專利名稱：運算裝置、運算方法、運算程序、以及顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動運算裝置、自動運算方法、自動運算程序、以及顯微鏡，更具體地， 涉及適于應用于例如放大生物體樣本以觀察的領(lǐng)域的自動運算裝置、自動運算方法、自動運算程序、以及顯微鏡。
背景技術(shù)：
在病理學診斷中，諸如組織切片的生物體樣本被固定于載片上，然后通過染色處理以及封入處理被制作為標本的形式。通常，當標本的存儲時間變長時，標本在顯微鏡下的可見性由于生物體樣本的退化、褪色等而變得更差。此外，在某些情況下，在制作標本的場所(諸如醫(yī)院)以外的場所中對標本進行鏡檢。然而，通常通過郵寄進行標本的投遞和接收，因此需要花費一定的時間進行用于標本的投遞和接收的郵寄。鑒于這種實際情況，提出了用于將生物體樣本保存為圖像數(shù)據(jù)的裝置。例如，在日本專利公開第2009-175334號中描述了該裝置。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在，當將生物體樣本獲取為圖像數(shù)據(jù)時，為了將光學透鏡聚焦在生物體樣本上， 有必要掌握生物體樣本在光學透鏡的光軸方向上的位置。迄今為止，以預定的間隔在光學透鏡的光軸方向上移動光學透鏡的焦點，并且根據(jù)在這些焦點處拍攝的圖像的對比來檢出生物體樣本的位置。例如，當對光學透鏡的光軸方向的檢索范圍是100 μ m時，并且用于對生物體樣本聚光的光學透鏡的對象景深是1 μ m 時，從大約100張拍攝圖像中檢出生物體樣本的位置。這種情況下，需要花費大量時間，直到檢出生物體樣本的位置，從而，將生物體樣本獲取為圖像數(shù)據(jù)的效率顯著降低。另一方面，使用立體相機的方法是已知的檢測物體位置的方法。在通常的立體相機的情況下，通過使用兩個獨立的相機獲取對象像，并獲得作為基準的一個像中的像素與另一個像中的預定檢索范圍中的像素之間的相關(guān)性。并且，根據(jù)具有最高相關(guān)性的像素的偏移量(視差)來計算對象的位置。這里，對于立體相機，為了檢測不連續(xù)設(shè)置的物體的位置，關(guān)于作為基準的一個像中的像素的比較像的檢索范圍全部被設(shè)定為彼此相同。因此，同樣期望使用這種方法來檢測生物體樣本的位置。然而，即使使用這種方法，也需要花費大量的時間來獲得相關(guān)性，這導致將生物體樣本獲取為圖像數(shù)據(jù)的效率顯著下降。為了解決上述問題而進行本發(fā)明，因此期望提供能夠提高對象像獲取效率的厚度運算裝置、厚度運算方法、厚度運算程序、以及顯微鏡。為了實現(xiàn)上述期望，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種運算裝置，包括像獲取部，被配置為獲取樣本的相差像；檢索范圍設(shè)定部，被配置為對該相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在該相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算部，被配置為計算該一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算部，被配置為根據(jù)由此計算的該相關(guān)性對該一個像中的像素計算視差。其中，該檢索范圍設(shè)定部根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種運算方法，包括以下步驟獲取樣本的相差像；對該相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在該相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；計算該一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；根據(jù)由此計算的該相關(guān)性對該一個像中的像素計算視差。其中，在檢索范圍設(shè)定步驟中，根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，提供了一種運算程序，用于使計算機執(zhí)行以下步驟 獲取樣本的相差像；對該相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在該相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；計算該一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；根據(jù)由此計算的該相關(guān)性對該一個像中的像素計算視差。其中，在檢索范圍設(shè)定步驟中，根據(jù)對作為代表的像素計算的視差， 對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。根據(jù)本發(fā)明的再一實施方式，提供了一種顯微鏡，包括鏡，用于使來自物鏡的入射光直線傳播或被反射；第一攝像元件，用于拍攝在該物鏡上成像并在該鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的一側(cè)上投射的對象像；開口，以一對為單位設(shè)置在該鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的另一側(cè)上的后方，并且均具有使對象景深變?yōu)榇笥谖镧R的對象景深的尺寸；分離透鏡，設(shè)置在各個該開口的后方，用于在在鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的另一側(cè)上投射的對象像預期成像的面上形成相差像；第二攝像元件，設(shè)置為以對象像預期成像的面作為攝像面；像獲取部，被配置為從該第二攝像元件獲取樣本的相差像；檢索范圍設(shè)定部，被配置為對該相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在該相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算部，被配置為計算該一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算部，被配置為根據(jù)由此計算的該相關(guān)性對該一個像中的像素計算視差。