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Dokumentenidentifikation DE19543585C1 03.04.1997
Titel Belichtungssteuerung für die fotografische Aufnahme eines Mikroskopbildes
Anmelder Carl Zeiss Jena GmbH, 07745 Jena, DE
Erfinder Kohle, Dirk, Dipl.-Biol., 89522 Heidenheim, DE;
Knoblich, Johannes, Dr.-Ing., 07747 Jena, DE;
Tandler, Hans, Dipl.-Ing., 07745 Jena, DE;
Faltermeier, Bernd, Dr., 73431 Aalen, DE
DE-Anmeldedatum 23.11.1995
DE-Aktenzeichen 19543585
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse G03B 7/08
IPC-Nebenklasse G03B 15/00   G02B 21/36   
Zusammenfassung Belichtungssteuerung für die fotografische Aufnahme eines Mikroskopbildes,
mit einer zweidimensionalen fotoelektrischen Empfängeranordnung zur Erfassung der Bildhelligkeit des Mikroskopbildes, die Bestandteil eines am Standard-Fotoausgang eines Mikroskops ansetzbaren Kamerasystems ist,
wobei diese Empfängeranordnung eine Schnittstelle zur Übertragung der durch die Empfängeranordnung erfaßten Bildinformation vom mikroskopischen Objekt zu einer Betrachtungseinheit aufweist und die Betrachtungseinheit mit ersten Eingabemitteln zur manuellen Auswahl mindestens eines beliebigen Bildbereiches auf der Empfängeranordnung verbunden ist, dessen Intensitätswert das Steuersignal für die Belichtungszeit der fotografischen Aufnahme bildet,
wobei vorteilhaft zweite Eingabemittel zur Veränderung des auf der Betrachtungseinheit sichtbaren Bildes vorgesehen sind.

Beschreibung[de]

Die in der Mikrofotografie bei Mikroskopen bekannten Spotmessungen unterschiedlicher Meßflächen (z. B. 3%, 1%, 0.1% der Kleinbild-Formatfläche) dienen der exakten, auf ein Objektdetail bezogenen Belichtungsmessung mittels Sensoren, insbesondere bei mikroskopischen Objekten hoher Dynamik, wie z. B. Fluoreszenz-, Dunkelfeld- und Pol- Präparaten.

Dazu wird das zu messende Objektdetail entweder in die durch eine Einstellmarke gekennzeichnete Sehfeldmitte von Mikroskopokular oder Mikroskopkamera-Einstellfernrohr gerückt (durch Objektzentrierung am Mikroskoptisch) oder durch eine verschiebbare Meßblende eingefangen.

Beide Methoden setzen eine exakte Zentrierung von Objektdetail (Spot-Meßfläche) und Einstellmarke zu dem die Belichtungszeit messenden Sensor voraus.

Diese Zentrierung garantiert jedoch - auch wenn sie vom Anwender exakt ausgeführt wurde - nicht in jedem Fall eine eindeutige Spotpositionierung und damit die richtige Belichtung auf das gewünschte Objektdetail.

Diese Spot-Fehlpositionierung tritt dann auf, wenn durch die Summation der Zentriertoleranzen der einzelnen mechanischen Systemkomponenten-Schnittstellen (Okular → Mikroskop- Okularrohr bzw. Einstellfernrohr → Mikroskopkamera; Fotoausgang Mikroskoptubus → Anschlußadapter für Mikroskopkameras; Fotookular bzw. Projektiv → Anschlußadapter für Mikroskopkameras; Mikroskopkamera → Anschlußadapter Mikroskopkameras) ein systematischer Summenzentrierfehler des Systems Mikroskop-Mikroskopkamera entsteht, der in der Größenordnung des Spot-Durchmessers liegt.

Neben dem vom Anwender nicht beeinflußbaren, systematischen Summenzentrierfehler des Systems Mikroskop-Mikroskopkamera wirkt noch ein subjektiver, zufälliger Zentrier- Einstellfehler, der von den Einstellfertigkeiten des Anwenders, d. h. seiner Fertigkeit, das zu belichtende Objektdetail (Spotposition) tatsächlich in der markierten Meßposition (Strichkreuzmitte der Einstellhilfe, z. B. Okular oder Einstellfernrohr) zu positionieren.

Beide beschriebenen Fehleranteile werden insbesondere beim "0.1%-Spot"-Meßverfahren zu einem grundsätzlichen Problem, häufig sind Fehlbelichtungen die Folge.

In DE-A1 34 10 682 sind in der Bildebene eines Photomikroskopes mehrere photoelektrische Detektoren im Bildbereich in unterschiedlichen Bereichen positioniert, um dem Benutzer Inhomogenitäten der Beleuchtungsstärkeverteilung anzuzeigen.

