DE3917760C1 - Microscope with video scanning camera - for automatic examination of preparations e.g. slides with an object recognition system - Google Patents
Microscope with video scanning camera - for automatic examination of preparations e.g. slides with an object recognition systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten, deren Eigenschaften in Form von digitalisierten elektronischen Bild-Signalen vorliegen, in Video-Echtzeit, insbesondere für die automatische Durchmusterung von zytologischen Präparaten, wobei ein Bewertungsrahmen (R) über einen Ausschnitt des digitalen Bild- Signal-Feldes gelegt wird, der Bewertungsrahmen in Gruppen angeordnete Bewertungselemente (E) aufweist und die Gruppen (G) im wesentlichen von einem Koordinatenursprung radial ausgehende Strahlen definieren.The invention relates to a method for recognizing objects, the properties of which are present in the form of digitized electronic image signals, in video real time, in particular for the automatic screening of cytological preparations, an evaluation frame (R) relating to a section of the digital image signal Field, the evaluation frame has evaluation elements (E) arranged in groups and the groups (G) essentially define radially emanating rays originating from a coordinate origin.
Die Durchmusterungsroutine in der Zytodiagnostik soll soweit automatisiert werden, daß das geschulte Personal nur noch die interessanten Gebiete eines Präparates anzuschauen braucht; dazu wird das Präparat über eine Videokamera und ein Mikroskop mit XY-Tisch abgescannt. Wird eine atypische Zelle erkannt, so speichert der Automat ihre Koordinaten ab, damit das Fachpersonal später zu den betreffenden Bildsituationen eine Diagnose stellen kann. Ausreichend hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreichen nur solche Automaten, die von mehreren Kriterien für Zellatypien einzig das auffälligste: einen vergrößerten Zellkern, untersuchen. In der DE-OS 37 08 795 wird ein Verfahren beschrieben, das mit einer Vergleichsmaske Objekte nach Formklassen selektiert, wobei durch die naturgemäß großen Schwankungsbreiten der Zellkerngeometrien ein ziemlich hoher Grad an Fehlinterpretation (Fig. 3, mfp und mfn) unvermeidbar ist.The screening routine in cytodiagnostics should be automated to such an extent that the trained personnel only have to look at the interesting areas of a preparation; the preparation is scanned using a video camera and a microscope with an XY table. If an atypical cell is recognized, the machine saves its coordinates so that the specialist can later make a diagnosis for the image situation in question. Sufficiently high processing speeds can only be achieved by machines that examine only the most striking of several criteria for cell atypia: an enlarged cell nucleus. DE-OS 37 08 795 describes a method which uses a comparison mask to select objects according to shape classes, a rather high degree of misinterpretation ( FIG. 3, mfp and mfn) being unavoidable due to the naturally large fluctuation ranges of the cell nucleus geometries .
Die Methode, sich auf das eine Kriterium der Zellkernfläche zu beschränken, bedeutet an sich bereits eine Beschränkung auf eine gewisse Sorte von Zellatypien, was dann gerechtfertigt ist, wenn dieses Kriterium mit hoher Sicherheit auch erkannt wird. Atypisch vergrößerte Zellkerne weichen in der Regel von der runden Form mehr oder weniger stark ab. Sie sind auf dem Objektträger statistisch orientiert; eine Ausmaskierung muß mit möglichst kreisähnlicher Maske erfolgen, damit die über alle Kerne gemittelte Trefferquote maximal wird. Ein Verfahren mit hohem Grad an falschnegativen Ergebnissen (= schlechte Sensitivität; Fig. 3, mfn) ist insbesondere für medizinische Diagnosezwecke kaum vertretbar. Einzelne deformierte atypische Zellkerne können keine volle Übereinstimmung mit der runden Maske aufweisen und zu ihrer Detektion ist ein Absenken der Vergleichsschwelle erforderlich. Ein Zwang zu noch stärkerem Absenken der Schwelle resultiert durch den Einfluß der nahen Umgebung eines Zellkerns auf das Übereinstimmungsergebnis. Wird die Sensitivität durch Absenken des Schwellwertes erhöht, dann werden sehr viele Objekte erkannt, die keine atypischen Zellen sind. Diese falschpositiven Alarme (= schlechte Selektivität; Fig. 3, mfp) gefährden das ursprüngliche Ziel der automatischen Durchmusterung, das Personal zu entlasten. The method of restricting oneself to one criterion of the cell nucleus surface already means restricting it to a certain type of cell atypia, which is justified if this criterion is also recognized with a high degree of certainty. Atypically enlarged cell nuclei generally deviate more or less from the round shape. They are statistically oriented on the slide; masking must be done with a circle-like mask, so that the hit rate averaged over all cores is maximum. A method with a high degree of false negative results (= poor sensitivity; Fig. 3, mfn) is hardly justifiable, especially for medical diagnostic purposes . Individual deformed atypical cell nuclei cannot show full agreement with the round mask and a lowering of the comparison threshold is necessary for their detection. A compulsion to lower the threshold even more results from the influence of the vicinity of a cell nucleus on the match result. If the sensitivity is increased by lowering the threshold value, a large number of objects that are not atypical cells are recognized. These false positive alarms (= poor selectivity; Fig. 3, mfp) endanger the original goal of the automatic screening, to relieve the staff.
