材料分析系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于分析材料的系統(tǒng)和方法以及涉及用于分析材料特別是但不必唯一地是生物材料的設(shè)備。本發(fā)明包括：接收至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，通過(guò)應(yīng)用圖像處理算法和技術(shù)來(lái)處理接收到的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行檢測(cè)和識(shí)別所述樣品中的至少一個(gè)感興趣的對(duì)象的步驟中的一個(gè)或者兩個(gè)步驟，因而至少生成合適的輸出。
【專利說(shuō)明】材料分析系統(tǒng)、方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及例如用于分析生物材料例如血液的材料分析方法、系統(tǒng)以及設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，在南非每年完成大約八百萬(wàn)個(gè)全血計(jì)數(shù)（FBC)。當(dāng)醫(yī)師面臨明顯患病的患者 時(shí)，F(xiàn)BC為醫(yī)師需要的最初的且最常見(jiàn)的病理測(cè)試。對(duì)于南非的和發(fā)展中國(guó)家的其它地方 的FBC而言，在城鄉(xiāng)診所、醫(yī)院和醫(yī)生的會(huì)診室中從患者采血。
[0003] 對(duì)于每個(gè)測(cè)試而言，血液被采入藥瓶，暫時(shí)冷藏保存，并且由速遞員經(jīng)由公路運(yùn)輸 至最近的病理實(shí)驗(yàn)室，在病理實(shí)驗(yàn)室中由自動(dòng)血液計(jì)數(shù)儀執(zhí)行FBC，由病理醫(yī)師解釋FBC的 結(jié)果。
[0004] 該操作的物流顯著導(dǎo)致了測(cè)試成本。到目前為止的大部分測(cè)試結(jié)果由病理醫(yī)師在 該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行印刷并且解釋，并且然后傳送并且送回到請(qǐng)求的醫(yī)師或者診所，然后醫(yī)師或 者診所治療患者。典型的周轉(zhuǎn)時(shí)間為48小時(shí)。
[0005] 注意到，在一些情況中，實(shí)驗(yàn)室可能使用數(shù)字全息顯微鏡來(lái)有助于測(cè)試。然而，這 些設(shè)備是難處理的，并且可能需要專業(yè)操作者來(lái)操作這些設(shè)備。
[0006] 因此，本發(fā)明的目的在于處理或者至少改善上述問(wèn)題和/或者缺點(diǎn)；或者為傳統(tǒng) 系統(tǒng)、設(shè)備和方法提供替代。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的第一方面提供一種用于分析材料的方法，方法包括：
[0008] 接收至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全 息強(qiáng)度數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)獲取裝置獲??；并且
[0009] 處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行樣品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和 識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟。
[0010] 用于處理接收到的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的步驟可以至少包括以下步驟：
[0011] 從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括三維空 間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與數(shù)據(jù)獲取裝置相關(guān)聯(lián)的光照在三維空間上傳播以有 助于獲取全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；并且
[0012] 將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行 比較，以確定匹配，因而有助于樣品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的 一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，對(duì)象描述符為傳播空間不變量。
[0013] 方法可以包括提供多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描述符可以包括與傳播空間中的多 個(gè)期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中，每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描 述符關(guān)鍵點(diǎn)。
[0014] 方法可以包括用于確定對(duì)象描述符的在先步驟，對(duì)于每個(gè)對(duì)象而言，在先步驟可 以包括：
[0015] 接收該對(duì)象的圖像；
[0016] 對(duì)于傳播空間之上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像應(yīng)用波形傳播算法，因而生成與傳 播空間之上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案；
[0017] 確定在傳播空間之上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；并且
[0018] 使用確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示傳播空間之上的相關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，以生成 與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
[0019] 注意到，多個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案可以由波形傳播等式人工地生成。雖然方法包括 自動(dòng)生成人工全息圖以在其上訓(xùn)練，但是應(yīng)當(dāng)明白的是，在一些示例性實(shí)施例中，方法可以 包括：通過(guò)手動(dòng)地生成多個(gè)物理全息圖以在其上訓(xùn)練來(lái)確定用于對(duì)象描述符確定的描述符 關(guān)鍵點(diǎn)。
[0020] 對(duì)象的圖像通常包括對(duì)象的顯微鏡圖像。
[0021] 方法還可以包括：
[0022] 通過(guò)將確定的描述符關(guān)鍵點(diǎn)與傳播空間中的對(duì)應(yīng)離散位置相關(guān)聯(lián)來(lái)生成對(duì)象描 述符子集；