In DE 35 06 492 A1 ist eine Mehrfeldmatrix mit steuerbarer Transmission in Strahlengang eines optischen Gerätes angeordnet, die von einem Prozessor felderweise hellgeschaltet wird und der ein Fotoempfänger oder eine Fotoempfängermatrix nachgeordnet ist, wobei die einzelnen gemessenen Helligkeitssignaie ausgewertet werden. Aus den Feldern, die Objektstrukturen enthalten, wird rechnerisch eine optimale Belichtungszeit durch Bestimmung des Verhältnisses der hellgesteuerten Felder zur Gesamtzahl aller Felder ermittelt.

In EP 380904 B1 wird die übliche angesetzte Videokamera an ein Mikroskop durch einen in der primären Bildebene eines Objektives mit einem ultraweitem geebneten Feld und großer numerischer Apertur vorgesehenen zweidimensionalen Halbleiter- Bildempfänger ersetzt, um Echtzeit-Digitalbilder ohne weitere dazwischengeschaltete optische Elemente zu erzeugen.

In der nicht vorveröffentlichten DE 195 17 476 A1 dient eine an das Mikroskop angesetzte Videokamera zur Ermittlung der Belichtungszeit einer angeschlossenen Photokamera, wobei unterschiedliche Bildbereiche des erzeugten Videobildes zur Belichtungssteuerung herangezogen werden, die vom Betrachter ausgewählt werden.

Die Bestimmung der Belichtungszeit erfolgt durch Mittelwertbildung, wobei stets eine angesetzte Videokamera erforderlich ist.

Beim Ansatz einer Videokamera muß jedoch jeweils das optische System bezüglich der Aufnahmeparameter der jeweiligen Kamera geeicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Art eine exakte, zentrierfehlerfreie Zuordnung der einzustellenden Belichtungszeit zu dem tatsächlich interessierenden Objektdetail zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Wird der auf die CCD-Matrix projizierte, für die Belichtung relevante Bildausschnitt über einen Algorithmus (Computerprogramm) in ein Clusterbildformat in Form eines Intensitäts-Rasterbildes umgerechnet und auf einem Computerbildschirm (oder Laptop- oder Notebookdisplay) als Grauwert- oder Farbrasterbild, auf dem noch die Objektdetails erkennbar sind, zur Darstellung gebracht, kann bei entsprechender Größe des Rasterbildes auf dem Monitor und einer sich damit ergebenden minimalen Einzelclustergröße mit Einzelclusterauflösung das gewünschte Objektdetail auf der Bedienoberfläche angeclickt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung wird im Folgenden anhand der schematischen Darstellungen in Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen optischen Strahlengang für die Mikrofotografie von der Tubuslinse eines Mikroskopes aus in Richtung eines Aufnahmesystems,

Fig. 2 ein durch Bildverarbeitung auf einem Monitor dargestelltes Bild betrachteter Objektstrukturen.

Das von einer Tubuslinse 1 eines Mikroskopes geformte Zwischenbild 2 wird in einem Fotostrahlengang (Fototubus), der einem Strahlteilerelement ST nachgeordnet ist, über ein Fotookular 3 vergrößert.

Dem Fotookular 3 ist ein Schwenkspiegel 7 nachgeordnet, wobei bei aus dem Strahlengang ausgeschwenktem Spiegel 7 und geöffnetem Zentralverschluß 4 ein Objektiv 5 ein vergrößertes Zwischenbild 6 in der Filmebene einer Aufzeichnungseinheit erzeugt.

Zur Belichtungssteuerung wird der Schwenkspiegel 7 in den Strahlengang eingeschwenkt, wodurch über eine Belichtungsoptik 8 ein Zwischenbild 9 auf einer CCD-Matrix erzeugt wird, die über eine nicht dargestellte Logikschaltung mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, zu der ein PC gehört. Über den Strahlteiler ST und einen Binokulartubus 10 erfolgt die Betrachtung des Zwischenbildes 2 durch das Beobachterauge 11.

Schwenkspiegel 7, Verschluß 4, Objektiv 5 sowie Filmebene 6, aber auch Belichtungsoptik 8 und die CCD-Matrix sind hierbei integrierter Bestandteil eines an den Fotoausgang nach dem Fotookular 3 bzw. einem Projektiv, je nach optischem System, ansetzbaren Aufsetzkamerasystems AK, so daß eine gegenseitige Justierung oder Eichung der Einzelelemente oder die beim separaten Ansatz von Videokameras erforderliche Neueichung entfällt.