Die Erfindung soll die Aufgabe lösen, über die digitalelektronischen Bild-Signale von Objekten (sig) deren Fläche weitgehend unabhängig von der speziellen Form der Objektberandung zu messen; außerdem soll die von der Erfindung ermittelte Flächenmaßzahl (fmz) weitgehend unabhängig sein von der unmittelbaren Umgebung des zu messenden Objektes. Die Erfindung soll diese Flächenmessung so schnell und in einem so gearteten Datenformat durchführen, daß sie eine automatische Selektion von Objekten ermöglicht, wobei die Falschraten, also das Nichterkennen gesuchter Objekte (Fig. 2, rfn) und das irrtümliche Erkennen nicht gesuchter Objekte (Fig. 2, rfp), geringer sein sollen, als bei dem obengenannten Verfahren (Fig. 3, mfn und mfp).The invention is intended to solve the problem of measuring the area of the digital electronic image signals of objects (sig) largely independently of the special shape of the object boundary; in addition, the area dimension (fmz) determined by the invention should be largely independent of the immediate surroundings of the object to be measured. The invention is intended to carry out this area measurement so quickly and in such a data format that it enables automatic selection of objects, the incorrect rates, i.e. the non-recognition of sought objects ( Fig. 2, rfn) and the erroneous recognition of objects not sought ( Fig. 2, rfp) , should be lower than in the above-mentioned method ( FIG. 3, mfn and mfp) .
Dazu wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 ein Bewertungsrahmen benutzt, der noch keine einschränkenden Annahmen über Eigenschaften des Objektes vorwegnimmt. Die im Bewertungsrahmen zusammengefaßten Bewertungselemente sind sensibel für Erkennungssignale des momentan betrachteten Bildausschnittes.For this purpose, according to the characterizing features of claim 1 Assessment framework used that has no restrictive assumptions yet anticipates properties of the object. The in the assessment framework summarized evaluation elements are sensitive to detection signals of the image section currently being viewed.
Ein Erkennungssignal kann genau zwei Zustände aufweisen: 0 oder 1 (oder auch low-level oder high-level). Einer dieser beiden potentiellen Werte wird als positives Erkennungssignal angesehen; welcher von beiden hängt zum einen von der Schaltungslogik, zum anderen vom Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund ab.A detection signal can have exactly two states: 0 or 1 (or also low-level or high-level). One of those two potential Values is considered a positive detection signal; which one both depend on the circuit logic, on the other on the contrast between the object and the background.
Bewertungselemente jeder Gruppe tragen nur dann zum Meßergebnis bei (= sind nicht desensibilisiert), wenn alle radial weiter innen liegenden Bewertungselemente derselben Gruppe ein positives Erkennungssignal aufweisen.Assessment elements of each group only contribute to the measurement result at (= are not desensitized) if all are radially further inside lying evaluation elements of the same group a positive detection signal exhibit.
Bei einer bestimmten Schaltungslogik, beispielsweise 0 für einen hellen Bildpunkt und 1 für einen dunklen, ist die Definition von positiv nur noch vom Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund abhängig: Falls sich das Objekt z. B. durch geringere Helligkeit von seinem Hintergrund abhebt, ist bei der oben als Beispiel angeführten Schaltungslogik der Zustand 1 als positiv definiert. With a certain circuit logic, for example 0 for one bright pixel and 1 for a dark one is the definition of positive only depends on the contrast between the object and the background: If the object z. B. by lower brightness of his background stands out, is the example given above Circuit logic of state 1 defined as positive.
Im einfachsten Fall eines 1 Bit helligkeitsaufgelösten Bild-Signals kann das positive Erkennungssignal z. B. ein digitaler high-level sein, der dann für "dunkler Flächenbereich" steht, dann wäre entsprechend das negative Erkennungssignal ein low-level für "heller Hintergrund". Die Gesamtheit der Erkennungssignale bildet zu jedem Zeitpunkt ein Pixelmuster, das als digitalisiertes Analogon zum aktuellen Bildausschnitt die zu analysierende Bildsituation darstellt. Mehrere Bewertungelemente werden zu einer Gruppe zusammengefaßt, innerhalb welcher logische Verknüpfungen der Bewertungselemente erfolgen. Dadurch hängt die Antwort eines einzelnen Bewertungselementes auf ein Erkennungssignal davon ab, welche Erkennungssignale die anderen Bewertungselemente derselben Gruppe gerade empfangen. Die spezielle Anordnung der Gruppen erfolgt in für digitalelektronische Schaltungen ungewohnter Weise radial, womit erreicht wird, daß die logischen Verknüpfungen flächendeckend wirksam werden.In the simplest case of a 1-bit brightness-resolved image signal, this can be done positive detection signal z. B. be a digital high-level, which is then for "darker Surface area ", then the negative detection signal would be corresponding low-level for "light background". The entirety of the detection signals forms a pixel pattern at any point in time, which is a digitized analogue of the Picture section shows the picture situation to be analyzed. Several evaluation elements are combined into a group, within which logical links the Evaluation elements are made. As a result, the answer of a single evaluation element depends on a detection signal depending on which detection signals the others Received rating items from the same group. The special arrangement of the Groups occur radially in a way that is unusual for digital electronic circuits, which ensures that the logical links are effective across the board.
Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung bewirken ein in Hardware realisiertes radiales Koordinatensystem, dessen unter gewissen Winkeln auseinanderstrebende Richtungsvektoren durch die Gruppen (G) gebildet werden. Die Erfindung detektiert die Berandungskurve eine Objekts durch Ermittlung ihrer Ortsvektoren. Als Ortsvektoren dienen die sensibel verbliebenen Untergruppen. Durch die Kenntnis des Objektrandes ist die Aufgabe zu lösen; störende positive Erkennungssignale (sig) aus der Nachbarschaft des Objekts können unterdrückt werden, weil bekannt ist, wo diese Nachbarschaft beginnt. Die Flächengröße folgt durch Summation der Erkennungssignale (sig) innerhalb des Randes mittels der Ausgangswerte der Bewertungselemente (E). The characteristic features of the invention result in a radial coordinate system implemented in hardware, the direction vectors of which diverging at certain angles are formed by the groups (G) . The invention detects the boundary curve of an object by determining its location vectors. The sensitive subgroups serve as location vectors. The task can be solved by knowing the edge of the object; disruptive positive detection signals (sig) from the neighborhood of the object can be suppressed because it is known where this neighborhood begins. The area size follows by summing the detection signals (sig) within the edge using the output values of the evaluation elements (E) .
Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte Ausführungsform für die Bildung der Untergruppen an. Die hierarchische Rangordnung stellt eine richtungsabhängige Verknüpfung der Bewertungselemente dar; genau dann ist z. B. ein solches Bewertungselement sensibel, wenn ihm kein Bewertungselement derselben Gruppe vorangeht, das ein negatives Erkennungssignal empfängt.Claim 2 specifies an advantageous embodiment for the formation of the subgroups. The hierarchical hierarchy provides a directional link between the Assessment elements; exactly then is z. B. such an evaluation element is sensitive, if it is not preceded by an evaluation element of the same group that is a negative one Detection signal received.
Anspruch 3 gibt eine vorteilhafte Ausführungsform für die Minimierung des Flächen meßfehlers an: da die von den Gruppen definierten Strahlen radial auseinanderstreben, nimmt die Strahldichte zum Koordinatenursprung hin zu. Schaltungstechnisch wäre es sehr aufwendig, den Bewertungselementen dementsprechend verschieden große Flächenstücke zuzuordnen; besser läßt man beispielsweise Überlagerungen von Be wertungselementen zu und wichtet deren Antwort auf ein positives Erkennungssignal entsprechend der Anzahl der gemeinsam dasselbe Signal empfangenden Bewertungs elemente entweder anteilmäßig oder dadurch, daß eines der Bewertungselemente die volle Antwort abgibt und die restlichen stumm sind, aber eventuell hierarchisch untergeordnete Bewertungselemente nicht desensibilisieren.Claim 3 gives an advantageous embodiment for minimizing the area measurement error: since the beams defined by the groups diverge radially, the radiance increases towards the coordinate origin. In terms of circuitry, it would be very complex, the evaluation elements accordingly different sizes Assign patches; it is better to leave overlays of Be, for example evaluation elements and weight their response to a positive detection signal according to the number of evaluations receiving the same signal together elements either proportionately or by one of the evaluation elements gives full answer and the rest are silent, but possibly hierarchical do not desensitize subordinate assessment elements.
Anspruch 4 gibt eine vorteilhafte Weiterentwicklung an zur Vermeidung von Fehlinter pretationen: nur vollständig innerhalb des Bewertungsrahmens liegende Objekte können sicher gemessen werden. Zur Feststellung, ob diese Bedingung erfüllt ist, kann z. B. überprüft werden, ob alle Gruppen wenigstens ein desensibilisiertes Elememt (E) enthalten. Falls nicht, wird eine Markierung ausgegeben; eine Markierungsleitung (mrk) wird nach der Markierung abgefragt, und bei positiver Antwort kann z. B. das betreffende Meßergebnis nulliert werden.Claim 4 specifies an advantageous further development to avoid misinterpretations: only objects lying completely within the evaluation framework can be measured reliably. To determine whether this condition is met, for. B. can be checked whether all groups contain at least one desensitized element (E) . If not, a marker is output; a marking line (mrk) is queried for the marking, and if the answer is positive, e.g. B. the measurement result in question can be zeroed.
Anspruch 5 gibt eine vorteilhafte Ausführungsform für Realisierungen des Verfahrens an, die physikalisch oder logisch getrennte Elektronikbausteine für die Gruppen verwenden. Dann wird die Flächenmaßzahl durch Addition der Gruppenergebnisse ermittelt, wobei letztere bereits die Wichtung nach Anspruch 3 enthalten. Claim 5 specifies an advantageous embodiment for realizations of the method, who use physically or logically separate electronic components for the groups. Then the area measure is determined by adding the group results, whereby the latter already contain the weighting according to claim 3.
