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Dokumentenidentifikation DE3587169T2 02.09.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0186490
Titel Verfahren zur Steuerung einer Mikroskopabtasteinrichtung.
Anmelder E.I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Del., US
Erfinder Jansson, Peter Allan, Hockessin Delaware 19707, US;
Rogers, Wade Thomas, West Chester Pennsylvania 19382, US;
Schwaber, James Stephen, Wilmington Delaware 19810, US
Vertreter Abitz, W., Dipl.-Ing.Dr.-Ing., 81679 München; Morf, D., Dr.; Gritschneder, M., Dipl.-Phys.; Frhr. von Wittgenstein, A., Dipl.-Chem. Dr.phil.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Aktenzeichen 3587169
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.12.1985
EP-Aktenzeichen 853094076
EP-Offenlegungsdatum 02.07.1986
EP date of grant 10.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.1993
IPC-Hauptklasse G01N 21/17
IPC-Nebenklasse G06F 15/70   G02B 21/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computer unterstütztes wechselwirkendes mikroskopisches Aufzeichnen oder Kartographien bezüglich Materialproben, die durch ein Mikroskop betrachtet werden.

Eine Anzahl von Computer unterstützten Mikroskop-Aufzeichnungsinstrumenten nach dem Stand der Technik erfordern eine optische Verbindung des Bildes einer Videoanzeige mit dem Life-Bild von einem Mikroskopobjekt derart, daß dann, wenn die Bedienungsperson in die Mikroskop-Okulare blickt, beide Bilder zusammen gesehen werden werden können und zwar eines dem anderen überlagert. Ein Cursor auf der Videoanzeige wird typischerweise durch die Bedienungsperson unter Verwendung einer Steuervorrichtung (joystick) oder einer anderen grafischen Eingabevorrichtung (GID) gesteuert. Sie kann Informationen in den Computer dadurch eingeben, indem sie den Cursor über das betrachtete Probestück hinwegbewegt und eine Taste drückt, um Koordinaten in den Computer einzugeben. Wenn einmal alle interessierenden Merkmale in dem momentanen Blickfeld eingegeben wurden, bewegt sie den Objektträger für ein erneutes Abbilden bzw. Aufzeichnen. Es wurde beobachtet, daß die Unregelmäßigkeiten, die diesen "Blickfeldsprüngen" zugeordnet sind, für den Orientierungssinn der Bedienungsperson starke Unterbrechungen bilden und zwar innerhalb des Probestückes und hinsichtlich der Kontinuität der Datensammlung. Beispielsweise verwendet das System von Glaser und Van der Loos (US Patent 4 202 037) eine Anordnung aus Computer und Mikroskop, wobei der Anwender mit Hilfe einer grafischen Eingabevorrichtung (GID) die Position eines "blinkenden X" an der Anzeigevorrichtung steuert. Die Position des "blinkenden X" kann auf verschiedene Weise die Position an der Anzeige wiedergeben, an welcher der Anwender eine Abbildungsmarkierung zu erzeugen wünscht, oder kann die Auswahl eines Systemsteuerbefehls wiedergeben, der an einem zugewiesenen Abschnitt der Anzeigevorrichtung dargestellt wird. Wenn der Anwender wünscht, eine Markierung über einer Stelle des Probestücks zu setzen und zwar außerhalb des momentanen Blickfeldes, muß er zuerst einen Befehl geben, damit der Mikroskop-Objektträger sich derart bewegt, daß die gewünschte Stelle in das Blickfeld gebracht wird und muß dann die GID manipulieren, um das "blinkende X" über die interessierende Stelle zu bringen. Schließlich muß er durch Drücken einer Taste oder mit Hilfe einer anderen Einrichtung anzeigen, daß das System die momentane Stelle des "blinkenden X" aufzeichnen soll. Das System tut dies dann und erzeugt gleichzeitig geeignete Markierungen an der Anzeige und zwar im wesentlichen koinzidierend mit dem Probestück, um der Bedienungsperson eine Anzeige hinsichtlich der ausgeführten Aktion zu liefern. Dieses Verfahren einer mikroskopischen Abbildung oder Aufzeichnung kann gattungsmäßig als "Cursorbewegungs-Aufzeichnung mit Sicht-Rückkopplung" bezeichnet werden. Der Fachmann erkennt hier, daß zum Abbilden über einer Region des Probestücks hinweg, die viele mikroskopische Sichtfelder abdeckt, es erforderlich ist den Objektträger mit dem Probestück viele Male zu bewegen und, wie oben bereits angeführt wurde, entstehen Probleme hinsichtlich der Unregelmäßigkeiten, die diesen Objektträger-Bewegungen oder "Betrachtungsfeldsprüngen" zuzuschreiben sind und sehr unterbrechend bzw. störend wirken.

Durch die Erfindung wird dieses Problem dadurch beseitigt, indem der Video-Cursor fortwährend am Mittelpunkt des mikroskopischen Betrachtungsfeldes ortsfest gehalten wird und der Objektträger veranlaßt wird, unter diesem Cursor sich zu bewegen. Nimmt man an, daß der Cursor die Spitze seiner "Schreibfeder" ist, so sieht die Bedienungsperson unmittelbar seine "Tinte" in der Form von leuchtenden Markierungen, die an der Videoanzeige erzeugt werden und hinter dem Cursor geschleppt werden, wenn die Bedienungsperson unbehindert das Probestück durchstreift. Markierungen, welche das Sichtfeld verlassen, werden durch Mittel gespeichert, welche diesen die Möglichkeit geben, unmittelbar genau wieder dargestellt zu werden und zwar bei Rückkehr zu einer früher abgebildeten oder aufgezeichneten Region.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Aufzeichnungsverfahren für eine Mikroskop-Analyse das Erzeugen eines Bildes einer Probe mit Hilfe eines Mikroskops, wobei die Probe auf einem stellungsgesteuerten Objektträger befestigt ist; das Überlagern des erzeugten Bildes mit dem Bild einer Anzeigevorrichtung mit einem Anzeigefenster; Steuern der Stellung des Objektträgers mit Hilfe einer grafischen Eingabevorrichtung; Erzeugen von Markierungen von einer ortsfesten Stelle auf der Anzeigevorrichtung aus gemäß der Steuerung durch die grafische Eingabevorrichtung;

