相衬成像的制作方法

本申请涉及一种用于产生物体的相衬图像的方法以及对应的光学器件。具体地说，本申请涉及从至少两个照射方向顺序地照射物体并且基于对应的强度图像产生相衬图像的技术。

背景技术：

在物体的光学成像中，通常可取的是产生被称为相衬图像的图像。在相衬图像中，图像对比度的至少一部分是由通过被描绘的物体的光的相移引起的。这使得尤其是不引起光的振幅衰减或者仅引起光的振幅略微衰减、但是引起显著相移的物体(相位物体)可以被以相对比较高的对比度描绘。通常，作为显微镜中的物体的生物样本可以引起比电磁场的振幅变化大的相位变化。

用于相衬成像的各种技术是已知的，例如暗场照射、倾斜照射、微分干涉差(DIC)或Zernike相衬。其他技术将例如是纹影(刃边)法或螺旋相衬。

此类前述技术具有各种缺点或约束。例如，就DIC技术、Zernike技术、纹影法和螺旋相衬来说，与常规的振幅成像相比，通常有必要在被称为探测光学仪器的仪器的区域中在样本和探测器之间提供附加光学元件。这可能导致结构设计受到约束，尤其是在模块化构造的显微镜的情况下。成本通常增加。就薄样本来说，在暗场照射下，通常只有几个光子对生成图像有贡献，这可能导致低劣质量的噪声图像。随后对图像的评价或分析可能是不可能的，或者仅具有受限程度的可能性。倾斜照射通常导致对比度不对称地提高，这继而可能引起图像的质量降低。

技术实现要素：

因此需要改进的相衬成像技术。具体地说，需要使光学器件的鲁棒的且简单的构造成为可能并且使良好图像质量成为可能的此类技术。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求限定实施例。

根据一个方面，本发明涉及一种用于用光学器件产生物体的相衬图像的方法。该方法包括从至少两个照射方向顺序地照射物体。该方法还包括对于每个照射方向，在从各个照射方向照射期间捕捉物体的强度图像。该方法还包括组合原始图像以获得物体的相衬图像。原始图像是基于捕捉的强度图像。所述至少两个照射方向在每种情况下被分配给一对照射方向。

换句话说，所述至少两个照射方向在每种情况下可以形成对或者被布置成对。在这种情况下，可能的是，一个照射方向始终仅被分配给一对。然而，还将可能的是，照射方向中的至少一些被分配给多对。

例如，光学器件可以是显微镜器件。相衬图像因此可以描绘放大的物体。所述至少两个照射方向可以尤其是与光学器件的理想化光束没有偏转地或者仅略有偏转地沿着其经过的轴(光轴)形成不同的角度。在简单的实现中，例如，可以组合来自与光轴形成不同角度的任何两个或三个或更多个照射方向的物体的强度图像。然后，特定相衬分量可能已经在相衬图像中被获得。

虽然强度图像通常没有任何相衬或者没有显著的相衬，但是具有显著相衬分量的相衬图像可以通过组合原始图像来产生。具体地说，与其他常规的相衬成像技术相比，通过本案中描述的方法，可以实现一方面相衬成像的实现特别简单的效果以及光学器件的构造特别简单、因此成本低并且鲁棒的效果。具体地说，可以使用根据这里描述的技术的、对必要的探测光学仪器没有任何修改的不同的常规显微镜器件。

各种标准可以应用于将两个照射方向分配到一对的分配。例如，一对照射方向的几何标准可以例如相对于光轴应用；这样，例如可以在相衬图像中产生特别高的相衬分量。例如，一对照射方向可以相对于光轴和/或包含光轴的平面对称地布置。然而，可替代地或另外地，还将可能的是，照射和捕捉的时间点被作为两个照射方向属于一对的可替代或附加标准考虑；例如，其各自的强度图像相继立即被捕捉或者相继不久被捕捉的那些照射方向可以形成一对；以这样的方式，例如，可以实现相对于移动伪像的一定鲁棒性。一般来说，随后用于产生相衬图像的评价也可以被作为两个照射方向属于一对的可替代或附加标准考虑；例如，可以通过组合一对两个强度图像来对这两个强度图像总是产生一个原始图像。

将可能的是，一对的两个照射方向与光轴形成相关角度。相关角度意指例如如下角度，这些角度基本上是相同的，或者绝对项基本上是相同的；基本上可以特别是关于准确度的技术限制(比如举例来说光学器件捕捉强度图像中的系统或统计误差和/或光学器件的照射器件的结构引起的限制)而被表征的。只要尽管绝对项不同、但是例如在光学器件的准确度内是相同的角度被实现，这就可以满足基本上相同角度的此类标准。此类标准在下文中适用于光学器件的照射方向的角度和/或其他性质的对应指示。

用照射矢量描述照射方向对于照射方向的几何性质的描述可能是有帮助的。照射矢量可以是相对于光学器件的原点定义的，例如相对于物体和/或焦平面与光轴的交点定义。照射矢量的长度可以例如对应于来自各个照射方向的照射的振幅；在后面对于各个照射矢量的方位的讨论中，考虑照射矢量的长度可能是不必要的。照射矢量与光轴形成的角度于是可以对应于各个照射方向的角度。

例如，可能可取的是，一对照射方向的照射矢量相互形成大于10°的角度，优选地大于20°，特别优选地大于40°。可替代地或另外地，还将可能的是，一对照射方向的照射矢量在每种情况下与光轴形成大于5°的角度，优选地大于10°，特别优选地大于20°。这样，可以实现一对照射方向的两个照射矢量之间的差矢量具有垂直于光轴的显著分量；这可以使相衬图像中的相衬特别大幅地提高。