Anspruch 6 gibt eine vorteilhafte Ausführungsform an. PAL-Bausteinen bieten eine der großen Anzahl Adreßeingänge, wodurch hohes Flächenauflösungsvermögen erreicht werden kann. Außerdem werden PAL-Bausteine mit logischen Funktionen programmiert, wodurch beim erfindungsgemäßen Einsatz die Integrationsdichte ausgenutzt wird. Schließlich werden PAL-Bausteine nicht flüchtig programmiert. Das oben genannte Maskenfilter-Verfahren benötigt flüchtig programmierte Vergleichsbausteine und Multiplexer, wenn es nicht die Variabilität der Maske einbüßen will. Die Erfindung ist dagegen durch den Verzicht aus Maskierung intrinsisch formenvariabel.Claim 6 specifies an advantageous embodiment. PAL modules offer one of the large number of address inputs, which achieves high area resolution can be. In addition, PAL modules are programmed with logic functions, whereby the integration density is used in the use according to the invention becomes. After all, PAL modules are not programmed volatile. The above the mask filter method mentioned requires transiently programmed comparison modules and multiplexers if it does not want to lose the variability of the mask. The invention is, on the other hand, intrinsically variable in shape due to the absence of masking.
Anspruch 7 gibt eine vorteilhafte Weiterentwicklung an, die das Meßverfahren an die Bedürfnisse bestehender Techniken anpaßt, wobei die Vorteile der Erfindung weitgehend erhalten bleiben; insbesondere bedeutet das Filtern mit Fenster eine größere Flexibilität, als das Filtern mit Einzelschwellwert. Es ist möglich, mehrere Fenster zu setzen (F) und die untersuchten Objekte während eines einzigen Arbeitsganges in mehrere Klassen zu ordnen, wie dies z. B. in der Produktionsüberwachung bei der Zuckerherstellung benötigt wird. Allerdings wird durch das Setzen von Fenstern die ursprüngliche Information der Flächenmaßzahl reduziert, was in Kauf genommen werden kann, wenn man in kurzen Zeiten sehr viele Messungen durchführen und mit wenig aufwendiger Elektronik verwalten muß. Dazu kommt ein weiterer Vorteil der Erfidnung gegenüber dem Masken filter-Verfahren, wenn es zur einstufigen Größenselektion eingesetzt wird; anstatt Maskenform, -fläche und Schwellwert geeignet programmieren zu müssen, genügt beim erfindungsgemäßen Verfahren die Angabe der Fenstergrenzen. Das bedeutet auch geringere Anfälligkeit gegen Fehlbedienung, denn um für ein Problem der Größenselektion die geeignete Maske/Schwelle-Kombination zu finden, ist in der Regel nicht nur viel Geschick und Erfahrung nötig, sondern auch sorgfältiges Austesten der in Frage kommenden Möglichkeiten, da die Wechselwirkungen von Maske, Schwelle, Streuung der Objektform, Streuung der Objektgröße und störender Objektumgebung nicht auf Anhieb überblickt werden können. Dagegen ist die Angabe einer oberen und einer unteren Flächengrenze viel einfacher.Claim 7 specifies an advantageous further development, which adapts the measuring method to the needs of existing techniques, the advantages of the invention being largely retained; in particular, filtering with windows means greater flexibility than filtering with a single threshold. It is possible to set several windows (F) and to arrange the examined objects in several classes during a single work step, as z. B. is required in production monitoring for sugar production. However, by setting windows, the original information of the area dimension is reduced, which can be accepted if you have to carry out a large number of measurements in short times and manage them with little electronics. There is another advantage of the invention over the mask filter method when it is used for single-stage size selection; Instead of having to appropriately program mask shape, area and threshold value, it is sufficient to specify the window limits in the method according to the invention. This also means less susceptibility to incorrect operation, because in order to find the right mask / threshold combination for a size selection problem, not only a lot of skill and experience is usually required, but also careful testing of the possible options, since the interactions of the mask, threshold, scatter of the object shape, scatter of the object size and disturbing object surroundings cannot be immediately overlooked. In contrast, specifying an upper and a lower area boundary is much easier.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 realisiert. Eine logische Schaltung nimmt dabei die Desensibilisierung vor, entweder durch ihre Verdrahtung (Hardware) oder durch ihre Programmierung (Software) oder durch eine Kombination aus beidem.The method according to the invention is preferably carried out by a device realized according to claim 8. A logical circuit does the desensitization, either through its wiring (Hardware) or through their programming (software) or through a combination of both.
