圖像採集設備、圖像採集方法以及電腦程式的製作方法
2023-10-04 03:10:39 3
專利名稱：圖像採集設備、圖像採集方法以及電腦程式的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過使用顯微鏡採集圖像的圖像採集設備，以及涉及一種圖像採集方法和一種電腦程式。
背景技術：
在病理學診斷中，使用了生物樣本的高解析度圖像。這種高解析度圖像是通過以預定的放大倍率放大諸如組織切片的生物樣本來獲得的。針對這一點，提出了一種顯微鏡設備，其將放置有生物樣本的區域劃分為多個小區域、以預定的放大倍率放大多個小區域、 然後對這些區域成像以採集分割的圖像以及將多個分隔的圖像彼此結合，以生成生物樣本的高解析度圖像。
此外，生物樣本的某一區域在間隔幾μ m的多個焦點位置處成像，因此可看到由此獲得的圖像。由顯微鏡在不同的焦點位置狀態下捕獲的圖像組被稱作「Z堆疊(Z stack)」(例如，參見日本專利申請公開第2008-500643號)。發明內容
例如，當厚度為10 μ m的生物樣本在焦點位置之間以I μ m間隔成像時，需執行十次成像。換句話說，一個小區域需要十張圖像。此外，在採用的焦點深度為Iym的光學系統的情況下，擔心當間距大約為Iym時可能會漏看觀察目標。為此，提出了許多建議，即合適的間隔為O. 5μ m以下。然而，隨著焦點位置之間的間隔變短，組成一個Z堆疊的圖像數據的總大小將增加。此外，對應於一個生物樣本的數據的總大小將變大。這將由於包含在顯微鏡裝置中的存儲由該裝置捕獲的圖像數據的諸如HDD (硬碟驅動器)的存儲器的更新周期太短，而導致維護管理變得麻煩，並且由於諸如從顯微鏡裝置至數據存儲裝置的數據傳輸以及開發過程的瓶頸而導致成像速度變慢。
鑑於以上說明的情況，期望提供能改進有效性並方便用戶的一種圖像採集設備、 圖像採集方法以及電腦程式。
根據本發明的實施方式，提供了一種圖像採集設備，包括光學系統，包括用於放大成像目標的部分；成像裝置，能執行所有像素同時曝光並且被配置為對由光學系統放大的部分成像；移動控制器，被配置為在成像目標部分的厚度方向上移動物鏡的焦點；以及多個曝光處理單元，被配置為在多個位置處執行成像裝置的多重曝光，使得針對由焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍，可獲得覆蓋每個範圍的平均圖像。
該範圍可以是小於等於光學系統的焦點深度乘以曝光的重數獲得的值的長度。
該多重曝光處理單元可在物鏡的焦點位置移動的同時執行成像裝置的多重曝光。
該多重曝光處理單元可橫跨多個位置使成像裝置連續曝光。
在每個範圍中連續曝光的多個位置可連續位於每個範圍中。
根據本發明的另一實施方式，本文提供了一種圖像採集方法，包括 通過移動控制器在觀察目標部分的厚度方向上移動物鏡的焦點；由多重曝光處理單元在多個位置處執行成像裝置的多重曝光，使得在由焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍中獲得覆蓋每個範圍的平均圖像。
根據本發明的又一實施方式，本文提供了一種使控制顯微鏡的計算機運行的程序，該顯微鏡包括光學系統，該光學系統包括用於放大成像目標的一部分的物鏡，以及成像裝置，能夠執行所有像素同時曝光，並被配置為對由光學系統放大的部分進行成像，該程序使計算機作為以下裝置操作移動控制器，被配置為在成像目標的一部分的厚度方向上移動物鏡的焦點；以及多重曝光處理單元，被配置為在多個位置處執行成像裝置的多重曝光， 使得在由焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍中，獲得覆蓋每個範圍的平均圖像。