[0023] 通過(guò)將與對(duì)象對(duì)應(yīng)的每個(gè)生成描述符子集進(jìn)行關(guān)聯(lián)來(lái)生成與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的對(duì)象 描述符；并且
[0024] 將所生成對(duì)象描述符存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0025] 在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，對(duì)象描述符另外是尺度空間不變量，因此，方法可以包 括：
[0026] 通過(guò)將模糊算法應(yīng)用于每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案，生成在傳播空間之上生成多個(gè)全 息強(qiáng)度圖案中的每個(gè)全息強(qiáng)度圖案的尺度空間，因而生成模糊圖像；
[0027] 通過(guò)將生成模糊圖像彼此相減來(lái)確定生成模糊圖像之間的差；
[0028] 在確定的差中找到極值的尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)；并且
[0029] 使用尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)生成尺度空間不變量對(duì)象描述。
[0030] 注意到，方法可以包括通過(guò)以下步驟來(lái)確定匹配的精確度：
[0031] 將重建算法應(yīng)用于接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以重建接收到的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)回到與匹配 關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的傳播空間中的離散位置；
[0032] 在傳播空間的該位置得出關(guān)鍵點(diǎn)；
[0033] 將新得出的關(guān)鍵點(diǎn)與對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹配置信度。
[0034] 方法可以包括從數(shù)據(jù)獲取裝置以硬線連接的方式接收或者從包括數(shù)據(jù)獲取裝置 的多個(gè)地理上分布的分析站以無(wú)線方式接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0035] 方法可以包括控制數(shù)據(jù)獲取裝置來(lái)生成至少包括與樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案 的全息數(shù)據(jù)。
[0036] 方法可以包括：
[0037] 生成與檢測(cè)和識(shí)別操作中的一個(gè)或者兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)；并且
[0038] 經(jīng)由硬線連接的或者無(wú)線的數(shù)據(jù)裝置向用戶接口模塊發(fā)送所輸出的數(shù)據(jù)，以至少 用于因而輸出。
[0039] 方法可以包括：
[0040] 通過(guò)確定相似感興趣對(duì)象的總和來(lái)對(duì)檢測(cè)或者識(shí)別的感興趣對(duì)象進(jìn)行分類；
[0041] 通過(guò)重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)生成樣品的圖像；
[0042] 生成包括確定的總和以及生成樣品圖像中的一個(gè)或者兩個(gè)的輸出數(shù)據(jù)；并且
[0043] 經(jīng)由硬線連接的或者無(wú)線的數(shù)據(jù)裝置向用戶接口模塊發(fā)送所輸出的數(shù)據(jù)，以至少 用于因而輸出。
[0044] 本發(fā)明的第二方面提供一種材料分析系統(tǒng)，包括：
[0045] 存儲(chǔ)器設(shè)備，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0046] 數(shù)據(jù)接收器模塊，其與數(shù)據(jù)獲取裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且被配置為接收由數(shù)據(jù)獲 取裝置獲取的至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；以 及
[0047] 圖像處理器，其被配置為處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行樣品中的至少一個(gè) 感興趣對(duì)象的檢測(cè)操作和識(shí)別操作中的一個(gè)操作或者兩個(gè)操作。
[0048] 圖像處理器可以包括：
[0049] 關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵 點(diǎn)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括這樣一種空間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與數(shù)據(jù)獲取裝置 相關(guān)聯(lián)的光照在該空間上傳播以有助于獲取全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；并且
[0050] 對(duì)象分類器，其被配置為將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與在存儲(chǔ)器設(shè)備中存儲(chǔ)的與對(duì)象 相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹配，因而有助于樣品中的至 少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，對(duì)象描述符 為傳播空間不變量。
[0051] 存儲(chǔ)器設(shè)備可以存儲(chǔ)多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描述符包括與傳播空間中的多個(gè) 期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中，每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描述 符關(guān)鍵點(diǎn)。
[0052] 材料分析系統(tǒng)可以包括訓(xùn)練模塊，其被配置為確定對(duì)象描述符，其中，對(duì)于每個(gè)對(duì) 象而言，訓(xùn)練模塊被配置為：
[0053] 接收對(duì)象的圖像；
[0054] 對(duì)于傳播空間之上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像應(yīng)用波形傳播算法，因而生成與傳 播空間之上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案；