Eine solche Kombination wird bei der Vorrichtung nach Anspruch 9 durch die Verschaltung und Programmierung von PAL-Bausteinen ange wendet. Such a combination is used in the device according to claim 9 through the interconnection and programming of PAL components turns.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß im wesentlichen dieselben Standardverfahren zur Vor- und Nachbearbeitung benutzt werden können, wie bei der oben erwähnten Maskenfilterung. Analoge Videosignale (vid) werden z. B. schwellwert diskriminiert und mit geeigneten Serien-Parallel-Wandlern (SP) in ein Pixelfeld aus Erkennungssignalen (sig) verwandelt, das nun nach der in Anspruch 1 beschriebenen Art mit den Bewertungselementen (E) verdrahtet wird. Damit wird auch die Synchronität zwischen Video-Schreibstrahl und Bewertungsrahmen (R) erreicht. Die am Ausgang des Bewertungsrahmens (R) oder im Falle diskret realisierter Gruppen (G) am Ausgang des Addierers (A) erscheinende Flächenmaßzahl (fmz) kann nach bekannten Methoden gespeichert oder rechnerisch weiterverarbeitet oder einem Fensterkomparator (K) zugeführt werden.A particular advantage of the invention can be seen in the fact that essentially the same standard methods for pre- and post-processing can be used as in the mask filtering mentioned above. Analog video signals (vid) are e.g. B. discriminated threshold and converted with suitable series-parallel converters (SP) into a pixel field from detection signals (sig) , which is now wired according to the type described in claim 1 with the evaluation elements (E) . This also ensures the synchronism between the video write beam and the evaluation frame (R) . The area dimension (fmz) appearing at the output of the evaluation frame (R) or, in the case of discretely realized groups (G), at the output of the adder (A ) can be stored or processed further by calculation or can be fed to a window comparator (K) .
Folgendes Ausführungsbeispiel erklärt die Erfindung an Hand der Zeichnung (Fig. 1) näher:The following embodiment explains the invention with reference to the drawing ( Fig. 1):
Da es bei der Erfindung ganz entscheidend auf die spezielle Verdrahtung der Bauteile ankommt, wird ein Verdrahtungsplan (Fig. 1) gezeigt. Das 1 Bit helligkeitsaufgelöste Videosignal (vid) wird mittels Serien-Parallel-Wandler (SP) in ein 8×8 Bit großes Pixelfeld gewandelt; damit stehen 64 Erkennungssignale (sig) zur Verfügung. Jeweils acht davon sind als dick gezeichnete Leitungsbusse zusammengefaßt. Diese Erkennungssignale (sig) werden in erfindungsmäßiger Weise den Bewertungselementen (E) zugeführt, wozu sie sukzessive an den jeweils geeigneten Stellen den Leitungsbussen entnommen werden. Im Beispiel gibt es 112 Bewertungselemente (E), die in 28 Gruppen (G) zu je 4 Bewertungselementen (E) insgesamt den Bewertungsrahmen (R) bilden. Die Differenz zwischen den Anzahlen der Erkennungssignale (sig) und der Bewertungselemente (E) ergibt sich aus der Flächennormierung der Erkennungssignale (sig) durch den einheitlichen Pixeltakt. Wegen der radialen Anordnung wächst die zugeordnete Fläche je Bewertungselement (E) zur äußeren Grenz des Bewertungsrahmens (R) hin. Zum Ausgleich dafür sind weiter innen Zusammenschaltungen von jeweils mehreren Bewertungs elementen (E) aus verschiedenen Gruppen (G) realisiert; diese Überlagerungen werden durch entsprechende Programmierung der Gruppen (G) berücksichtigt. Innerhalb der inneren Begrenzung des Bewertungsrahmens (R) ist die weiterverarbeitende Elektronik als Blockschaltbild gezeigt: die Ausgangssignale (gmz) der Gruppen (G) werden in einem Addierwerk (A) zur Flächenmaßzahl (fmz) addiert. Diese wird im Fensterkomparator (K) mit den beiden Fensterschranken verglichen, die am Fensterwähler (F) voreingestellt werden. Als Gruppen (G) wurden nach Anspruch 6 PAL-Bausteine gewählt. Since the special wiring of the components is crucial in the invention, a wiring diagram ( FIG. 1) is shown. The 1-bit brightness-resolved video signal (vid) is converted into an 8 × 8 bit pixel field by means of a series-parallel converter (SP) ; 64 detection signals (sig) are available. Eight of them are grouped as bold line buses. These detection signals (sig) are supplied to the evaluation elements (E) in accordance with the invention, for which purpose they are successively removed from the line buses at the respectively suitable locations. In the example there are 112 evaluation elements (E) , which form the evaluation framework (R) in 28 groups (G) with 4 evaluation elements (E) each. The difference between the number of detection signals (sig) and the evaluation elements (E) results from the area normalization of the detection signals (sig) by the uniform pixel clock. Because of the radial arrangement, the assigned area for each evaluation element (E) grows towards the outer limit of the evaluation frame (R) . To compensate for this, interconnections of several evaluation elements (E) from different groups (G) are implemented further inside; these overlaps are taken into account by programming the groups (G) accordingly. The further processing electronics are shown as a block diagram within the inner limit of the evaluation frame (R) : the output signals (gmz) of the groups (G) are added to the area dimension (fmz) in an adder (A) . This is compared in the window comparator (K) with the two window barriers that are preset on the window selector (F) . 6 groups were selected as groups (G) according to claim.
