用于生成由多個(gè)子圖像構(gòu)成的目標(biāo)體的合成圖像的方法
【專利說明】用于生成由多個(gè)子圖像構(gòu)成的目標(biāo)體的合成圖像的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年4月19日提交的未決德國專利申請N0.102013103971.5的較早申請日的優(yōu)先權(quán)，并且其內(nèi)容以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及用于生成由多個(gè)子圖像構(gòu)成的目標(biāo)體的合成圖像的方法，其中，目標(biāo)體的多個(gè)相鄰子圖像被捕獲；并且所述子圖像通過圖像處理操作合并在一起，以形成連貫的合成圖像。
[0004]當(dāng)分析生物學(xué)樣品時(shí)，這些樣品被暴露于適當(dāng)?shù)墓庹障虏⑼ㄟ^相機(jī)拍照。通過使用生物學(xué)標(biāo)記進(jìn)行適當(dāng)標(biāo)記，能夠使用例如熒光分析或比色法對生物學(xué)樣品進(jìn)行檢測。使用簡單的反射光技術(shù)或透射光技術(shù)能夠進(jìn)行其他檢測。對于樣品的精確光學(xué)掃描，可以使用顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，以識別甚至更小的生物學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0005]如果檢測較大樣品或具有多個(gè)目標(biāo)體、探針或生物芯片的所謂微陣列，存在大面積不得不使用高分辨度拍照的問題。為了解決該問題，已知為掃描這些大面積。在這樣做時(shí)，該面積被逐行拍照；并且將這些行合并以形成合成圖像。從專利US7978874B1中可得知該方法。
[0006]與上述方法相比，圖像探測器提供具有更大光學(xué)可變性的優(yōu)點(diǎn)。然而，為了創(chuàng)建合成圖像，由圖像探測器捕獲的多個(gè)子圖像必須合并在一起以形成合成圖像。在這種也稱為縫合的圖像處理操作的情況下，子圖像的重疊區(qū)域被檢測它們是否匹配。例如，在相鄰的兩個(gè)子圖像中都發(fā)現(xiàn)光學(xué)目標(biāo)體，并且通過子圖像中所述光學(xué)目標(biāo)體的位置確定子圖像相對彼此的位置，從而能夠在正確的位置將子圖像縫合在一起。這種技術(shù)在例如專利US7778485B1 中可知。
[0007]如果兩個(gè)子圖像的重疊區(qū)域中存在不充分的信息，從而僅能不恰當(dāng)?shù)卮_定子圖像相對彼此的位置，則子圖像這樣混合在一起以形成合成圖像會導(dǎo)致錯(cuò)誤。
[0008]為了解決該問題，例如從專利W098/44446中可知，以較高機(jī)械精確度移動樣品基板，可以將目標(biāo)體中相鄰且不重疊的子圖像以幾微米的精確度縫合在一起，而無需圖像處理。然而，該方法需要運(yùn)動裝置，通過該運(yùn)動裝置，樣品可在具有高精度的物鏡下移動。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種由多個(gè)相鄰子圖像生成合成圖像的簡單可靠的方法。
[0010]該目的通過本說明書開始部分描述的方法類型實(shí)現(xiàn)，其中，使用通過圖案形成裝置(pattern means)生成的光學(xué)圖案執(zhí)行將子圖像縫合在一起，以在圖像處理操作中形成合成圖像。圖案提供足夠的光學(xué)信息，從而通過圖案特性諸如其在子圖像中的定位能夠可靠地確定子圖像相對于彼此的位置。
[0011]在這種情況下，有利地是，如果子圖像至少部分地彼此重疊，則圖案成像在子圖像的重疊區(qū)域中，或者當(dāng)圖案沒有直接成像在子圖像中時(shí)，圖案成像在彼此重疊的圖案圖像中。然而，子圖像的重疊不是完全必須的，因?yàn)楣鈱W(xué)圖案還能夠以如下方式構(gòu)造，緊密相鄰的子圖像可以通過圖案在其位置彼此固定。
