專利名稱：形成多聚焦堆圖像的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及形成多聚焦堆圖像的方法和設備。
背景技術：
在一些諸如醫(yī)學應用的市場領域中，利用顯微鏡檢查樣本并且利用附著在顯微鏡的二維數(shù)字相機生成數(shù)字圖像。數(shù)字相機捕獲的被觀察的樣本在面積上受到限制。對于40x的物鏡，典型的面積僅為0.7mm寬。在顯微鏡載片上的有效面積給定為64×24mm情況下，可能的樣本面積僅為非常小的面積。對此的一種辦法是在整個樣本面積上步進和重復，其還稱為宏抖動。更優(yōu)選的處理是利用類似于在US 6,711,283中公開的行掃描部件，其中可以收集0.7×64mm的長條數(shù)據(jù)。接著可以掃描相鄰的帶從而可以把圖像接合或縫合在一起，如專利GB 2206011中說明那樣。
如US 6,711,283中提到那樣，長條掃描的一個問題是必須在整個掃描長度上保持聚焦。作為一個例子，對于數(shù)值孔徑為0.65的40x透鏡焦深約為1微米。典型的顯微鏡載片不是按保持這種類型的容限制造的，并且安裝時可能由于安裝方法或者在重力下彎曲超過1微米。而且要成像的樣本本身不平直到1微米。在US 6,711,283中通過單獨地在掃描長度建立聚焦圖并且在掃描期間動態(tài)地調(diào)整聚焦以和該聚焦圖配合解決該問題。遺憾的是，為每個樣本建立聚焦圖是耗時的。典型的聚焦方法是在不同的聚焦水平下掃描同一個區(qū)域然后利用評定算法確定最佳聚焦。存在若干已使用的評定算法，一個例子是取相鄰象素間的差的平方和。這種評定算法產(chǎn)生例如圖1中示出的函數(shù)，其中峰值(用箭頭指示)看成是焦點。
用來解決該問題的另一種方法是得到多個聚焦水平不同的掃描。這稱為聚焦堆或Z堆并在圖2中示出。其思想是，在任何時刻至少聚焦掃描圖像中的一個并且晚些時候可以組合Z圖像堆400以給出單個聚焦圖像?？梢詮囊恍┕痰玫浇M合圖像的軟件。該方法的問題，對于樣本聚焦變化范圍內(nèi)的小焦深，許多圖像層需要覆蓋完整的聚焦范圍并且這會是耗時的。最佳聚焦線示在401上。在不同的位置402上堆中的圖像只提供很少的有用信息。
從而需要解決這些缺點。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的第一方面我們提供一種產(chǎn)生目標的多聚焦堆圖像的方法，誼堆圖像包括該目標的多個圖像，每個圖像具有對應的焦點范圍或位置，誼方法包括造成目標和光檢測器陣列之間的相對掃描運動，該陣列用于在以掃描行的形式掃描期間從誼目標反復接收圖像信息；以及掃描期間在各個圖像的所述焦點范圍或位置之間造成改變該目標和該陣列之間的相對聚焦，從而得到堆中的圖像，其中每個圖像是由在掃描期間從各個焦點范圍或位置得到的圖像信息形成的。
從而本發(fā)明相當不同于現(xiàn)有技術方法。在現(xiàn)有方法中堆圖像是按相繼的圖像幀得到的，而在本發(fā)明中通過掃描行得到圖像。重要的是，掃描行是掃描期間反復在圖像的不同焦點位置(固定的或在一范圍內(nèi)的)之間交換的情況下得到的，并且然后利用這些掃描行在掃描結(jié)束時形成該堆中的不同聚焦的圖像。這些圖像可以被想成是聚焦水平或聚焦層。在討論掃描時，應理解在具有多于一行的檢測器的陣列下該術語包含若干檢測器行的輸出。但是，掃描行上的檢測器的數(shù)量在數(shù)量級大于這種陣列的小數(shù)量(約小于16)。