Der besseren Übersichtlichkeit wegen wird hier davon ausgegangen, daß jeder PAL-Baustein genau eine Gruppe enthält, also 4 Adreßeingänge besitzt und zumindestens 3 Ausgänge. Der Verdrahtungsplan ändert sich nur wenig, wenn jeweils zwei radial gegenüberliegende Gruppen (G) in einem PAL zu 8 Adreßeingängen und mindestens 4 Aus gängen zusammengefaßt werden: dann hat die Hälfte der Gruppen (G) keine mit dem Addierwerk (A) zu verdrahtenden Gruppenausgänge, weil das PAL als Ganzes einen 4 Bit breiten Ausgangswert liefert, in dem das Pixelmuster beider in ihm realisierter Gruppen (G) bewertet ist und dieser Ausgangswert in einem 4 Bit breiten Leitungsbus mit dem Addierwerk (A) verdrahtet wird. Im Beispiel dagegen führt von jeder Gruppe (G) je ein 3 Bit breiter Leitungsbus zum Addierwerk (A). Die Programmierung der PAL-Bausteine ohne Wichtung erfolgt so (Tab. 1): wobei x ein beliebiges Erkennungssignal sein kann, womit die Desensibilsierung der Adreßeingänge erreicht wird, die mit x bezeichnet sind. Positive Erkennungssignale sind gesetzte Bits, also 1, negative Erkennungssignale sind 0. Um die Wichtung mit aufzunehmen müssen nur die Ausgangswerte individuell für jedes PAL anders gewählt werden, wobei die Adreßmuster der oben angegebenen Tabelle gleich bleiben. Dafür sei nur ein Beispiel angegeben, bei dem ein PAL sein Bit 0 leitend verbunden haben mit dem Bit 0 des in der obigen Tabelle (Tab. 1) dargestellten PAL. Dann darf Bit 0 dieses zu wichtenden PAL-Bausteins keinen Beitrag zur Flächenmaßzahl liefern, jedoch muß die Desensibilisierungseigenschaft voll erhalten bleiben. Dieses PAL wäre dann so zu progammieren (Tab. 2):For the sake of clarity, it is assumed here that each PAL module contains exactly one group, that is, it has 4 address inputs and at least 3 outputs. The wiring diagram changes only slightly if two radially opposite groups (G) are combined in a PAL with 8 address inputs and at least 4 outputs: half of the groups (G) have no group outputs to be wired to the adder (A) , because the PAL as a whole provides a 4-bit output value in which the pixel pattern of both groups (G) implemented in it is evaluated and this output value is wired to the adder (A) in a 4-bit line bus. In the example, however, a 3-bit wide bus from each group (G) leads to the adder (A) . The programming of the PAL modules without weighting is done as follows (Tab. 1): where x can be any recognition signal, which achieves the desensitization of the address inputs, which are denoted by x . Positive detection signals are set bits, ie 1, negative detection signals are 0. In order to include the weighting, only the output values have to be selected individually for each PAL, the address pattern of the table given above remaining the same. For this only an example is given, in which a PAL has its bit 0 conductively connected to bit 0 of the PAL shown in the table above (Tab. 1). Then bit 0 of this PAL component to be weighted must not make any contribution to the area dimension, but the desensitization property must be fully preserved. This PAL would then have to be programmed as follows (Tab. 2):
Die entsprechenden Überlegungen sind auf alle PAL-Bausteine mit ihren jeweils leitend verbundenen Adreßeingängen anzuwenden. The corresponding considerations apply to all PAL modules with their respective conductors associated address inputs.
Die besondere Markierung für übergroße Objekte besteht darin, daß das höchste Bit des betreffenden Gruppenausgangssignals gesetzt wird, wenn alle Bewertungselemente (E) einer Gruppe (G), also alle Adressen eines PAL-Bausteins ein positives Erkennungssignal (sig) empfangen; dann wird im Addierwerk (A) die Oder-Verknüpfung der höchsten Bits aller Gruppen (G) gebildet. Auf die zeichnerische Darstellung dieses Teils wird verzichtet, die Bildung der besonderen Markierung wird einfach als zweite Funktion des Addierwerkes (A) betrachtet. Diese besondere Markierung wird auf die Markierungsleitung (mrk) gelegt. Im Beispiel wird die Markierungsleitung (mrk) Und-verknüpft (&) mit dem Detektionssignal (det), das vom Fensterkomparator (K) gesetzt wird, wenn die Flächenmaßzahl (fmz) innerhalb der Schranken liegt, wie sie am Fensterwähler (F) voreingestellt wurden. Das Resultat dieser Verknüpfung wird auf die Alarmleitung (alr) gegeben. Ein Objekt löst genau dann ein positives Alarmsignal aus, das als Trigger zur Abspeicherung seiner Koordinaten verwendet werden kann, wenn die ermittelte Flächenmaßzahl (fmz) innerhalb des Fensterbereiches liegt, der mit dem Fensterwähler (F) voreingestellt wurde, und wenn keiner der 28 PAL-Bausteine an allen 4 Adreßeingängen je ein positives Erkennungssignal (sig) empfängt.The special marking for oversized objects is that the highest bit of the relevant group output signal is set when all evaluation elements (E) of a group (G) , ie all addresses of a PAL module, receive a positive detection signal (sig) ; then the OR operation of the highest bits of all groups (G) is formed in the adder (A) . The graphic representation of this part is dispensed with; the formation of the special marking is simply regarded as a second function of the adding unit (A) . This special marking is placed on the marking line (mrk) . In the example, the marker line (mrk) is AND-linked (&) with the detection signal (det) , which is set by the window comparator (K) if the area dimension (fmz) is within the limits as preset on the window selector (F) . The result of this link is given to the alarm line (alr) . An object triggers a positive alarm signal that can be used as a trigger to save its coordinates if the determined area dimension (fmz) lies within the window area that was preset with the window selector (F) and if none of the 28 PAL Blocks receive a positive detection signal (sig) at all 4 address inputs.