[0012]子圖像描繪了目標(biāo)體(object)的一部分。合成圖像描繪了目標(biāo)體的更大部分或整個(gè)目標(biāo)體，并且有利地由至少兩個(gè)子圖像構(gòu)成，特別地，合成圖像由至少K個(gè)子圖像的一維鏈構(gòu)成，其中K多3 ;以及，而且，特別地，合成圖像由NXM個(gè)子圖像的二維結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中N多2且2。子圖像可以彼此鄰接或者彼此重疊。子圖像至少為具有k個(gè)像素的一維圖像，其中k多2 ;有利地為具有二維像素結(jié)構(gòu)的二維圖像；有利地為nXm個(gè)像素的結(jié)構(gòu)，其中，η彡2且m彡2。相應(yīng)地，用于捕獲子圖像的圖像捕獲裝置的圖像探測器包括至少k個(gè)相鄰的探測器件，其特別地在二維網(wǎng)格中至少以nXm布置。
[0013]圖像處理操作中的算法有利地使用光學(xué)圖案來將子圖像縫合在一起。圖像處理方法可包括下列步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟。
[0014]至少部分地包含光學(xué)圖案的至少兩個(gè)圖像被檢測用于圖案的圖案單元(patternelements) 0可選地，圖案單元可通過圖案識別裝置進(jìn)行識別。將在兩個(gè)圖像中發(fā)現(xiàn)的圖案單元彼此進(jìn)行對比其一致性。能夠以參數(shù)的形式檢測一致性:尺寸和/或顏色。如果在一個(gè)或多個(gè)參數(shù)中的一致性超過預(yù)定程度，則兩個(gè)圖案單元互相分配?；パa(bǔ)的圖案單元被檢測它們相對彼此的定位。定位可包括在圖像中的位置和取向。圖案單元的定位可用于將兩個(gè)圖像在其位置彼此關(guān)聯(lián)。通過這種關(guān)系將兩個(gè)圖像混合在一起，以形成合成圖像。在合成圖像中，兩個(gè)互補(bǔ)圖案單元一個(gè)在另一個(gè)上方以一致方式疊加。
[0015]圖案形成裝置有利地布置在目標(biāo)體外側(cè)。圖案形成裝置生成用于成像目標(biāo)體的另一圖案。因此，該圖案不是目標(biāo)體中固有的圖案。圖案形成裝置有利地獨(dú)立于目標(biāo)體。作為可選，圖案形成裝置可以為目標(biāo)體的組件，例如，安裝在樣品載體上的圖案形成裝置。甚至樣品件例如粘合劑中的圖案單元諸如顆粒也是可能并有利的?？傊?，有利地是，如果圖案形成裝置布置在與待檢測目標(biāo)體無關(guān)的或與待檢測的目標(biāo)體區(qū)域無關(guān)的區(qū)域中或者在該區(qū)域中成像為圖案，則圖案不會干擾目標(biāo)體輪廓。
[0016]光學(xué)圖案可由一個(gè)或多個(gè)圖案單元構(gòu)成。圖案可以為以如下方式生成的預(yù)定圖案，其幾何結(jié)構(gòu)由圖案形成裝置限定，例如為點(diǎn)和/或線。然而，還能夠以不限定的方式生成圖案，使其不是預(yù)定的。圖像處理單元包括一種或多種用于圖案識別的算法，該算法有利地識別子圖像或圖案圖像中的圖案。
[0017]光學(xué)圖案有利地可以在兩個(gè)相鄰子圖像的重疊區(qū)域中整體或部分地成像在子圖像中。然而，通常不必將圖案布置在重疊區(qū)域，如果需要，僅部分地布置在重疊區(qū)域。如果圖案或其一部分布置在子圖像中，則可從圖案的一個(gè)邊緣(例如亮面輪廓)記錄圖案的一種特性。