從而本發(fā)明在可以使用相對便宜的設備的情況下明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術。它還避免需要多次掃描目標，多次掃描會在記錄得到的信息上造成問題。另外不需要用于事先產(chǎn)生聚焦圖的輔助設備。它還允許在短時間內(nèi)以及不需要以后的掃描情況下對非常局部的區(qū)域得到不同聚焦的圖像信息。這有助于確保在任何介入階段光學設備或樣本中不發(fā)生變化并且能對掃描中帶有明顯構形的目標提供聚焦水平的在線改變。
典型地對目標的若干地帶重復該方法并且在對目標的單次掃描中得到多聚焦堆圖像。最好，在為堆中的某特定圖像從目標得到圖像信息的掃描行后修改相對聚焦，從而在為所述特定圖像再次得到其它掃描行(圖像信息)之前為至少一個其它圖像得到該掃描行。從而在掃描期間可以在圖像之間循環(huán)聚焦，以從各條掃描行構建這些圖像?？梢詾槊糠鶊D像得到目標的公共區(qū)或部分的圖像信息，而且可以在掃描期間暫停相對運動達到這一點。替代地，掃描運動可以基本是連續(xù)的，接著可以內(nèi)插對每幅圖像得到的圖像信息從而形成該堆內(nèi)的具有不同聚焦位置或范圍的對應圖像。
該陣列可以是定義第一方向的一維陣列，并且相對掃描運動處于大致垂直于該第一方向的方向上。聚焦位置或范圍彼此可以在聚焦上均勻或不均勻地隔開。聚焦范圍包括處于限定該范圍的二個外聚焦位置之間的聚焦區(qū)。當使用聚焦范圍時，對于堆中的不同圖像聚焦范圍可以重疊或不重疊。當使用聚焦范圍時，該方法可以包括在掃描期間利用來自掃描行的圖像信息從而修改聚焦以當掃描繼續(xù)進行時對每幅圖像得到相繼的掃描行。為此可以使用作為聚焦位置的函數(shù)的聚焦評定曲線，并且該方法則還可包括對堆中的圖像控制聚焦從而對特定區(qū)覆蓋“理想的”聚焦位置。可以把堆中的最中心圖象(組)排列成和這些區(qū)中的理想聚焦位置相對應。
可以利用堆中的各圖像產(chǎn)生輸出圖像，這些輸出圖像具有根據(jù)構建其的圖像的聚焦范圍或位置的焦深。
誼陣列可以包括多個大致沿掃描方向排列在子陣列中的象素。它們可以大致沿掃描方向是隔開的并且每個子陣列適應接收對應顏色的光。
在一些例子中從相鄰的區(qū)得到圖像信息。當提供“m”個整數(shù)子陣列時，最好子陣列的間距按以區(qū)寬單位從陣列看到為mn-1，其中n是非零整數(shù)，典型地使不同時刻從不同區(qū)得到的圖像信息相交織。
根據(jù)陣列的維數(shù)和定位確定相對運動的速度。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面我們提供一種用來產(chǎn)生目標的多聚焦堆圖像的設備，該堆圖像包括該目標的多個圖像，多個圖像具有對應的焦點范圍或位置，該設備包括光檢測器陣列，用于以掃描行的形式接收來自圖像的圖像信息；掃描裝置，用于提供誼陣列和目標之間的相對運動；聚焦裝置，用于控制該陣列和目標之間的相對聚焦，以及控制系統(tǒng)，用于操作該掃描裝置以造成目標和光檢測器陣列之間的相對掃描運動；用于適應對該陣列進行控制以在掃描期間反復接收來自目標的圖像信息；并且還用于操作該聚焦裝置以在掃描期間在各個圖像的所述焦點范圍或位置之間造成目標和該陣列之間的相對聚焦的改變，從而得到堆中的各圖像，其中每個圖像是由在掃描期間各個焦點范圍或位置處得到的圖像信息形成的。