Die Wirkungsweise und Eigenschaften der Erfindung wurden anhand eines Computer Simulations-Programms studiert und unter gleichen Bedingungen mit dem ebenfalls simulierten oben genannten Maskenverfahren verglichen. Dazu wurde anhand der Erfahrung aus der Arbeit am Mikroskop eine Bibliothek von über 6000 Bildsituationen erstellt und nach beiden Verfahren gescannt. In den Fig. 2 und 3 sind die Ergebnisse als Grade der Falschraten in Abhängigkeit von der eingestellten Schwellentreue gezeigt. Beide Verfahren wurden mit einer Auflösung von 16×16Pixeln getestet. Fig. 3 bezieht sich auf die in DE-OS 37 08 795 gezeigte Maske (200), diese allerdings im Rahmen der höheren Auflösung optimiert und abgerundet. Eine Schwellentreue von 100% bedeutet, daß der Schwellwert (Fig. 3) für eine Detektion Übereinstimmung aller Pixel mit den 256 Maskenpixeln verlangt. Fig. 2 zeigt die entsprendenden Ergebnisse aus dem erfindungsgemäßen Verfahren; hier bedeutet 100% Schwellentreue, daß die Fenstergrenzen (Fig. 2) exakt auf die Ränder des Definitionsbereichs für atypische Zellgrößen gelegt wurden; als unterer Rand dieses Definitionsbereiches wurde 72 Quadratmikrometer gewählt, als oberer Rand 250 Quadratmikrometer. Die Kerne gesunder Zellen sind etwa 30 Quadratmikrometer groß. The mode of operation and properties of the invention were studied using a computer simulation program and compared under the same conditions with the likewise simulated mask method mentioned above. Based on the experience gained from working with a microscope, a library of over 6000 image situations was created and scanned using both methods. In FIGS. 2 and 3 the results are shown as a degree of false rates depending on the set threshold fidelity. Both methods were tested with a resolution of 16 × 16 pixels. Fig. 3 relates to the mask ( 200 ) shown in DE-OS 37 08 795, but this is optimized and rounded off in the context of the higher resolution. A threshold fidelity of 100% means that the threshold value ( FIG. 3) requires that all pixels match the 256 mask pixels for a detection. Fig. 2 shows the entsprendenden results from the inventive process; here 100% threshold accuracy means that the window boundaries ( FIG. 2) have been placed exactly on the edges of the definition range for atypical cell sizes; 72 square micrometers was chosen as the lower edge of this definition range and 250 square micrometers as the upper edge. The nuclei of healthy cells are approximately 30 square micrometers in size.
Niedrigere Schwellentreue bedeutet Absenken der Detektionsschwelle (Fig. 3) beziehungsweise Vergrößern des Fensters (Fig. 2), was beidemale zu einer Vergrößerung des sensitiven Bereichs führt. Ein Falschratengrad von 1 bedeutet, daß keine der atypischen Zellen (mfn und rfn) beziehungsweise daß alle Objekte, die keine atypischen Zellen sind (mfp und rfp) Detektionsalarm auslösten. Angestrebt werden Falschratenkurven (mfp, mfn, rfp, rfn) möglichst nahe bei Null. Als Arbeitspunkt eines Verfahrens kommt eine Schwelleneinstellung in Frage, bei der die Rate falschnegativer Ergebnisse minimal ist. Daraus folgt der in Kauf zu nehmende Grad falschpositiver Alarme am Arbeitspunkt (rap, map). Das Maskenverfahren findet bei keiner Schwellentreue alle atypischen Zellen aus der Bibliothek. Der Arbeitspunkt liegt unter 80% Schwellentreue (map), was zu sehr hohem Grad falschpositiver Ergebnisse (mfp) über 0,4 führt. Die Erfindung ermöglicht einen Arbeitspunkt bei 99% (rap) Schwellentreue mit geringem Grad an falschpositiven Ergebnissen (rfp) unter 0,1.Lower threshold fidelity means lowering the detection threshold ( FIG. 3) or enlarging the window ( FIG. 2), which in both cases leads to an enlargement of the sensitive area. A false rate of 1 means that none of the atypical cells (mfn and rfn) or that all objects that are not atypical cells (mfp and rfp) triggered a detection alarm . False rate curves (mfp, mfn, rfp, rfn) are aimed for as close as possible to zero. A threshold setting, in which the rate of false negative results is minimal, can be considered as the operating point of a method. From this follows the level of false positive alarms to be accepted at the working point (rap, map) . The mask process does not find all atypical cells from the library if the threshold is not met. The working point is below 80% threshold compliance (map) , which leads to a very high degree of false positive results (mfp) above 0.4. The invention enables an operating point at 99% (rap) threshold fidelity with a low degree of false positive results (rfp) below 0.1.