Definieren der Markierungen als x, y-Koordinatenachsenpaare, die den momentanen Schnittstellen der optischen Achse mit dem Objektträger bzw. Probestück entsprechen und zwar zu der Zeit, zu welcher die Markierungen erzeugt werden, um dadurch eine Datengrundlage für einen digitalen Computer zu schaffen, wobei der Computer dafür programmiert ist, die Datengrundlage zu managen bzw. zu verwalten, um die Koinzidenz der Markierungen mit dem betrachteten Probestück-Bild zu bewahren; Bewegen der Markierungen in Einklang mit dem Objektträger mit dem Probestück, so daß die Markierungen sich in scheinbarer Koinzidenz mit der Objektträgerbewegung bewegen, wie dies in dem überlagerten Bild zu beobachten ist; wobei damit einhergehend auf einer zweiten Anzeigevorrichtung ein digitalisiertes statisches Videobild eines wesentlichen Abschnitts des erzeugten Bildes des Probestücks angezeigt wird; auf der zweiten Anzeigevorrichtung eine Videobox erzeugt wird; und die Videobox derart bewegt wird, daß die Größe und Lage der Videobox die momentane Größe und Lage des mikroskopischen Betrachtungsfeldes anzeigt.

Die vorliegende Erfindung selbst umfaßt ein verbessertes Verfahren für einen Anwender, um gleichzeitig mit der Computereinrichtung und dem Mikroskop bei einem computergestützten mikroskopischen Abbildungssystem oder Aufzeichnungssystem in Wechselwirkung zu gelangen. Speziell überlagert nach der vorliegenden Erfindung das verwendete Mikroskop die Bilder von einer Abbildungs-Anzeigevorrichtung und dem Probestück. Der Anwender verwendet eine grafische Eingabevorrichtung, um die grafische oder Lageinformation dem Computer zuzuführen. Als Antwort auf diese Positionsinformations-Eingabe steuert der Computer im wesentlichen gleichzeitig die Position des Objektträgers mit der Probe, erzeugt Markierungen an einer festen Stelle an der Abbildungs-Anzeigevorrichtung, bewegt die früher erzeugten Markierungen gegenüber der Anzeige und erzeugt numerische Indizes. Die Positionen der Markierungen auf der Abbildungs- Anzeigevorrichtung werden derart bewegt, daß die Markierungen in Einklang und in scheinbarer Koinzidenz mit dem Bild des Probestücks bewegt werden und zwar wenn der Anwender dieses durch die Mikroskop-Okulare betrachtet. Diejenigen Markierungen, welche das sichtbare Fenster der Abbildungs- Anzeigevorrichtung verlassen, werden in ihren richtigen relativen Positionen beibehalten oder bewahrt und werden je nach Anforderung erneut angezeigt und zwar aufgrund des Zustandes der Koinzidenz der Markierungen mit den früher abgebildeten Abschnitten des Probestücks. Die numerischen Indizes umfassen eine genaue Wiedergabe der Stelle und des Zeichens der von dem Anwender ausgewählten Abschnitte der historischen Bahn des Objektträgers mit dem Probestück. Aus Gründen, die an späterer Stelle noch hervorgehen werden, wird dieses Verfahren der Wechselwirkung zwischen dem Anwender und dem Computer/Mikroskop-System hier als "fliegende Betrachtungsfeld-Abbildung mit Sichtrückkopplung" bezeichnet.

Im Betrieb wird von einer Zeichnungsröhre das Bild der Abbildungs-Anzeigevorrichtung in das Mikroskop projiziert und zwar derart, daß dessen Bild dem Betrachter als demjenigen des vergrößerten Probestücks überlagert erscheint. Auf einem Monitor wird ein Videocursor dargestellt (als kleines Fadenkreuz), welches am Zentrum des Betrachtungsfeldes erscheint Ferner wird an dem Monitor ein N · N Bildpunktabschnitt eines 2048 · 2048 Bildpunkt-Digitalbildspeichers angezeigt, der als Abbildungs-Anzeigefenster bezeichnet wird. Die Fenstergröße N liegt typischerweise zwischen 16 und 512 Bildpunkten und hängt von der Brechkraft des ausgewählten Objektivs ab.

Der digitale Bildspeicher ist organisiert in 2048 Reihen auf 2048 Spalten von Bildpunkten, wobei jeder Bildpunkt 8 Bits oder 1 Byte des Speichers wiedergibt. Die Bedienungsperson definiert eine Eins zu Eins Entsprechung zwischen den x- und y-Abmaßen des Probestücks und den Spalten und Reihenadressen in dem Bildspeicher derart, daß jeder Bildpunkt in dem Bildspeicher einer einzigen kartesischen Koordinate in dem Probestück entspricht. Das Speichern eines Wertes an einer Bildspeicherstelle entspricht dem Erzeugen einer Markierung an der Abbildungs-Anzeige.

Um Abzubilden oder Aufzuzeichnen betätigt die Bedienungsperson den Griffel eines grafischen Tabletts, welches an den Computer Informationen sendet und zwar hinsichtlich des Abstandes und der Richtung der Griffelbewegung. Auf der Grundlage dieser Eingangsgröße führt der Computer drei grundlegende Dinge aus.

1. Veranlaßt er den Objektträger mit der Probe, sich in einer entsprechenden Weise zu bewegen.

2. Treibt er das Aufzeichnungs-Anzeigefenster durch den großen Bildspeicher derart, daß die Anzeige so erscheint, daß sie in perfekter Deckung mit dem Life-Bild des Probestücks, wenn man in das Mikroskop blickt, bewegt wird.