如以上說明，根據本發明，能夠提高效率並方便用戶。
如附圖中示出的，根據本發明的最佳形式的實施方式的以下詳細描述，本發明的這些和其他目的、特徵和優點將變得更加顯而易見。
圖1是示出了典型的Z堆疊成像方法的示圖2是示出了根據本發明實施方式的成像方法的示圖3是示出了根據本發明第一實施方式的圖像採集設備的結構的框圖4是示出了圖3所示的圖像採集設備中的數據處理單元的硬體結構的框圖5是示出了圖4中所示的數據處理單元的功能結構的框圖6是示出了將要由圖3中所示的圖像採集設備成像的區域的示圖7是示出了圖3中所示的圖像採集設備的各個單元在由圖像採集設備進行Z堆疊成像時的操作的時序圖8是示出了由根據第一實施方式的圖像採集設備獲取的Z堆疊與用於對比的典型Z堆疊的示圖9是示出了 Z堆疊、平均圖像與圖6中示出的待成像的區域的固定焦點圖像之間的關係的不圖10是示出了平均圖像和用於對比的固定焦點圖像的示圖11是示出了波長為540nm的綠光圖像的一般散焦特性的曲線圖12是示出了 4μπι範圍中的平均圖像的散焦特性的曲線圖13是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例I的時序圖
圖14是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例2的時序圖
圖15是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例3的時序圖；以及
圖16是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例4的時序圖。
具體實施方式
以下將參考附圖對本發明的實施方式進行說明。
(第一實施方式)
(1.根據本實施方式的圖像採集設備的概述)
圖1是示出了典型的Z堆疊成像方法的示圖。
例如，在諸如細胞塗片(cell smear slide)的較厚生物樣本的檢驗中，在多個焦點位置(Zl、Z2、…Zn)處獲取其圖像，使得能夠發現可能存在於細胞I中的諸如細菌2的觀察目標，而不會將其漏看。在多個焦點位置捕獲的多個圖像被統稱為「Z堆疊」。
同時，在顯微鏡的光學系統中使用具有儘可能高(例如，NA=O. 6至O. 8)的數值孔徑的物鏡。使用具有這種數值孔徑範圍的物鏡的光學系統的焦點深度約為1 μ m。在該情況下，理論上可通過將Z堆疊中的圖像之間的間隔設定至I μ m,以獲得三維覆蓋的整個生物樣本，而沒有重疊的Z堆疊。然而，為了執行不漏看部分的觀察，期望生成在較短間隔下攝取的圖像，例如，以O. 5μπι的間隔。
然而，隨著Z堆疊中的圖像之間的間隔變短，Z堆疊中的圖像的數量增加，由此其整個數據尺寸變得很大。如果在Z堆疊單元中的數據尺寸增加，則花費較長時間來採集圖像，並導致存儲圖像的存儲成本以及包括存儲器的更新等的維護管理的成本增加。根據本實施方式的圖像採集設備被配置為在多個位置處執行圖像裝置的多重曝光，使得如圖2所示，可獲得覆蓋每個範圍的平均圖像，這些範圍由在焦點可移動的方向上的位置劃分。這裡，範圍的長度被設定為使用物鏡的光學系統的焦點深度乘以曝光的重數所獲得的長度， 或被設定為短於該長度。
更具體地，例如，根據本實施方式的圖像採集設備在多個連續焦點位置(這些焦點位置在參考使用物鏡的光學系統的焦點深度而被預設的多個焦點位置(Zl、Ζ2、. . . Zn)中) 處執行成像裝置的多重曝光，或橫跨多個連續的連續焦點位置連續地執行成像裝置的曝光，由此獲得平均圖像。因此，獲得了在其中對觀察目標整體成像的Z堆疊，同時Z堆疊中的圖像數量減少。