Nachfolgend erfolgt beispielhaft ein Dimensionierungsbeispiel zur Abschätzung der Clustergröße auf einem PC-Monitor:

Bei Anwendung eines 1/3&min;&min;-CCD-Chips der Sensorfläche 3.6 × 4.8 mm und einer Pixelanzahl von 500 × 680 Einzelpixeln ist beim Einsatz einer entsprechenden Optik die Abbildung des Kleinbildformates der Größe 2.4 × 3.6 mm = 8.64 mm² auf die Chipoberfläche möglich. Für die Belichtungsmessung wird üblicherweise nur ein Bildausschnitt (meistens nur 30% der Bildformatfläche) verwendet.

Werden nun beispielsweise 9 × 14 Einzelpixel zu einem Cluster zusammengefaßt, entsteht eine Cluster-Empfängerfläche von 88 × 88 µm. Mit dieser Clustergröße wird eine 0.1%ige Spotgröße erreicht und bei Zusammenfassung von z. B. 21 × 21 Clustern (resultierende Empfängerfläche: 3.42 mm²) ergibt sich eine Integralmeßfläche von 44%.

Bei einem Spot-Meßformat von z. B. 17 × 26 Cluster = 442 Cluster auf der Chipoberfläche, d. h. 442 einzelnen Spot- Positionen, ergibt sich das Clusterbild-Format von 1.5 × 2.3 mm = 3.45 mm².

Bei Umrechnung des Clusterbild-Formates auf einen 10.4&min;&min;- Monitor (über das KB-Gesamtformat von 2.4 × 3.6 mm) mit der wahlweisen Darstellung des Clusterbildes in Hoch- oder Querformat auf dem Monitor ergibt sich ein gerastertes Grauwert- Clusterbild der Größe 66 × 99 mm und der zur Spotmessung anclickbaren Einzelcluster der Größe von 3.8 × 3.8 mm. Dieses Grauwert-Clusterbild ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung des Anclickens von erkennbaren Clusterbild-Objektdetails als ein neuartiges Spot- Meßverfahren ist ein eindeutiger Bezug von dem zu belichtenden Objekt und dem Belichtungssensor gegeben und damit sind die Zentriertoleranzprobleme und damit verbundene Fehlbelichtungen, die bei konventionellen Spotmessungen häufig auftreten können, ausgeschlossen.

Bildverarbeitende Mittel zur Clusterbildung und Darstellung und damit zur Verfremdung und Kontrastvergrößerung von Objektstrukturen sind bisher im Stand der Technik durch ihre Anwendung beispielsweise bei der Erkennung von Objekten durch Bildaufnahmesysteme von Industrierobotern, bei der verfremdeten Darstellung von Personen im Fernsehen oder auch als PC-Bildschirmschoner bekannt geworden.


Anspruch[de]
  1. 1. Belichtungssteuerung für die fotografische Aufnahme eines Mikroskopbildes,

    mit einer zweidimensionalen fotoelektrischen Empfängeranordnung zur Erfassung der Bildhelligkeit des Mikroskopbildes, die Bestandteil eines am Standard-Fotoausgang eines Mikroskopes ansetzbaren Kamerasystems ist,

    wobei diese Empfängeranordnung eine Schnittstelle zur Übertragung der durch die Empfängeranordnung erfaßten Bildinformation vom mikroskopischen Objekt zu einer Betrachtungseinheit aufweist und die Betrachtungseinheit mit ersten Eingabemitteln zur manuellen Auswahl mindestens eines beliebigen Bildbereiches einer bestimmten Mindestgroße auf der Empfängeranordnung verbunden ist, dessen intensitätswert das Steuersignal für die Belichtungszeit der fotografischen Aufnahme bildet.
  2. 2. Belichtungssteuerung nach Anspruch 1, wobei zweite Eingabemittel zur Veränderung des Bildkontrastes des auf der Betrachtungseinheit sichtbaren Bildes vorgesehen sind.
  3. 3. Belichtungssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels elektronischer Bildverarbeitung jeweils mehrere lichtempfindliche Bereiche der Empfängeranordnung auf der Betrachtungseinheit zu einem Cluster zusammengefaßt werden und durch Auswahl mindestens eines Clusters dessen Intensitätswert das Steuersignal für die Belichtungszeit bildet.
  4. 4. Belichtungssteuerung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das mikroskopische Objekt als Grauwert-Rasterbild auf der Betrachtungseinheit angezeigt wird und der Intensitätswert eines Grauwertrasters das Steuersignal für die Belichtungszeit bildet.
  5. 5. Belichtungssteuerung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei durch Veränderung der Clustergröße die Bildauflösung verändert wird.
  6. 6. Belichtungssteuerung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Empfängeranordnung eine CCD-Matrix ist.
  7. 7. Belichtungssteuerung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei erste und/oder zweite Eingabemittel über einen PC-Monitor angesteuert werden.






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