Claims (9)
ein Bewertungsrahmen (R) über einen Ausschnitt des digitalen Bild-Signal-Feldes gelegt wird,
der Bewertungsrahmen in Gruppen angeordnete Bewertungselemente (E) aufweist und
die Gruppen (G) im wesentlichen von einem Koordinatenursprung radial ausgehende Strahlen definieren,
dadurch gekennzeichnet, daß
Untergruppen von Bewertungselementen (E) in Richtung dieser Strahlen abhängig von den digitalen Pixelwerten (sig) der Bildsituation desensibilisiert werden und nicht desensibilisierte Bewertungselemente Ausgangswerte liefern, aus denen Form und/oder Größe der Fläche des Objekts bestimmt werden.1. Method for the detection of objects, the properties of which are present in the form of digitized electronic image signals, in video real time, in particular for the automatic screening of cytological preparations, whereby
an evaluation frame (R) is placed over a section of the digital image signal field,
the evaluation framework has evaluation elements (E) arranged in groups and
the groups (G) essentially define rays emanating radially from a coordinate origin,
characterized in that
Subgroups of evaluation elements (E) in the direction of these beams are desensitized depending on the digital pixel values (sig) of the image situation and non-desensitized evaluation elements provide initial values from which the shape and / or size of the surface of the object are determined.
daß die Gruppen (G) in PAL-Bausteinen realisiert werden, wobei jeweils ein PAL eine oder mehrere Gruppen (G) bildet,
daß die Bewertungselemente (E) als Adreßeingänge der PAL-Bausteine realisiert werden
und daß die Desensibilisierung sowie gegebenenfalls die Wichtung und besondere Markierung (mrk) durch eine entsprechende Programmierung der PAL-Bausteine erreicht werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that
that the groups (G) are realized in PAL modules, one PAL forming one or more groups (G) ,
that the evaluation elements (E) are implemented as address inputs of the PAL modules
and that the desensitization and, if necessary, the weighting and special marking (mrk) can be achieved by appropriate programming of the PAL modules.
daß mit 2n vorgebbaren Schwellen (F)n Fensterbereiche für die Flächenmaßzahl (fmz) definiert werden und
daß alle Meßwerte der Flächenmaßzahl (fmz) daraufhin geprüft (K) werden, ob sie innerhalb eines der Fensterbereiche, und wenn ja, in welchem sie liegen.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
that with 2 n predeterminable thresholds (F) n window areas for the area dimension (fmz) are defined and
that all measured values of the area measurement (fmz) are then checked (K) whether they are within one of the window areas and, if so, in which they are.
die Ausgänge eines Serien-Parallel-Wandlers mit Eingängen einer logischen Schaltung verbunden sind,
die Eingänge der logischen Schaltung die Bewertungselemente des Bewertungsrahmens realisieren, und
die Verdrahtung und/oder die Programmierung der logischen Schaltung so ausgebildet ist, daß Gruppen gebildet und innerhalb dieser Gruppen die Desensibilisierung vorgenommen wird.8. Device for performing the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that
the outputs of a series-parallel converter are connected to inputs of a logic circuit,
the inputs of the logic circuit realize the evaluation elements of the evaluation framework, and
the wiring and / or the programming of the logic circuit is designed such that groups are formed and desensitization is carried out within these groups.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3917760A DE3917760C1 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Microscope with video scanning camera - for automatic examination of preparations e.g. slides with an object recognition system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3917760A DE3917760C1 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Microscope with video scanning camera - for automatic examination of preparations e.g. slides with an object recognition system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3917760C1 true DE3917760C1 (en) | 1990-12-06 |
Family
ID=6381782
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE3917760A Expired - Lifetime DE3917760C1 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Microscope with video scanning camera - for automatic examination of preparations e.g. slides with an object recognition system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3917760C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD97074A1 (en) * | 1972-06-12 | 1973-04-12 | ||
DE3708795A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-09-29 | Strahlen Umweltforsch Gmbh | METHOD FOR SIZE SELECTION IN VIDEO REAL TIME |
-
1989
- 1989-05-31 DE DE3917760A patent/DE3917760C1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DD97074A1 (en) * | 1972-06-12 | 1973-04-12 | ||
DE3708795A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-09-29 | Strahlen Umweltforsch Gmbh | METHOD FOR SIZE SELECTION IN VIDEO REAL TIME |
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