該陣列可以包括排列在大致垂直于掃描方向的方向上的一維陣列或多個子陣列。象素的數(shù)量可以是大的，例如約為5000。可以提供子陣列的數(shù)量“m”，子陣列是隔開的從而從各區(qū)段中得到的對應圖像信息在圖像中大致沿掃描方向上的整數(shù)區(qū)段隔開。這種隔開可以是實際上的物理隔開或者等效地是光學隔開，例如通過使用分束器以及物理隔開的子陣列提供。
對于彩色圖像，最好子陣列各包括濾光器從而接收與一些特定顏色對應的光。聚焦部件可以通過移動該陣列或目標或者當其包括成像透鏡通過移動成像透鏡或成像透鏡的組成部分實現(xiàn)聚焦。當聚焦部件包括疊鏡時，聚焦部件通過移動疊鏡實現(xiàn)聚焦。為此也可以使用光厚度可控的窗口，例如光電有源石英窗口或者帶有作為轉(zhuǎn)動角的函數(shù)的可變光厚度的可轉(zhuǎn)動窗口。
誼設備和方法可用于若干成像應用中，不過已發(fā)現(xiàn)在視場和場深典型地相當有效的顯微鏡中它是特別有好處的。


現(xiàn)參照

依據(jù)本發(fā)明的方法和設備的一些例子，附圖中圖1示出技術上已知的聚焦評定曲線；圖2示出現(xiàn)有技術堆圖像和理想聚焦；
圖3是陣列掃描的示意透視圖；圖4示出掃描中掃描線的排列；圖5示出帶有“停止—啟動”掃描的三聚焦堆積；圖5a示出一種特定的三聚焦堆方案；圖6示出帶有平滑掃描的三聚焦堆；圖7示出堆中不均勻間隔的圖像；圖8示出堆中的非平面的圖像；圖9示出掃描期間圖像之間的不均勻間距；圖10a示出下圖像的交叉；圖10b示出上、下聚焦堆圖像的交叉；圖11示出聚焦跟蹤期間焦點對準評定曲線；圖12示出聚焦跟蹤期間聚焦評定曲線的邊緣；圖13示出跟蹤聚焦的圖像堆；圖13a示出對該樣本的堆；圖14示出該堆圖像的焦點極端下的變化；圖15示出圖14的二個位置上聚焦評定曲線；圖16示出焦點對準下的三個外堆圖像位置；圖17示出三個位置，其中二個在聚焦的邊緣上；圖18示出多行檢測器陣列；圖19a示出帶有三個聚焦堆和平滑掃描的三個相鄰的行檢測器；圖19b示出帶有三個聚焦堆和平滑掃描的四個相鄰的行檢測器；圖19c示出帶有三個聚焦堆和平滑掃描的二個相鄰的行檢測器；圖20示出隔開的三個行檢測器陣列；圖21a示出帶有2行間距的3行檢測器；圖21b示出帶有5行間距的3行檢測器；圖21c示出帶有8行間距的3行檢測器。
圖22a示出帶有2行間距、三聚焦堆以及光滑掃描的3行檢測器；圖22b示出帶有5行間距、三聚焦堆以及光滑掃描的3行檢測器；并且示出3個聚焦位置；
圖22c示出帶有3行間距、三聚焦堆以及光滑掃描的4行檢測器；圖23示出帶有縮窄線的不相鄰行檢測器；圖24示出用切換光掃描的RGB，并示出帶有2行間距和3聚焦位置的3行檢測器；圖25a示出排列在彩色組中的多個檢測器；圖25b示出排列在彩色序列中的多個檢測器；圖26a示出含有二個分束器和三個陣列的設備；圖26b示出二個陣列、二個鏡結(jié)構；圖26c示出三個陣列、二個鏡結(jié)構；圖27a說明檢測器頭的移動；圖27b說明成像透鏡的移動；圖27c說明可移動疊束鏡的使用；圖27d說明樣本的移動；圖27e說明成像透鏡內(nèi)的移動件；圖27f示出可調(diào)光厚度的例子；圖27g采用可變光厚度的轉(zhuǎn)動窗口；以及圖28示出可變光厚度的分布。
具體實施例方式
標準行掃描涉及單行x象素陣列，每個象素典型地對應該陣列中的一個檢測器。對于彩色，對三個顏色中的每種顏色提供單個行(例如紅綠藍)。接著在垂直于檢測器陣列行的方向上橫移該單個行。把該橫移速度置成在檢測器的一次“行時間”后使檢測器在掃描方向上橫移一個象素的距離，從而下個行時間產(chǎn)生一條鄰接前一個行的象素行。這在圖3中示出，圖中沿箭頭指示的方向掃描1維陣列。