其中，該檢索范圍設(shè)定部根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。結(jié)果，作為代表的各像素的相關(guān)性被寬范圍檢索，從而獲得視差，根據(jù)由此獲得的視差，除了作為代表的各像素以外的像素的相關(guān)性被窄范圍檢索。從而，可以大大減少運算的次數(shù)。如上文描述地，根據(jù)本發(fā)明，作為代表的各像素的相關(guān)性被寬范圍檢索，從而獲得視差，根據(jù)由此獲得的視差，除了作為代表的各像素以外的像素的相關(guān)性被窄范圍檢索，從而獲得視差。因此，可以大大減少運算的次數(shù)。從而，可以提高對象像獲取效率。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯微鏡的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的示意圖2是示出組織切片的被攝對象像和相差像的照片；圖3是示出圖1所示的總控制部的功能構(gòu)造的示意圖；圖4A和圖4B分別是用于說明對代表點設(shè)定檢索范圍的示意
圖5是用于說明對除了代表點的像素以外的像素設(shè)定檢索范圍的示意圖；圖6是示出對應于組織切片厚度的相關(guān)性分布的示意圖；圖7是示出運算處理進程的流程圖；圖8是示出通常的立體相機的構(gòu)造的示意圖；以及圖9A和圖9B是用于說明本發(fā)明實施方式的變形例中的劃分方式的示意圖。
具體實施例方式下文將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。注意，下面將依照以下順序給出描述。1.實施方式2.變形例1.實施方式[1-1.顯微鏡的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯微鏡1。顯微鏡1具有平板狀鏡臺11，在其上放置標本PRT。利用預先確定的固定技術(shù)，將諸如結(jié)締組織(諸如血液)、上皮組織或這兩者的組織切片TS固定并封入載片，以獲得標本PRT。并且，如果必要可以對組織切片TS進行染色。 這種染色不僅包括以蘇木精伊紅(HE)染色、吉姆薩(Giemsa)染色或巴氏(Papanicolaou) 染色為代表的被稱作一般染色的染色，還包括諸如螢光原位雜交(FISH)或酶標記抗體技術(shù)等被稱作特殊染色的染色。平板狀鏡臺11設(shè)置有鏡臺驅(qū)動機構(gòu)12。鏡臺驅(qū)動機構(gòu)12適于在與鏡臺平面平行的方向(X軸-Y軸方向)上以及與鏡臺平面垂直的方向(Z軸方向)上驅(qū)動鏡臺11。另夕卜，通常在放置標本PRT的一側(cè)的鏡臺面(下文也稱作“標本放置面”)中設(shè)置用于將標本 PRT限制在固定位置處的限制部(未示出)。在與鏡臺11的標本放置面相對的面?zhèn)仍O(shè)置光源13。光源13適于通過在用于照明經(jīng)過一般染色的組織切片TS的光(下文也稱作“明視野照明光”)和用于照明經(jīng)過特殊染色的組織切片TS的光(下文也稱作“暗視野照明光”)之間進行切換來執(zhí)行照明。然而，可以照射明視野照明光或暗視野照明光中的一種光的光源也可被用作光源13。在光源13和鏡臺11之間設(shè)置將標本放置面上的基準位置的法線作為光軸的聚光透鏡14。在鏡臺11的標本放置面上設(shè)置具有預定倍率且將鏡臺面上的基準位置的法線作為光軸的物鏡15。在物鏡15的后方設(shè)置將物鏡15的主成像面形成的面作為成像區(qū)域的攝像元件16。此外，在顯微鏡1中，在物鏡15與攝像元件16之間、標本放置面上的基準位置的法線上設(shè)置半反射鏡17。半反射鏡17將從物鏡15入射至其的光分離為傳輸光和反射光。場鏡18將從物鏡15投射至半反射鏡17的例如反射側(cè)上的對象像傳遞至后方(預期成像面)。由于通過半反射鏡17反射的對象光被在場鏡18中收集，因此抑制了視野周圍亮度的減小。在場鏡18的后方設(shè)置光闌掩模19。并且，光闌掩模19在與場鏡18的光軸垂直的面上的關(guān)于作為邊界的光軸對稱的各個位置處具有一對開口 19A和19B。以分離透鏡20A 和20B的對象景深大 于物鏡15的對象景深的方式來調(diào)整開口 19A和19B的尺寸。光闌掩模19通過開口 19A和19B來分離從場鏡18入射至其的對象光通量。通過分離而獲得的光通量在對象光通量的成像面上彼此交錯，以變?yōu)樵诔上衩娓浇舜私粨Q位置關(guān)系的光通量。分離透鏡20A和20B分別設(shè)置在這對開口 19A和19B的后方。分離透鏡20A和 20B對通過對應的開口 19A和19B進行分離而獲得的分離光通量進行傾斜(偏移)成像，并且在由場鏡18傳遞的預期成像面上形成一組對象像(下文也稱作“相差像”)。注意，當分離透鏡20A和20B經(jīng)受漸暈時，分離光通量部分損失。為此，與場鏡18 的中心側(cè)相對設(shè)置分離透鏡20A和20B以防止?jié)u暈。攝像元件21未被構(gòu)造為線傳感器(line sensor)的形式，而是被構(gòu)造為面?zhèn)鞲衅?(area sensor)的形式，在面?zhèn)鞲衅髦?，通過場鏡18傳遞的對象像的預期成像面用作成像區(qū)域。圖2示出通過使用設(shè)置在物鏡15的主成像面上的攝像元件16拍攝的明視野像的照片(被攝對象像)，以及通過使用設(shè)置在物鏡15的預期成像面上的攝像元件21拍攝的相差像的照片。從圖2可以看出，在攝像元件16的成像區(qū)域(主成像面)上成像的明視野像通過分離透鏡20A和20B在攝像元件21的成像區(qū)域(預期成像面)上成像為相差像。關(guān)于顯微鏡1中的控制系統(tǒng)，鏡臺驅(qū)動控制部31、照明控制部32、像拍攝控制部 33、以及相差像拍攝控制部34通過通信路徑分別連接鏡臺驅(qū)動機構(gòu)12、光源13、攝像元件 16、以及攝像元件21。這些控制系統(tǒng)被配置為包括中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、作為CPU的工作存儲器的隨機存取存儲器(RAM)以及運算電路等的計算機形式。通過控制鏡臺驅(qū)動機構(gòu)12的驅(qū)動，鏡臺驅(qū)動控制部31在鏡臺面方向(X軸-Y軸方向)上移動(掃描)鏡臺11，以將標本PRT的組織切片TS分配于聚光透鏡14會聚的聚光部分。此外，通過控制鏡臺驅(qū)動機構(gòu)12的驅(qū)動，鏡臺驅(qū)動控制部31在垂直于鏡臺面的方向(Z軸方向上(即組織切片TS的深度方向上))上移動(掃描)鏡臺11，以使得被分配于聚光部分的組織切片TS的一部分與物鏡15的焦點重合。照明控制部32對應于獲取明視野像的模式(下文也稱作“明視野模式”)或獲取暗視野像的模式(下文也稱作“暗視野模式”)在光源13中設(shè)定參數(shù)，并且使光源13照射照明光。例如，參數(shù)用于照明光強度或光源種類的選擇等。注意，明視野模式中的照明光通常是可見光。另一方面，暗視野模式中的照明光是在其中包含激發(fā)特殊染色中使用的熒光標記的波長的光。當從光源13照射照明光時，照明光通過聚光透鏡14被會聚在鏡臺11的標本放置面的基準位置上。通過聚光透鏡14在其上聚光的部分(標本PRT中的組織切片TS的一部分)的像被放大并成像在物鏡15的成像面上，放大了的像通過物鏡15成像在攝像元件16 的成像區(qū)域上作為對象像。此外，通過半反射鏡17反射的、對應于對象像的光通過分離透鏡20A和20B成像在攝像元件21的成像區(qū)域(預期成像面)上作為相差像。像拍攝控制部33對應于明視野模式或暗視野模式在攝像元件16中設(shè)定參數(shù)，并獲取在攝像元件16的成像區(qū)域上成像的對象像的數(shù)據(jù)。例如，這些參數(shù)是曝光的開始定時、結(jié)束定時等。相差像拍攝控制部34對應于明視野模式或暗視野模式在攝像元件21中設(shè)定參數(shù)，并且獲取在攝像元件21的成像區(qū)域上成像的相差像的數(shù)據(jù)。例如，這些參數(shù)是曝光的開始定時、結(jié)束定時等?，F(xiàn)在，顯微鏡1設(shè)置有用于顯微鏡1的整體控制的控制部(下文稱作“總控制部”)30?？刂撇?0通過數(shù)據(jù)通信路徑連接鏡臺驅(qū)動控制部31、照明控制部32、像拍攝控制部33、以及相差像拍攝控制部34 ?？偪刂撇?0被配置為包括CPU、ROM、RAM、運算電路以及硬盤(HDD)等的計算機形式?？偪刂撇?0等待明視野模式或暗視野模式的開始指令。當總控制部30接收到開始指令時，總控制部30向鏡臺驅(qū)動控制部31、照明控制部32、像拍攝控制部33以及相差像拍攝控制部34中的每一個發(fā)布在與開始指令相應的模式下開始控制的命令。每當標本PRT的組織切片TS的一部分被分配于鏡臺驅(qū)動控制部31中，總控制部 30就會使攝像元件21拍攝組織切片TS的該部分的像，從而獲取組織切片TS的該部分的相差像上的數(shù)據(jù)。這里，在顯微鏡1中，顯微鏡1的開口 19A和19B被設(shè)定為以下方式分離透鏡20A 和20B的對象景深充分深于固定于標本PRT的組織切片TS的厚度。因此，總控制部30在對應于相差像的光在組織切片TS的一部分的整個厚度方向上聚焦的狀態(tài)下獲得相差像?？偪刂撇?0使由此獲得的相差像進行稍后將描述的運算處理，并且計算相差像中的另一個像(下文也稱作“比較像”)關(guān)于相差像中的被用作基準的一個像(下文也稱作 “基準像”)的像素的視差(偏移量)?？偪刂撇?0根據(jù)由此計算的視差(偏移量)確定物鏡15的焦點將要會聚于其上的位置(下文也稱作“聚焦位置”)。通過總控制部30，計算物鏡15的焦點關(guān)于聚焦位置的移動量，并且通過鏡臺驅(qū)動控制部31移動鏡臺11。并且，在存儲介質(zhì)中存儲通過使用攝像元件16而獲取的組織切片 TS的一部分中的放大像的數(shù)據(jù)。并且，總控制部30等待顯示指令。當總控制部30接收到顯示指令時，總控制部30 從存儲介質(zhì)中讀出對應于顯示指令指定的放大像的數(shù)據(jù)，并將由此讀出的數(shù)據(jù)發(fā)送至發(fā)送目的地。如上所述，顯微鏡1將標本PRT的組織切片TS的像作為鏡檢狀態(tài)中的圖像數(shù)據(jù)存儲，由此，組織切片TS的信息可被長時間保存，而固定、染色等狀態(tài)沒有劣化。[1-2.運算處理]在總控制部30中，用于計算比較像CG關(guān)于相差像中基準像SG的像素的相關(guān)性和視差的程序(下文也稱作“運算程序”)被存儲在HDD中?？偪刂撇?0從HDD讀出運算程序，并在RAM中展開如上讀出的運算程序，從而執(zhí)行運算處理。這時，根據(jù)運算程序，總控制部30具有作為如圖3所示的相差像獲取部41、劃分部42、檢索范圍設(shè)定部43、相關(guān)性計算部44、以及視差計算部45的功能。
相差像獲取部41通過相差像拍攝控制部34來獲取通過使用攝像元件21拍攝的相差像上的數(shù)據(jù)。如圖4A所示，當相差像中的基準像SG和比較像CG均具有例如640X480像素的區(qū)域時，劃分部42以各自像的中心為基準設(shè)定均具有例如560X400個像素的區(qū)域SCR和 CCR(下文均稱作“相關(guān)性計算區(qū)域”)。順便提及，在分別窄于基準像SG和比較像CG的范圍內(nèi)設(shè)定相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR，從而可以算出基準像SG的像素與比較像CG的預定范圍中的像素之間的相關(guān)性。劃分部42將基準像SG的相關(guān)性計算區(qū)域SCR和比較像CG的相關(guān)性計算區(qū)域CCR 劃分為16個區(qū)域SDR和16個區(qū)域⑶R (下文均稱作“劃分區(qū)域”)，例如，每個具有140 X 100