[0055] 確定在傳播空間之上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；并且
[0056] 使用所確定的描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示傳播空間之上的相關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，以 生成與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
[0057] 數(shù)據(jù)接收器模塊可以與數(shù)據(jù)獲取裝置進(jìn)行硬線連接數(shù)據(jù)通信或者與包括數(shù)據(jù)獲 取裝置的多個(gè)地理上分布的分析站進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信。
[0058] 系統(tǒng)可以包括數(shù)據(jù)獲取裝置或者包括數(shù)據(jù)獲取裝置的多個(gè)地理上分布的分析站， 其中，每個(gè)數(shù)據(jù)獲取裝置包括數(shù)字全息顯微鏡配置，其至少包括用于生成光照的光照源和 用于在使用中響應(yīng)于在其上入射的生成光照而生成全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的圖像傳感器，其中，傳 播空間包括光照源和圖像形成裝置之間的三維空間的至少一部分。
[0059] 數(shù)字全息顯微鏡布置還可以包括：
[0060] 空間濾波器，其位于離光照源預(yù)先確定的距離處，空間濾波器至少包括一個(gè)光照 孔，以用于來(lái)自光照源的光照從光照孔通過(guò)；以及
[0061] 樣品保持器，其可去除地位于離空間濾波器的預(yù)先確定的距離處，樣品保持器被 配置為保持感興趣的材料的樣品，其中，圖像傳感器與樣品保持器間隔開(kāi)，從而在使用中， 來(lái)自光照源的光照從光照源傳播通過(guò)光照孔、通過(guò)保持感興趣的材料的樣品的樣品保持器 到圖像傳感器上，圖像傳感器響應(yīng)于在其上入射的光照而生成感興趣的材料的樣品的全息 強(qiáng)度數(shù)據(jù)；其中，傳播空間包括三維空間，來(lái)自光照源或者從光照孔和樣品保持器中的一個(gè) 或者兩個(gè)傳播的光照在三維空間上傳播，以到達(dá)圖像傳感器，因而形成全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0062] 系統(tǒng)可以包括用戶接口模塊，其被配置為接收用戶輸入和輸出，并且在存儲(chǔ)器設(shè) 備中至少存儲(chǔ)與由圖像處理器模塊執(zhí)行的檢測(cè)操作和識(shí)別操作中的一個(gè)或者兩個(gè)相關(guān)聯(lián) 的生成輸出數(shù)據(jù)。
[0063] 系統(tǒng)可以為用于分析與人類用戶相關(guān)聯(lián)的生物材料的樣品的生物材料分析系統(tǒng)， 因此，系統(tǒng)包括用戶交互模塊，其被配置為在存儲(chǔ)器設(shè)備中生成用于系統(tǒng)的至少一個(gè)用戶 的用戶配置文件，用戶配置文件存儲(chǔ)與特定用戶相關(guān)聯(lián)的生成輸出數(shù)據(jù)。
[0064] 本發(fā)明的第三方面提供一種材料分析設(shè)備，包括：
[0065] 外殼，其被配置為在使用中可去除地接收攜帶感興趣的材料的樣品的樣品保持 器；
[0066] 數(shù)據(jù)獲取裝置，其位于外殼中，以用于獲取感興趣的材料的樣品的全息強(qiáng)度圖 案；
[0067] 存儲(chǔ)器設(shè)備，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0068] 圖像處理器，其被配置為處理所獲取的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行檢測(cè)和識(shí)別樣 品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的一個(gè)操作或者兩個(gè)操作，因而生成與操作相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù) 據(jù)；以及
[0069] 用戶接口，其配置為接收用戶輸入并且輸出至少包括由圖像處理器生成輸出數(shù)據(jù) 的信息。
[0070] 圖像處理器可以包括：
[0071] 關(guān)鍵字提取模塊，其被配置為從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵 點(diǎn)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括這樣一種空間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與數(shù)據(jù)獲取裝置 相關(guān)聯(lián)的光照在該種空間上傳播以有助于獲取全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；并且
[0072] 對(duì)象分類器，其被配置為將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與在存儲(chǔ)器設(shè)備中存儲(chǔ)的與對(duì)象 相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹配，因而有助于樣品中的至 少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，對(duì)象描述符 為傳播空間不變量并且包括與傳播空間中的多個(gè)期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符 子集，并且其中，每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
[0073] 數(shù)據(jù)捕獲裝置可以包括數(shù)字全息顯微鏡配置，其可以包括：
[0074] 光照源，其被配置為生成光照；
[0075] 空間濾波器，其其位于離光照源預(yù)先確定的距離處，空間濾波器至少包括一個(gè)光 照孔，以用于來(lái)自光照源的光照從光照孔通過(guò)；其中，樣品保持器可去除地定位在離空間濾 波器的預(yù)先確定的距離處；以及
[0076] 與樣品保持器間隔開(kāi)的圖像傳感器，圖像傳感器至少被配置為在使用中響應(yīng)于在 其上入射的生成光照，生成樣品保持器中的感興趣的材料的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案；其中，傳播 空間包括這樣一種空間，來(lái)自光照源的或者從光照孔和樣品保持器中的一個(gè)或者兩個(gè)傳播 的光照在該種空間上傳播，以到達(dá)圖像傳感器，因而形成全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0077] 設(shè)備可以包括通信模塊，其被配置為從設(shè)備無(wú)線地接收數(shù)據(jù)并且發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0078] 設(shè)備可以為用于分析與人類用戶相關(guān)聯(lián)的生物材料的樣品的生物材料分析設(shè)備， 因此，設(shè)備包括用戶交互模塊，其被配置為在存儲(chǔ)器設(shè)備中生成用于設(shè)備的至少一個(gè)用戶 的用戶配置文件，用戶配置文件存儲(chǔ)與特定用戶相關(guān)聯(lián)的生成輸出數(shù)據(jù)。
