用于形成具有扩展景深的显微图像的显微镜和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于形成具有扩展景深的显微图像的显微镜和方法，该方法借助于显微镜来产生具有扩展景深的显微图像。该显微镜包括图像传感器，该图像传感器包括布置为由线形成的矩阵的像素。在该方法的一个步骤中，在改变焦点位置(z)的同时获取样本的多个显微帧。逐线获取显微帧。在获取显微帧的个体的过程中改变焦点位置(z)。在进一步的步骤中，识别所获取的线的个体的部分。这些部分对样本锐利地成像。组成线的被识别的部分以便形成具有扩展景深的样本的显微图像。此外，本发明专利技术涉及显微镜。本发明专利技术涉及显微镜。本发明专利技术涉及显微镜。

【技术实现步骤摘要】
用于形成具有扩展景深的显微图像的显微镜和方法


[0001]本专利技术首先涉及一种借助于显微镜产生具有扩展景深的显微图像的方法。本专利技术还涉及一种具有用于对样本进行光学成像的物镜(objective lens)的显微镜。

技术介绍

[0002]在2019年1月美洲奥林巴斯公司科学解决方案部的Takeo Ogama的白皮书“选择显微镜相机时要考虑的事项”中，讨论了影响显微成像质量的相机因素。例如，解释了卷帘快门。由卷帘快门引起的图像失真是CMOS传感器快速读出特征的副作用。对于快速移动的样品，在全局快门后的全局重置功能是可以有助于抑制失真的理想解决方案。
[0003]在2017年10月Carl Zeiss Microscopy GmbH的手册“Zeiss Axiocam系列
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蔡司显微镜相机技术指南”1.0版中，介绍了显微镜相机。关于CMOS技术，据称广泛使用的卷帘快门架构会导致运动物体的几何失真。
[0004]在第10届欧洲计算机视觉会议论文集，法国马赛，2008年10月12日至18日，第60至73页的Sujit Kuthirummal、Hajime Nagahara、Changyin Zhou和Shree K.Nayar的论文“灵活的景深摄影”中，描述了原型相机，它使用微致动器在图像集成期间沿光轴平移检测器。介绍了灵活DOF的三种应用。显示了扩展DOF，其中，使用非常宽的光圈捕获大深度范围，但具有几乎与深度无关的散焦模糊。对捕获的图像应用反卷积可以得到具有扩展DOF但是高SNR的图像。此外，还显示了具有不连续DOF的图像的捕获。例如，可以锐利地对近处和远处的对象进行成像，而中间的对象则严重模糊。此外，描述了一种在不倾斜图像检测器的情况下捕获具有倾斜DOF的图像的相机。
[0005]在光学通信，第6卷，第1期，1972年9月，第38
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42页中的G.的论文“通过两步图像处理增加焦点深度的方法”中，介绍了获得增加景深的方法。该方法包括两个步骤。第一步骤是生成一个修改后的三维对象的非相干图像，其虽然退化了，但对所有对象平面都有相同的退化。第二步骤是在相干图像处理器中对该修改后的图像进行过滤以获得具有增加焦点深度的未退化图像。
[0006]DE 197 33 193 A1教导了一种具有自适应光学器件的显微镜。发射波前调制器位于物镜和管透镜之间。该显微镜可用于共聚焦显微镜、激光支持显微镜、常规显微镜或分析显微镜。
[0007]US 7,269,344 B2教导了一种光学装置，其具有配备有可变形镜和电子变焦功能的成像光学系统。可变形镜的光线偏转功能根据对应于要使用的图像的对象区域的改变而改变。即使在可变放大率增加时，该解决方案也旨在所拍摄图像的高锐利度。
[0008]WO 2005/119331 A1教导了一种可变焦距透镜，该透镜包括多个具有两个自由度旋转和一个自由度平移的微镜。控制微镜的两个自由度旋转和一个自由度平移来改变透镜的焦距并且满足光线的相同相位条件。透镜是衍射菲涅耳透镜。
[0009]WO 2007/134264 A2示出了一种具有可变焦距微镜阵列透镜的三维成像系统。微镜阵列透镜包括多个微镜，其中，每个微镜被控制以改变微镜阵列透镜的焦距。成像系统还
包括成像单元和图像处理单元，图像处理单元利用成像单元捕获的图像和微镜阵列透镜的焦距信息来产生三维图像数据。
[0010]US 2014/0185462 A1公开了一种显微镜，该显微镜具有在z方向上用于定位包括物镜和相机的单元的第一电动驱动器，并且具有在z方向上用于定位接收样本的样本台的第二电动驱动器。第一电动驱动器使得能够获取具有扩展景深的图像。
[0011]US 8,581,996 B2公开了一种成像设备，利用该设备可以获取和数字化大面积的样本，并且可以输出具有扩展景深的图像。成像设备包括用于接收样本的可移动样本台和用于改变焦点位置的单元。该成像设备除其他外还包括相机和用于生成具有扩展景深的图像的单元。具有扩展景深的图像是全焦图像。
[0012]US 2015/0185465 A1教导了一种用于获取和生成具有扩展景深的图像的数字显微镜。该显微镜被配置为执行在z方向上的异步和并行定位、图像采集和图像处理，以便使得能够更快地获取和生成具有扩展景深的图像。
[0013]在US 2015/0185464 A1中，描述了一种旨在节省研究视野的时间的解决方案。为此，调整物镜的放大系数和z方向上的定位等。
[0014]来自制造商Keyence的VHX2000和VHX5000型数字显微镜使得能够获取具有扩展景深的显微图像。Keyence制造的VHX5000数字显微镜使得能够在大约9秒的时段内借助于12幅图像的堆叠来获取测量高度约为138μm的样本的拓扑结构。
[0015]来自制造商Carl Zeiss Microscopy GmbH的SmartZoom5显微镜使得能够在约25秒内借助于具有约60个图像的图像堆叠来获取高度为10mm的样本的显微图像，随后需要大约19秒来计算具有扩展景深的显微图像。因此，总共需要大约44秒提供具有扩展景深的图像。
[0016]DE 10 2017 123 511 A1涉及一种借助于显微镜产生具有扩展景深的显微图像的方法。在该方法的一个步骤中，从不同的焦点位置获取样本的多个显微帧。在另一步骤中，处理多个显微帧以形成具有扩展景深的显微图像。在以可变速度或可变加速度获取至少一些显微帧期间连续地改变焦点位置。
[0017]DE 10 2019 119 310 A1教导了一种使用显微镜生成具有扩展景深的显微图像的方法。通过手动改变显微镜的至少一个物镜与待拍摄样品之间的距离，可以手动改变显微镜的焦点位置。在该方法的一个步骤中，识别显微镜的用户是否根据周期函数来手动改变焦点位置。在识别出用户正在根据周期函数改变焦点位置之后，记录具有不同焦点位置的样品的若干显微个体图像。将多个显微个体图像处理成具有扩展景深的显微图像。

