用于在模块化数字显微镜中修正照明相关像差的方法，数字显微镜和数据处理程序技术

本发明专利技术涉及一种修正模块化数字显微镜中照明相关像差的方法，该模块化数字显微镜包括同轴明场照明装置、电动变焦装置、物镜、数字图像获取单元和图像处理单元。根据本发明专利技术所述的方法基于校准数据的使用，校准数据优选地存储在图像处理单元中作为校准数据记录。为物镜和变焦的每个组合建立校准数据记录并将其存储在数据存储器中。该方法被整合到图像处理单元中用于实时修正或可用作显微镜图像的图像后处理的软件。本发明专利技术还涉及一种数字显微镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在模块化数字显微镜中修正照明相关像差的方法，数字显微镜和数据处理程序相关申请的交叉引用本申请要求PCT申请号PCT/EP2015/065945的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及用于在模块化数字显微镜中修正照明相关像差的方法，所述模块化数字显微镜包括电动变焦装置和可更换的物镜。此外，本申请涉及用于执行所述方法的数字显微镜和数据处理程序。
技术介绍
在数字显微镜中会发生照明相关的系统像差，其具有不同强度的形状，尤其在从装置到装置并且根据实际的变焦设置使用可替换的物镜和电动变焦系统时。这种照明相关的系统像差可以是例如在同轴反射光照明中的反射，其是有问题的并且/或者不能使用同轴反射光照明，特别是在物镜具有相当大的焦距的情况下。由于照明类型在显微镜中经常彼此组合，这些像差也绝对可以绝对以不同的尺寸组合发生。用于光学系统中的图像修正的各种方法是已知的，，尤其是来自数码相机技术。例如，在图像物镜的情况下，渐晕被用作图像误差的修正方式(Koma)。此外，还尝试对光学物镜中的多重反射进行数字修正。为了修正摄像中的伪影，通常使用暗图像再现的方法。从US2002/0041383A1中已知一种来自“机器视觉”应用领域的图像记录系统。在该系统中，由于相机、物镜、照明和计算机产生的所有几何失真应被测量和数字修正，以便于计算修正放大中的无失真数字图像。图像被修正且都被缩放至相同的放大。发生不同像差的同时修正。使用特殊的几何和/或照明校准掩膜进行系统校准，为此需要两台相机。所述方法极其昂贵。当使用显微镜的同轴反射光照时，光通过分束器耦合到观察光束路径中。在光照射物体之前，其穿过观察镜的至少一个光学有源元件。光的某些部分在这种元件的边界表面上反射，特别是在光轴附近，并且与由观察透镜从物体上传播的有用光相混合。该反射光形成所谓的顶部照明反射。在模块化变焦系统中，这种顶部照明反射可在某些物镜中发生，其在变焦过程中并且在改变到具有相同结构的另一物镜的过程中，改变它们的形状、颜色和强度。附图说明本专利技术的修正方法的效果使用附图显示如下：图1：示出了具有反射的同轴明场照明下的显微镜图像；图2：示出了使用修正方法时根据图1所述的显微镜图像。图1中显微镜图像的视图清楚地示出了明场照明的反射，当时使用实时反射修正时，其在图2中不再可见。具体实施方式本专利技术的问题是提供一种修正照明相关的像差的方法，尤其是修正在具有电动变焦系统和更换物镜的模块化构造的数字显微镜中由同轴反射光照引起的顶部照明反射，以及一种数字显微镜和执行所述方法的数据处理程序。该问题通过具有权利要求1中特征的方法、通过具有权利要求9中特征的数字显微镜以及通过具有权利要求10中特征的数据处理程序得以解决。可使用本专利技术中的方法的数字显微镜包括优选可更换的物镜、优选电动变焦系统、同轴反射光照装置、数字图像检测单元、图像处理单元和控制单元。本专利技术的修正方法在图像处理单元中运行，其优选在控制器(FPGA)中执行。本专利技术的方法是基于校准数据使用的，该校准数据优选地存储在图像处理单元中作为校准数据记录。校准数据记录针对物镜和变焦的每一组合来确定并且存放在数据内存中。由于物镜包括电子界面，控制单元可识别正在使用的特定物镜并选择合适的校准数据记录。如果对于某种配置校准数据还不存在，控制单元执行校准程序，该校准程序以如下方式进行：将反射光照明调整至可能的电流馈送的特定值(优选为40％)。其数字控制值被存储。光学装置以没有物体位于显示的焦点上(最大散焦)的方式定位。最大散焦也可用无光泽校准帽来实现，被涂覆到尽可能无反射性的无光泽校准帽被设置在物镜上。保护性物镜盖也可用于对应成型的内表面作为校准帽。顶部照明反射的图像现在可在传感器上产生。这可能需要将光学装置周围的空间适当地变暗。现在，连续逼近n个指定的变焦位置，其中在任何情况下必须包括最小和最大变焦作为变焦位置。系统现在优选地自动确定光圈和积分时间，并且每个变焦位置记录特定顶部照明反射的图像，随后与积分时间和变焦位置一起被存储。在本专利技术方法的一个特别优选的实施例中，每次以低分辨率缩放图像，如下文中使用示例性实施例所说明的。为此，其优选被预先深通滤波(deep-passfiltered)。现在，一方面校准模型可以有利地以低内存的要求进行存储，且结果实时校准方法此外也可更快地进行。本专利技术的修正方法可有利地用在实时图像模式中且包括以下所述的步骤：首先，检查用于当前模块组合(变焦和物镜)的校准数据记录是否存在于控制单元或图像处理单元的的内存中。