3. Ermittelt er, ob an dem Griffel von der Bedienungsperson eine Taste gedrückt worden ist oder nicht. Wenn dies der Fall ist, so macht der Computer folgendes:

- Er zeichnet die laufenden Objektträgerkoordinaten in einer Vektorliste in dem Hauptspeicher des Computers auf.

- Er speichert einen Wert in dem digitalen Bildspeicher.

- Er zeichnet eine Linie auf der Anzeige von der Stelle aus, die früher am Zentrum des Betrachtungsfeldes gelegen war, zum momentanen Zentrum des Betrachtungsfeldes.

Es ist wichtig hierbei hervorzuheben, daß, da alle Daten von der optischen Achse des Mikroskops festgehalten sind, die Daten immun sind gegenüber einer Verfälschung aufgrund einer geometrischen Verzerrung in der Aufzeichnungs-Anzeigevorrichtung oder dem optischen System. Die Entsprechung zwischen der Griffelbewegung und der Objektträgerbewegung wird sorgfältig so gewählt, daß der Anwender das Gefühl bekommt, als ob er über das Bild des Probestückes hinweg fliegen würde wie in einem Hubschrauber. Es ist dieser Umstand, der dem Anwender die Möglichkeit gibt eine hochdetaillierte Abbildung in der Umgebung eines Probestücks auszuführen, dessen Abmaße sehr viel größer sind als innerhalb einem mikroskopischen Betrachtungsfeld gesehen werden kann.

Eine digitale Steuerung der Abbildungs-Anzeigefenstergröße erlaubt die Registrierung der Abbildungs-Anzeige mit dem Life-Bild unter verschiedenen unterschiedlichen Mikroskop- Objektiven mit unterschiedlichen Vergrößerungen. Es sind ferner auch Mittel vorgesehen, um verschiedene diskrete Typen von Informationen abzubilden unter Verwendung von Farb- und Gestalts-Merkmalen der Abbildungsmarkierung, um unter diesen zu unterscheiden.

Der Hauptvorteil der Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren liegt in der Fähigkeit, in einer Region des Probestücks sehr schnell Abbildungen machen zu können, die sich über viele mikroskopische Betrachtungsfelder hinaus erstreckt und zwar ohne die Unregelmäßigkeiten und Ungenauigkeiten, die mit der Forderungen verbunden sind, den Objektträger zu bewegen und dann die Abbildungsmarkierungen in getrennten diskreten Operationen zu erzeugen. Es sei auch darauf hingewiesen, daß entgegen einem "Cursorbewegungs"-Verfahren der Abbildung das "fliegende Betrachtungsfeld"-Verfahren der Abbildung eine Verfälschung der geometrischen Daten aufgrund einer Verzerrung vermeidet, die inhärent in der Anzeigevorrichtung oder in dem optischen System vorhanden ist und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Stelle oder der Punkt der Digitalisierung gegenüber der optischen Achse fixiert oder stationär bleibt.

Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Computer mit einem Speicher zur Speicherung von Daten, eine von Hand steuerbare grafische Eingabevorrichtung (GID) um von Hand grafische Informationen in den Computer einzuführen, einen hinsichtlich der Lage steuerbaren Probestückbzw. Objektträger, eine Abbildungs-Anzeigevorrichtung mit einem Anzeigefenster, welches dem Betrachtungsfeld entspricht (Objektiv-Vergrößerung), und ein Mikroskop, bei dem die optischen Einrichtungen an den Okularen des Mikroskops eine Überlagerung des Bildes des Probestückes und des Bildes erzeugen, welches durch die Abbildungs-Anzeigevorrichtung erzeugt wird.

Hauptbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Systems der Erfindung;

Fig. 2A-2K schematische Diagramme von Mikroskopansichten eines Objekts auf einem Objektträger, wobei der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht ist;

Fig. 3A-3I geben ein Flußdiagramm eines Programms wieder zur Steuerung der Hardwarekomponenten und dem Verwalten einer Datengrundlage nach der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Das Zeichnungssystem

Gemäß Fig. 1 enthält das Zeichnungssystem, welches zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt wurde, ein Mikroskop 10, typischerweise ein Nikon Fluophot mit einem ultraweiten Optiphot Kopf 12, der modifiziert ist, um zwei Standardformat-Videocameras 14 und 16 an den Okularen zu befestigen. Die Videocamera 14 ist ein DAGE/MTI Modell 68 Silizium Dioden-Anordnung-Vidicon, während die Videocamera 16 ein DAGE/MTI Corporation Modell 66 ist mit einer Silizium verstärkten Speicher (SIT) Röhre zum Erfassen eines niedrigen Lichtwertes. Die Ausgänge der Cameras 14 und 16 sind mit den analog-zu-digital (A/D) Eingangsanschlüssen eines Bildprozessors 18 verbunden, typischerweise einem Imaging Technology, Inc. IP512 System, welches 3 FB-512 Platten, 2 AP-512 Platten und eine arithmetische logische Einheit (ALU) Platte enthält. Es steht in Verbindung mit anderen Komponenten des Skizzierungs-oder Zeichnungssystems und zwar über den 22 Bit Digital Abstand Equipment Co. (DEC) Q- bus 20. Der Bildprozessor 18 hat die Aufgabe, den Eingangs- und Ausgangsfluß der digitalen Bilddaten zu synchronisieren, die analogen Cameraausgangsinformationen zu digitalisieren und die verarbeiteten digitalen Daten zur Betrachtung auf den Monitoren in analoge Form umzuwandeln. Eine Zeichnungsröhre 22 mit einem Strahlteiler überführt das Bild, welches auf einem ersten Abbildungs-Anzeigemonitor 24 erscheint, in den Mikroskopzylinder, um eine koinzidente Betrachtung von sowohl dem vergrößerten Probestück als auch den entsprechenden Abbildungsdaten zu ermöglichen. Ein zweiter Anzeigemonitor 26 wird dazu verwendet, die identischen Informationen darzustellen wie diejenigen, die durch den Monitor 24 projiziert werden. Beide Anzeigemonitore 24 und 26 sind hochauflösende Farbmonitore (Mitsubishi Electronics of America Inc. Modell Nr. 3919) und sind beide angeschlossen an einen der digital-zu- analog (D/A) Ausgangsanschlüsse des Bildprozessors 18. An einen zweiten D/A Ausgangsanschluß ist ein Nachlauf-Anzeigemonitor 28 angeschlossen und zwar typischerweise ein Sanyo Inc. Schwarz und Weiß-Monitor. Dieser Monitor zeigt ein statisches Bild des vollständigen Abschnitts mit niedriger Verstärkung an, welches fest stehend bleibt unabhängig von der fortlaufenden Änderung der Abbildungsdaten, die an den Monitoren 24 und 26 dargestellt werden. Zusätzlich ist der Nachlaufanzeige eine Videomarkierung überlagert, welche die momentane Lage und Größe des Betrachtungsfeldes höherer Vergrößerung in der Umgebung des Probestücks anzeigt.