[0079] 本發(fā)明的第四方面提供一種包括一組指令的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)指 令由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)使計(jì)算設(shè)備執(zhí)行上述方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0080] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的材料分析系統(tǒng)的示意圖；
[0081] 圖2更詳細(xì)地示出當(dāng)樣品保持器在第一位置時(shí)圖1的分析站的前透視圖；
[0082] 圖3更詳細(xì)地示出當(dāng)樣品保持器在第一位置時(shí)圖1的分析站的后透視圖；
[0083] 圖4更詳細(xì)地示出當(dāng)樣品保持器在第二位置時(shí)圖1的分析站的前透視圖；
[0084] 圖5更詳細(xì)地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的材料分析系統(tǒng)的示意圖的至少 一部分；
[0085] 圖6示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的分析站的示意截面圖，其更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明 的數(shù)據(jù)獲取裝置；
[0086] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的材料分析設(shè)備的示意圖，其示出與該設(shè)備 相關(guān)聯(lián)的功能模塊。
[0087] 圖8 (a)示出材料的樣品、USAF測(cè)試載物片的的示例性原始傳統(tǒng)亮視場(chǎng)顯微鏡圖 像；
[0088] 圖8 (b)示出圖8 (a)的生成全息強(qiáng)度圖案的圖像；
[0089] 圖8(c)示出圖8(b)的全息強(qiáng)度圖案的重建圖像；
[0090] 圖9(a)示出從數(shù)字同軸全息顯微鏡系統(tǒng)中獲得的血涂片的全息圖；
[0091] 圖9(b)示出血涂片的重建圖像；并且
[0092] 圖9(c)示出使用傳統(tǒng)亮視場(chǎng)顯微鏡（400X)獲得的血涂片的圖像的比較；
[0093] 圖10(a)示出血涂片樣品的亮視場(chǎng)顯微鏡圖像；
[0094] 圖10(b)示出對(duì)應(yīng)于圖10(a)的全息圖；
[0095] 圖10(c)示出與圖10(b)對(duì)應(yīng)以便紅血細(xì)胞對(duì)焦的重建圖像；
[0096] 圖10(d)示出與圖10(b)對(duì)應(yīng)以便白血細(xì)胞對(duì)焦的重建圖像；
[0097] 圖11 (a)不出具有白血細(xì)胞的血涂片的殼視場(chǎng)顯微鏡圖像的不例；
[0098] 圖11(b)示出紅血細(xì)胞的圖11(a)的帶注釋的圖像；
[0099] 圖11(c)示出紅血細(xì)胞的位置圖像；
[0100] 圖11⑷示出白血細(xì)胞的位置圖像；
[0101] 圖11(e)示出樣品中的單個(gè)白血細(xì)胞的圖像；
[0102] 圖12示出根據(jù)示例性實(shí)施例的方法的高級(jí)流程圖；
[0103] 圖13示出根據(jù)示例性實(shí)施例的方法的另一個(gè)高級(jí)流程圖；并且
[0104] 圖14示出以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示例性形式的機(jī)器的圖示法，其中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可 以執(zhí)行用于使該機(jī)器執(zhí)行本文所討論的方法中的任何一個(gè)或多個(gè)的一組指令。

【具體實(shí)施方式】
[0105] 在下面的說(shuō)明書中，出于解釋目的，大量的具體細(xì)節(jié)被給出以提供對(duì)本公開(kāi)的實(shí) 施例的透徹理解。然而，顯而易見(jiàn)的是，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的 情況下實(shí)施本公開(kāi)。
[0106] 參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的系統(tǒng)通常由參考數(shù)字10來(lái)指示。系統(tǒng)10 通常為用于分析生物或者非生物的材料特別是具有精良細(xì)節(jié)的顯微鏡尺度的對(duì)象的材料 分析系統(tǒng)。雖然本文所公開(kāi)的發(fā)明可以找到對(duì)任何感興趣的材料進(jìn)行分析的應(yīng)用，但是將 參考優(yōu)選示例性實(shí)施例來(lái)描述示例性實(shí)施例，借此該系統(tǒng)為生物材料分析系統(tǒng)10。生物材 料可以包括與植物或者動(dòng)物生命相關(guān)聯(lián)的任何感興趣的生物材料。在討論的示例性實(shí)施例 的本系統(tǒng)10中，生物材料與人類相關(guān)聯(lián)，并且可以包括血液、組織等等。
[0107] 為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，注意到，由系統(tǒng)研究且分析的材料稱為感興趣的材料。系統(tǒng)10被 配置為分析感興趣的材料的樣品以檢測(cè)或者識(shí)別材料的樣品中的一個(gè)或者多個(gè)感興趣的 對(duì)象。在感興趣的材料為人類血液的不例中，（紅色或者白色的）血細(xì)胞可以為感興趣的 對(duì)象，白色血細(xì)胞和紅色血細(xì)胞為不同類型的對(duì)象。
[0108] 系統(tǒng)10可以包括中心系統(tǒng)服務(wù)器12,該中心系統(tǒng)服務(wù)器12經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)16與多 個(gè)地理上隔開(kāi)或者分布的數(shù)據(jù)獲取站14進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信。通信網(wǎng)絡(luò)16可以為射頻網(wǎng)絡(luò) 或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，例如，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)或者GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)16可 以為分組交換網(wǎng)絡(luò)，且可以形成互聯(lián)網(wǎng)的一部分。然而，通信網(wǎng)絡(luò)16可以為電路交換網(wǎng)絡(luò)、 公共交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等。