圖4是從1維陣列的尾巴看到的1維陣列掃描的透視布局。橫移方向用箭頭表示，其中第一掃描行用“1”標記，第二行用“2”標記，并且依次類推。最簡單的實施例是掃描并在移動到下個行期間把聚焦調(diào)整在不同的聚焦堆位置上。圖5示出得到三個這樣的堆的情況。這涉及停止—啟動橫移掃描，但不需要同一圖像內(nèi)的掃描行的內(nèi)插?？梢钥闯鰣D5中用垂直箭頭指示的聚焦方向大致在此情況中垂直于橫移(掃描)方向。圖5a更詳細地示出該方案，其中線性陣列1具有進入該圖的平面的方向。利用透鏡達到聚焦變化。在15處示出帶有可變厚度的樣本，該樣本定位在充當支承的載片上。用箭頭X表示掃描行的位置，而掃描方向用Y示出。在此實施例中橫移具有橫移中的“停止—啟動”動作，這并不總是希望的，因為停止和啟動橫移機構可能導致在圖像中顯示成跳動的位置誤差。
在另一實施例中可以把橫移安排成是平滑的(固定的掃描速度)，但其比圖4慢三倍并且產(chǎn)生圖6中所示的圖像。接著如果需要的話可以使用內(nèi)插方法以便利用相鄰圖像整治每個Z堆圖像。盡管這些實施例示出三聚焦堆圖像，最好能產(chǎn)生從2到任何實際數(shù)量的多聚焦堆圖像。還不必必須使這些聚焦堆圖像等距隔開，從而例如可能具有5個堆圖像，其中包括三個中央堆和二個外圍聚焦堆。這在圖7中示出，其中行1和5和更接近間隔的行2、3和4更大地隔開。
不需要把聚焦堆保持在固定平面中。這在圖8中說明?？梢栽趻呙杵陂g跟隨預定非平面投影的或者掃描期間通過反復確定最佳聚焦位置從而跟隨樣本中的非平面表面的堆圖像獲取系統(tǒng)中出現(xiàn)這樣的情況。如圖9中說明那樣，堆內(nèi)相鄰圖像中行間的間距不必是固定的。例如在圖9中，該堆中的上、下圖像展示不固定的間距，而在掃描中三個中央圖像行具有固定的間距。
在一些情況中，如圖10a、10b中示出那樣，聚焦堆可以排列成彼此交叉。在圖10a中，該堆中的最低圖像在掃描期間和次低圖像相交，而在圖10b中，上、下圖像和相鄰的圖像層相交，掃描開始時的次序是1、2、3、4、5而當掃描結(jié)束的次序變成2、1、3、5、4。
一次取多個聚焦堆并且在掃描期間調(diào)整聚焦的一個具體優(yōu)點是，有可能跟蹤非平面體，例如組織樣本或巖石樣本的表面的聚焦，如果把二個外聚焦位置排列在聚焦曲線的斜坡上，有可能預測最佳聚焦位置并且調(diào)整聚焦位置從而把中央聚焦位置置在最佳聚焦位置上。這可以通過利用三個聚焦位置C、D、E借助圖11中示出的聚焦評定曲線達到。在此方式下有可能通過查看檢測器在所有三個位置上的相對評定值監(jiān)視掃描器是否焦點對準。如果聚焦從聚焦位置上移動，則它會改變相對聚焦值如圖12中所示。
比較圖11和12可以看出，外聚焦位置(C和E)的相對評定值改變但中央聚焦位置(D)不必改變。如果掃描期間監(jiān)視到此，則當此出現(xiàn)時可以調(diào)整聚焦以把聚焦位置(例如D)帶回到聚焦范圍的中央。這能減少需要掃描的聚焦堆的數(shù)量，因為如圖13中所示不存在聚焦堆不接近圖像聚焦的區(qū)域，在圖13中示出堆圖像300在掃描301期間跟隨最佳聚焦線，它的大優(yōu)點是由于不必掃描更多的其中許多圖像只具有很少有用信息的堆圖像而節(jié)約時間。通過掃描期間調(diào)整額定聚焦以跟隨樣本，從而會一次只給出較少的不同聚焦值。這更詳細地在圖13a中示出。
可分離調(diào)整聚焦的措施能使掃描器在良好的聚焦值范圍改變時把外聚焦水平置在聚焦邊緣上。這在圖14和15中示出，其中圖15示出圖14的掃描中二個位置A、B上的評定曲線。例如在細胞層的掃描中出現(xiàn)這種可變聚焦范圍狀態(tài)，在細胞層掃描的一些實施例中細胞在多層中堆在其它細胞的上面并且細胞層的數(shù)量在掃描中是變化的。圖10和14中示出的在堆中的圖像間改變間距的思想提供許多優(yōu)點。許多現(xiàn)有方案不能提供這種功能。
另一實施例是把外聚焦圖像排列在聚焦范圍的邊緣上但實際上不在焦點的外面。接著監(jiān)視聚焦評定以保證所有的檢測器都不在焦點之外。一旦一個外檢測器顯示達到焦點之外的評定值，調(diào)整聚焦以使所有的檢測器回到焦點對準。圖16示出三個焦點位置C、D、E(全都聚焦)，而圖17示出盡管位于聚焦邊緣但仍聚焦的位置。這能使用戶通過聚焦查看是否在比掃描器的聚焦范圍大的焦深下掃描樣本。還能利用軟件借助一設備把這些圖像組合成一個圖像提高焦深。
盡管至今我們只說明使用1維陣列，能使用多個檢測器以在提高生產(chǎn)率情況下完成該任務。如圖18中所示，一實施例采用3乘x的象素陣列。按前面那樣在鋸齒式下移動聚焦，但橫移速度要大n倍，其中n是行檢測器陣列的數(shù)量。圖19a、19b和19c示出分別帶有用于3、4和2個行陣列的多聚焦位置的多個相鄰行檢測器。
而且不要求該多個行檢測器具有彼此相鄰的行。從而能如圖20中所示建立檢測器間存在間隙的掃描過程。在此狀態(tài)下在檢測器的行間距關系上存在限制。對于整數(shù)掃描行間距，1維檢測器數(shù)組間的間距必須為mn-1，其中m是1維檢測器陣列的數(shù)量，而n是不等于零的整數(shù)(零情況和相鄰行情況相同)。接著必須把掃描速度置成m。這給出圖21a到21c以及圖22a到22c示出的掃描圖案。在圖21a中列出的數(shù)字是1維檢測器陣列的行號，從而此情況下行數(shù)為3，它們的間距為2(m＝3，n＝1)。對于圖21b，行數(shù)＝3，間距＝5(m＝3，n＝2)。對于圖21c，行數(shù)＝3，間距＝8(m＝3，n＝3)。在圖22a中，行數(shù)＝3，間距＝2(m＝3，n＝1)，并存在三個聚焦位置。在圖22b中，行數(shù)＝3，間距＝5(m＝3，n＝2)，并存在三個聚焦位置。在圖22c中，行數(shù)＝4，間距＝4(m＝4，n＝1)，并有三個聚焦位置。盡管可能不是總是要求檢測器間具有整數(shù)行間距并且甚至如圖23中所示希望用重疊的或者“縮窄”的行掃描，在圖23中行數(shù)＝3、間距＝2.5、掃描行間距＝2并有三個聚焦位置。
為了產(chǎn)生彩色圖像或者多通道圖像，能基于逐行地改變照明的顏色并且以通道數(shù)為因數(shù)減慢橫移。例如如圖24中所示對于紅綠藍三色掃描應要求為單色速度的三分之一的橫移速度，在圖24中利用切換光發(fā)生紅綠藍掃描，圖中行數(shù)＝3，間距＝2(m＝3，n＝1)并有三個聚焦位置。
另一種產(chǎn)生紅、綠、藍彩色信息的方法是在檢測器的各個行上放置紅、綠、藍濾光器。這種組合可以包括如圖25a中所示把所有顏色相同的行組合在一起或者如圖25b中所示把顏色序列組合在一起。重要的是要注意，如果不要求各帶色行的重疊或縮窄，則和單色行間距那樣應用“相同顏色行—相同顏色行”的間距限制。
在所有焦面數(shù)量小于所使用的1維陣列的數(shù)量的情況中，要求檢測器檢測光的時間短于移動到下個位置編號所需的時間以防止影象模糊。例如，對于帶有單個焦面的四行檢測器，光檢測時間應短于運動時間的四分之一。不必必須具有圖18、20和25a、25b中示出的單檢測器系統(tǒng)。
可以在如圖26a至26c中示出的各種光重疊方法組合例如圖3中示出的單行的檢測器，以使檢測器全都位于相同的焦面上。圖26a示出使用含有二個分束器4、5和三個陣列1、2、3的設備。陣列1、3的虛象分別示在1’、3’。光軸示出在6處。檢測器陣列的間距是二個掃描行(m＝3，n＝1)。圖26b示出行間距2(m＝3，n＝1)下的雙陣列和雙鏡7、8方案。陣列1和2和主射線分別在1”和2”處示出。圖26c示出行間距8(m＝3，n＝3)下的三陣列1、2、3和雙鏡7、8系統(tǒng)。
如果布局置成不把檢測器放在同一個平面中，則當掃描期間需要對相對焦面進行任何調(diào)整時，則檢測器必須彼此相對移動并造成難以實現(xiàn)可變的不均勻焦面分離，或者大量的不均勻聚焦堆會需要大量的檢測器以便同時掃描每個焦面。其它組合檢測器的方法包括光纖束，物理上把檢測器靠在一起以及排列在成像透鏡上的微棱柱陣列。
存在若干在掃描期間調(diào)整聚焦的可能方法，其中一些在圖27a至27g中示出。圖27a示出包括帶著3個陣列的雙分束器系統(tǒng)的檢測器頭9的移動。在10上示出聚焦移動范圍。圖27b示出一種替代的例子，其中利用樣本和檢測器中間的成像透鏡11的移動。圖27c示出利用可移動的光束疊鏡12、13、14達到聚焦。圖27d示出如何通過移動樣本15達到聚焦調(diào)制。圖27e示出通過移動成像透鏡11內(nèi)的元件16達到聚焦改變。圖27f示出替代設備，其中在樣本側(cè)設置厚度可調(diào)的窗口17，例如光電有源石英窗口。通過改變窗口的光厚度造成聚焦運動。圖27g使用可變光厚度的轉(zhuǎn)動窗口18。其中通過改變窗口的光厚度造成聚焦運動。該窗口具有繞其軸轉(zhuǎn)動為函數(shù)(即沿圓周)改變光厚度和/或沿矢徑方向改變光厚度的分布。這在圖28中更詳細地示出。
本文說明的方案和現(xiàn)有技術相當不同，在現(xiàn)有技術中利用多個檢測器通過每個檢測器在不同的聚焦位置上捕獲圖像。相反，利用本發(fā)明在許多情況中我們可以使用單個檢測器，例如如圖3中所示。我們接著在逐行的基礎上改變聚焦以形成多個聚焦值。這在圖5至10中示出。我們還可以例如圖18至25中那樣采用多個檢測器，但是任何時刻這些檢測器處于相同的聚焦位置。
概言之，從而提供一種行掃描方法以便一次產(chǎn)生多聚焦堆圖像。1維(典型地)檢測器數(shù)組在垂直于該陣列的軸的方向上橫移并且通常處于檢測器表面的平面中。對聚焦堆圖像的每個圖像調(diào)整掃描行之間的聚焦。當橫移機構移動到第一聚焦堆圖像的下個掃描行時循環(huán)地重復該過程，直至形成所有聚焦堆圖像。
檢測器陣列典型地在垂直于誼陣列的軸的方向上(相對)橫移并且通常在檢測器表面平面中，橫移速度取為使下一個行組為圖像上的m行的整數(shù)倍。作為檢測器的敏感區(qū)這些行不必必須尺寸相同。可以按彩色通道(若設置)的數(shù)量為因子減小相對于行的橫移速度，并且在每次改變聚焦之前或期間對圖像的每個通道改變照明顏色。
掃描期間可有益地調(diào)整聚焦水平以便跟蹤聚焦區(qū)。通過查看聚焦區(qū)兩側(cè)上至少兩個水平下的聚焦評定函數(shù)的關系可以利用這些聚焦水平確定聚焦范圍，其中這些水平置在該聚焦區(qū)的邊緣上，例如保持焦點對準平面和焦面邊緣之間的固定關系。