Die Mikroskop-Objektträgeranordnung 30 umfaßt einen NIKON DIAPHOT Objektträger, auf welchem zwei BURLEIGH Instruments Inc. IW-502 inchworm x,y Mikropositionierer und EN-372 Codierer 34, 36 montiert sind. Der Objektträger-Regler 38 umfaßt einen Mikroprozessor gemäß INTEL Corporation Modell Nr. 8085, um eine Regelung für sowohl die Sätze der Positionierer als auch der Codierer mit 1/0 Codes auf einem STD Datenbus vorzusehen. Der Mikroprozessor ist auch so programmiert, daß er mit dem host-Computersystem 40 über den Bus 20 Nachrichten austauscht. Die inchworm Mikro-Positionierer ermöglichen es dem Anwender, den Objektträger schnell und weich über den gesamten Bewegungsbereich hinweg zu bewegen. Eine typische Ausführung ergibt eine 1,0 Mikrometer (um) absolute Genauigkeit auf zwei Achsen in zweiseitiger Richtung bzw. entgegengesetzten Richtungen über einen Bereich von 50 mm auf jeder Achse. Beide Achsen stehen unter gleichzeitiger Regelung, wobei eine Positionsrückkopplung von 1 um linearen optischen Codierern abgeleitet wird. Demzufolge kann der Objektträger bewegt werden und in seine Anfangsposition mit einer Genauigkeit von 1 um zurückgeführt werden und zwar ohne toten Gang. Die Nachrichtenverbindungs-Kopplungs-Elektronik mit dem host-Prozessor trägt wenigsten 150 Koordinatenpaar-Datenerneuerungen pro Sekunde.

Das Computersystem 40 umfaßt folgendes:

eine DEC LSI 11/23, die einen Q-Bus enthält;

einen 256 kbyte Hauptspeicher;

eine DLV-11J Vierer-Seriendaten-Kopplungselektronic;

Data Systems Design Inc. model No. DSD 880 30 Mbyte Winchester Scheibenantrieb mit einer 1/2 Mbyte floppy disk;

einen Cipher Data Products Inc. M891. 9 Spur 3200 bpi cache streamer Magnetbandantrieb;

ein Miccroline-Drucker hergestellt von der Okidata Corporation; ein Hewlett Packard 7475A 6 Schreibstiftschreiber;

und eine DEC Modell Nr. DRV11 parallel Kopplungs-Electronic zum Objektträger-Regler.

Mit dem Computer 40 steht in Nachrichtenverbindung ein DEC Modell Nr. VT100 Terminal 42, an die angeschlossen ist eine Interstate Electronics, eine Abteilung von Figgie International Inc., Modell Nr. VRT-300 Sprachdaten-Eingabeeinheit (VDE) 44. Eine Tasteingangsgröße wird durch ein grafisches Tablett 46 vorgesehen, typischerweise einem Summagraphics Corporation Modell Nr. MM1201 mit Griffel, ein dreidimensionaler (3D) Grafik-Prozessor 48, typischerweise ein Lexidata Corporation Grafik-Prozessor wird dazu verwendet, eine 3-D Rekonstruktion aus einem seriellen 2-D Datensatz darzustellen.

Ein Bildspeicher 50 und ein Datenbewegungsregler 52 mit direktem Speicherzugriff (DMA) (Image Analytics Corporation Modell QD512) sind hartverdrahtete Schaltkreise, die direkt mit dem I/O Abschnitt des host-Computers am Bus 20 kommunizieren, um dadurch die Bilddaten-Handhabungskapazität zu verbessern und um die Anzeige der Bildinformationen auf den Monitoren zu beschleunigen.

Der Bildspeicher 50 umfaßt einen Stapel von vier adressierbaren Speicherplatten, jede mit einer Kapazität von 1 Mbyte (8 Bits pro Byte), um dadurch die Speicherung für ein 4 Mbyte 2048 · 2048 Bildpunkt-Bild mit einer vollen 8 Bit-pro Bildpunkt-Auflösung vorzusehen.

Die Kapazität des Bildspeichers 50 wird zum Vorteil der Erfindung verwendet. Bei der "fliegenden Sichtfeld"-Abbildung (mapping) steht die Kapazität zur Verfügung, um grafische Abbildungsdaten zu speichern, die große Bereiche des Probestücks bei hoher Auflösung abdecken können. Da der Speicher in Reihen und Spalten organisiert ist, kann jede Speicherzelle im Hinblick auf ihre Lage innerhalb des Speichers einer einzelnen Koordinate in dem Probestück zugeordnet werden. Das Abbilden wird dann erreicht indem zugeordnete Werte in solchen Speicherzellen-Stellen gespeichert werden, die mit der Bahn des Abbildungscursors über dem Probestück entsprechen. Darüber hinaus können die gespeicherten Werte von 8 verfügbaren Bits (256 Werte) zugeordnet werden und so ausgeführt werden, daß sie einer einzigen Farbe an dem Abbildungs-Anzeigemonitor 24 entsprechen.

