用于同时捕获样本的在多个深度上的图像数据的方法技术

公开了一种虑及从体积样本的多个深度同时捕获图像数据的新颖的方法。所述方法虑及在动态地改变样本中的获取深度的同时进行2D或3D图像的无缝的获取。这个方法也可以被使用于自动聚焦。另外，当使用如图2所描绘的倾斜的配置时，这种从样本捕获图像数据的方法虑及在速度和光敏性方面的最佳效率，特别是用于本文提到的对样本的2D或3D成像的用途。所述方法可具体地与包括在正交XY坐标系中的2D像素阵列的成像传感器一起使用，其中在那里存在用于电子电路的间隙。另外，其它成像传感器也可以被使用。而且，给出了自动实行本方法的成像设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对样本成像的领域，并且本专利技术有利地应用于数字病理学领域。具体地，本专利技术涉及用于同时捕获样本的在多个深度上的图像数据的方法，且涉及用于在多个深度上同时捕获样本的图像数据的成像系统。
技术介绍
数字扫描显微镜通常制作被放置在显微镜载片上的样本（诸如组织样本）的数字图像。这典型地是通过扫描在整个显微镜载片上的样本并且把不同的图像跨度（span）缝合在一起和/或通过叠加以不同的波长测量的图像而完成的。图1示意地表示这样的显微镜载片的截面100。包括有玻璃载片101、盖玻片102和封固剂103，封固剂103用于固定和密封例如像生物组织层那样的样本104。例如从WO 2001/084209已知，数字扫描显微镜可以包括2D线传感器（line sensor），其也称为线扫描照相机或线性阵列传感器。这样的传感器仅仅包括一行（也被不同地称为一排）传感像素。还已知，例如与像2D阵列传感器的其它类型的传感器比较，1D线传感器能够提供更好的连续的机械扫描操作，较少的缝合问题，并且可以虑及使用所谓的时间延迟积分（TDI）线传感器。而且，当前的成像传感器设计提供由光敏部件（即光电二极管）组成的感光像素，而且也包括非光敏部件，像多个电荷-电压转换器（CVC），它们被嵌入在像素本身中，导致较低的填充因子。这意味着，像素典型地具有用于CVC的四个晶体管（全域快门）中的三个晶体管（滚动快门），且需要用于寻址和读出的垂直和水平金属线。然而，像素的这样的非光敏部件减小了该像素的填充因子，这在低光照条件期间是特别有害的。在传统的传感器中，像素的由此引起的低光敏性典型地通过应用微透镜而被克服。这样的微透镜试图有效地将少量的光聚焦到成像传感器的像素上，以使得附带的损失被最小化。另外，当前可得到的成像传感器在读出感兴趣区（ROI）时提供相对较低的速度，因为在给定的像素尺寸的有限空间内只可以提供有限数目的读出电子装置。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人认识到，当成像传感器相对于光学路径倾斜（这常常被应用，尤其是在数字病理学中）时，微透镜的使用是特别不合适的。而且，本专利技术的专利技术人发现，用倾斜的传感器扫描样本和对样本成像导致在Z方向上的过采样，使得只有成像传感器的特定区域需要被使用于图像捕获。因此，本专利技术的专利技术人发现，在成像期间人们可以仅仅使用2D成像设备或成像传感器的像素行，这些像素行沿扫描方向相对于彼此偏移一个偏距（offset）。作为例子，这个偏距或者可以是如图3到5所描绘的非光敏的间隙（gap），或者可以是当前不被使用于图像生成的、一行或多行停用的像素。对于这样的成像设备，在这里给出了新颖的成像方法，关于它的细节将在几个不同的示范性实施例的上下文中进行解释。本专利技术的目的可被看作为提供用于图像捕获的改进的方法和系统。本专利技术的目的通过独立权利要求的主题被解决。本专利技术的另外的实施例和优点被并入从属权利要求中。所描述的实施例类似地是关于用于图像捕获的方法和成像系统。