在具體實施例中可以利用分束器/鏡/微棱柱(成像透鏡附近)以及陣列產(chǎn)生多個共焦線1維陣列。
權利要求
1.一種產(chǎn)生目標的多聚焦堆圖像的方法，該堆圖像包括該目標的多個圖像，每個圖像具有對應的焦點范圍或位置，該方法包括造成目標和光檢測器陣列之間的相對掃描運動，該陣列用于在以掃描行的形式掃描期間從該目標反復接收圖像信息；以及在掃描期間在各個圖像的所述焦點范圍或位置之間造成要改變的該目標和該陣列之間的相對聚焦，從而得到該堆中的圖像，其中每個圖像是由在掃描期間在各個焦點范圍或位置得到的圖像信息形成的。
2.依據(jù)權利要求1的方法，其中對該目標的多個幅區(qū)重復該方法。
3.依據(jù)權利要求1或2的方法，其中在對目標的單次掃描內(nèi)得到該多聚焦堆圖像。
4.依據(jù)權利要求1至3中任一權利要求的方法，其中在為該堆中的一特定圖像從該目標得到一條掃描行后，改變相對聚焦，從而在為所述特定圖像得到另一掃描行之前為該堆中的至少另一個圖像得到一掃描行。
5.依據(jù)權利要求4的方法，其中在掃描期間，順序地為每個圖像得到掃描行從而在圖像之間反復地循環(huán)聚焦。
6.依據(jù)權利要求5的方法，其中在每次循環(huán)期間暫停相對運動。
7.依據(jù)權利要求1至5中任一項的方法，其中掃描運動大致是連續(xù)的。
8.依據(jù)權利要求7的方法，還包括內(nèi)插為每個圖像得到的圖像信息從而形成該堆中的具有不同聚焦位置或范圍的對應圖像。
9.依據(jù)上述任一權利要求的方法，其中該陣列是定義第一方向的一維陣列。
10.依據(jù)權利要求9的方法，其中該相對掃描運動大致垂直于該第一方向。
11.依據(jù)上述任一權利要求的方法，其中聚焦位置或范圍彼此焦點均勻間隔。
12.依據(jù)權利要求1至10中任一權利要求的方法，其中聚焦位置或范圍彼此焦點不均勻地間隔。
13.依據(jù)權利要求12的方法，其中當采用聚焦范圍時，各聚焦范圍不重疊。
14.依據(jù)權利要求12的方法，其中當采用聚焦范圍時，聚焦范圍是重疊的。
15.依據(jù)上述任一權利要求的方法，還包括，當采用聚焦范圍時，掃描期間利用圖像信息以修改聚焦，以便為每個圖像的各個區(qū)得到相繼的圖像信息。
16.依據(jù)權利要求15的方法，還包括得到作為聚焦位置的函數(shù)的評定曲線。
17.依據(jù)權利要求16的方法，還包括對堆中的各圖像控制聚焦從而對特定區(qū)覆蓋理想聚焦位置。
18.依據(jù)權利要求17的方法，其中堆中最中央圖像(組)的聚焦被設置為對應于這些區(qū)的理想聚焦位置。
19.依據(jù)上述任一權利要求的方法，還包括組合堆中的圖像從而產(chǎn)生輸出圖像，該輸出圖像具有根據(jù)構建其的各圖像的聚焦范圍或位置的焦深。
20.依據(jù)上述任一權利要求的方法，其中該陣列包括多個大致沿掃描方向排列在子陣列中的象素。
21.依據(jù)權利要求20的方法，其中這些子陣列大致沿掃描方向是隔開的。
22.依據(jù)權利要求21的方法，其中每個子陣列適于接收對應顏色的光。
23.依據(jù)權利要求22的方法，其中對每個圖像從相鄰的區(qū)得到圖像信息并且其中提供m個子陣列，而且其中以區(qū)寬為單位從該陣列看到的子陣列間距為m×n-1，其中n為非零整數(shù)，從而交織不同時間得到的來自不同區(qū)段的圖像信息。