如果不是，则进行前述的校准。为成像在图像检测单元上的图像确定当前的变焦位置。此外，直接照明的实际电流馈送值和图像检测单元的实际积分时间被确定。根据在校准状态和实际状态之间建立联系的该数据计算出修正因子。反射图像被计算成来自与变焦位置相邻的校准图像的缩放因子的函数。这可以例如采用凸线性组合的形式进行。将反射图像和修正因子一起进行计算以得到适应的反射图像，优选通过乘法。随后从当前检测的图像中去掉适应的反射图像，即在未被过驱动的像素上。通过因子随后进行差分图像的乘法以重建或接近原始的亮度。对于校准构建器出现降低分辨率情况，双线性内插提供反射图像依据全部完全分辨率像素被使用以用于加权图像打印。下面将使用特别优选的实施例对本专利技术的方法的一些有利方面和实施例进行详细地说明。在该实施例中本专利技术的方法被用于数字显微镜中，所述数字显微镜包括带有物镜的光学单元、电动变焦系统、带有图像传感器的图像检测单元以及图像处理单元。光学单元包括同轴明场照明装置，并且被布置在可通过电机调节高度的支架中。数字显微镜还包括载物台，所述载物台可在水平面和垂直面之间转换并且包括控制单元。此外，数字显微镜包括优选地连接至个人电脑(PC)的用户界面。首先，将说明用于生成校准数据记录的变量。校准路径存储在控制单元中且其中执行校准程序的步骤。首先，检查显微镜中的物镜是否是新的。为此，其中存储了使用过的最后十个物镜的序列号的“ROS”存储器被检查以确定当前的物镜是否存在。该存储器可以是，例如，SD卡或另一种替代存储器或者也可以是固定系统内存。如果物镜为已知的，可直接转换至操作模式，因为在此情况下已存在校准数据记录。例如“请等待-校准反射修正”之类的通信现在从控制单元被发送到用户界面，并且优选地显示在监视器上。显微镜的光学单元的驱动被移至最高位置并且载物台被移至最低位置。变焦被调整至最小值，该值可选择在物镜类型之间进行变化，例如，β＝0.5。如果存在暗场照明，则存在的暗场照明被切断。同轴明场照明装置被切入，其具有限定的电流馈送(例如，40％)。现在获得九个校准构建器，其在不同的变焦位置具有恒定的照明。变焦位置在每种情况下包括最小和最大的可能变焦因子，其中最小变焦因子可取决于物镜类型，且变焦位置在完全可见反射区内应具有更多的支撑位置。这通常是较小放大阶段的情况，而在大变焦因子的情况下，反射倾向于显示为“朦胧的光亮”。所述实施例中的变焦位置为0.5、0.565、0.8、1、1.4、1.9、3.5。校准图像以特定快门速度被存储为元数据。快门速度优选地在校准模式中自动确定。为了在校准快门速度之间也具有可用的快门速度，通过曝光公式近似计算变焦位置上的快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模块化数字显微镜中照明相关像差的修正方法，所述模块化数字显微镜具有同轴明场照明装置、电动变焦装置、物镜、数字图像检测单元和图像处理单元，所述方法包括：‑加载校准数据记录，所述校准数据记录包括不同变焦值β‑i的像差的校准图像，并且包括每个校准图像的校准元数据；‑获取具有相关图像元数据的图像，所述图像包括所述变焦系统的至少一个变焦位置β_a；‑使用所述校准数据记录和所述图像元数据的校准数据确定修正因子，‑从所述校准数据记录中确定反射图像；‑利用所述修正因子计算所述反射图像以得到被修正的反射图像；‑利用所述被修正的反射图像计算所述获取的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 DE 102014215095.71.一种用于模块化数字显微镜中照明相关像差的修正方法，所述模块化数字显微镜具有同轴明场照明装置、电动变焦装置、物镜、数字图像检测单元和图像处理单元，所述方法包括：-加载校准数据记录，所述校准数据记录包括不同变焦值β-i的像差的校准图像，并且包括每个校准图像的校准元数据；-获取具有相关图像元数据的图像，所述图像包括所述变焦系统的至少一个变焦位置β_a；-使用所述校准数据记录和所述图像元数据的校准数据确定修正因子，-从所述校准数据记录中确定反射图像；-利用所述修正因子计算所述反射图像以得到被修正的反射图像；-利用所述被修正的反射图像计算所述获取的图像。2.如权利要求1中所述的方法，其中所述图像元数据还包括所述明场照明装置的照明强度(L_BF)以及所述图像检测单元的积分时间(E_N)。3.如权利要求1或2中所述的方法，其中通过插值从至少两个作为所述实际变焦位置β_a的元数据的具有相邻变焦位置β_i的校准图像计算所述反射图像。4.如权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述反射图像与所述修正因子相乘。5.如权利要求2到4中任一项所述的方法，其中所述修正因子根据以下公式计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·米尔德，马克思·冯科，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE