die Vergrösserung in der erforderlichen Weise mittels des durch den Antrieb 22 zu dem selbsttätigen Vergrößerungsänderer 2 gehenden Signales und liest den ersten Punkt aus dem Speicher 10 aus zu dem Koordinaten-rGenerator 23 für den X und Y Antrieb. In diesem Generator 23 werden die richtigen Koordinaten-Informationen für den gelesenen Punkt in den X und Y Richtungen erzeugt. Diese Information vird zu dem X und Y Antriebsverstärker 24 geliefert, welcher seinerseits die zwei Schrittmotoren antreibt, die-dem Mikroskopobjekttisch 3 zugeordnet sind, um den infrage kommenden Punkt in das Zentrum des Bildfeldes zu bringen.

Entsprechend der für die Analyse ausgewählten Vergrößerung liegt

(frame)

eine Größe des Teilbildes/vor, die so getroffen ist, daß sichergestellt ist, daß nur die anfänglich angegebenen Felder analysiert werden und nur einmal analysiert werden (d. h. daß keine Überlappung von Informationen von aufeinanderfolgenden Feldern

(obtained) auftritt). Dieses Teilbild wird erhalten/mittels des variablen Teilbildgenerators 21, welchem das an der Klemme 20 auftretende Signal aufgedrückt wird, und wird zu dem Detektor 16 geführt,

um das erkannte (engl.: detected) Videosignal durchzulassen (to gate zu toren, zu wählen, zu zweigen).

Aus dem Speicher 10 werden die Punkte aufeinanderfolgend ausgelesen und jedesmal wird die zugeordnete Position auf dem ursprünglichen Bildfeld in das Zentrum des Bildfeldes des Mikroskops bei der eingestellten höheren Vergrößerung gebracht.

(Sequenz)
Die Folge/i in der die Information aus dem Speicher ausgelesen wird, folgt der Richtung des Fernsehabtastrasters, so daß es startet in der linken oberen Ecke des Feldes und endet in der unteren rechter} Ecke.

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Der Koordinaten-Generator 23 für den X und Y Antrieb ist derart, daß er die Koordinaten-Information des letzten aus dem Speicher ausgelesenen Punktes zurückhält. Und hierdurch wird erreicht, daß, wenn ein neuer Punkt gelesen wird, die Differenz zwischen den X-Koordinaten und den Y-Koordinaten des neuen Punktes und des vorangegangenen einen Punktes die erforderlichen .exakten Bewegungsbefehle ergeben und es sind diese Bewegungsbefehle, welche zu den X und Y Antriebsverstärkern 24 gegeben werden. Dies vermindert die erforderliche totale Objekttischbewegung und erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung.

(Es wird also die zur Einstellung des Objekttisches auf einen neuen Punkt erforderliche Verstellung berechnet aus den Differenzen der entsprechenden Koordinaten des neuen und des vorangehend eingestellten Punktes).

Die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Einrichtung sind zahlreich. Als Beispiele seien gebracht:

(i) Analyse einer einzelnen weiseen Zelle (Blutkörperchen) in einer Blutprobe, wo viele solche Zellen in dem Ansichtsfeld vorhanden sind, welche alle dasselbe Grau-. nlveau haben.

(ii) Analyse des Cytoplasma (Zellplasma) einer Zelle, welches oft derart ist, daß seine Grenzen in dem Hintergrund verlaufen.

(iii) Selbsttätiges Verschieben in der Analyse histologischer Schnitte,

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Claims

Patentansprüche

Bildanalysiereinrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre und mit ihr verbundenen Tor- oder Gattermitteln zum Empfangen von an die Kathodenstrahlröhre angelegten Videosignalen, gekennzeichnet durch einen Lichtschreiber, der einen fotoelektrischen Fühler (11) aufweist und manuell über den Schirm der Kathodenstrahlröhre (7) bewegbar ist, und einen damit verbundenen Speicher (10), um Signale zu empfangen, die repräsentativ sind für die horizontalen und vertikalen Ablenksignale für den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre (7), wobei dieser Speicher mit dem Ausgang des fotoelektrischen Fühiers (11) verbunden ist und so ausgebildet ist, daß er die Koordinaten eines Punktes auf der Kathodenstrahlröhre (7), welchen der Strahl beim Vorbeigang an dem fotoelektrischen Fühler (11) passiert, speichern kann, wobei die Tormittel (Gattermittel, engl.: gate means) (16) mit dem Ausgang des Speichers (10)-verbunden sind und Videosignale empfangen, die auch an die Kathodenstrahlröhre (7) angelegt sind und so ausgebildet sind, um empfangene Videosignale unter Steuerung der im Speicher (10) gespeicherten Koordinaten durchzulassen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tormittel (16) nur den Nachweis von Signalen ermöglichen, welche innerhalb eines durch die im Speicher (10) gespeicherten Koordinaten definierten Teilbildes erscheinen.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Mikroskop (1) gekoppelte Fernsehkamera (4) vorgesehen ist_f deren Ausgang mit der Kathodenstrahlröhre (7) und mit den Tormitteln (16) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergrößerungsänderer (2) vorgesehen ist, der mit dem Mikroskop gekoppelt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Positionierungsmittel/vorgesehen sind, die ein Objekt, dessen Bild zu vergrößern ist, in bezug auf das Mikroskop (1) positionieren.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel (19, 21, 22, 23, 24) vorgesehen sind, die mit dem Speicher (10), dem Vergrößerungsänderer (2) und den Positionierungsmitteln (3) verbunden sind und bewirken, daß das Mikroskopfeld in eine Position gebracht wird, dessen Koordinaten in dem Speicher (10) gespeichert sind und gleichzeitig die Vergrößerung des Mikroskops (1) erhöhen.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (19) mit den Tormitteln (16) verbunden und ausgebildet sind, um ein Teilbild zu definieren und daß die Tormittel (16) so ausgebildet sind, daß sie nur das Erfassen (Erkennen, detection) von Videosignalen innerhalb des Teilbildes ermöglichen
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel manuell steuerbar sind zur Veränderung der Vergrößerung und der Größe des definierten Teilbildes in gegensinnigem Sinne.

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9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (13) vorgesehen sind, die zwischen einer Stellung, in welcher sie einen Pfad zwischen dem Ausgang des Speichers (10) und den Tormitteln (16) vervollständigen, so daß die Tormittel Videosignale durchlassen, die bei einem durch die in dem Speicher gespeicherten Koordinaten definierten Videosignal auftreten, und einer Stellung, in welcher sie einen Pfad zwischen dem Speicher (10) und den Steuermitteln (23) vervollständigen, umschaltbar sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tormittel (Gattermittel) (16) so ausgebildet oder so einstellbar sind, um nur Videosignale durchzulassen, die eine bestimmte Charakteristik haben.

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