按照本专利技术的示范性实施例，提出了用于同时捕获样本的在多个深度上的图像数据的方法。所述方法使用具有光轴的成像设备，且该成像设备包括相对于光轴倾斜的成像传感器。在所提出的方法中所使用的成像传感器具有包括多个像素的第一像素行，和包括多个像素的第二像素行。第一和第二像素行具有沿成像设备的光轴到样本的、不同的光学路径长度，并且第一像素行和第二像素行沿扫描方向相对于彼此偏移某个偏距。所述方法包括以下步骤：沿扫描方向（X’）扫描样本，扫描方向（X’）基本上垂直于光轴且垂直于第一与第二像素行的主延伸方向（Y）；从第一像素行捕获样本的第一图像；以及同时地从第一像素行捕获样本的第二图像和从第二像素行捕获样本的第三图像。而且，本方法的另外的步骤是从第二像素行继续捕获样本的图像，以及停止从第一像素行捕获样本的图像。因此，提出了用于在扫描期间在改变捕获深度的同时生成无缝2D或3D图像的读出方法。这允许不完全平的和/或体积样本（volumetric sample）的快速图像获取（acquisition），以及可以特别是在数字载片扫描仪中应用，例如用于数字病理学的，但也可以在其它
中应用。通过这种方法，有可能捕获无缝图像，而这在没有临时（temporary）双读出（即同时读出）的情况下将不可能，因为在线传感器中的改变不仅仅导致获取深度的改变，也导致沿扫描方向的平移。后者的这种平移或是造成图像上的间隙，或是造成图像数据的重复。如前面描述的方法对于防止间隙是必须的。对于重复，部分图像数据可被丢弃，而不需要双获取。重要的是强调指出，当传统2D CMOS传感器被使用于2D自动聚焦系统的用途时，当改变在传统2D CMOS传感器中的ROI时也需要这个方法。这是因为如果2D CMOS传感器相对于光轴倾斜的话，则导致获取深度的有效改变的ROI中的任何改变也将导致沿扫描方向的平移。如果要得到不失真的最终图像的话，沿扫描方向的这种平移将需要被补偿。如本文解释的，本专利技术避免了这样的失真。所提出的方法可以由本文所公开的成像设备自动实行。当然，可以由本方法使用比第一和第二行更多的像素的行来捕获图像数据。正如从图3到图5显示的实施例示例中可以容易地推断的，可以使用大量的、全部彼此相对地偏移的像素行/线传感器。正如有经验的读者从本公开内容中容易看到的，像素行中的每个像素捕获图像，而随后的处理生成由像素行捕获的图像。通常，在离样本的不同距离处提供两个照相机，即，至少两行像素，使得它们聚焦在样本中的不同深度处。如下面定义的“偏距”被定位在这两个照相机之间。另外，也可以使用大的2D传感器，正如在后面更详细地说明的和在例如图3上显示的。当在本专利技术的上下文中使用时，术语“偏距”或“间隙”应被理解为在两个相邻的像素行之间的空间或距离，该空间不是感光的。这个空间例如可被使用于把读出电子装置放置在传感器的这样的区域中，或可以由当前未激活的并因此是不感光的一个或多个像素行来体现，因为在该间隙中的像素正好没有被使用。所述偏距当前没有在捕获图像。因此，公开了一种虑及从体积样本的多个深度同时捕获图像数据的新颖方法。所述方法虑及在动态地改变样本中的获取深度的同时无缝地获取2D或3D图像。这个方法也可被使用于自动聚焦。另外，当使用如图2所描绘的倾斜配置时，从样本捕获图像数据的这种方法虑及在速度和光敏性方面的最佳效率，特别是用于这里提到的对样本的2D或3D成像的用途。例如，本方法可以由把多个TDI线传感器组合在单个管芯（die）上的、成像设备的成像传感器来应用，这将在图3到图5所示的实施例的上下文中更详细地进行解释。这里，TDI线传感器被用间隙间隔开。这样的传感器可以具有双（TDI）读出引擎，它允许以最大的速度和灵敏度有效地读出至少两个线传感器。通过这个新颖的设计和读出方法而达到的优于相同尺寸和分辨率的传统2D传感器的改进是双重的。首先，在光敏部件/像素行（TDI线传感器）之间的间隙可被使用来安放传感器的逻辑和连接电路。