[0109] 服務(wù)器12未必需要在一個(gè)位置包括單個(gè)服務(wù)器，而是可以分布在多個(gè)分布式網(wǎng) 絡(luò)化服務(wù)器上，布置在地理上隔開(kāi)位置的多個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)器經(jīng)由例如通信網(wǎng)絡(luò)16 彼此進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。然而，為了便于解釋，示出了單個(gè)服務(wù)器。同理，雖然系統(tǒng)10可以包括 多個(gè)數(shù)據(jù)獲取站14,但是僅示出了三個(gè)。
[0110] 每個(gè)數(shù)據(jù)獲取站14通常位于遠(yuǎn)程位置，該遠(yuǎn)程位置通常難以接近適當(dāng)?shù)慕】底o(hù) 理設(shè)施等。對(duì)此，因此，系統(tǒng)10便利地提供以供遠(yuǎn)程位置使用的護(hù)理系統(tǒng)點(diǎn)作為無(wú)線功能 性輔助。
[0111] 對(duì)此，轉(zhuǎn)向圖2至圖4,在圖2至圖4中更清楚地示出了站14。站14便利地包括由 耐用材料構(gòu)造的堅(jiān)固外殼14. 1以經(jīng)受遠(yuǎn)程未都市化的地區(qū)使用。為了易于使用，外殼14. 1 為具有兩個(gè)相對(duì)主表面的平面狀的平板。用戶接口 29(圖2)可以設(shè)置在外殼14. 1中，用 戶接口 29至少包括布置在外殼14. 1的一個(gè)主表面上的觸摸響應(yīng)屏14. 2。該觸摸響應(yīng)屏 14. 2可以顯示信息和（與用戶接口 29相關(guān)聯(lián)的）GUI，并且可以相應(yīng)地接收來(lái)自用戶的觸 摸輸入，以至少控制站14。這些可以以任何傳統(tǒng)方式來(lái)完成。
[0112] 站14是便攜式的，并且因此是相對(duì)輕重量的，并且包括抓取構(gòu)造以允許該站14便 于使用。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該站可以具有以下的尺寸：315mmX 250mm以及45mm的高 度。
[0113] 外殼14. 1還被配置為以阻止環(huán)境光進(jìn)入外殼14. 1的光照密封方式可拆卸地接收 用于承載感興趣的材料的樣品例如（下面所述的）血液的樣品支持器。在一個(gè)示例性實(shí)施 例中，外殼14包括在第一位置和第二位置之間可旋轉(zhuǎn)的活板（flap) 14. 3,其中，在第一位 置處，活板暴露以便定位或者從活板14. 3移除樣品支持器，并且借由第二位置，活板旋轉(zhuǎn) 關(guān)閉以按照光照密封方式將樣品支持器導(dǎo)入到外殼14. 1中。
[0114] 現(xiàn)在參考圖5,提供了如圖1所示的系統(tǒng)10的更詳細(xì)說(shuō)明。為了便于說(shuō)明，示出了 站14和服務(wù)器的單個(gè)實(shí)例。系統(tǒng)10特別是中心系統(tǒng)服務(wù)器10包括存儲(chǔ)非瞬態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)庫(kù)或者存儲(chǔ)器設(shè)備18。數(shù)據(jù)庫(kù)18可以為一個(gè)或多個(gè)合適的設(shè)備，其位于一個(gè)或多個(gè)位置 但是彼此進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以提供用于存儲(chǔ)數(shù)字化信息的裝置。
[0115] 注意到，服務(wù)器12可以為操作的計(jì)算機(jī)，并且可以包括具有非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)（例如，用于存儲(chǔ)指導(dǎo)如本文所述的服務(wù)器12的操作的指令或者軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)18)的一 個(gè)或多個(gè)處理器。參考本文所公開(kāi)的方法所描述的步驟通常由與如本文所述的描述相關(guān)聯(lián) 的一個(gè)或多個(gè)處理步驟的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0116] 在任意情況中，系統(tǒng)10特別是服務(wù)器12和站14包括與由系統(tǒng)10執(zhí)行的功能任務(wù) 對(duì)應(yīng)的多個(gè)組件或者模塊。在本說(shuō)明書的內(nèi)容中描述的組件、模塊和裝置將理解為包括代 碼的識(shí)別部分、可計(jì)算的或者可執(zhí)行的指令、數(shù)據(jù)或者用于實(shí)現(xiàn)特定功能、操作、處理或者 程序的可計(jì)算的對(duì)象。因此這些組件、裝置或者模塊不必以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；而是可以以軟件、 硬件或者軟件和硬件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，這些組件、裝置或者模塊未必需要合并到一 個(gè)設(shè)備中，特別是服務(wù)器12的情況中，而是可以分散在多個(gè)設(shè)備上。
[0117] 服務(wù)器12包括數(shù)據(jù)接收器模塊20,該數(shù)據(jù)接收器模塊20與站14的數(shù)據(jù)獲取裝置 22進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)接收器模塊20被配置為接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，該全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包 括：與由數(shù)據(jù)獲取裝置22獲取的感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案或者圖像。
[0118] 此外，參考圖6，其中，通常在外殼14. 1之內(nèi)示出了數(shù)據(jù)獲取裝置22。數(shù)據(jù)獲取裝 置22通常包括數(shù)字全息顯微鏡配置，其布置在外殼14. 1中限定的光隔離室14. 4中。雖然 所示出的實(shí)施例近似同軸數(shù)字全息顯微鏡配置，但是應(yīng)當(dāng)明白的是，但是也可以使用離軸 方法。因此所提供的數(shù)字全息顯微鏡配置允許使用包括光波的傳播和干涉的全息圖的基本 原理，這可以使用標(biāo)量衍射理論來(lái)解釋。