以下將詳細說明根據本實施方式的圖像採集設備。
應當注意，在本實施方式中將說明通過在兩個連續的焦點位置處執行成像裝置的多重曝光獲取上述的平均圖像的圖像採集設備。
(2.圖像採集設備的結構)
圖3是示出了根據本實施方式的圖像採集設備100的結構的示圖；該圖像採集設備100包括顯微鏡10和數據處理單元20。
該顯微鏡10包括鏡臺11、光學系統12、光源單元13、成像裝置14、光源驅動單元 15、鏡臺驅動單兀16和攝像控制器(camera controller) 17。鏡臺11具有放置作為成像目標的諸如組織塊、細胞、或著色體的生物樣本SPL的表面。鏡臺11被構造為可在平行於表面的方向(X軸方向和I軸方向)以及垂直於表面的方向(Z軸方向)上移動。
應當注意，生物樣本SPL通過預定的固定技術被固定至玻璃載片SG,並且在本實施方式中被適當地著色。該著色不僅包括由HE (蘇木精-伊紅)著色法、姬姆薩著色法、巴氏著色法等作為典型的一般著色技術，還包括螢光著色技術，包括FISH (螢光原位雜交)、酶標記抗體法等。
光學系統12被布置在鏡臺11的一側，而光源單元13被布置在鏡臺11的另一側。
光源單元13在光源驅動單元15的控制下發射光，以通過被設置為穿過鏡臺11的開口，將光施加至放置在鏡臺11的一個表面上的生物樣本SPL。光源單元13例如包括發射白光並用作光源13A的白色LED (發光二極體)。該光源單元13包括將光源13A發射的光轉換為基本平行的光並使用該光作為生物樣本SPL的照明光的聚光透鏡13B。
光學系統12通過物鏡12A和成像透鏡12B將由照明光獲得的生物樣本SPL的一 部分的圖像放大至預定的放大倍率。通過物鏡12A和成像透鏡12B放大的圖像形成在成像 裝置14的成像表面上。能同時曝光對應於所有像素(諸如CCD (電荷耦合器件)圖像傳感 器和CMOS (互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器)的發光單元的成像裝置被用作成像裝置 14。
光源驅動單元15包括至少一個驅動電路，其基於來自數據處理單元20的閃光發 射命令SI將恆定驅動電流施加至光源單元13的光源13A並使光源13A發射光。
鏡臺驅動單元16基於來自數據處理單元20的存儲控制信號S2，提供用於驅動鏡 臺11的X軸、y軸、和Z軸三個方向的鏡臺驅動電流，並在三個軸方向上移動鏡臺11。攝像 控制器17基於來自數據處理單元20的曝光控制信號S3控制成像裝置14。該攝像控制器 17關於對應於從成像裝置14讀取的信號執行A/D (模擬到數字)轉換，並將由此獲得的信 號提供給數據處理單元20。
數據處理單元20執行由顯微鏡10的攝像控制器17供給的原始數據的開發處理、 開發的數據的縫合處理等，以生成生物樣本圖像，並將該生物樣本圖像編碼為諸如JPEG(聯 合圖像專家組)的預定壓縮形式的數據以用於存儲。此外，數據處理單元20基於預定的程 序執行計算處理，以用於控制光源驅動單元15、鏡臺驅動單元16以及攝像控制器17。
(3.數據處理單元的結構)
接下來，將說明數據處理單元20的結構。
圖4是示出了數據處理單元20的硬體結構的框圖。
數據處理單元20包括執行計算控制的CPU (中央處理單元)21、R0M (只讀存儲器) 22 JtSCPU 21的工作存儲器的RAM(隨機存取存儲器)23、輸入與用戶的操作對應的命令的 操作輸入單元24、接口單元25、顯示器26、存儲器27以及將這些部件相互連接的總線28。
ROM 22存儲用於執行各種類型的處理的程序。接口單元25與顯微鏡10相連接。