個像素。檢索范圍設(shè)定部43在基準像SG的劃分區(qū)域SDR中提取例如9個像素作為代表點 RP。例如，選擇劃分區(qū)域SDR中的中心像素、以及以中心像素為中心的具有預定尺寸的矩形的頂點和4個邊的中點對應的像素作為代表點RP。這里，設(shè)定多個代表點RP，可以防止在組織切片TS中的什么也沒有的區(qū)域或者難以執(zhí)行檢索的區(qū)域(諸如脂肪細胞)中設(shè)定代表點RP而導致的檢索錯誤。檢索范圍設(shè)定部43將比較像CG中的用于計算與代表點RP的相關(guān)性的像素的范圍(下文也稱作“檢索范圍”)D設(shè)定為士40個像素，檢索范圍D以比較像CG中的位于與代表點RP對應的位置處的像素(下文也稱作“比較像素”)作為中心。這里，固定于標本PRT的組織切片TS在某些情況下具有約100 μ m尺寸的起伏。因此，當視差例如以5μπι/像素的程度被檢出時，在士 40個像素的范圍內(nèi)，即，在士 200μπι的范圍內(nèi)計算每個相關(guān)性，因此，在檢索范圍D內(nèi)可以可靠地檢測分別與各代表點RP之間具有最高相關(guān)性的各像素。相關(guān)性計算部44計算劃分區(qū)域SDR中的代表點RP與檢索范圍D中的像素之間的相關(guān)性值。這里，在每個劃分區(qū)域SDR中代表點RP具有9個像素，檢索范圍D在以比較像素作為中心的士40個像素的范圍中具有81個像素，并且劃分區(qū)域SDR的數(shù)量是16。因此，為了計算代表點RP與檢索范圍D中的像素之間的相關(guān)性，相關(guān)性計算部44執(zhí)行11，664(= 9X81X16)次相關(guān)性運算。視差計算部45在關(guān)于每個代表點RP的檢索范圍D內(nèi)檢測與代表點RP具有最大相關(guān)值的像素，即，與代表點RP具有最高相關(guān)性的像素，并且計算該像素與比較像素的距離(偏移量)作為視差。對于每個劃分區(qū)域SDR，檢索范圍設(shè)定部43根據(jù)相關(guān)的劃分區(qū)域SDR 中的代表點 RP的視差，為劃分區(qū)域SDR中除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍。具體地，如圖5所示，檢索范圍設(shè)定部43設(shè)定檢索范圍Dl D4，檢索范圍Dl D4中的每一個均落入為各代表點RP設(shè)定的士40像素的檢索范圍D內(nèi)，并且窄于檢索范圍 D (這種情況下該范圍是33像素)。例如，以比較像素(X，Y)作為基準，在(Χ-40，Y)至(Χ-8，Y)的范圍中設(shè)定檢索范圍D1。以比較像素(X，Y)作為基準，在(Χ-24，Y)至(Χ+8，Y)的范圍中設(shè)定檢索范圍D2。 同樣，在(Χ-8, Y)至(Χ+24, Y)的范圍中設(shè)定檢索范圍D3，在(Χ+8，Y)至(Χ+40, Y)的范圍中設(shè)定檢索范圍D4。 這里，如果視差以5μπι/像素被檢出，用于除了代表點RP以外的像素的各檢索范圍Dl D4被設(shè)定為33個像素，由此在分別以檢索范圍Dl D4的中心作為基準的士60 μ m 的范圍內(nèi)計算相關(guān)性和視差。由于實際的組織切片TS在大約3mm的視野角內(nèi)具有大約士20 μ m尺寸的起伏，所以當在士60 μ m的范圍內(nèi)計算相關(guān)性和視差時，執(zhí)行上述設(shè)定以充分滿足檢索范圍。如圖6所示，例如，根據(jù)每個劃分區(qū)域SDR中的9個代表點RP的視差，檢索范圍設(shè)定部43相互比較9個代表點RP的視差的平均值與各檢索范圍Dl D4的中心位置。結(jié)果， 檢索范圍設(shè)定部43將中心位置最接近平均值的檢索范圍Dl D4中的一個設(shè)定為對于劃分區(qū)域SDR的檢索范圍。相關(guān)性計算部44計算各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素與由此設(shè)定的檢索范圍Dl D4中的一個中的像素之間的相關(guān)值。這里，劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素有(140X100-9)個像素，每個檢索范圍Dl D4具有33個像素，并且劃分區(qū)域SDR的數(shù)量是16。因此，為了計算除了代表點RP以外的像素與檢索范圍Dl D4中的一個中的像素之間的相關(guān)性，相關(guān)性計算部44 執(zhí)行 7，387，248( = (140X 100-9) X33X 16)次相關(guān)性運算。關(guān)于除了代表點RP以外的各像素，視差計算部45在檢索范圍Dl D4中的一個內(nèi)檢測與除了代表點RP以外的像素具有最高相關(guān)性的像素，并且計算比較像素與檢出的像素的距離(偏移量)作為視差。獲得這樣一種關(guān)系在視差大時組織切片TS位于物鏡15側(cè)(前側(cè))，而在視差小時組織切片TS位于后側(cè)。因此，對于基準像SG的各像素的視差對應于表示標本PRT中組織切片TS的像拍攝范圍(反映在物鏡15的成像面上的區(qū)域)的不平坦狀態(tài)的信息。如上所述，總控制部30將基準像SG的相關(guān)性計算區(qū)域SCR和比較像CG的相關(guān)性計算區(qū)域CCR分別劃分為16個劃分區(qū)域SDR，并且分別為16個劃分區(qū)域的9個代表點RP 設(shè)定檢索范圍D，從而計算相關(guān)性和視差。并且，根據(jù)相關(guān)的代表點RP的視差，總控制部30 為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的各像素設(shè)定檢索范圍Dl D4中的一個，從而計算相關(guān)性和視差。因此，相關(guān)性計算部44為了計算代表點RP的相關(guān)性執(zhí)行11，664次相關(guān)性運算， 并且為了計算除了代表點RP以外的像素的相關(guān)性執(zhí)行7，387，248次相關(guān)性運算。因此，相關(guān)性計算部44總共執(zhí)行7，398，912 ( = 11，664+7，387，248)次運算。[1-3.運算處理的過程]接下來，將參照圖7中示出的流程圖描述上述運算處理的過程。