具体地说，可能的是，一对照射方向的两个照射方向的照射矢量可以通过围绕光学器件的光轴旋转大于25°、优选地大于50°、特别优选地大于85°的角度而相互变换。结果，差矢量变得特别大。

一对照射方向的两个照射方向还可以以这样的方式布置，即，相关联的照射矢量通过围绕光轴旋转160°至200°、有利地175°至185°、特别有利地180°的角度而相互形成。还将可能的是，相关联的照射矢量可以通过围绕光轴旋转70°至100°、有利地85°至95°、特别有利地90°的角度而相互变换。换句话说，一对照射方向的两个照射方向可以位于一个平面中，并且相对于光轴对称地或基本上对称地布置。例如如果180°的旋转使两个照射矢量相互变换，则光轴可以位于该平面中(被该平面所包含)。这样，可以在相衬图像中获得相比较大的相衬分量，因为一对的两个照射方向是以相互关系互补的这样的方式布置的。

一般可能可取的是使用更多的照射方向来获得相衬图像。具体地说，通过各个照射方向的适当布置，相衬图像中的相衬分量可以提高。例如，将可以考虑多对照射方向。例如，将可以从2个或4个或6个或8个照射方向或更多个照射方向顺序地照射物体。例如，将可能的是，第一对照射方向确定相关联的照射矢量的第一差矢量。第二对照射方向可以对应地确定相关联的照射矢量的第二差矢量。第一差矢量和第二差矢量可以相互形成例如70°至110°、有利地85°至95°、特别有利地90°的角度。

对应地将还可能的是，第一平面由第一对照射方向的照射矢量限定。第二平面可以例如由第二对照射方向的照射矢量限定。第一平面和第二平面可以例如相互形成70°至110°、有利地85°至95°、特别有利地90°的角度。平面可以例如由位于该平面中的各个照射矢量限定。还将可能的是，平面由法向矢量限定，法向矢量的方位平行于各个照射矢量的差矢量；光轴可以位于平面中。

这样，两对照射方向的照射矢量的差矢量因此可以相互形成高达90°的相对比较大的角度；结果，相衬图像中的相衬可以沿着各个图像方向提高。例如，相衬图像中的相衬分量可以沿着如下那些图像方向特别大，对于这些图像方向，一对照射方向的照射矢量具有垂直于光轴的分量。具体地说，相衬图像中的相衬分量可以沿着如下那些方向特别大，对于这些方向，一对照射方向的照射矢量的差矢量具有垂直于光轴的分量。由于这个原因，可能可取的是使用互补地和/或对称地布置的照射方向。为了在相衬图像中产生各向同性的相衬，可能可取的是照射方向与光轴形成均匀分布的角度。

将例如可以产生具有方向相关的相衬的多个相衬图像。例如，第一相衬图像可以沿着第一图像方向具有显著相衬，第二相衬图像可以沿着第二图像方向具有显著相衬，第一图像方向和第二图像方向相互形成例如70°至110°、有利地85°至95°、特别有利地90°的角度。

根据本方面，所述用于产生相衬图像的方法可以例如用于第一对照射方向并且用于第二对照射方向，由此产生第一相衬图像和第二相衬图像。第一对和第二对的各个照射矢量的差矢量可以相互形成例如70°至110°、有利地85°至95°、特别有利地90°的角度。于是可以实现第一相衬图像沿着与第二相衬图像不同的图像方向具有显著相衬。可以生成取决于方向的相衬。这可以在随后对相衬图像的评价或分析中使特别高的信息内容变为可能。

对应地将可能的是，第一对照射方向的照射矢量可以通过在包含光轴的第一平面处镜像而相互变换。第二对照射方向的照射矢量可以通过在包含光轴并且垂直于第一平面的第二平面处镜像而相互变换。这可以意味着一对照射方向的照射矢量的差矢量相互形成基本上90°的角度。于是，相衬图像可以沿着不同的方向具有高相衬。

至少两个照射方向的各个几何布置已经在上面被提及。原则上，多种多样的照射器件可以用于执行用各个照射方向照射物体。例如，扫描镜可以用在例如照射器件的视场光阑平面中。自适应组件也可以用在照射器件的孔径光阑或照射光瞳中；例如，可以使用根据德国专利申请10 2014 101 219.4的照射器件。还将可能的是，照射器件包括发光二极管阵列。例如，发光二极管阵列的发光二极管可以根据笛卡尔网格布置，该网格的各个单元可以是正方形或矩形。也可以实现其他网格，例如六边形网格等。例如将还可能的是，发光二极管阵列包括一环或多环发光二极管，例如具有不同半径的发光二极管。于是可以例如通过启动发光二极管阵列的在离光轴特定距离处的特定发光二极管来实现特定照射方向。

因此，所述方法可以例如包括对于每对照射方向：启动发光二极管阵列的第一发光二极管以从第一照射方向照射物体；并且启动发光二极管阵列的第二发光二极管以从第二照射方向照射物体。发光二极管阵列可以例如具有n行发光二极管和m列发光二极管。第一发光二极管可以对应于发光二极管阵列的ij发光二极管；对应地，第二发光二极管可以选自以下组：n-i+1；j发光二极管；i；m-j+1发光二极管；n-i+1；m-j+1发光二极管。

i因此可以表示发光二极管阵列的行索引，所以可以在从1到n的范围内选择。j因此可以表示发光二极管阵列的列索引，所以可以在从1到m的范围内选择。如果它是正方形发光二极管阵列，则m＝n。

通过以这样的方式成对地对称地启动发光二极管，上面讨论的特殊的几何关系特别是可以如下实现：在根据n-i+1；j或i；m-j+1选择第二发光二极管的情况下，可能引起如上面关于第三平面描述的情形；在根据i；m-j+1选择第二发光二极管并且根据n-i+1；j选择第三发光二极管的情况下，可能引起上述第三平面和第四平面的情况；在根据n-i+1；m-j+1选择第二发光二极管的情况下，可能引起上述通过围绕光轴旋转基本上180°的角度变换照射方向的情况。

如上面所解释的，一般来说，可以选择不同数量和布置的照射方向。具体地说，可以选择相互成特定的几何关系的照射方向对。在此类情况下，一般来说，一对可以提高相衬图像中垂直于该对内的连接线(即，平行于差矢量)的线的结构的相衬；该对内的连接线在这种情况下可以对应于照射矢量的差变化。一般可能可取的是用于产生相衬图像的方法被特别快地执行；这通常可以已经用一对或两对照射方向实现；只要例如两对照射方向被使用，这两对就可以被旋转90°。一般来说，所产生的相衬图像中的相衬的更均匀的提高可以用照射方向空间的更高扫描速率来实现；这意味着一般来说，更多的照射方向对，例如在对应的照射方向空间上均匀地或随机地分布的照射方向对，可能是可取的。倾斜度不同的照射方向尤其可以提高相衬图像的可塑性。虽然与光轴形成有限角度的此类照射方向已经在上面被具体地讨论，但是一般还可以使用平行于光轴的照射方向。除了所考虑的照射方向的数量或相衬图像的相衬上所使用的强度图像的影响之外，就信噪比来说，相对较多的照射方向的使用可能也是可取的。一般来说，相衬图像可能受噪声的影响较小，更多的强度图像被用来获得相衬图像。信号噪声可能例如是由单个的强度图像的光子噪声和/或相机噪声引起的。

虽然涉及照射方向的类型和/或布置的技术已经主要在上面被描述，但是涉及基于捕捉的强度图像产生相衬图像的技术主要在下面描述。

在简单的实现中，原始图像可以对应于强度图像。然而，原始图像还可以通过使用某些后置处理步骤从强度图像获得；结果，例如可以产生具有相对比较高的相衬和/或相对比较高的信噪比的相衬图像。例如，原始图像可以通过将算子应用于捕捉的强度图像来获得。算子可以例如选自以下组：绝对值；平方值；根值；变号；像素的平滑；像素的像差校正；以及各个强度图像的像素值的均值的归一化。例如，均值的归一化可以包括：从各个强度图像的像素值减去各个强度图像的像素值的均值以获得对应的原始图像。

一般来说可能的是，对于每个强度图像确定原始图像，也就是说，在强度图像和原始图像之间存在1：1分配。然而，还将可能的是，组合多个强度图像来形成原始图像。例如，原始图像因此可以通过组合多个强度图像而确定。

例如将可能的是，所述方法还包括：组合与一对照射方向相对应的那些强度图像以在每种情况下形成原始图像。特别是对于分配给一对的照射方向满足特定几何关系的情况，这样，可以在所产生的相衬图像中获得特别高的相衬。这样获得的原始图像于是又可以被组合以便产生相衬图像。

通过组合一对照射方向的两个强度图像以在每种情况下形成原始图像，可以在组合操作中确保特别大的灵活性。具体地说，在组合操作中例如可能的是对单个的图像进行更大或更小程度的加权。这样，例如可以补偿由于各个照射方向与光轴形成的角度而可能发生的某些光学效应。例如，以各个照射方向与光轴形成的更大(更小)角度捕捉的强度图像的中等强度可以更小(更大)。可以通过合适的组合技术来补偿此类效应。特别是与一次组合相对较多的强度图像和/或原始图像的技术相比，可以实现提高的灵活性。

例如，强度图像的组合可以包括减去各个强度图像以获得原始图像。原始图像的组合可以包括加上原始图像的绝对值以产生相衬图像。

一般来说，组合技术因此是没有特别限制的。各个原始图像可以例如被减去或加上；同样对应地适用于强度图像，只要将它们组合来获得原始图像即可。

例如，原始图像的组合可以包括对原始图像进行加权求和。在加权求和中，每个原始图像可以被分派加权因子。所述方法可以例如还包括对于每个原始图像：基于对应的照射方向与光学器件的光轴形成的角度来确定加权因子。例如，对应的照射方向与光轴的角度越大(越小)，加权因子就可以被确定为越大(越小)。通常，各个照射方向与光轴的角度越大(越小)，各个强度图像的信噪比因此可能就越小(越大)——对应的照射场的振幅保持不变。这样，例如可能的是，照射方向的角度越大，强度图像中将被补偿的信噪比就越小。例如，可以以这样的方式确定加权因子，即，各个照射矢量的平行于光轴的分量呈现预定长度，例如对于各个照射方向相同的长度。

通过执行加权求和，因此可以在组合操作中考虑到各个照射方向或各个照射方向对对于各个强度图像的各种影响。这样，可以产生特别高质量的相衬图像——例如特别是与无差别地组合光轴右边和左边的各个照射方向的技术相比。

借助于前述技术，使用比如用在例如常规的相衬成像技术中的更多光学元件可能是不必要的。具体地说，例如，可以以这样的方式执行用光的照射，即，光学器件的在物体和探测器之间的光路中的光不通过选自以下组的任何元件：极点滤光器；棱镜；沃拉斯顿棱镜；相环；灰阶滤光器。光学器件的简化构造因此可以特别是与已确立的以前已知的相衬成像技术(比如举例来说DIC技术或Zernike技术)有关地实现。这可以降低操作成本或者降低操作期间出现故障的易感性。此外，对于本方法来说使用特别相干光和/或单色光可能是不必要的。例如，照射可以用不相干光来执行。具体地说，物体的照射也可以用白光来执行，白光具有显著光谱宽度。这样还可以使光学器件的照射器件成本相对比较低并且相对于故障来说是鲁棒的。

具体地说，对探测光学仪器内(即，物体和探测器之间)的常规强度成像执行修改可能是不必要的。这可以使前述技术可以用在各种显微镜中。具体地说，与DIC技术、Zernike技术以及介入探测光学仪器中的其他技术(比如举例来说纹影法或螺旋相衬)相比，这具有提高使用中的灵活性的效果。此外，通过组合相衬图像以产生相衬图像，可以确保即使很薄的样本在相衬图像中也显得很亮——特别是与基于暗场照射的相衬成像技术相比，这是有利的。通过合适地选择照射方向，如上所述，还可以确保所产生的相衬图像中的相衬在不同方向上均匀地或刻意地提高。特别是与常规的倾斜照射技术相比，这样，可以产生改进的相衬图像。此外，借助于上述技术可以选择照射器件的与光学器件的探测器件的光阑相同或基本上相同的光阑；具体地说，照射光阑大于探测光阑可能是不必要的。这样，例如可以获得与暗场照射相比构造简化的光学器件。借助于上述技术，还可以执行定量相位重构，在定量相位重构中，所产生的相衬图像的对比度与相移成比例。特别是与在图像空间中操作的常规技术(比如举例来说暗场照射、倾斜照射、DIC技术、Zernike相衬、纹影法或螺旋相衬)相比，这样，可以产生特别有意义的相衬图像。在空间频率空间中、而不是在图像空间中操作的其他的技术(比如举例来说傅立叶叠层成像(ptychography))——如本案中那样——通常需要比目前的在图像空间中操作的技术更多且更复杂的计算步骤。因此，特别是在实时应用或期望快速产生相衬图像的那些应用的情况下，前述技术的应用可能是特别可取的。

一般来说，组合原始图像或从强度图像产生原始图像是可灵活适配的。因此，例如，原始图像的加权求和中的加权因子可以例如根据样本适配或者由用户适配。这使得例如所产生的相衬图像的针对正被调查的特定样本优化的相衬可以变为可能；具体地说，这可以在不必在光学器件的硬件中执行干预的情况下可以是可能的。特别是与常规的相衬成像技术相比，这可以使得可以简单地适配用于产生相衬图像的成像参数；具体地说，此类成像参数可以被更鲁棒地且更可靠地适配。还可以回顾性地(即，在照射并捕捉物体之后)适配成像参数。这可以提高成像的灵活性。此外，被描绘的物体的振幅信息的各项在所得的图像中被考虑到。特别是与以前已知的暗场照射技术相比，这可以是优点。

根据其他方面，本申请涉及一种光学器件。该光学器件被设计为产生物体的相衬图像。该光学器件包括照射器件，其被设计为从至少两个照射方向照射物体。所述至少两个照射方向在每种情况下被分配给一对照射方向。该光学器件包括探测器，其被设计为在从各个照射方向照射期间对于每个照射方向捕捉物体的强度图像。该光学器件还包括计算单元，其被设计为基于图像空间中的捕捉的强度图像来组合原始图像以产生物体的相衬图像。

照射器件可以包括发光二极管阵列。发光二极管阵列的发光二极管可以用不相干光照射物体。

根据本申请的目前讨论的方面的光学器件可以被设计为执行根据本申请的其他方面的用于产生相衬图像的方法。

对于此类光学器件，可以实现与对于具有本发明的其他方面的用于产生相衬图像的方法可以获得的效果可比的效果。

根据其他方面，本申请涉及一种用于用光学器件产生物体的相衬图像的方法。该方法包括从照射方向照射物体。所述照射方向与光学器件的光轴形成有限角度。该方法还包括在从所述照射方向照射期间捕捉物体的强度图像。该方法还包括对强度图像进行处理以产生相衬图像。强度图像的处理包括对相衬图像进行重新缩放。

因此可以仅基于单个强度图像来产生相衬图像。借助于此类技术，可以特别快地产生相衬图像。这可以例如对于移动的样本具有优点。还可以用相对比较低的曝光照射物体。此外，此类技术可以具有减小当产生相衬图像时的计算量的效果。因此，例如对多个强度图像或相对较多的强度图像进行处理可能是不必要的。这样，通过后置处理产生相衬图像可以特别快地发生。

还将可能的是，所述方法还包括：

对于各个照射方向重复地执行强度图像的捕捉和处理，并且组合如此产生的相衬图像。

这样，可以例如在相衬图像中产生特别高的相衬分量。还可以实现这样获得的相衬图像中的信噪比特别高。

一般来说，各种技术可以用于重新缩放。例如，重新缩放可以包括：从强度图像的像素值减去强度图像的像素值的均值。例如，所有像素值的均值可以在每种情况下被从强度图像的每个像素值减去。像素值可以例如与物体在各个像素所描绘的位置处的亮度成比例。

一般来说可能的是，强度图像的处理包括更其他步骤，例如平滑步骤等。例如将可能的是，强度图像的处理还包括将绝对值算子应用于重新缩放的强度图像。例如，绝对值算子的应用可以具有对于每个像素输出具有正号的相应像素值的效果。

根据其他方面，本申请涉及一种光学器件，其被设计为产生物体的相衬图像。该光学器件包括照射器件，其被设计为从照射方向照射物体。所述照射方向与光学器件的光轴形成有限角度。照射器件还包括探测器，其被设计为在从所述照射方向照射期间捕捉物体的强度图像。光学器件还包括计算单元，其被设计为对强度图像进行处理以产生相衬图像。处理包括对相衬图像进行重新缩放。

例如，根据目前讨论的方面的光学器件可以被设计为执行根据本发明的其他方面的用于确定相衬图像的方法。

对于此类光学器件，可以实现与对于根据本发明的其他方面的用于确定相衬图像的方法可以实现的效果可比的效果。

上面呈现的特征以及下面描述的特征不仅可以用在对应的明确呈现的组合中，而且还可以在不脱离本发明的保护范围的情况下独自用于这些组合。具体地说，可以组合已经在上面参照在其情况下基于一个或多个强度图像产生相衬图像的方面描述的各种特征。

附图说明

结合以下对结合附图更详细地解释的示例性实施例的描述，上面描述的本发明的性质、特征和优点以及实现它们的方式变得更清楚且更容易理解。

图1二维地例示说明从两个不同的照射方向照射物体。

图2A三维地例示说明从四个照射方向照射物体，两个照射方向在每种情况下形成一对。

图2B三维地例示说明从三个不同的照射方向照射物体，两个照射方向在每种情况下形成一对。

图3示意性地示出可以用于从不同照射方向照射物体的发光二极管阵列。

图4A例示说明从在从各个照射方向照射物体时捕捉的强度图像产生相衬图像的序列，原始图像是针对每个强度图像产生的，原始图像被组合以产生相衬图像。

图4B例示说明从在从各个照射方向照射物体时捕捉的强度图像产生相衬图像的序列，强度图像被成对组合以形成原始图像，原始图像被组合以产生相衬图像。

图5示意性地例示说明光学器件。

图6是用于产生相衬图像的方法的流程图。

图7示出用于原始图像的加权求和的加权因子对对应照射方向的角度的依赖性。

图8例示说明从与光轴形成有限角度的照射方向照射物体。

图9例示说明对于图8的照射方向捕捉的强度图像的像素值。

图10对应于图9，像素值已经被重新缩放。

图11对应于图10，绝对值算子已经被应用于像素值。

具体实施方式

下面参照附图、基于优选实施例来更详细地解释本发明。在附图中，相同的标号表示相同的或类似的元件。附图是本发明的各个实施例的示意性表示。附图中所描绘的元件不一定被示为是按比例绘制的。相反，附图中所描绘的各个元件是以它们的功能和一般用途对于本领域技术人员变得可理解的这样的方式再现的。附图中所描绘的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实现为间接连接或耦合。连接或耦合可以以有线的或无线的方式实现。功能单元可以实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。

下面对用于借助于光学器件产生相衬图像的技术进行解释。这些技术是基于对于特定照射方向捕捉的物体的一个或多个强度图像的处理或后置处理。在一种情形下，可以基于单个强度图像产生相衬图像。在其他情形下，可以基于多个强度图像产生相衬图像；通过组合基于强度图像的原始图像，可以在相衬图像中获得相衬。在此类情形下，照射方向可以特别是成对布置，并且在每种情况下，与一对照射方向相对应的强度图像被组合以形成原始图像。随后，这样获得的原始图像可以被组合以产生相衬图像。

相衬图像的相衬可以通过照射方向的合适选择来控制。具体地说，被分配给一对的那些照射方向的几何关系可以对相衬做出特定贡献。例如，一对照射方向的两个照射方向可以与光学器件的光轴形成相关角度。相关角度可以例如意味着一对的两个照射方向相对于光轴是对称的或者在任何情况下与光轴形成相同绝对值的角度。借助于此类方法，可以例如刻意地产生在相衬图像的各个图像方向上各向同性或各向异性的相衬。相衬也可以被定量地确定，只要各个照射场的照射方向以及可能地其他参数(比如振幅等)是已知的即可。一般来说，可能可取的是，一对照射方向的两个照射方向相互形成尽可能大的角度，例如大于10°或大于20°或大于40°。可能还可取的是，一对照射方向的第一照射方向与光轴形成第一角度，第一角度例如大于5°或大于10°或大于20°。可能还可取的是，一对照射方向的第二照射方向与光轴形成第二角度，第二角度例如大于5°或大于10°或大于20°。一对照射方向之间的或照射方向和光轴之间的此类相对比较大的角度使得可以在相衬图像中获得相对比较大的相衬分量。

本技术因此使得相衬图像可以通过强度图像的合适处理(即，在实际捕捉之后)从强度图像产生。没有必要在光学器件的探测器的区域中提供其他光学元件。用光的照射可以特别是以这样的方式执行，即，光学器件的在物体和探测器之间的光路中的光不通过选自以下组的任何元件：极点滤光器；棱镜；沃拉斯顿棱镜；相环；以及灰阶滤光器。特别是与已确立的相衬成像技术(比如举例来说DIC技术)相比，这样可以实现光学器件的简化的且特别鲁棒的构造。光可以具有显著光谱带宽，并且不必满足任何特定的相干标准。

在图1中，首先，表示了第一照射方向110-1和第二照射方向110-2的一维视图。图1中还表示了光轴120，并且还表示了被照射物体100。从图1可以看出，第一照射方向110-1与光轴120形成第一角度111-1。此外，第二照射方向110-2与光轴120形成第二角度111-2。具体地说，第一照射方向110-1和第二照射方向110-2相对于光轴120对称布置。角度111-1、111-2的绝对项是相同的(只要角度的值是从光轴120开始从零起向上计数的；可是，根据方向，设有代数符号)。

为了对照射方向110-1、110-2更好地进行几何描述，可以求助于照射矢量。照射矢量可以结束于物体100中，并且可以与光轴120形成与各个照射器件110-1、110-2的角度111-1、111-2相对应的角度。

图2A中三维地表示了此类情形。在图2A中，借助于照射矢量表示4个照射方向110-1-110-4；照射方向110-1-110-4与光轴120形成相同的角度。第一照射方向110-1可以通过围绕光轴120旋转180°的角度而被变换为第三照射方向110-3。对应地，第一照射方向110-1和第三照射方向110-3、还有光轴120位于第一平面201-1(在图2A中用虚线表示)中。第一照射方向110-1和第三照射方向110-3形成一对照射方向。例如，第一照射方向110-1和第三照射方向110-3的相关联的强度图像可以被组合以形成原始图像，例如通过减去或加上这些强度图像来组合。

从图2A还可以看出，第二照射方向110-2可以通过围绕光轴120旋转180°而被变换为第四照射方向110-4。第二照射方向110-2、第四照射方向110-4以及光轴120位于第二平面201-2(在图2A中用虚线表示)中。例如，第二照射方向110-2和第四照射方向110-4可以被组合以形成原始图像。这样获得的两个原始图像又可以被组合以产生相衬图像，例如通过减去或加上这些强度图像。相衬图像可以例如沿着图2A中所指示的x方向和y方向布置。

第一对照射方向110-1、110-3的第一平面201-1以及第二对照射方向110-2、110-4的第二平面201-2相互形成90°的角度。图2A中还表示了第一对照射方向110-1、110-3的照射矢量的连接线或第一差矢量115-1。还表示了第二对照射方向110-2、110-4的照射矢量的第二差矢量115-2。从图2A可以看出，三个差矢量115-1、115-2还相互形成90°的角度，具体地说，对应于第一平面201-1和第二平面201-2。通常，第一对照射方向110-1、110-3使相衬图像中的垂直于对应差矢量115-1的相衬提高。对应地，第二对照射方向110-2、110-4使相衬图像中的垂直于对应差矢量115-2的相衬提高。因为在图2A的情形下，两个差矢量115-1、115-2相互形成90°的角度，即，在照射方向110-1-110-4的空间上均匀地分布，相比各向同性的相衬可以在相衬图像中沿着各个图像方向产生。将可以例如通过考虑与光轴120形成其他角度的其他照射方向(图2A中未示出)来产生沿着相衬图像的各个图像方向的相衬的提高的各向同性。

在图2A的情形下，沿着其存在高相衬的那些方向相对于xy图像轴相衬图像倾斜45°。通过合适地形成多对照射方向110-1-110-4，还可以产生沿着相衬图像的xy图像轴的提高的相衬。这在图2B中示出。在图2B的情形下，照射方向110-1和110-2形成第一对。照射方向110-1、110-4形成第二对；这意味着第二照射方向110-2被分配给第二对。从图2B还可以看出，第三平面201-3(在图2B中用虚线示出)包含光轴120。此外，第四平面201-4(在图2B中用虚线示出)包含光轴120。第三平面201-3和第四平面201-4的方位是相互垂直的。第一对的照射方向110-1、110-2的照射矢量可以通过第三平面201-3的镜像而相互变换。相比之下，第二对照射方向的照射矢量110-1、110-4可以通过第四平面201-4的镜像而相互变换。

从图2B可以看出，第一对和第二对照射方向110-1、110-2、110-4的差矢量115-1、115-2的方位是相互成90°角垂直的(还参看图2A)。同时，差矢量115-1、115-2在每种情况下的方位是平行于相衬图像的x、y图像轴的(不同于图2A)。属于一对照射方向110-1、110-2、110-4的强度图像又可以在每种情况下被组合以形成原始图像。这些原始图像然后可以被组合以形成单个相衬图像。该相衬图像继而具有沿着各个方向相比各向同性地分布的相衬。

然而，还将可以对第一对照射方向110-1、110-2产生第一相衬图像并且对第二对照射方向110-1、110-4产生第二相衬图像。这两个相衬图像于是具有沿着不同图像方向的提高的相衬。例如在被描绘的物体100的性质分析中，这可能是有利的。具体地说，基于第一对照射方向110-1、110-2确定的第一相衬图像具有沿着y图像方向的提高的相衬。对应地，基于第二对照射方向110-1、110-4确定的第二相衬图像具有沿着x图像方向的提高的相衬。

在图2A和图2B中，高度对称的情况已经在每种情况下被示出。在图2A中，可以通过围绕光轴旋转基本上180°的角度来使成对形成的照射方向110-1-110-4相互变换。在图2B中，可以通过围绕光轴120旋转基本上90°的角度来使成对形成的照射方向110-1-110-4相互变换。例如，详细地参照图2B：这里，第一照射方向110-1可以通过围绕光轴120旋转90°而被变换为第二照射方向110-2，并且通过围绕光轴120旋转-90°而被变换为第四照射方向110-4。然而，还将可以以照射方向可以通过围绕光轴120旋转某个其他的旋转角度而相互变换的这样的方式布置照射方向。因此，将可能的是，成对形成的照射方向110-1-110-4可以通过围绕光轴120旋转除90°或180°之外的角度而相互变换，例如大于25°、或优选地大于50°的角度。一般来说，一对照射方向110-1-110-4的照射矢量可以通过在包含光轴120的平面201-3、201-4处镜像而相互变换，并且具有法向矢量，该法向矢量的方位平行于各个成对形成的照射方向110-1-110-4之间的对应差矢量115-1、115-2。