液晶顯示器、EL (電致發光)顯示器、等離子顯示器等被應用於顯示器26。光碟、 半導體存儲器、或由HDD (硬碟驅動器)代表的磁碟被應用於存儲器27。
除了存儲在ROM 22中的多個程序，CPU 21在RAM中開發了對應於由操作輸入單元 24給定的指令的程序，並且根據開發的程序適當地控制顯示器26和存儲器27。此外，CPU 21根據在RAM 23中形成的程序通過接口單元25適當地控制顯微鏡10的單元。
(4.用於生物樣本圖像的採集處理)
接下來，將說明根據本實施方式的圖像採集設備100中的生物樣本圖像的採集處理。
當從操作輸入單元24接收到採集生物樣本SPL的命令時，CPU 21在RAM 23中形 成對應於採集命令的程序。
如圖5所示，根據與生物樣本SPL的圖像的採集命令對應的程序，CPU 21用作 鏡臺控制器31 (移動控制器)、曝光控制器32 (多重曝光處理單元)、頻閃控制器(strobe controller) 33 (多重曝光處理單元)、圖像採集單元34、顯像處理單元(development processing unit) 35、圖像壓縮單元36、以及圖像記錄單元37。
例如，如圖6所示，根據物鏡12A和成像透鏡12B的放大倍率，鏡臺控制器31將多 個小區域AR分配給生物樣本SPL的待成像區域(以下也被稱為樣本區域)PR。
鏡臺控制器31移動鏡臺11，使得待由成像裝置14成像的區域例如位於多個小區域AR中左上方的小區域AR中。
此後，如圖6所示，針對位於左上方的小區域AR，如下執行用於在多個焦點位置 (Z1、Z2、一Zn)處獲取多個圖像作為Z堆疊的處理。應當注意，參考利用物鏡的光學系統的焦點深度確定了多個焦點位置(Z1、Z2、…Zn)。在本實施方式中，焦點位置之間的間隔被設定為與包括物鏡12A的光學系統12的焦點深度相同。然而，在本發明中，焦點位置之間的間隔僅需被設定為光學系統的焦點深度以下。
圖7是圖像採集設備100在Z堆疊成像時的各個單元的操作的時序圖。該時序圖示出了每次光照射的開/關定時、成像裝置14的曝光、以及以上文陳述的順序鏡臺11在z 軸方向上的移動。
(在起始的兩個焦點位置Zl和Z2處的多重曝光)
該鏡臺控制器31首先設定鏡臺11在z軸方向上的位置，以形成第一焦點位置Zl 處的焦點。
曝光控制器32將曝光控制信號S3提供給攝像控制器17，以使顯微鏡10中的成像裝置14進入曝光可行的狀態，該狀態為可捕獲圖像的狀態。攝像控制器17 —接收到曝光控制信號S3，就設定成像裝置14在由光源單元13進行光照射之前進入曝光可行的狀態 (Tl)。
在成像裝置14進入可獲得曝光的狀態後，數據處理單元20中的頻閃控制器33將頻閃發射命令SI提供給光源驅動單元15，以使光源單元13發射預定量的光。由此執行成像裝置14在焦點位置Zl處的所有像素同時曝光(第一曝光)(T2)。
此處，成像裝置14的每個像素值通常由攝像控制器17接收，然後被傳輸至數據處理單元20。然而，在該實施方式中，曝光控制器32保持成像裝置14在可獲得曝光的狀態。
在成像裝置14的第一曝光之後，數據處理單元20的鏡臺控制器31將鏡臺控制信號S2提供給鏡臺驅動單元16，從而移動焦點位置至焦點位置Z2 (T3)。當鏡臺11移動至焦點位置Z2完成之後，鏡臺控制器31將鏡臺11停止(T4)。此後，頻閃控制器33將頻閃發射命令SI提供給光源驅動單元15，從而使光源單元13再次發射光。使得執行了成像裝置 14在焦點位置Z2處的曝光(第二曝光)(T5)。
這裡，由於焦點位置Zl處的曝光，電荷已被累積在成像裝置14的所有像素的發光單元中。因此，通過焦點位置Z2處的曝光，在兩個焦點位置Zl和Z2的每個位置處由光電轉換獲得的電荷被添加至每個像素並累積在成像裝置14的所有像素的發光單元中。換句話說，成像裝置14在兩個焦點位置Zl和Z2處進行多重曝光，使得在兩個焦點位置Zl和Z2 處的圖像被組合成一個平均圖像。
在成像裝置14的第二曝光(在焦點位置Z2處的曝光)完成之後，曝 光控制器32將曝光控制信號S3提供給攝像控制器17，以從成像裝置14接收所有像素的數據。攝像控制器17根據T6至T7時間段期間的曝光控制信號S3接收對應於被累積在成像裝置14的所有像素的每個發光單元中的電荷的電壓信號。然後，攝像控制器17將所有像素的數據(其是通過經過諸如A/D轉換的必要信號處理生成)作為圖像原始數據傳輸至數據處理單元20 的曝光控制器32。由此，完成了通過在兩個焦點位置Zl和Z2處對平均圖像進行多重曝光的成像。
(在隨後的兩個焦點位置Z3和TA處的多重曝光)
接下
接著，在隨後的兩個焦點位置Z3和TA處利用多重曝光相似地執行成像。換句話說，當從之前的兩個焦點位置Zl和Z2經過曝光的成像裝置14中完全獲取了圖像時，曝光控制器32將曝光控制信號S3提供給攝像控制器17，以使成像裝置14進入可再次曝光狀態 (T8)。
—旦完成成像裝置的第二次曝光(在焦點位置Z2處的曝光)(T6)，鏡臺控制器31 將鏡臺控制信號S2提供給鏡臺驅動單元16，從而使鏡臺11移動至下一焦點位置Z3。鏡臺 11移動至下一焦點位置Z3 —旦完成，鏡臺控制器31就將鏡臺11停止(T9)。
當成像裝置14進入可曝光的狀態並且鏡臺11移動至下一焦點位置Z3完成，頻閃控制器33再一次將頻閃發射命令SI提供給光源驅動單元15，從而使光源13發射光。從而執行成像裝置14在下一焦點位置Z3處的第一次曝光(T10)。
曝光控制器32在光源單元13照射光至生物樣本SPL之後保持成像裝置14處於曝光可行的狀態。在光源單元發射光完成之後，數據處理單元31的鏡臺控制器31將鏡臺控制信號S2提供給鏡臺驅動單元16，從而將鏡臺11移動至下一焦點位置Z4。當鏡臺11 移動至下一焦點位置Z4完成之後，鏡臺控制器31將鏡臺11停止(T11)。
此後，頻閃控制器33將頻閃發射命令SI提供給光源驅動單元15，從而使光源單元13再次發射光。由此執行成像裝置14在下一焦點位置Z4處的第二次曝光(T12)。在成像裝置14的第二曝光(焦點位置TA處的曝光)完成之後，曝光控制器32將曝光控制信號 S3提供給攝像控制器17，以從成像裝置14接收所有像素的數據。攝像控制器17根據T13 至T14時間段期間的曝光控制信號S3接收對應於被累積在成像裝置14的所有像素的每個發光單元中的電荷的電壓信號。然後，攝像控制器17將所有像素的數字數據(通過經過諸如A/D轉換的必要信號處理生成)作為圖像原始數據傳輸至數據處理單元20的曝光控制器 32。由此，完成了通過在隨後的兩個焦點位置Z3和TA進行二重曝光的平均圖像採集。
並且在以上提到的位置之後的焦點位置中，相似地重複進行通過多重曝光的平均圖像採集。
由如上所述的那樣獲取的多個平均圖像組成的Z堆疊比通過在每個焦點位置處使成像裝置曝光一次的傳統方法所獲得的Z堆疊具有明顯更少數量的圖像。此外，由於每個圖像是通過成像裝置14在兩個焦點位置處二重曝光獲得的平均圖像，如果使用物鏡的光學系統的焦點深度大於兩個焦點位置之間的間隔，則可獲得將觀察目標整體成像的Z堆疊。
圖8是示出了由根據該實施方式的圖像採集設備100所採集的平均圖像和用於對比的典型Z堆疊中的固定焦點圖像的示圖。
典型的Z堆疊中的固定焦點圖像是通過在焦點位置Z1、Z2、· . .、Z10、…(見圖1) 處以0. 5 μ m的成像間隔進行成像所獲得的圖像。應當注意，這些固定焦點圖像均對應於通過如圖9所示的成像裝置14捕獲的圖像的一部分BR (圖6的小區域AR)。
另一方面，平均圖像Z1-Z2是通過在兩個焦點位置Zl和Z2處二重曝光獲得的圖像。平均圖像Z3-Z4是通過在兩個焦點位置Z3和Z4處二重曝光獲得的圖像。平均圖像 Z5-Z6是通過在兩個焦點位置Z5和Z6處二重曝光獲得的圖像。平均圖像Z7-Z8是通過在兩個焦點位置Z7和Z8處二重曝光獲得的圖像。平均圖像Z9-Z10是通過在兩個焦點位置 Z9和ZlO處二重曝光獲得的圖像。
從平均圖像和固定焦點圖像的對比中可發現，平均圖像的圖像質量由於二重曝光而稍微次於與其相對應的固定焦點圖像，但可以說，該較低的圖像質量不會影響生物樣本的觀察。
平均圖像不僅是通過在兩個連續的焦點位置Z3和Z4處二重曝光獲得的圖像，而且是通過在三個焦點位置或更多位置處多重曝光獲得的圖像。在圖8中，平均圖像Z1-Z4 是通過在四個焦點位置Z1、Z2、Z3和Z4處多重曝光所獲得的圖像。平均圖像Z5-Z8是通過在四個焦點位置Z5、Z6、Z7和Z8處多重曝光所獲得的圖像。平均圖像Z9-Z12是通過在四個焦點位置Z9、Z10、Zll和Z12處多重曝光獲得的圖像。
以此方式，已經確認，針對通過在四個連續焦點位置處多重曝光獲得的平均圖像， 而獲得了不影響生物樣本觀察的圖像質量。作為參考，在圖10中示出了通過在四個連續焦點位置處多重曝光獲得的平均圖像，以與這四個焦點位置處的固定焦點圖像相對比。
接下來將說明通過圖像採集設備100獲得的平均圖像的圖像質量滿足用於生物樣本的觀察的原因。
圖11是示出了當用NA為O. 8的物鏡觀察波長為540nm的綠光(其是從微細發光點發射的)時所獲得的亮點圖像(bright-spot image)的散焦特性的曲線圖。
在該曲線圖中，縱軸代表計數值(亮度計數)，表示通過對信息計算所獲得的每個像素的亮度，水平軸代表成像器(imager)上的像素，並且曲線圖中的多條線代表光軸的移動量和每個散焦量的計數值之間的相關性。應當注意，計數值(亮度計數)為亮度的指數值 (對比)。以此方式，可以發現，在波長為540nm的綠光的圖像的散焦特性中，亮度(對比度) 在散焦量超過2 μ m的點周圍急劇降低。
圖12是示出了在範圍為4μπι的平均圖像的散焦特性。虛線代表固定焦點圖像的散焦特性，而其他實線代表範圍為4 μ m的平均圖像的散焦特性。具體地，平均圖像A是範圍從焦點位置至焦點位置下方的位置4 μ m的平均圖像，平均圖像B是範圍從焦點位置至焦點位置上方的位置4 μ m的平均圖像，平均圖像C是在範圍從焦點位置下方的位置3 μ m至焦點位置上方的位置I μ m的平均圖像，平均圖像D是範圍從焦點位置下方的位置I μ m至焦點位置上方的位置3 μ m的平均圖像，並且平均圖像E是範圍從焦點位置上方的位置2 μ m 至焦點位置下方的位置2 μ m的平均圖像。平均圖像A和平均圖像B的散焦特性基本相同， 因此它們由一條實線代表。相似地，平均圖像C和平均圖像D的散焦特性基本相同，因此它們由一條實線代表。
對比圖11和圖12，範圍為4μπι的平均圖像的亮度與當散焦量為I μ m時的平均圖像的亮度(對比)相似，這可滿足用於生物樣本的觀察。
如上所述，通過根據本實施方式的圖像採集設備100，獲得了在其中對觀察目標整體成像的包含較少圖像數量的Z堆疊，同時實際確保了滿意 的圖像質量。由此，延長了諸如 HDD (硬碟驅動器)的存儲器的更新周期，該存儲器包含在用於存儲捕獲的圖像的數據的裝置，並且降低了麻煩的維護管理。另外，圖像採集速度得以改進。