實際上，總控制部30的操作進入開始步驟，然后進行至下一步驟SPl的處理。在步驟SPl中，總控制部30通過相差像拍攝控制部34獲取通過使用攝像元件21拍攝的相差像，然后總控制部30的操作進行至下一步驟SP2的處理。在步驟SP2中，總控制部30設(shè)定相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR作為可以為相差像的基準像SG和比較像CG計算相關(guān)性的區(qū)域，然后，總控制部30的操作進行至下一步驟SP3 的處理。在步驟SP3中，總控制部30將在基準像SG中設(shè)定的相關(guān)性計算區(qū)域SCR、比較像CG中設(shè)定的相關(guān)性計算區(qū)域CCR分別劃分為例如16個劃分區(qū)域SDR、16個劃分區(qū)域CCR， 然后，總控制部30的操作進行至下一步驟SP4的處理。在步驟SP4中，總控制部30在基準像SG的劃分區(qū)域SDR中提取例如9個像素作為代表點RP，對于每個代表點RP，以比較像素為中心設(shè)定檢索范圍D，然后，總控制部30的操作進行至下一步驟SP5的處理。在 步驟SP5中，總控制部30計算代表點RP與檢索范圍D中的像素的相關(guān)性。并且，在步驟SP6中，總控制部30計算比較像素與具有最高相關(guān)性的像素之間的距離作為相差(偏移量)，然后，總控制部30的操作進行至下一步驟SP7的處理。在步驟SP7中，根據(jù)代表點RP的相差，總控制部30對各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點以外的各像素設(shè)定窄于檢索范圍D的檢索范圍Dl D4中的一個，然后，總控制部30 的操作進行至下一步驟SP8的處理。在步驟SP8中，總控制部30計算除了代表點RP以外的像素與由此設(shè)定的檢索范圍Dl D4中的一個的像素之間的相關(guān)性。并且，在步驟SP9中，總控制部30計算比較像素與具有最高相關(guān)性的像素之間的距離作為相差，然后，總控制部30的操作結(jié)束。[1-4.操作和效果]在上述配置中，總控制部30通過攝像元件21拍攝相差像，并且將相差像中的基準像SG和比較像CG分別劃分為多個劃分區(qū)域。并且，為了對劃分區(qū)域SDR中的各代表點RP進行比較像CG中的計算，總控制部30
設(shè)定具有預定像素數(shù)量的檢索范圍，從而計算相關(guān)性和視差。對于各劃分區(qū)域，總控制部30根據(jù)代表點RP的視差對各劃分區(qū)域中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定窄于為各代表點RP設(shè)定的檢索范圍D的檢索范圍Dl D4，從而計算相關(guān)性和視差。結(jié)果，總控制部30通過計算代表點RP的視差來檢測對應于劃分區(qū)域SDR的組織切片TS的大致位置。并且，總控制部30根據(jù)由此檢測的大致位置為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍。因此，即使總控制部30將用于各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素的檢索范圍Dl D4均設(shè)定為窄于用于代表點RP的檢索范圍D的范圍，在檢索范圍Dl D4 內(nèi)也能夠檢測到與除了代表點RP以外的像素具有最高相關(guān)性的像素。然而，當為基準像SG中的相關(guān)性計算區(qū)域SCR的所有像素均設(shè)定以比較像素為中心的士40個像素的檢索范圍D時，像素數(shù)量是560X400，并且檢索范圍具有81個像素。因此，在這種情況下，需要執(zhí)行18，144，000 ( = 560X400X81)次相關(guān)性運算。另一方面，總控制部30將相關(guān)性計算區(qū)域SCR劃分為例如16個劃分區(qū)域SDR，并且為16個劃分區(qū)域SDR的每一個中的9個代表點RP設(shè)定以比較像素為中心的士40個像素的檢索范圍D。此外，總控制部30根據(jù)代表點RP的視差為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定均具有33個像素的檢索范圍Dl D4。因此，總控制部30僅執(zhí)行7，398，912次相關(guān)性運算。因此，與為所有像素設(shè)定檢索范圍D的情況相比，僅需執(zhí)行約40%的運算次數(shù)，因此，可以實現(xiàn)運算處理的大幅提速。此外，對于通常的立體相機，如圖8所示，為了計算在深度方向上不連續(xù)設(shè)置的物體(障礙物)的位置，難以限制(縮小)檢索范圍。此外，在通過粗略檢索確定障礙物的大致位置之后，檢索范圍被限制，從而為障礙物的位置執(zhí)行精細檢索。然而，在該方法中，由于粗略檢索與精細檢索在運算的精度上彼此不同，所以在精細檢索中必須再次為整個范圍執(zhí)行檢索。另一方面，當檢索針對具有連續(xù)分布結(jié)構(gòu)的組織切片TS的像時，各劃分區(qū)域SDR 內(nèi)的組織切片TS的像在深度方向上近似平坦。因此，總控制部30可以在窄于檢索范圍D的范圍中設(shè)定檢索范圍Dl D4的每一個，并且該設(shè)置特別有用。此外，對代表點RP進行的相關(guān)性和視差的運算以及對除了代表點RP以外的像素進行的相關(guān)性和視差的運算在運算精度上彼此相同。因此，可以進一步提高運算處理的速度，因為無需在窄的檢索范圍Dl D4中再次為代表點RP執(zhí)行運算。此外，總控制部30將檢索范圍Dl D4均設(shè)定為在檢索范圍D內(nèi)并窄于檢索范圍 D，使得檢索范圍Dl D4彼此部分重疊。結(jié)果，可以防止當總控制部30為各劃分區(qū)域SDR 中的像素設(shè)定檢索范圍時，總控制部30為各劃分區(qū)域SDR中的像素全部設(shè)定相同的檢索范圍，結(jié)果在檢索范圍內(nèi)不能檢測到與各像素具有最高相關(guān)性的像素。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，基準像SG的相關(guān)性計算區(qū)域SCR被劃分為劃分區(qū)域SDR，并且為各劃分區(qū)域SDR的各代表點RP設(shè)定檢索范圍D，從而計算相關(guān)性和視差。