[0119] 全息顯微鏡配置包括用于生成光照的光照源24。光照源24包括LED (發(fā)光二極 管）光源，例如，紅外激光二極管（808nm)或者藍(lán)色激光二極管（408nm)。平面空間濾波器 26位于離光照源24為預(yù)先確定的距離處，平面空間濾波器26包括至少一個(gè)大約50 μ m直 徑的圓形光照孔26. 1以用于來(lái)自光照源24的光照通過(guò)該圓形光照孔的通路。有利地選擇 光照孔26. 1的形狀和/或尺寸，以提高來(lái)自光照源24的光或者光照的準(zhǔn)直。換句話說(shuō)，孔 26. 1的功能在于在光波與材料的樣品相互作用之前創(chuàng)建準(zhǔn)直光束。因此這可以以除了本示 例性實(shí)施例中所述的方式之外的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0120] 在任意情況中，濾波器26被布置為與來(lái)自光照源24的光照的傳播方向垂直。從 孔26. 1發(fā)出的光照通常包括在傳播空間Z之上傳播的衍射光波。傳播空間Z可以被寬松 地限定為這樣一種空間，其中，來(lái)自裝置18的光或者來(lái)自濾波器20的衍射光在該空間上傳 播以有助于生成全息圖。傳播空間Z可以為例如三維物理空間的空間。然而，對(duì)于本描述 而言，傳播空間Z可以與來(lái)自光照源18的光照或者光波的傳播的主軸平行的一維對(duì)應(yīng)，并 且這可以由Z參數(shù)化。
[0121] 傳播空間Z可以與數(shù)據(jù)獲取裝置22唯一地相關(guān)聯(lián)。因此，在工業(yè)可復(fù)制的站14 中，將傳播空間Z選擇為在相似的站上最佳的相似的傳播空間z。
[0122] 在任意情況中，數(shù)據(jù)獲取裝置22被配置為在離空間過(guò)濾器26和光照源24預(yù)先確 定的距離處以上述的可去除的方式接收用于保持感興趣的材料的樣品的樣品支持器或者 插入件28。因此，活板14. 3被配置為在第一位置接收樣品支持器28,并且在第二位置在使 用中相對(duì)于數(shù)據(jù)獲取裝置22將該樣品支持器28放到預(yù)先確定且希望的位置。以這種方式， 進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)10的準(zhǔn)確性。
[0123] 樣品支持器28被配置為將材料的樣品保持在來(lái)自光照孔26. 1的光照的傳播空間 Z中。樣品支持器28中的材料通常包括感興趣的對(duì)象19,例如血細(xì)胞。因此，樣品支持器 22可以包括由玻璃構(gòu)造的透明平面顯微鏡載物片28。載物片28可以為顯微鏡應(yīng)用中所用 的常規(guī)載物片。
[0124] 數(shù)據(jù)獲取裝置22最后包括圖像傳感器或者圖像記錄裝置30,其位于離來(lái)自樣品 支持器28的光照的傳播空間Z中的樣品支持器28預(yù)先確定距離處。圖像傳感器30通常 被配置為響應(yīng)于在傳播空間Z之上來(lái)自光照源24的入射到材料上的光照而至少生成樣品 支持器28中的材料的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案。這樣，數(shù)據(jù)獲取裝置22有效地獲取了樣品的全 息強(qiáng)度圖案或者圖像。
[0125] 圖像傳感器30可以選自電荷耦合器件（CCD)或者優(yōu)選互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器，其被布置為與光照傳播空間Z基本上垂直。圖像傳感器30可以為具有 2. 2 μ mX 2. 2 μ m像素尺寸的1/2. 5-英寸5MP CMOS數(shù)字圖像傳感器30。
[0126] 必須注意到，傳播空間Z在某些示例性實(shí)施例中優(yōu)選包括例如全三維空間或者Z 軸的空間，來(lái)自光照源24的光照或者光波或者來(lái)自濾波器26的衍射光在該空間之上傳播， 通過(guò)樣品支持器28,到達(dá)圖像傳感器30,因而有助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成。
[0127] 載物片28可以接收在與活板14. 3相關(guān)聯(lián)的托盤上，使得將活板14. 3操作到第 二位置以光隔離方式將載物片28導(dǎo)入到室14. 4中以在傳播空間Z中可操作地配置鄰近 的傳感器30。托盤的形狀和尺寸可以接收載物片28。對(duì)此，載物片可以具有以下尺寸 ： 76mmX26mmX 1mm。此夕卜，注意到，載物片28中的材料可以在例如血液的情況被著色，因?yàn)?病理醫(yī)生通常以相似的方式分析該血液。
[0128] 數(shù)據(jù)獲取裝置22通常無(wú)鏡頭，并且包括由CMOS圖像傳感器30生成全息強(qiáng)度圖案 的數(shù)字全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以包括具有與例如像素強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)應(yīng)的像素值的像素矩陣，這些 參數(shù)與全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。在一些示例性實(shí)施例中，出于圖像增強(qiáng)的目的，可以根據(jù)一個(gè) 或多個(gè)相鄰像素的值來(lái)計(jì)算像素值。注意到，為了更好地估計(jì)像素值，該像素值將使用來(lái)自 相鄰像素的信息。使用超分辨率技術(shù)將獲得進(jìn)一步的準(zhǔn)確度，在該情況中，超分辨率技術(shù)將 基于（單獨(dú)或者同時(shí)）改變相位、波長(zhǎng)以及光照源24和傳感器或者圖像傳感器30之間的 相對(duì)空間位移。
[0129] 外殼14的形狀和尺寸可以裝備室14. 4以及裝備裝置以在特定預(yù)先確定位置以安 全方式定位至少裝置22和載物片28中的至少一個(gè)組件。這有利于保證維持敏感組件之間 的公差，因而有助于站14在使用中尤其是在農(nóng)村地區(qū)中的操作的準(zhǔn)確性，在農(nóng)村地區(qū)中， 數(shù)據(jù)獲取站14的堅(jiān)固構(gòu)造是重要的。
[0130] 在一個(gè)不例性實(shí)施例未必優(yōu)選不例性實(shí)施例中，孔26. 1和樣品支持器28之間的 距離大約為200mm，以在對(duì)象平面保證平面波。樣品支持器28和圖像傳感器30之間的距離 可以為2_。明白的是，可以取決于例如數(shù)據(jù)獲取站14的尺寸等因素來(lái)改變這些尺寸。
[0131] 返回到圖5,站14還包括用于指導(dǎo)站14的操作的處理器32。為此，站14可以包 括機(jī)器可讀介質(zhì)，例如處理器32中的存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和/或硬盤驅(qū)動(dòng)器，其攜帶一組指令 以指導(dǎo)處理器32的操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，處理器32可以為一個(gè)或多個(gè)微處理器、或者任何 其它合適的計(jì)算設(shè)備、資源、硬件、軟件或者嵌入式邏輯。