这虑及使在传感器的光敏区域中的像素的感光部件最大化，即，使填充因子最大化。这虑及敏感的传感器，而没有在2D CMOS传感器上常见的微透镜。避免微透镜对于把传感器倾斜地放置在光学路径中是重要的。其次，所述间隙虑及更快速的读出，因为更多的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于通过使用具有光轴的成像设备同时捕获样本的在多个深度上的图像数据的方法，所述设备包括成像传感器，该成像设备被安排成使得传感器能对样本的倾斜截面成像，该成像传感器具有：第一像素行（410），包括多个像素（415，416）；第二像素行（411），包括多个像素（418，419）；所述第一和第二像素行具有沿成像设备的光轴到样本的、不同的光学路径长度，所述第一像素行和第二像素行沿扫描方向相对于彼此偏移一偏距（305a‑305c，402，403）；所述方法包括以下步骤：沿基本上垂直于该光轴和第一和第二像素行的主延伸方向（Y）的扫描方向（X’）扫描样本（S1）；从第一像素行捕获样本的第一图像（S2）；同时地从第一像素行捕获样本的第二图像和从第二像素行捕获样本的第三图像（S3）；继续从第二像素行捕获样本的图像（S4）；停止从第一像素行捕获样本的图像（S5）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 EP 14199531.61.用于通过使用具有光轴的成像设备同时捕获样本的在多个深度上的图像数据的方法，所述设备包括成像传感器，该成像设备被安排成使得传感器能对样本的倾斜截面成像，该成像传感器具有：第一像素行（410），包括多个像素（415，416）；第二像素行（411），包括多个像素（418，419）；所述第一和第二像素行具有沿成像设备的光轴到样本的、不同的光学路径长度，所述第一像素行和第二像素行沿扫描方向相对于彼此偏移一偏距（305a-305c，402，403）；所述方法包括以下步骤：沿基本上垂直于该光轴和第一和第二像素行的主延伸方向（Y）的扫描方向（X’）扫描样本（S1）；从第一像素行捕获样本的第一图像（S2）；同时地从第一像素行捕获样本的第二图像和从第二像素行捕获样本的第三图像（S3）；继续从第二像素行捕获样本的图像（S4）；停止从第一像素行捕获样本的图像（S5）。2.按照权利要求1的方法，其中所述偏距或者是在第一和第二像素行之间的第一非光敏间隙（402），或者是在第一和第二像素行之间的非捕获的像素行，该非捕获的像素行被停用。3.按照权利要求2的方法，其中所述非光敏间隙平行于该第一和第二像素行地延伸。4.按照任一前述的权利要求的方法，其中步骤S1到S5在扫描样本期间被实行。5.按照任一前述的权利要求的方法，其中在扫描期间实行第二图像和第三图像的同时捕获的时间与花费来桥接第一像素行与第二像素行之间的偏距的时间一样长。6.按照任一前述的权利要求的方法，还包括以下步骤：检测是否要求改变获取深度，以及基于检测到要求改变获取深度而启动第二像素行。7.按照权利要求6的方法，其中预测最佳聚焦位置的方法被使用于检测是否要求改变获取深度。8.按照权利要求6或7的其中一项的方法，所述成像传感器还包括：第三像素行，其包括多个像素，其中所述第一、第二和第三像素行每个具有沿成像设备的光轴到样本的、不同的光学路径长度，其中第一像素行和第三像素行沿扫描方向（X’）相对于彼此偏移一偏距，其中第一像素行处在第二和第三像素行之间，所述方法还包括以下步骤：倘若检测到要求增加获取深度，就启动第二像素行；或倘若检测到要求减小获取深度，就启动第三像素行。9.按照任一前述的权利要求的方法，还包括以下步骤：丢弃通过第一像素行和\...

【专利技术属性】
技术研发人员：B胡斯肯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL