用于生成由多个子图像构成的目标体的合成图像的方法
【专利说明】用于生成由多个子图像构成的目标体的合成图像的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年4月19日提交的未决德国专利申请N0.102013103971.5的较早申请日的优先权，并且其内容以引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明涉及用于生成由多个子图像构成的目标体的合成图像的方法，其中，目标体的多个相邻子图像被捕获；并且所述子图像通过图像处理操作合并在一起，以形成连贯的合成图像。
[0004]当分析生物学样品时，这些样品被暴露于适当的光照下并通过相机拍照。通过使用生物学标记进行适当标记，能够使用例如荧光分析或比色法对生物学样品进行检测。使用简单的反射光技术或透射光技术能够进行其他检测。对于样品的精确光学扫描，可以使用显微镜光学系统，以识别甚至更小的生物学结构。
[0005]如果检测较大样品或具有多个目标体、探针或生物芯片的所谓微阵列，存在大面积不得不使用高分辨度拍照的问题。为了解决该问题，已知为扫描这些大面积。在这样做时，该面积被逐行拍照；并且将这些行合并以形成合成图像。从专利US7978874B1中可得知该方法。
[0006]与上述方法相比，图像探测器提供具有更大光学可变性的优点。然而，为了创建合成图像，由图像探测器捕获的多个子图像必须合并在一起以形成合成图像。在这种也称为缝合的图像处理操作的情况下，子图像的重叠区域被检测它们是否匹配。例如，在相邻的两个子图像中都发现光学目标体，并且通过子图像中所述光学目标体的位置确定子图像相对彼此的位置，从而能够在正确的位置将子图像缝合在一起。这种技术在例如专利US7778485B1 中可知。
[0007]如果两个子图像的重叠区域中存在不充分的信息，从而仅能不恰当地确定子图像相对彼此的位置，则子图像这样混合在一起以形成合成图像会导致错误。
[0008]为了解决该问题，例如从专利W098/44446中可知，以较高机械精确度移动样品基板，可以将目标体中相邻且不重叠的子图像以几微米的精确度缝合在一起，而无需图像处理。然而，该方法需要运动装置，通过该运动装置，样品可在具有高精度的物镜下移动。
[0009]本发明的目的是提供一种由多个相邻子图像生成合成图像的简单可靠的方法。
[0010]该目的通过本说明书开始部分描述的方法类型实现，其中，使用通过图案形成装置(pattern means)生成的光学图案执行将子图像缝合在一起，以在图像处理操作中形成合成图像。图案提供足够的光学信息，从而通过图案特性诸如其在子图像中的定位能够可靠地确定子图像相对于彼此的位置。
[0011]在这种情况下，有利地是，如果子图像至少部分地彼此重叠，则图案成像在子图像的重叠区域中，或者当图案没有直接成像在子图像中时，图案成像在彼此重叠的图案图像中。然而，子图像的重叠不是完全必须的，因为光学图案还能够以如下方式构造，紧密相邻的子图像可以通过图案在其位置彼此固定。
[0012]子图像描绘了目标体(object)的一部分。合成图像描绘了目标体的更大部分或整个目标体，并且有利地由至少两个子图像构成，特别地，合成图像由至少K个子图像的一维链构成，其中K多3 ;以及，而且，特别地，合成图像由NXM个子图像的二维结构构成，其中N多2且2。子图像可以彼此邻接或者彼此重叠。子图像至少为具有k个像素的一维图像，其中k多2 ;有利地为具有二维像素结构的二维图像；有利地为nXm个像素的结构，其中，η彡2且m彡2。相应地，用于捕获子图像的图像捕获装置的图像探测器包括至少k个相邻的探测器件，其特别地在二维网格中至少以nXm布置。
[0013]图像处理操作中的算法有利地使用光学图案来将子图像缝合在一起。图像处理方法可包括下列步骤中的一个或多个步骤。
[0014]至少部分地包含光学图案的至少两个图像被检测用于图案的图案单元(patternelements) 0可选地，图案单元可通过图案识别装置进行识别。将在两个图像中发现的图案单元彼此进行对比其一致性。能够以参数的形式检测一致性:尺寸和/或颜色。如果在一个或多个参数中的一致性超过预定程度，则两个图案单元互相分配。互补的图案单元被检测它们相对彼此的定位。定位可包括在图像中的位置和取向。图案单元的定位可用于将两个图像在其位置彼此关联。通过这种关系将两个图像混合在一起，以形成合成图像。在合成图像中，两个互补图案单元一个在另一个上方以一致方式叠加。
[0015]图案形成装置有利地布置在目标体外侧。图案形成装置生成用于成像目标体的另一图案。因此，该图案不是目标体中固有的图案。图案形成装置有利地独立于目标体。作为可选，图案形成装置可以为目标体的组件，例如，安装在样品载体上的图案形成装置。甚至样品件例如粘合剂中的图案单元诸如颗粒也是可能并有利的。总之，有利地是，如果图案形成装置布置在与待检测目标体无关的或与待检测的目标体区域无关的区域中或者在该区域中成像为图案，则图案不会干扰目标体轮廓。
[0016]光学图案可由一个或多个图案单元构成。图案可以为以如下方式生成的预定图案，其几何结构由图案形成装置限定，例如为点和/或线。然而，还能够以不限定的方式生成图案，使其不是预定的。图像处理单元包括一种或多种用于图案识别的算法，该算法有利地识别子图像或图案图像中的图案。
[0017]光学图案有利地可以在两个相邻子图像的重叠区域中整体或部分地成像在子图像中。然而，通常不必将图案布置在重叠区域，如果需要，仅部分地布置在重叠区域。如果图案或其一部分布置在子图像中，则可从图案的一个边缘(例如亮面轮廓)记录图案的一种特性。
[0018]如果光学图案完全或部分地成像在子图像中，则图像处理单元能够识别光学图案，或者更具体地从子图像中直接识别图案单元，并且能够在正确的位置将子图像缝合在一起。然而，光学图案在子图像中的成像具有如下缺陷，光学图案隐藏子图像的图像内容，结果，能够减少子图像的图像内容。为了消除该问题，有利地是在一个或多个图案图像中成像光学图案，图案图像有利地具有相对于子图像定义的相关定位。如果图案图像以如下方式不同于子图像，光学图案仅成像在图案图像中并且子图像不具有图案，则是有利的。
[0019]如果每个子图像被分配图案图像，则是有利的。在该情况下，不同的子图像被分配有不同的图案图像。图像处理单元通过一个图案单元在两个图像即两个子图像或两个图案图像中的定位确定子图像相对于彼此的位置。子图像相对于彼此的位置也可通过图案图像相对于彼此的定位间接确定。
[0020]为了捕获子图像，有利地相对于图像捕获装置诸如相机或物镜移动目标体。结果，图像捕获装置可一个子图像接着一个子图像地扫描目标体。有利地是，图案随着目标体移动。因此，图案作为目标体自身以相同方式相对于图像捕获装置移动。同时，有利地是，如果图案在其移动过程中完全与目标体的移动相结合，则在图案与目标体之间不存在相对移动。由于移动仅为相对移动，还可以将目标体和图案保持在静止状态，而移动图像捕获装置。有利地是，图案形成装置随着目标体保持器和目标体移动。特别地，图案形成装置与所述目标体保持器自动移动。在这种情况下，可以通过图案形成装置与目标体保持器之间的刚性连接产生自动移动。
[0021]本发明的一个有利实施方式提供的目标体保持器是样品台；并且目标体是样品，特别是生物学样品，其布置在样品台上。生物学样品包括生物学材料，特别是细胞、微生物、细菌和/或类似物等。有利地样品为二维平坦样品，其能够提供一个或多个样品件，例如微芯片、多个样品器皿的布置和/或类似物等。有利地是，样品包括放置在样品保持器上或样品保持器中的样品物质。通过盖子有利地是玻璃盖来遮盖样品。有利地是，样品保持器以及尤其是盖子对于目标体图像的波长为透明的。用于样品保持器的适当材料为玻璃。
[0022]本发明另一有利的实施方式提供的方法是显微镜学方法，并且通过显微镜的光学系统捕获子图像。显微镜的光学系统有利地具有至少为5的放大系数，并且特别是至少为20的放大系数。
[0023]为了将光学图案成像在图像探测器上，存在取决于多个参数的很多可能。这些参数在下文详细描述，并能够以任意方式组合。
[0024]第一参数是图案作为材料图案或非材料图案的制作。因此，该参数具有两种可能性。该图案可以为材料图案，例如为玻璃鳞片的物品，其牢固地连接至目标体保持器，和/或，牢固地连接至目标体例如样品的物品。一些实例可包括样品例如粘合剂中的颗粒，或者是目标件的涂层。相比较，能够以成像的形式制作的非材料图案例如辐射图案是尤其有利的。图案作为辐射图案通过例如图案形成装置投射在图案载体例如目标体上。词语“辐射图案”还包括阴影图案。材料图案在图案载体上投影是有利的。有利地是，图案形成装置以光学图案可关闭、即光学图案可打开和关闭的方式构造。
[0