(修改例I)
接下來將說明以上所述的實施方式的修改例。
圖13是示出了在Z堆疊成像時間的操作時的修改例I的時序圖。
修改例I中的圖像採集設備被配置為連續地移動鏡臺11，即，通過根據以上說明 的實施方式的圖像採集設備100連續地改變Z堆疊成像操作中的焦點位置。期望鏡臺11 的移動速度至少在曝光期間是恆定的。
通過該方法，可省略將鏡臺11設定為靜止的時間，使得整體的Z堆疊成像的時間 變短。應當注意，修改例I的圖像採集設備的操作基本與根據以上說明的實施方式的圖像 採集設備100的操作相同，除了鏡臺11不是停止的。以上說明的實施方式的效果也可通過 修改例I產生。
(修改例2)
圖14是示出了 Z堆疊成像時的操作的修改例2的時序圖。
修改例2中的圖像採集設備被配置為設定光照射時間，以除了連續移動鏡臺11之 外，橫跨多個連續的焦點位置使成像裝置14連續地曝光。修改例2中的圖像採集設備的其 他操作與修改例I中的圖像採集設備的操作基本相同。以上所述的實施方式的效果還可通 過修改例2產生。此外，通過成像裝置14橫跨連續焦點位置的連續曝光，與以上說明的修 改例I相比，可能漏看觀察目標的一部分以及被保持為不被成像的可能性進一步降低。
(修改例3)
圖15是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例3的時序圖。
實例3中的圖像採集設備被配置為在成像裝置14橫跨多個連續焦點位置進行曝 光期間，以比焦點位置之間間隔稍短的周期在光源單元13的光照射的開和關之間重複地 切換。根據以上所述的實施方式的圖像採集設備100的效果和修改例2的圖像採集設備的 效果也可通過修改例3產生。此外，根據修改例3，曝光時間通過選擇光照射的佔空比進行 調節。
(修改例4)
圖16是示出了在Z堆疊成像時的操作的修改例4的時序圖。
修改例4中的圖像採集設備使由光源單元13的光照射的定時和鏡臺11的移動定 時彼此同步，並在Z堆疊中每個間隔處轉換鏡臺11的移動和停止，從而使待連續曝光的位 置連續地位於每個範圍中(參見圖2)。具體地，鏡臺控制器11控制鏡臺11在一個曝光期間 從焦點位置Zl移動至焦點位置Z2。一旦曝光完成，鏡臺控制器31就停止鏡臺11並控制鏡 臺11在下一曝光期間從焦點位置Z2移動至焦點位置Z3。根據修改例4，由於執行了涵蓋 z軸方向上所有範圍的成像，因此與以上說明的實施方式和修改例相比，更進一步降低了忽 略觀察目標部分的可能性以及保持未成像的可能性。
儘管已經描述了執行傳輸的照明圖像的成像的圖像採集設備，不用說，本發明可 相似地應用於使用暗場光源捕獲螢光圖像的裝置。應當注意，本發明可採取以下結構。
(I) 一種圖像採集設備，包括
光學系統，包括用於放大成像目標的一部分的物鏡；
成像裝置，能夠執行所有像素同時曝光，並且被配置為對由光學系統放大的一部 分進行成像；
移動控制器，被配置為在成像目標的一部分的厚度方向上移動物鏡的焦點；以及
多重曝光處理單元，被配置為在多個位置處執行成像裝置的多重曝光，使得針對由焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍，可獲得覆蓋每個範圍的平均圖像。
( 2 )根據(I)所述的圖像採集設備，其中
範圍的長度小於等於光學系統的焦點深度乘以曝光的重數所獲得的值。
( 3 )根據(I)或(2 )所述的圖像採集設備，其中
多重曝光處理單元在物鏡焦點位置移動的同時執行成像裝置的多重曝光。
( 4 )根據(I)或(2 )所述的圖像採集設備，其中