并且，根據(jù)代表點RP的視差，為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍Dl D4中的一個，從而計算相關(guān)性和視差。對于基準像SG的像素的比較像CG的相關(guān)性和視差，可以大量減少運算的次數(shù)而不降低運算精度。因此，可以高速計算組織切片TS上的不平坦信息，從而可以提高對象像獲取效率。2.變形例上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述各相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR均被劃分為16個劃分區(qū)域SDR，從16個劃分區(qū)域SDR的每一個中提取9個代表點RP，并且為16 個劃分區(qū)域SDR的每一個中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍Dl D4中的一個。 然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，各相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR的劃分數(shù)量、各劃分區(qū)域 SDR中的代表點RP的數(shù)量以及為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定的檢索范圍的數(shù)量可被任意設(shè)定。然而，增加劃分數(shù)量并且增加檢索范圍數(shù)量以縮小一個檢索范圍，可以進一步提高運算處理的速度。注意，各相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR的劃分數(shù)量增加，從而在一個劃分區(qū)域SDR中組織切片TS的像中的起伏(厚度方向上的偏移)變小。從而，即使進一步縮小檢索范圍，與基準像SG的像素具有最高相關(guān)性的像素也能夠被可靠地檢出。作為實例，均具有560X400個像素的各相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR被劃分為 64(8X8)個劃分區(qū)域SDR，在各劃分區(qū)域SDR中設(shè)定16個代表點RP。此外，為各代表點RP 設(shè)定以代表點RP為中心的士40個像素的檢索范圍D，為除了代表點RP以外的像素設(shè)定的檢索范圍數(shù)量為16，每個檢索范圍設(shè)定為具有11個像素。這種情況下，為了計算與代表點RP的相關(guān)性，相關(guān)性計算部44執(zhí)行82，944(= 16X81X64)次相關(guān)性運算。此外，為了計算與除了代表點RP以外的像素的相關(guān)性，相關(guān)性計算部 44 執(zhí)行 2，452，736 ( = (560/8 X 400/8-16) X 11 X 64)次相關(guān)性運算。因此，相關(guān)性計算部44總共執(zhí)行2，535，680 ( = 82，944+2，452，736)次相關(guān)性運算。結(jié)果，與為所有的像素設(shè)定檢索范圍D的情況相比，僅需要執(zhí)行約14%的次數(shù)的運算， 因此可以實現(xiàn)運算處理的進一步提速。 上述實施方式中，在各相關(guān)性計算區(qū)域SCR和CCR被劃分為劃分區(qū)域SDR后，計算各劃分區(qū)域SDR的代表點RP的相關(guān)性和視差，且根據(jù)代表點RP的視差為除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍Dl D4，從而計算相關(guān)性和視差。然而，本發(fā)明不限于此。例如，如圖9A所示，相關(guān)性計算部44和視差計算部45在基準像SG的相關(guān)性計算區(qū)域SCR中設(shè)定預定數(shù)量(此情形中為16)的代表點RP。并且，相關(guān)性計算部44和視差計算部45計算代表點RP和比較像CG中的檢索范圍中的像素之間的相關(guān)性和視差。并且，如圖9B所示，例如，當兩個相鄰的代表點RP之間的視差差異落入預定閾值時，劃分部42以下述方式將相關(guān)性計算區(qū)域SCR劃分為劃分區(qū)域SDR 根據(jù)計算得到的代表點RP的視差將這樣的相鄰代表點RP包含在同一個劃分區(qū)域SDR中。另一方面，當兩個相鄰的代表點RP之間的視差差異大于預定閾值時，劃分部42以下述方式將相關(guān)性計算區(qū)域SCR劃分為劃分區(qū)域SDR 將這樣的相鄰代表點RP分別包含在不同劃分區(qū)域SDR中。根據(jù)存在于各劃分區(qū)域SDR內(nèi)的代表點RP的視差，檢索范圍設(shè)定部43為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定例如4個檢索范圍Dl D4中的一個。相關(guān)性計算部44和視差計算部45計算各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素的相關(guān)性和視差。也可采用如下處理對在相關(guān)性計算區(qū)域SCR中設(shè)定的代表點RP以上述方式進行相關(guān)性和視差的計算之后，根據(jù)由此計算的視差，相關(guān)性計算區(qū)域SCR被劃分為劃分區(qū)域 SDR，并且為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍Dl D4，從而計算相關(guān)性和視差。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定均具有例如33個像素的檢索范圍Dl D4作為檢索范圍。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，也可為各劃分區(qū)域SDR中的除了代表點RP以外的像素設(shè)定分別具有各種數(shù)量的像素的檢索范圍Dl D4作為檢索范圍。