一般来说，各个照射方向110-1-110-4的照射矢量布置在相对于光轴120的圆上也是不必要的，也就是说，可以通过围绕光轴120旋转而相互变换，如同图2A和图2B的高度对称的情况下的情况那样。例如，一对照射方向的照射方向110-1-110-4可以与光轴120形成不同的角度。

诸如已经参照图2A和图2B解释的几何关系这样的几何关系可以例如通过仅提供有限数量的可能的照射方向110-1-110-4的各个照射器件来实现。换句话说，可以仅实现非常特定的照射方向110-1-110-4——取决于照射器件。于是，例如，在每种情况下，满足规定的几何标准——比如举例来说围绕光轴120旋转特定角度——的最靠近的照射方向110-1-110-4以及可能的照射方向可以被选择。该选择于是满足照射器件的准确度的限制内的几何标准。

原则上，因此可以使用多种多样的照射器件511来从各个照射方向110-1-110-4照射物体。在图3中，照射器件511的例子是以发光二极管(LED)阵列的形式表示的。图3中的LED阵列511包括4行LED和4列LED，这些LED相对于光轴120对称布置。为了例如使得可以沿着照射方向110-1照射物体100，LED 300-11可以被启动。为了使得可以沿着照射方向110-2照射物体100，LED 300-10可以被启动。为了使得可以沿着照射方向110-3照射物体100，LED 300-6可以被启动。为了使得可以沿着照射方向110-4照射物体100，LED 300-7可以被启动。例如，通过用比如图2B中所表示的技术的技术类推，以下LED 300-1-300-16对应于一对照射方向110-1-110-4：LED 300-1和LED 300-12、LED 300-5和LED 300-9；LED 300-2和LED 300-14；LED 300-6和LED 300-10；LED 300-2和LED 300-15；LED 300-7和LED 300-11；LED 300-4和LED 300-16；LED 300-8和LED 300-12。例如，一对照射方向110-1-110-4的各个强度图像可以被减去以便在每种情况下获得原始图像。这样获得的原始图像然后可以被求和以便产生第一相衬图像。第一相衬图像于是具有沿着x图像方向的特别高的相衬。

对应地还将可以将每种情况下的以下LED 300-1-300-16组合成多对照射方向110-1-110-4以便产生沿着y方向的高相衬：LED 300-1和LED 300-4；LED 300-5和LED 300-8；LED 300-2和LED 300-3；LED 300-6和LED 300-7；LED 300-9和LED 300-12；LED 300-13和LED 300-16；LED 300-10和LED 300-11；LED 300-14和LED 300-15。在此类情形下，可以根据以下公式计算第一相衬图像DPGC_x：

DPGC_x＝I₁-I₁₃+I₅-I₉+I₂-I₁₄+I₆-I₁₀+I₃-I₁₅+I₇-I₁₁+I₄-I₁₆+I₈-I₁₂ (1)

对应地可以根据以下方程计算第二相衬图像DPGC_y：

DPGC_y＝I₁-I₄+I₅–I₈+I₂-I₃+I₆-I₇+I₉-I₁₂+I₁₃-I₁₆+I₁₀-I₁₁+I₁₄-I₁₅ (2)

其中，I_i在每种情况下是与对应的LED 300-1-300-16的启动相对应的从各个照射方向110-1-110-14照射物体100的情况下的强度图像。

在图3中，行索引和列索引也是针对LED 300-1-300-16指示的；因此，例如，LED 300-7具有行索引i＝3以及列索引j＝2。一般来说，为了实现例如根据图2A、图2B之一的照射方向110-1-110-4，所述方法可以包括：启动第一发光二极管300-1-300-16以用于从第一照射方向110-1-100-4照射物体，并且启动第二LED 300-1-300-4以用于从第二照射方向110-1-100-4照射物体。第一LED 300-1-300-16于是具有行索引i和列索引j。第二LED 300-1-300-16于是可以具有行索引n-i+1以及不变的列索引j，参看图2B的情形下的照射方向110-1、110-2。第二LED 300-1-300-16还可以具有不变的行索引i，并且具有列索引m-j+1，参看图2B的情形下的照射方向110-1、110-4。还将可能的是，第二LED 300-1-300-16具有行索引n-i+1和列索引m-j+1，参看成对形成的照射方向110-1、110-3，还有图2A的成对形成的照射方向110-2、110-4。

虽然在图3中讨论了笛卡尔网格的LED 300-1-300-16的情形，但是一般来说，其他布置的LED 300-1-300-16可以用于LED阵列511。例如，将可以使用圆形布置的LED 300-1-300-16作为LED阵列511。于是可以例如特别是特别简单地或特别准确地实现上面参照图2A和图2B讨论的情形，在这些情形下，各个照射方向110-1-110-4可以通过围绕光轴120的旋转而相互变换。

在图4A中，表示了强度图像401-1-401-6的组合。在图4A的情形下，获得在每种情况下由两个强度图像401-1-401-6组成的三对420-1-420-3。例如，第一对420-1强度图像401-1、401-2可以对应于照射方向110-1和照射方向110-3(参看图2A)。在图4A的情形下，对于强度图像401-1-401-6中的每个，确定对应的原始图像402-1-402-6(在图4A中用水平箭头表示)。在简单的实现中，原始图像402-1-402-6对应于强度图像401-1-401-6。算子也可以应用于捕捉的强度图像401-1-401-6以便产生原始图像402-1-402-6。例如，算子可以选自以下组：绝对值；平方值；根值；变号；像素的平滑；像素的像差校正；以及各个强度图像的像素值的均值的归一化。然后，原始图像402-1-402-6被组合以产生相衬图像410。该组合可以例如通过各个原始图像402-1-402-6相互的求和、减法、除法或乘法来执行。这里例如与不同对420-1-420-3的强度图像401-1-401-6相对应的不同原始图像402-1-402-6可以被给予不同的代数符号；对应地还将可能的是，在每种情况下，与一对420-1-420-3的第一强度图像401-1-401-6相对应的第一原始图像402-1-402-6被给予与第二原始图像402-1-402-6相比相反的代数符号。当组合原始图像402-1-402-6时，用于单个的原始图像402-1-402-6的加权因子也可以被考虑。结果，各个原始图像402-1-402-6、因此各个照射方向110-1-110-4对相衬图像410的影响可以受到控制。