Der Datenbewegungsregler 52 ist eine Vorrichtung mit direktem Speicherzugriff (DMA) und hat die Fähigkeit, eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit von einem Quellenplatz zu einem Bestimmungsplatz auf dem Bus 20. Speziell führt sie die Funktionen aus entsprechend einer Schwenkbewegung, Schneckenbewegung und einer Zoombewegung des N · N Bildpunkt-Abbildungs-Anzeigefensters innerhalb des 2048 · 2048 Bildpunkt-Bildspeichers 50. Dies ist von primärer Bedeutung bei dem "fliegenden Gesichtsfeld"-Abbildungskonzept, welches es erforderlich macht, daß die Abbildungsinformationen, die in dem Bildspeicher 50 gespeichert sind, für den Abbildungs-Anzeigemonitor 24 in einer sehr schnellen und laufenden Weise verfügbar gemacht werden.

Der Nachlauf-Anzeigemonitor 28 stellt ein digitalisiertes Videobild dar, welches durch die Videokamera 14 über ein 1X Objektiv eingefangen wurde. Anschließend kann dieses Bild im Kontrast durch einen Bildprozessor 18 betont werden und zwar unter der Betriebssteuerung mit dem GID, um die Helligkeit und die Verstärkung zu variieren. Nach der Einleitung der Abbildungssequenz erzeugt der Bildprozessor 18 eine Videobox, die auf der Nachlaufdarstellung überlagert wird, deren Größe und Lage die Größe und die Lage des Mikroskop-Betrachtungsfeldes, wie es von der Bedienungsperson gesehen wird, anzeigt. Dies wird dadurch erreicht, indem die Größe der Box variiert wird, um Änderungen in dem Betrachtungsfeld mit der Objektiv-Vergrößerung zu reflektieren, während die Lage des Zentrums der Box mit der Objekt-Trägerposition ortsfest bleibt.

Systemoperation

Um das "fliegende Gesichtsfeld"-Abbildungssystem oder Aufzeichnungssystem zu betreiben, positioniert die Bedienungsperson zu Beginn das Betrachtungsfeld des Mikroskops 10 über das interessierende Probestück und zwar mit Hilfe des Nachlauf-Anzeigemonitors 28. Sie tut dies durch Positionierung der Objektträger-Anordnung 30 mit Hilfe des Reglers 38 unter Verwendung des grafischen Tabletts mit einem Griffel 46 oder dem Terminal 42, je nach Fall. Wenn das Probestück einmal in Lage gebracht ist, kann die Bedienungsperson durch den VDE44 oder das Terminal 42 die Vergrößerung und den Typ der Objektivlinse spezifizieren, ebenso die Farbe für die Abbildungsmarke und ob die Abbildung die Form von Zeilen oder Ortsmarken haben soll.

Um das Abbilden einzuleiten, drückt die Bedienungsperson eine Taste an dem Griffel des grafischen Tabletts 46. Wenn sie dann den Griffel über das grafische Tablett bewegt, wird ein Strom von x, y-Koordinatenpaaren zum Computer- System 40 gesendet. Nach dem Empfang jeder neuen x, y-Koordinatenpaar-Eingabe führt der Computer folgendes aus:

- Er veranlaßt den Mikroskop-Objektträger sich in der gewünschten Weise von seiner momentanen Stellung aus zu bewegen.

- Er bewirkt, daß der Datenbewegungs-Regler 52 das Abbildungs-Anzeigefenster durch den Bildspeicher 50 hindurchstreifen läßt, derart, daß die Markierungen auf den Abbildungs-Anzeigemonitoren 24, 26 so erscheinen, als ob sie in perfekter Deckung mit dem Bild von dem Probestück bewegt werden, wie dies von der Bedienungsperson beim Blicken durch die Mikroskop-Okulare gesehen wird.

- Er bringt fortlaufend die Markierungsposition in der Nachlaufdarstellung auf den neuesten Stand, um die momentane bzw. laufende Lage des Betrachtungsfeldes in der Umgebung des gesamten Probestückes anzuzeigen.

- Er trägt fortlaufend die momentanen Objektträger Koordinaten in eine Vektorliste ein, die durch den Hauptspeicher vorgesehen wird und lokalisiert Marken in dem 4 Mbyte digitalen Bildspeicher 50.

- Er zeichnet eine Linie auf der Abbildungsanzeige von dem letzten inkrementellen Zentrum des Betrachtungsfeldes (FOV) zum laufenden bzw. momentanen Zentrum.

Wenn die Grenzen und Punkte für ein gegebenes Probestück einer Folge von Abschnitten abgebildet sind, können die Ergebnisse katalogisiert werden und zwar durch z-Koordinaten und können zu dem 3-D grafischen Prozessor 48 gesendet werden zusammen mit ähnlichen Daten von anderen Probestücken mit unterschiedlichen z-Koordinatenwerten. Diese Daten können dann als ein im wesentliches 3-dimensionales Bild abgegeben werden, welches die Originale 3-dimensional in Abschnitte eingeteilte Struktur wiedergibt.

Die Fig. 2A bis 2K werden dazu verwendet, die Systemoperation beispielhaft zu zeigen. Speziell stellt jedes Paar der Fig. 2A, 2B; 2C, 2D; 2E, 2F; 2G, 2H; und 2I, 2J ein mikroskopisches Betrachtungsfeld dar und eine Nachlaufdarstellung für dieses Betrachtungsfeld bei den Vergrößerungen, die unter jedem veranschaulichten Betrachtungsfeld angegeben ist. Fig. 2K zeigt die Darstellung der Daten, die aus der folgenden typischen Abbildungssequenz der Operationen erhalten wird, gesehen an dem Abbildungs-Anzeigemonitor 26.