技术实现思路

[0018]以现有技术为出发点，本专利技术的目的是使得能够以更少的努力更快地产生具有扩展景深的显微图像。
[0019]通过本专利技术的方法和根据本专利技术的显微镜来实现上述目的。
[0020]根据本专利技术的方法用于生成具有扩展景深(EDoF)的显微图像，其也称为EDoF图像。为此目的，使用显微镜，尤其是数字显微镜。显微镜包括物镜和用于将从物镜直接或间接反射的图像转换到图像传感器上的图像传感器。
[0021]在根据本专利技术的方法的一个步骤中，当改变显微镜的焦点位置时，用显微镜来获
取样本的多个显微帧。从不同的焦点位置获取显微帧，使得在至少一个显微帧中锐利成像样本的每个单独区域。特别优选地通过对具有可移动镜的微系统的不同致动来实现不同的焦点位置。作为优选的替代方案，通过可变形光学透镜的不同致动来实现不同的焦点位置。作为优选的替代方案，通过改变样本和显微镜物镜之间的距离来形成不同的焦点位置。样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种借助于包括图像传感器的显微镜形成具有扩展景深的显微图像的方法，其中，所述图像传感器包括布置为由线形成的矩阵的像素，其中，所述方法包括以下步骤：
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在改变焦点位置(z)的同时获取样本的多个显微帧，其中，逐线获取所述显微帧，并且其中，在获取所述显微帧的个体的过程中改变所述焦点位置(z)；
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识别对所述样本锐利地成像的被获取的所述线的个体的部分；以及
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组成所述线的被识别的所述部分以便形成具有扩展景深的所述样本的显微图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个显微帧是通过使用卷帘快门来获取的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过改变所述样本与所述显微镜的物镜之间的距离来改变所述焦点位置(z)。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，周期性改变所述焦点位置(z)，其中，所述周期性改变的频率至少为100Hz。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述焦点位置的所述周期性改变的至少十个周期期间获取所述多个显微帧。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述焦点位置(z)是逐步改变的。7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个显微帧包括至少20个所述显微帧。8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
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记录每个所述显微帧的所述线的每个所述部分的所述焦点位置的值；其中，为了形成具有扩展景深的所述样本的显微图像，所述线的被识别的所述部分的所述组成是基于分配给所述线的被识别的所述部分的所述焦点位置(z)的被记录的所述值。...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：SD光学公司立体声显示公司，
类型：发明
国别省市：