在图4B中，表示了用于产生相衬图像410的其他技术。在图4B的情形下，在每种情况下，一对420-1-420-3的两个强度图像401-1-401-6被组合以形成原始图像402-1-402-6，例如通过加法、减法、乘法或除法。同时，将可以将前述算子之一应用于各个强度图像401-1-401-6或这样获得的原始图像402-1-402-3。然后，原始图像402-1-402-3又被组合以便产生相衬图像410。

虽然在图4A和图4B中，在每种情况下，使用总共六个强度图像401-1-401-6，但是一般来说可以仅用两个强度图像401-1-401-6来产生相衬图像410。

图5中表示了光学器件500，上述技术可以用光学器件500实现。光学器件500包括照射器件511，其可以例如以LED阵列(参看图3)的形式实现。物体100被从照射器件511到探测器512的光的光路中的样本夹持架513夹持。例如，可以实现样本夹持架513布置在照射器件511和探测器512之间的透射几何结构。还将可以实现反射几何结构。光学器件500还具有计算单元514，其可以被设计为执行用于产生相衬图像410的各个步骤(参看图4A和图4B)。光学器件500还可以具有存储器515，例如非易失性存储器或易失性存储器。存储器515可以包括用于计算单元514的控制信息的对应项，以便后者可以执行如上所述的用于产生相衬图像的各种技术。

在图6中，表示了用于产生相衬图像的方法的流程图。该方法从步骤S601开始。在步骤S601中，照射物体100。具体地说，可以用不相干光来执行照射。在步骤S601中照射物体100的光可以特别是具有显著带宽，即，它可以不是单色的。例如，物体100可以在步骤S601中被白光照射。

具体地说，从至少两个照射方向110-1-110-4执行步骤S601中物体100的照射。在步骤S601中，例如首先从第一照射方向110-1-110-4照射物体，同时捕捉强度图像401-1-401-6。然后，从第二照射方向110-1-110-4照射物体100；同时，捕捉其他强度图像401-1-401-6。

在步骤S602中，执行强度图像401-1-401-6的组合以产生相衬图像410。各种技术可以用于组合。具体地说，可以在组合操作中确定加权因子，加权因子确定各个强度图像401-1-401-6或基于它们的原始图像402-1-402-6对相衬图像的影响。在步骤S602中，在每种情况下，一对的两个强度图像401-1-401-6可以例如被组合以形成原始图像402-1-402-6。

在图7中，以各个强度图像401-1-401-6对相衬图像410的影响举例来说的依赖性被表示为依赖于各个照射方向110-1-110-4与光轴120形成的角度111。例如，角度111的绝对值越大(越小)，各个强度图像401-1-401-6的影响就可以越大(越小)。

在图8中，表示了从单个照射方向110-1照射物体100的情形。为了这个目的，例如，单个LED 300-1-300-16可以被启动。从图8可以看出，照射方向110-1与光轴120形成有限角度111-1。图8中的物体100具有两个台阶形边缘或周边，并且在它们之间形成高原。

对于图8的情形，对应的强度图像401-1被捕捉，参见图9。在图9中，强度图像401-1的像素值是表示在x-z平面中的。从图9可以看出，像素值在物体100的在图8中左边(右边)表示的边缘处呈现出特别大(小)。在物体100的高原区域中，像素值呈现出基本上恒定的值。

然后，对强度图像401-1进行处理以便产生相衬图像410。在图10中，重新缩放的强度图像401-1被表示并且被标记为原始图像402-1。为了这个目的，确定强度图像401-1的像素值的均值，然后从所有像素值减去该均值。由于这个原因，像素值的曲线在图10的表示中下移。

然后，将对每个像素值提供绝对值的绝对值算子应用于原始图像402-1。还可以执行平滑。结果，产生相衬图像410，参见图11。

基于此类技术，具有显著相衬分量的相衬图像410因此可以被相对比较简单地产生，例如，仅基于单个强度图像401-1-401-6产生。当然可选地还可以组合例如对于各个照射方向110-1-110-4这样获得的多个相衬图像410以形成所得图像，以便例如改进信噪比或者在如此产生的所得图像中获得更各向同性的相衬分量。在此类情形下，各个照射方向110-1-110-4成对布置可能不是必要的。

总之，使得可以通过特定地组合从不同照射方向捕捉的强度图像来产生相衬图像的技术已经被描述。使得可以通过选择性地对强度图像进行处理来产生相衬图像的技术也已经被例示说明。到此程度，可以提到例如数字相位梯度对比度。具体地说，根据常规的相衬成像技术使用特殊的光学元件(比如举例来说棱镜等)可能是不必要的。

尽管已经通过优选示例性实施例更具体地例示说明并且详细地描述了本发明，但是本发明不受所公开的例子的限制，并且其他变型可以在不脱离本发明的保护范围的情况下被本领域技术人员从这些例子推导得到。