這種情況下，例如，當多個代表點RP之間的視差差異較小時，根據(jù)各劃分區(qū)域SDR 中的多個代表點RP的視差，檢索范圍中的像素數(shù)量被設(shè)定得較小。另一方面，當多個代表點RP之間的視差差異較大時，根據(jù)各劃分區(qū)域SDR中的多個代表點RP的視差，檢索范圍中的像素數(shù)量被設(shè)定得較大。結(jié)果，與使用均具有固定數(shù)量像素的檢索范圍Dl D4執(zhí)行運算的情況相比，運算次數(shù)可進一步減少。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述通過使用各劃分區(qū)域SDR中的多個代表點RP的全部視差，來為除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，多個代表點RP的視差中的其值與其他視差的值顯著不同的代表點RP的視差可被排除，在這種狀態(tài)下，為除了代表點RP以外的像素設(shè)定檢索范圍。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述9個代表點RP的視差的平均值與檢索范圍Dl D4的中心位置彼此進行比較，檢索范圍Dl D4中的具有最接近平均值的中心位置的那個檢索范圍可被設(shè)定為用于劃分區(qū)域SDR的檢索范圍。然而，本發(fā)明不限于此。例如，檢索范圍Dl D4中的9個代表點RP的視差代表的位置全部落入其內(nèi)的那個檢索范圍可被設(shè)定為用于劃分區(qū)域SDR的檢索范圍。
上述實施方式中，組織切片TS被作為樣本。然而，樣本不限于此。例如，本發(fā)明中， 細胞、染色體等也可被用作關(guān)于生物體的樣本(生物樣本)。上述實施方式中，使用兩個分離透鏡20A和20B。然而，分離透鏡的數(shù)量不限于該實施方式中的數(shù)量。也就是說，可以使用以一對分離透鏡20A和20B作為一個單元(組) 的分離透鏡20。注意在此情況下，需要在光闌掩模19中設(shè)置與分離透鏡20的組相對應的開口。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述設(shè)置具有預先確定的放大倍數(shù)的一個物鏡15。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，還可以提供分別具有不同放大倍數(shù)的多個物鏡，通過透鏡切換機構(gòu)或手動操作從多個物鏡中選擇合適的一個。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述半反射鏡17將來自物鏡15的入射光分離為透射光和反射光，透射光和反射光分別被引導至攝像裝置16和攝像裝置21。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，還可以設(shè)置鏡和鏡立起(mirror-up)機構(gòu)以替代半反射鏡 17。在此情況下，在攝像裝置21上形成相差像的過程中，鏡被置于物鏡15和攝像裝置 16之間的光路上，來自鏡的反射光被引導至攝像裝置21。另一方面，在攝像裝置16上形成對象像的過程中，鏡立起機構(gòu)從物鏡15和攝像裝置16之間的光路移除鏡，從而來自物鏡15 的光被引導至攝像裝置16。上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述獲取攝像裝置21所拍攝的相差像上的數(shù)據(jù)。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，還可以通過因特網(wǎng)或者預定記錄介質(zhì)來獲取相差像上的數(shù)據(jù)。并且，上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述總控制部30根據(jù)存儲在HDD 中的運算程序來執(zhí)行上述運算處理。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，還可以將厚度信息獲取處理程序存儲在ROM中。并且，還可以根據(jù)存儲在記錄介質(zhì)中的或者從因特網(wǎng)下載的運算程序來執(zhí)行上述運算處理。此外，總控制部30可根據(jù)通過其他各種適當?shù)耐緩街械娜我庖环N途徑而安裝的運算程序來執(zhí)行上述運算處理。而且，上述實施方式中，已給出關(guān)于以下情形的描述相差像獲取部41、檢索范圍設(shè)定部43、相關(guān)性計算部44、以及視差計算部45分別被用作像獲取部、檢索范圍設(shè)定部、相關(guān)性計算部、以及視差計算部。然而，本發(fā)明不限于此。也就是說，還可以分別設(shè)置具有各種配置的像獲取部、檢索范圍設(shè)定部、相關(guān)性計算部、以及視差計算部。本發(fā)明可應用于生物試驗、藥物和藥品制備或患者病程觀測等生物產(chǎn)業(yè)。本申請包含于2009年12月25日向日本專利局提交的日本專利申請JP 2009-295381中公開的主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的是，根據(jù)設(shè)計要求和其它因素，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)進行各種修改、組合、子組合和改進。
權(quán)利要求