該多重曝光處理單元橫跨多個位置使成像裝置連續地曝光。
( 5 )根據(4 )所述的圖像採集設備，其中
在每個範圍中連續曝光的多個位置連續位於每個範圍中。
本發明包含於2011年10月5日向日本專利局提交的日本優先專利申請JP 2011-220773所涉及的主題，其全部內容結合於此作為參考。
本領域的技術人員應當理解，根據設計要求和其他因素，可進行各種修改、組合、 變化和改變，只要它們在所附權利要求或其等價物的範圍內。
權利要求
1.ー種圖像採集設備，包括 光學系統，包括用於放大成像目標的一部分的物鏡； 成像裝置，能夠執行所有像素同時曝光，並且被配置為對由所述光學系統放大的所述部分進行成像； 移動控制器，被配置為在所述成像目標的所述部分的厚度方向上移動所述物鏡的焦點；以及 多重曝光處理單元，被配置為在多個位置處執行所述成像裝置的多重曝光，使得針對由所述焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍，獲得覆蓋每個所述範圍的平均圖像。
2.根據權利要求1所述的圖像採集設備，其中， 所述範圍的長度小於等於所述光學系統的焦點深度乘以所述曝光的重數獲得的值。
3.根據權利要求2所述的圖像採集設備，其中， 所述多重曝光處理單元在移動所述物鏡的焦點位置的同時執行所述成像裝置的多重曝光。
4.根據權利要求1所述的圖像採集設備，其中， 所述多重曝光處理單元跨越所述多個位置使所述成像裝置連續地曝光。
5.根據權利要求4所述的圖像採集設備，其中， 在每個所述範圍中連續曝光的所述多個位置連續位於每個所述範圍中。
6.根據權利要求1所述的圖像採集設備，其中， 所述多個位置的間隔被設定為小於等於所述光學系統的焦點深度。
7.ー種圖像採集方法，包括 通過移動控制器在觀察目標的一部分的厚度方向上移動物鏡的焦點；以及通過多重曝光處理單元在多個位置處執行成像裝置的多重曝光，使得在由所述焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍中，獲得覆蓋每個所述範圍的平均圖像。
8.一種使控制顯微鏡的計算機運行的程序，所述顯微鏡包括 光學系統，包括用於放大成像目標的一部分的物鏡，以及 成像裝置，能夠執行所有像素同時曝光，並且被配置為對由所述光學系統放大的所述部分進行成像，所述程序使所述計算機作為以下裝置運行 移動控制器，被配置為在所述成像目標的所述部分的厚度方向上移動所述物鏡的焦點；以及 多重曝光處理單元，被配置為在多個位置處執行所述成像裝置的多重曝光，使得在由所述焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍中，獲得覆蓋每個所述範圍的平均圖像。
全文摘要
本發明涉及圖像採集設備、圖像採集方法以及電腦程式，該圖像採集設備包括光學系統、成像裝置、移動控制器、以及多重曝光處理單元。光學系統包括用於放大成像目標的一部分的物鏡。成像裝置能執行所有像素同時曝光並且被配置為對由所述光學系統放大的部分進行成像。該移動控制器被配置為在成像目標的該部分的厚度方向上移動所述物鏡的焦點。該多重曝光處理單元被配置為在多個位置處執行成像裝置的多重曝光，使得針對由焦點可移動的方向上的位置所劃分的每個範圍，而獲得覆蓋每個範圍的平均圖像。
文檔編號H04N5/235GK103033921SQ20121036229
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月25日 優先權日2011年10月5日
發明者木島公一朗, 成澤龍, 鈴木文泰 申請人:索尼公司