24.依據(jù)上述任一權利要求的方法，其中根據(jù)該陣列的維數(shù)和定位確定相對運動的速度。
25.一種用于產(chǎn)生目標的多聚焦堆圖像的設備，該堆圖像包括該目標的多個圖像，每個圖像具有對應的焦點范圍或位置，該設備包括光檢測器陣列，用于以掃描行的形式接收來自目標的圖像信息；掃描裝置，用于提供該陣列和目標之間的相對運動；聚焦裝置，用于控制該陣列和目標之間的相對聚焦，以及控制系統(tǒng)，用于操作該掃描裝置以造成目標和光檢測器陣列之間的相對掃描運動；還適應于對該陣列進行控制以在掃描期間反復接收來自目標的圖像信息；并且還用于操作該聚焦裝置以在掃描期間在各個圖像的所述焦點范圍或位置之間造成目標和該陣列之間的相對聚焦的改變，從而得到堆中的各圖像，其中每個圖像是由在掃描期間各個焦點范圍或位置處得到的圖像信息形成的。
26.依據(jù)權利要求25的設備，其中該陣列包括一維陣列。
27.依據(jù)權利要求25或26的設備，其中該陣列包括多個排列在大致垂直于掃描方向的方向上的子陣列。
28.依據(jù)權利要求27的設備，其中提供并且隔開m個子陣列，從而從各區(qū)段中得到的對應圖像信息在圖像中大致沿掃描方向上的整數(shù)區(qū)段隔開。
29.依據(jù)權利要求27或28的設備，其中子陣列各包括濾光器從而接收和特定顏色對應的光。
30.依據(jù)權利要求28或29的設備，還包括分束器從而提供依據(jù)權利要求28的子陣列的物理隔開以及子陣列的虛間隔。
31.依據(jù)權利要求25至30中任一項的設備，其中該聚焦裝置通過陣列的移動實現(xiàn)聚焦。
32.依據(jù)權利要求25至31中任一項的設備，還包括成像透鏡并且其中該聚焦裝置通過該成像透鏡的或者成像透鏡構件的移動實現(xiàn)聚焦。
33.依據(jù)權利要求25至32中任一項的設備，還包括疊鏡并且其中該聚焦裝置通過疊鏡的移動實現(xiàn)聚焦。
34.依據(jù)權利要求25至33中任一項的設備，其中該聚焦部件通過目標的移動實現(xiàn)聚焦。
35.依據(jù)權利要求25至32中任一項的設備，還包括光厚度可控的窗口，其中該聚焦裝置通過操作該窗口實現(xiàn)聚焦。
36.依據(jù)權利要求35的設備，其中該窗口由光電材料構成。
37.依據(jù)權利要求36的設備，其中該窗口可轉(zhuǎn)動并且具有是轉(zhuǎn)動角的函數(shù)的可變光厚度。
38.依據(jù)權利要求25至37中任一項的設備，其中該設備構成用于對顯微目標成像的顯微鏡系統(tǒng)的一部分。
全文摘要
提供一種產(chǎn)生目標的多聚焦堆圖像的方法。該堆圖像具有目標的多個圖像，每個圖像具有對應的焦點范圍或位置。該方法利用目標和光檢測器陣列之間的相對掃描運動，掃描期間該陣列用于反復地接收來自目標作為掃描行的圖像信息。掃描期間在各個圖像的焦點范圍或位置之間改變目標和該陣列間的相對聚焦，從而得到該堆中的各圖像。從而每個圖像是由在掃描期間從各個焦點范圍或位置處得到的圖像信息形成的。還提供完成該方法的設備。
文檔編號H04N1/191GK1882031SQ20051012537
公開日2006年12月20日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權日2005年6月15日
發(fā)明者菲利普·M.·戈什 申請人:富士膠片電子影像有限公司