1.一種運算裝置，包括像獲取部，被配置為獲取樣本的相差像；檢索范圍設(shè)定部，被配置為對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算部，被配置為計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算部，被配置為根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差， 其中，所述檢索范圍設(shè)定部根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運算裝置，還包括 劃分部，被配置為將所述一個像劃分為多個劃分區(qū)域；其中，所述檢索范圍設(shè)定部根據(jù)對每個所述劃分區(qū)域中的作為代表的像素計算的視差，對每個所述劃分區(qū)域中的除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運算裝置，其中，所述劃分部根據(jù)作為代表的像素的視差，將所述一個像劃分為多個劃分區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運算裝置，其中，所述檢索范圍設(shè)定部從均在對作為代表的像素設(shè)定的范圍以內(nèi)、并且均窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的多個范圍中，對每個所述劃分區(qū)域中的除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的運算裝置，其中，所述多個范圍被設(shè)定為所述多個范圍的一部分彼此重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運算裝置，其中，所述檢索范圍設(shè)定部對每個所述劃分區(qū)域中的除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定具有基于對每個所述劃分區(qū)域中的作為代表的像素計算的視差的大小的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運算裝置，其中，所述相關(guān)性計算部計算均作為代表的多個像素的相關(guān)性，所述視差計算部計算上述均作為代表的多個像素的視差，并且所述檢索范圍設(shè)定部從上述均作為代表的多個像素的視差中排除其值顯著不同的視差，并且對除了多個作為代表的像素以外的像素設(shè)定范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運算裝置，其中，所述樣本是組織切片。
9.一種運算方法，包括以下步驟 獲取樣本的相差像；對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性； 根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差， 其中，在檢索范圍設(shè)定步驟中，根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。
10.一種運算程序，用于使計算機執(zhí)行以下步驟 獲取樣本的相差像；對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性； 根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差， 其中，在檢索范圍設(shè)定步驟中，根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。
11.一種顯微鏡，包括鏡，用于使來自物鏡的入射光直線傳播或被反射；第一攝像元件，用于拍攝在所述物鏡上成像并在所述鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的一側(cè)上投射的對象像；開口，以一對為單位設(shè)置在所述鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的另一側(cè)上的后方，并且均具有使對象景深變?yōu)榇笥谖镧R的對象景深的尺寸；分離透鏡，設(shè)置在各個所述開口的后方，用于在在鏡的直線側(cè)或反射側(cè)中的另一側(cè)上投射的對象像預期成像的面上形成相差像；第二攝像元件，設(shè)置為以對象像預期成像的面作為攝像面； 像獲取部，被配置為從所述第二攝像元件獲取樣本的相差像； 檢索范圍設(shè)定部，被配置為對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算部，被配置為計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算部，被配置為根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差， 其中，所述檢索范圍設(shè)定部根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。
12.一種運算裝置，包括像獲取裝置，被配置為獲取樣本的相差像；檢索范圍設(shè)定裝置，被配置為對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算裝置，被配置為計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算裝置，被配置為根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差，其中，所述檢索范圍設(shè)定裝置根據(jù)對作為代表的像素計算的視差，對除了作為代表的像素以外的像素設(shè)定窄于對作為代表的像素設(shè)定的范圍的范圍。
全文摘要
本申請公開了一種運算裝置、運算方法、運算程序、以及顯微鏡，該運算裝置包括像獲取部，被配置為獲取樣本的相差像；檢索范圍設(shè)定部，被配置為對所述相差像的一個像中設(shè)定的作為代表的像素以及除了作為代表的像素以外的像素，在所述相差像的另一個像中設(shè)定作為檢索對象的像素的范圍；相關(guān)性計算部，被配置為計算所述一個像中的像素與對像素設(shè)定的范圍中的像素之間的相關(guān)性；以及視差計算部，被配置為根據(jù)由此計算的所述相關(guān)性對所述一個像中的像素計算視差。
文檔編號G01N21/64GK102156976SQ20101059482
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者山本隆司 申請人:索尼公司