Beim Blicken in die Okulare kann die Bedienungsperson ein Bild sehen wie beispielsweise gemäß Fig. 2A und fragen "wo befinde ich mich?". Ohne die Vergrößerung zu ändern kann er seine Augen von den Okularen abheben und in dem am Nachlaufmonitor 28 (Fig. 2B) dargestellten Bild die Lage und das Ausmaß seines FOV sehen, welches mit ausgezogenen Linien durch die Videobox 60 erscheint. Er kann dann entscheiden, die Merkmale abzubilden, die in der rechten unteren Ecke der Fig. 2A erscheinen. Indem er den Griffel auf dem grafischen Tablett 46 nach unten und nach rechts bewegt, verschiebt sich das Betrachtungsfeld entsprechend (Fig. 2C). Indem er dann die Abbildungs-Markierungsfunktion in Bereitschaft setzt oder einschaltet, wird eine Markierung erzeugt und erscheint als Punkt oder Fleck 62 auf der Abbildungs-Anzeige und in dem Mikroskop-Betrachtungsfeld überlagert mit dem Bild des Probestücks. Es sei darauf hingewiesen, daß die Videobox 60 der Fig. 2D auch bewegt wurde, um den neuen Koordinaten der FOV angepaßt zu sein. Wenn die Bedienungsperson damit fortfährt die Kontur abzubilden, erzeugt sie eine Reihe von Punkten oder Flecken oder Linien bzw. Zeilen (bei der Zeilen-Abbildungsbetriebsart) die in ihrer Position ortsfest bleiben und zwar gegenüber den Probestück (Objektträger)-Koordinaten. An irgendeinem Punkt kann er wünschen, die Vergrößerung zu ändern, um in die Lage zu gelangen, feinen Merkmalen zu folgen wie beispielsweise den kleinen Konturen 64 der Fig. 2E. Wenn er dies tut, wird die Position der Abbildungsmarkierungen so eingestellt, daß sie mit dem Probestück ausgerichtet bleibt und die Größe der Videobox 60 an der Nachlaufanzeige kleiner wird (Fig. 2F). Sollte sich die Bedienungsperson dazu entschließen, ein entfernt gelegenes Merkmal abzubilden, kann er dies ungehindert tun indem er den FOV über das Merkmal positioniert und zwar unter Verwendung seines Griffels, wobei er die Nachlauf-Anzeige-Videobox 60 (Fig. 2H) beobachtet und mit der Abbildung beginnt. Er bewirkt, daß die Stellen g&sub1;...g (Fig. 2G) durch Niederdrücken einer Taste an dem Griffel erzeugt werden, wenn er den Griffel in der ausgewählten Richtung bewegt. Sollte die Bedienungsperson wünschen, zur Videobox 60iv zurückzukehren und zwar zur anfänglichen Zeichnungsstellung (Fig. 2J), hat sie dann die Möglichkeit unmittelbar die Abbildung des anfänglichen Merkmals (Fig. 2I) wieder vorzunehmen.

Nach der Vervollständigung der Abbildungssitzung bzw. Vorgangs erhält die Bedienungsperson eine Auslese der Datenstellen aus dem Speicher, die von dem geprüften Probestück aufgezeichnet wurden. Die Datenausgabe kann in Hartkopieform erfolgen oder sichtbar an dem Abbildungs-Anzeigemonitor (Fig. 2K) dargestellt werden. Aus einer Reihe von Probestück-Abbildungsabschnitten kann man eine 3-D Figur des abgebildeten Objekts erstellen und zwar unter Verwendung bekannter Techniken und man kann dessen Struktur analysieren.

Beschreibung der Flußdiagramme

Die Zahlen, die jedem Absatz vorangehen, bezeichnen die numerierten Schritte der Flußdiagramme, die in den Fig. 3A-3I gezeigt sind.

Zunächst zeigen die Fig. 3A und 3B die Initialisierungsprozedur, die für jedes am Objektträger befestigtes Probestück vervollständigt wird, bevor das Abbilden oder Aufzeichnen beginnt. Dabei ist:

Schritt 100 - es werden sowohl interne als auch externe Systemzeiger und Register auf ihre richtigen Anfangsbedingungen oder Zustände gebracht.

Bei den Schritten 101 - bis 105 erlaubt das System der Bedienungsperson ein Videobild mit niedriger Vergrößerung zu gewinnen und zu optimieren und zwar in Form eines Nachlauf-Anzeigebildes. Dieses Bild deckt einen wesentlichen Teil des Probestücks ab.

Schritt 101 - es wird dabei ein Life-Videobild am Monitor 28 angezeigt, welches durch die Kamera 14 über ein Mikroskop-Objektiv geringer Brechkraft erfaßt wurde.

Schritt 102 - in Abhängigkeit von den Befehlen der Bedienungsperson wird der Objektivträger in einer Richtung angetrieben, so daß der gewünschte Bereich des Probestückbildes am Nachlauf-Darstellmonitor 28 zentriert angeordnet wird. Einmal zentriert angeordnet definiert die Lage des Objektträgers die x- und y-Versatz-Werte (IXOFF, IYOFF), welche an nachfolgende Objektträger-Positionen angewendet werden, bevor sie in der Vektorliste aufgezeichnet werden.

Schritte 103 bis 104d - es wird eine Bild-Digitalisierung und eine Rahmen-Mittelwertbildung mit den Video-Raten bzw. Folgen durchgeführt, um das statistische Rauschen in dem TD Bild minimal zu machen.

Schritt 105 - die Bedienungsperson erhält die Möglichkeit, den Bildkontrast und die Helligkeit in dem TD Bild zu optimieren.

Schritt 106 - es wird ein Satz von Mangel oder Versäumnis-Systemparametern spezifiziert, der enthält:

(a) Mikroskopobjektiv (Vergrößerung und Typ);

(b) die Farb-"Tinte", die bei den Abbildungs-Anzeigen 24, 26 zu verwenden ist, und

(c) die Zeilen oder Linien-Abbildungs-Betriebsart (Fig. 3C, 3D) an Stelle der Markierung-Abbildungs-Betriebsart (Fig. 3E, 3F).

Schritt 107 - ermöglicht eine Stimmendateneingabe (VDE) bzw. Unterbrechungsservice-Routine, die ferner in den Schritten 107a bis 107f in dem Flußdiagramm der Fig. 3B detailliert ist. Diese Routine ermöglicht es der Bedienungsperson, die Mangelbedingungen zu ändern, die beim Schritt 106 erstellt wurden und zwar unter Anwendung der Möglichkeiten, die ihm aus denen zur Verfügung stehen, welche in Fig. 3G aufgelistet sind. Ein spezielles ASCII Zeichen, welches von der VDE 44 in Antwort auf eine erkannte Äußerung ausgegeben wird, wird definiert, um einen der aufgelisteten Parameter wiederzugeben.

Nach der Initialisierung schaltet das System auf die Zeilen oder Linien-Abbildungs-Betriebsart der Fig. 3C und 3D um, wobei:

Schritt 200 - in Antwort auf eine Anfrage von der CPU 40, der Objektträger-Regler 38 die absoluten x, y-Objektträger- Koordinaten zurückführt.

Die Schritte 201 und 202 - unter Berücksichtigung von IXOFF und IYOFF werden die Objektträger-Positionskoordinaten angelegt, um die Position des Abbildungs-Anzeigefensters in dem digitalen Bildspeicher 50 einzustellen, so daß das Abbildungs-Anzeigebild mit der an früherer Stelle bestimmten Beziehung zwischen den Objektträger-Koordinaten und der digitalen Bildspeicheradresse übereinstimmt. Irgendwelche Abbildungsmarkierungen, die an früherer Stelle eingegeben wurden, werden nun genau mit dem Bild des Probestücks ausgerichtet, wenn durch die Mikroskop-okulare geblickt wird.

Schritt 203 - es wird dabei eine Überprüfung vorgenommen hinsichtlich der Existenz irgendeiner Parameteränderung, die über VDE 44 eingegeben wurde. Wenn keine existiert, dann wird beim

Schritt 204 - das grafische Tablett 46 aufgerufen, welches die laufende bzw. momentane Griffel x, y-Stellung zusammen mit dem laufenden bzw. momentanen Status der Status ISWI und ITOG-Schalter zurückführt. Der 1,0 Zustand von ISWI wird durch den spitzen Druck des Griffels gegen die grafische Tablettfläche gesteuert, während ITOG eine logische Variable ist (entweder "wahr" oder "falsch"), deren Wert jedesmal dann umgeschaltet wird, wenn ISW2 (ein am Zylinder des Griffels gelegener Schalter, in der Reichweite des Schaltfingers der Bedienungsperson) gedrückt wird.

Schritt 205 - es wird die Differenz zwischen der momentanen bzw. laufenden und der früher aufgezeichneten Griffelposition berechnet, um ein ΔX, ΔY Datenpaar zu erhalten.

Schritt 206 - es wird festgestellt, ob die Griffelspitze gedrückt wird, und wenn dies der Fall ist, dann wird beim

Schritt 207 - bestimmt, ob ΔX, ΔY oder beide ausreichend groß sind (wenn deren Absolutwerte größer sind als vorgeschriebene ΔX, ΔY minima) für die Bewegung des Objektträgers. Sollte irgendeiner der oben erwähnten zwei Tests fehlschlagen, kehrt der Algorithmus zum oberen Teil des Schrittes 203 zurück und zwar für eine andere oder weitere Tablettablesung. Dabei wird dann fortgefahren.

Schritt 208 - es wird der Zustand von ITOG überprüft, um zu bestimmen, ob die Bedienungsperson wünscht, die momentane bzw. laufende Cursorposition abzubilden und zwar mit Leuchtmarken an der Abbildungs-Anzeige oder "INK", wobei

bei den Schritten 209a, b - die "INK"-Versorgung gesteuert wird - worauf der nächste Schritt folgt.

Schritt 210 - es wird bewirkt, daß das N · N Bildpunkt- Abbildungs-Anzeigefenster durch den Bildspeicher 50 (gesteuert durch DMA52) hindurchbewegt wird und zwar in einem Ausmaß und Richtung, wie dies durch das Tablett ΔX, ΔY spezifiziert ist. Es sei daran erinnert, daß die Größe von N von der ausgewählten Objektiv-Linsen-Vergrößerung abhängig ist.

Schritt 211 - es erfolgt ein Ansprechen auf die Tablett ΔX, ΔY, um den Probestück-Objektträger über den Objektträger-Regler 38 zu bewegen, wobei beim Schritt 212 - die TD Videobox am Monitor 28 über den Bildprozessor 18 bewegt wird. Die TD Videobox ist ein Indikator oder Zeiger, der über dem statischen Bild niedriger Vergrößerung dargestellt wird, der der Bedienungsperson die Position und Größe seines mikroskopischen Betrachtungsfeldes höherer Vergrößerung in der Umgebung des Probestücks zeigt.

Schritt 213 - es wird der Abbildungs-Anzeigecursor im Betrachtungsfeld als Ergebnis der Bewegung des Abbildungs- Anzeigefensters in der ΔX, ΔY Richtung wieder zentriert. Diese Korrektur wird mit Hilfe des Bildprozessors 18 vorgenommen.

Die Schritte 214 bis 218 - es wird Vorsorge getroffen für (a) die Aufzeichnung entweder eines Null-Vektor-Scheitelpunktes (IX, IY, ICODE = 0) oder eines "neuen" Vektor- Scheitelpunktes (IX, IY, ICODE ≠ 0) in der Vektorliste aufzuzeichnen,

(b) den Vektorlistenzeiger zu inkrementieren und

(c) eine Abbildungszeile oder Linie zu erzeugen, bevor zum Verbindungspunkt A3 zurückgekehrt wird, der unmittelbar vor dem Schritt 203 liegt. Der Vektor ICODE Parameter klassifiziert den Scheitel bzw. Scheitelpunkt in eine von drei Kategorien:

ICODE = 0 ein Nullvektor-Scheitel (keine Länge oder Richtung)

0≤ICODE ≤ 20 ein Zeilen- oder Linienvektorscheitel (Ursprung oder Endpunkt)

20< ICODE ≤ 40 eine Marke.