[0132] 此外，站14包括通信模塊34,以有助于站14經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)16與中心系統(tǒng)服務(wù)器 12進(jìn)行無(wú)線通信。系統(tǒng)服務(wù)器34可以包括適當(dāng)匹配的通信模塊34,以有助于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)16 的通信，并且因此相同的參考數(shù)字將用于指示相同的元件。通信模塊34可以包括一個(gè)或多 個(gè)調(diào)制解調(diào)器、天線等設(shè)備，以無(wú)線方式有助于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)16的無(wú)線通信。在所示出的示例 性實(shí)施例中，模塊34以無(wú)線方式有助于接收器模塊20和站40之間的數(shù)據(jù)耦合或者通信。 因此，站14被配置為向用于對(duì)其進(jìn)行處理的中心系統(tǒng)服務(wù)器12無(wú)線地發(fā)送由數(shù)據(jù)獲取裝 置22獲取的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0133] 因此，服務(wù)器12包括圖像處理器36,其被配置為處理經(jīng)由數(shù)據(jù)接收器模塊20從 站14接收到的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行由站15接收到的樣品中的至少一個(gè)感興趣的對(duì) 象的檢測(cè)操作和識(shí)別操作中的一個(gè)操作或兩個(gè)操作。
[0134] 與僅為健康護(hù)理專家的分析提供重建的全息圖的許多現(xiàn)有系統(tǒng)相比，檢測(cè)和識(shí)別 步驟有利地以自動(dòng)方式提供更穩(wěn)健性的分析方法。
[0135] 為了進(jìn)一步增強(qiáng)接收到的數(shù)據(jù)處理，圖像處理器36包括可能為前文所定義的模 塊中的模塊。具體地，圖像處理器36包括關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊38,其被配置為確定來(lái)自接收到 的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與傳播空間Z中的離散位置相關(guān) 聯(lián)，而離散位置與前文所述的數(shù)據(jù)獲取裝置22相關(guān)聯(lián)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，關(guān)鍵點(diǎn)提 取模塊38以傳統(tǒng)方式遍歷接收到的全息強(qiáng)度圖像的像素并且選擇具有感興趣的強(qiáng)度值的 像素，例如，局部極大值和極小值定位的位置等。注意到，確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與由關(guān)鍵點(diǎn)提 取模塊38選擇的一個(gè)或多個(gè)感興趣的像素對(duì)應(yīng)。在一些示例性實(shí)施例中，還可以根據(jù)兩個(gè) 相鄰瞬態(tài)圖通過(guò)尺度空間的差值來(lái)提取極值點(diǎn)。這可以減少檢測(cè)為更多突出點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)的 數(shù)量。
[0136] 圖像處理器36還包括對(duì)象分類器40,其被配置為將確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與在存儲(chǔ) 器設(shè)備18中存儲(chǔ)的與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹 配，因而有助于樣品中的至少一個(gè)感興趣的對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者 兩個(gè)步驟，其中，對(duì)象描述符為傳播空間不變量。把血細(xì)胞作為對(duì)象，每個(gè)類型的（紅和白） 血細(xì)胞可以通過(guò)包括多個(gè)描述符子集而包括與該類型的血細(xì)胞相關(guān)聯(lián)的特定標(biāo)識(shí)符，該特 定標(biāo)識(shí)符為傳播空間不變量，其中，每個(gè)描述符子集包括多個(gè)描述符關(guān)鍵字和表示傳播空 間Z中的相關(guān)聯(lián)的離散位置的信息。
[0137] 如將描述的，關(guān)鍵點(diǎn)可以在傳播空間Z上被收集并且因此定位到傳播空間Z。關(guān)鍵 點(diǎn)的收集可以形成感興趣對(duì)象的對(duì)象描述符。因此，對(duì)象描述符可以為傳播空間不變量以 允許以傳播空間不變量的方式檢測(cè)并且/或者識(shí)別感興趣的對(duì)象，而導(dǎo)致檢測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)的 描述符子集可以額外地允許在傳播空間Z中的感興趣的對(duì)象的定位。
[0138] 例如，紅血細(xì)胞描述符將具有傳播空間Z中的離散位置1處的描述符關(guān)鍵點(diǎn) [X，Y，Z]和傳播空間Z中的離散位置2處的描述符關(guān)鍵字[A，B，C]。提取出的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn) 匹配[Χ，γ，ζ]將使對(duì)象分類器40能夠確定材料的樣品（血液樣品）中的對(duì)象為紅血細(xì)胞， 其反過(guò)來(lái)被設(shè)置在傳播空間中的位置1處。這樣，以計(jì)算高效的方式識(shí)別并且定位容積中 的對(duì)象。
[0139] 因此，對(duì)象描述符可以為傳播空間不變量以允許以傳播空間不變量方式檢測(cè)并且 /或者識(shí)別感興趣的對(duì)象，而導(dǎo)致檢測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)的描述符子集可以額外地允許感興趣的對(duì) 象在傳播空間Ζ中的定位。
[0140] 圖像處理器36通常被配置為生成與檢測(cè)或者識(shí)別的感興趣對(duì)象相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù) 據(jù)。例如，圖像處理器36可以計(jì)數(shù)檢測(cè)或者識(shí)別的對(duì)象出現(xiàn)的數(shù)量，這在血液的情況下將 為（紅或者白）血細(xì)胞計(jì)數(shù)。服務(wù)器12可以被配置為經(jīng)由通信模塊34向站14發(fā)送生成 輸出數(shù)據(jù)以用于經(jīng)由用戶接口 29的顯示器14. 2進(jìn)行顯示。用戶可以例如通過(guò)用戶接口 29 生成發(fā)送給服務(wù)器12的指令，以指示服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)具體項(xiàng)目而因而用于 顯示該具體項(xiàng)目。
[0141] 圖像處理器36還被配置為將重建算法應(yīng)用于接收到的全息圖，以因而產(chǎn)生接收 到的全息圖的重建圖像。重建圖像可以形成發(fā)送給站14的輸出數(shù)據(jù)的一部分。圖像處理 器36可以被配置為前置且后置處理圖像，以提高重建圖像的質(zhì)量并且細(xì)化重建圖像的質(zhì) 量。對(duì)此，模塊36可以被配置為通過(guò)應(yīng)用額外的高通濾波器來(lái)執(zhí)行圖像增強(qiáng)。