[0018]如果光學(xué)圖案完全或部分地成像在子圖像中，則圖像處理單元能夠識別光學(xué)圖案，或者更具體地從子圖像中直接識別圖案單元，并且能夠在正確的位置將子圖像縫合在一起。然而，光學(xué)圖案在子圖像中的成像具有如下缺陷，光學(xué)圖案隱藏子圖像的圖像內(nèi)容，結(jié)果，能夠減少子圖像的圖像內(nèi)容。為了消除該問題，有利地是在一個(gè)或多個(gè)圖案圖像中成像光學(xué)圖案，圖案圖像有利地具有相對于子圖像定義的相關(guān)定位。如果圖案圖像以如下方式不同于子圖像，光學(xué)圖案僅成像在圖案圖像中并且子圖像不具有圖案，則是有利的。
[0019]如果每個(gè)子圖像被分配圖案圖像，則是有利的。在該情況下，不同的子圖像被分配有不同的圖案圖像。圖像處理單元通過一個(gè)圖案單元在兩個(gè)圖像即兩個(gè)子圖像或兩個(gè)圖案圖像中的定位確定子圖像相對于彼此的位置。子圖像相對于彼此的位置也可通過圖案圖像相對于彼此的定位間接確定。
[0020]為了捕獲子圖像，有利地相對于圖像捕獲裝置諸如相機(jī)或物鏡移動目標(biāo)體。結(jié)果，圖像捕獲裝置可一個(gè)子圖像接著一個(gè)子圖像地掃描目標(biāo)體。有利地是，圖案隨著目標(biāo)體移動。因此，圖案作為目標(biāo)體自身以相同方式相對于圖像捕獲裝置移動。同時(shí)，有利地是，如果圖案在其移動過程中完全與目標(biāo)體的移動相結(jié)合，則在圖案與目標(biāo)體之間不存在相對移動。由于移動僅為相對移動，還可以將目標(biāo)體和圖案保持在靜止?fàn)顟B(tài)，而移動圖像捕獲裝置。有利地是，圖案形成裝置隨著目標(biāo)體保持器和目標(biāo)體移動。特別地，圖案形成裝置與所述目標(biāo)體保持器自動移動。在這種情況下，可以通過圖案形成裝置與目標(biāo)體保持器之間的剛性連接產(chǎn)生自動移動。
[0021]本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施方式提供的目標(biāo)體保持器是樣品臺；并且目標(biāo)體是樣品，特別是生物學(xué)樣品，其布置在樣品臺上。生物學(xué)樣品包括生物學(xué)材料，特別是細(xì)胞、微生物、細(xì)菌和/或類似物等。有利地樣品為二維平坦樣品，其能夠提供一個(gè)或多個(gè)樣品件，例如微芯片、多個(gè)樣品器皿的布置和/或類似物等。有利地是，樣品包括放置在樣品保持器上或樣品保持器中的樣品物質(zhì)。通過蓋子有利地是玻璃蓋來遮蓋樣品。有利地是，樣品保持器以及尤其是蓋子對于目標(biāo)體圖像的波長為透明的。用于樣品保持器的適當(dāng)材料為玻璃。
[0022]本發(fā)明另一有利的實(shí)施方式提供的方法是顯微鏡學(xué)方法，并且通過顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)捕獲子圖像。顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)有利地具有至少為5的放大系數(shù)，并且特別是至少為20的放大系數(shù)。
[0023]為了將光學(xué)圖案成像在圖像探測器上，存在取決于多個(gè)參數(shù)的很多可能。這些參數(shù)在下文詳細(xì)描述，并能夠以任意方式組合。
[0024]第一參數(shù)是圖案作為材料圖案或非材料圖案的制作。因此，該參數(shù)具有兩種可能性。該圖案可以為材料圖案，例如為玻璃鱗片的物品，其牢固地連接至目標(biāo)體保持器，和/或，牢固地連接至目標(biāo)體例如樣品的物品。一些實(shí)例可包括樣品例如粘合劑中的顆粒，或者是目標(biāo)件的涂層。相比較，能夠以成像的形式制作的非材料圖案例如輻射圖案是尤其有利的。圖案作為輻射圖案通過例如圖案形成裝置投射在圖案載體例如目標(biāo)體上。詞語“輻射圖案”還包括陰影圖案。材料圖案在圖案載體上投影是有利的。有利地是，圖案形成裝置以光學(xué)圖案可關(guān)閉、即光學(xué)圖案可打開和關(guān)閉的方式構(gòu)造。
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