Die Farbe und die Gestalt einer Linie oder Marke wird ferner durch deren Position innerhalb des Bereiches definiert, der einem bestimmten abgebildeten Objekt entspricht.

Die Rezirkulierzeit durch die Schritte der Fig. 3C, 3D liegt zwischen dem 40 und 150fachen einer Sekunde.

Die Fig. 3E und 3F decken den Markierungs-Abbildungs- Betriebsart-Algorithmus ab, der in den meisten Gesichtspunkten ähnlich demjenigen der Fig. 3C, 3D ist. Im Gegensatz zur Verwendung von ISW1 und ITOG führt die Steuerung eines fortlaufenden Stromes von "INK" für die Linienabbildung, wenn die Griffelspitze gegen das Tablett gedrückt ist (gesteuert durch ISW1), werden ISW1 und ISW2 dazu verwendet, eine Marke oder Markierung zu erzeugen.

Schritt 306 - dabei kann ISW2 als eine Kupplung wirken. Bei geschlossenem ISW2 (wahr) wird das Tablett von seinen Steuerfunktionen abgetrennt, und wenn dieser geöffnet ist (falsch) wird eine Steuerung ermöglicht.

Schritte 307 bis 311 - sind analog zu den Schritten 207 und 210 bis 213 der Fig. 3C, 3D.

Schritt 312 - es wird getestet, ob die Griffelspitze gegen das Tablett gedrückt worden ist. Wenn dies der Fall ist, wird beim Schritt 313 getestet, ob die Spitze von dem Tablett abgehoben wurde und somit ISW1 geöffnet wird. Wenn dies so ist, wird beim

Schritt 314 - ein neuer Eintrag in der Vektorliste gespeichert, wobei ICODE diesen als eine Marke oder Markierung identifiziert.

Schritt 315 - es wird der Vektorlistenzeiger inkrementiert, und

Schritt 316 - es wird die geeignete Abbildungsmarkierung an den Abbildungs-Darstellmonitoren 24, 26 erzeugt.

Fig. 3G, die an früherer Stelle kurz erwähnt wurde, enthält die Schritte 400 bis 411, welche auf die verschiedenen Parameter spezifizierenden ASCII Schlüsselzeichen ansprechen.

Nachdem eine geeignete Aktion ausgewählt wurde, gelangt der Fluß zu dem Knotenpunkt H und von dort zum Schritt 412.

Schritt 412 - es wird der Wert von KEY zurückgesetzt, so daß das System dafür bereit ist, ein neues Befehlszeichen abzufangen.

Schritt 413 - es wird der Fluß entweder zur Linien-Abbildungsbetriebsart der Fig. 3C oder zur Markierung-Abbildungs-Betriebsart der Fig. 3E gelenkt.

Die Lösch- und Quittungsoperationen der Schritte 409, 410 erscheinen jeweils in den Fig. 3H und 31.

Schritt 500 - es werden zwei Löschroutinen vorgesehen; eine Punkt- oder Spitzenlöschung und eine Segmentlöschung Eine "Spitze" ist entweder eine einzelne Abbildungsmarkierung oder ein Vektorscheitel, der an dem Abbildungs-Anzeigeschirm geschrieben worden ist. Ein "Segment" ist entweder eine kontinuierliche Folge von Scheitelwerten mit einem logischen Liniensegment oder eine einzelne Markierung.

Schritte 501 bis 504 - diese sehen die Schritte für eine Spitzen-Löschroutine vor, während

die Schritte 505, 506 , 504 - eine Segmentlöschung vorsehen.

Die QUIT Routine der Fig. 3I sieht die Schritte 600 bis 603 vor, die benötigt werden, um Daten auf der Scheibe zu speichern und um die VDE Unterbrechung außer Bereitschaft zu setzen bzw. auszuschalten.

Obwohl die Beschreibung speziell eine leichte Mikroskop Ausführungsform betraf, so sind die Prinzipien des Verfahrens auch auf die Technologie anwendbar wie Elektronenmikroskopie, Kartographie und photographische Bilderzeugung und Analysen anwendbar.


Anspruch[de]

Abbildungsverfahren für eine mikroskopische Analyse, wonach:

(a) mit Hilfe eines Mikroskops (10) ein Bild eines Probestücks erzeugt wird, welches auf einem lagegesteuerten Objektträger (30) befestigt ist;

(b) das erzeugte Bild mit einem Bild einer Anzeigevorrichtung (24) mit einem Anzeigefenster überlagert wird;

(c) die Position des Objektträgers (30) mit Hilfe einer grafischen Eingabevorrichtung (46) gesteuert (38) wird;

(d) Markierungen von einem festen Punkt auf der Anzeigevorrichtung (24), mit Hilfe der grafischen Eingabevorrichtung (46) gesteuert (38), erzeugt werden;

(e) die Markierungen als x, y-Koordinatenachsenpaare definiert werden, welche den momentanen Schnittpunkten der optischen Achse mit dem Objektträger mit dem Probestück zum Zeitpunkt, wenn die Markierungen erzeugt werden, entsprechen, um eine Datenbasis für einen digitalen Computer (40) vorzusehen, wobei der Computer (40) so programmiert ist, daß er die Datenbasis verwaltet, um die Koinzidenz der Markierungen mit dem betrachteten Probestück-Bild zu erhalten;

(f) die Markierungen in Einklang mit dem Objektträger (30) mit dem Probestück so bewegt werden, daß sich die Markierungen in scheinbare Koinzidenz mit der Objektträger-Bewegung bewegen, wenn das überlagerte Bild betrachtet wird;

(g) gleichzeitig auf einer zweiten Anzeigevorrichtung (28) ein digitalisiertes statisches Videobild eines wesentlichen Abschnitts des erzeugten Bildes des Probestückes dargestellt wird;

(h) eine Videobox (60) an der zweiten Anzeigevorrichtung (26) erzeugt wird; und

(i) die Videobox (60) derart bewegt wird, daß die Größe und die Lage der Videobox (60) die momentane Größe und Lage des mikroskopischen Betrachtungsfeldes anzeigt.







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