[0142] 為了進(jìn)一步提高重建圖像的分辨率，可以實(shí)現(xiàn)例如超分辨率的技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)使 用多個(gè)源或者啟用對(duì)象的多個(gè)觀察點(diǎn)或者通過(guò)在多個(gè)位置放置對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)超分辨率。還可 以通過(guò)在多個(gè)頻率或者多個(gè)相位處觀察對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)超分辨率?？梢允褂眠@些技術(shù)中的任何 一個(gè)或者組合。
[0143] 本發(fā)明至少有利地幫助在遠(yuǎn)程位置的健康護(hù)理專業(yè)人員。例如，僅訪問(wèn)站14的遠(yuǎn) 程地區(qū)的醫(yī)生可以經(jīng)由用戶接口 29來(lái)選擇接收血液樣品的圖像以及與所提取的血液樣品 相關(guān)聯(lián)的白血細(xì)胞計(jì)數(shù)，圖像處理器36以傳統(tǒng)方式計(jì)數(shù)檢測(cè)到的或者識(shí)別出的白血細(xì)胞， 重建接收到的全息圖以生成重建圖像，并且向站14發(fā)送該重建圖像，以由醫(yī)生經(jīng)由與站14 相關(guān)聯(lián)的顯示器14. 2進(jìn)行觀察。這樣，可以有利地允許醫(yī)生在最遠(yuǎn)程的地區(qū)提供健康護(hù)理 援助。
[0144] 注意到，對(duì)象描述符對(duì)于本發(fā)明而言是重要的。對(duì)此，為了確定每個(gè)感興趣的對(duì)象 的對(duì)象描述符，服務(wù)器12有利地包括用于生成對(duì)象描述符以由圖像處理器36以前面所述 的方式進(jìn)行使用的訓(xùn)練模塊42。理解的是，對(duì)象描述符不需要由服務(wù)器12生成，并且可以 在外部生成并且僅由服務(wù)器12使用。
[0145] 在任意情況中，訓(xùn)練模塊42被配置為接收對(duì)象的圖像。在該情況中，由訓(xùn)練模塊 42接收?qǐng)D像為傳統(tǒng)顯微鏡圖像而非全息圖。然而，在一些示例性實(shí)施例中，訓(xùn)練模塊42接 收全息圖，該全息圖可以與傳統(tǒng)圖像相似的方式被重建使用。
[0146] 訓(xùn)練模塊42還被配置為將波形傳播算法應(yīng)用于接收?qǐng)D像，以生成與傳播空間Ζ之 上的不同離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案。具體地，訓(xùn)練模塊42被配置為離散傳播空間 Ζ，并且對(duì)于離散的傳播空間Ζ之上的每個(gè)期望的離散位置而言，應(yīng)用波形傳播算法，以因 而生成傳播空間Ζ中的離散位置處的全息圖。
[0147] 訓(xùn)練模塊42可以被配置為出于前文所描述的目的例如取決于例如計(jì)算效率、分 辨率和準(zhǔn)確率考慮，將傳播空間離散成預(yù)先確定數(shù)量的位置或者區(qū)域。為此，應(yīng)當(dāng)明白的 是，訓(xùn)練模塊42有利地被配置為接收至少表示傳播空間Z的尺寸的信息。
[0148] 在優(yōu)選示例性實(shí)施例中，波形傳播算法通常實(shí)施或者應(yīng)用如由下面的波形傳播等 式⑴所描述的方法：
[0149]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于分析材料的方法，所述方法包括： 接收至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所述全 息強(qiáng)度數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)獲取裝置獲??；并且 處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行樣品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別 步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的步驟至少包括以下步 驟： 從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括三維空 間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與所述數(shù)據(jù)獲取裝置相關(guān)聯(lián)的光照在所述三維空間上 傳播以有助于獲取所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；和 將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較， 以確定匹配，因而有助于所述樣品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一 個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，所述對(duì)象描述符為傳播空間不變量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法包括提供多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描述符 包括與所述傳播空間中的多個(gè)期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中，每個(gè)描 述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述方法包括所述用于確定所述對(duì)象描述符 的在先步驟，該在先步驟包括，對(duì)于每個(gè)對(duì)象而言： 接收該對(duì)象的圖像； 對(duì)于所述傳播空間之上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像應(yīng)用波形傳播算法，因而生成與所 述傳播空間之上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案； 確定在所述傳播空間之上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；并且 使用確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示所述傳播空間之上的相關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，以生成 與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括：從所述數(shù)據(jù)獲取裝置以硬 線連接的方式接收或者從多個(gè)地理上分布的分析站無(wú)線地接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，每個(gè)分析站 包括數(shù)據(jù)獲取裝置。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括：控制所述數(shù)據(jù)獲取裝置來(lái) 生成至少包括與所述樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括： 生成與所述檢測(cè)和識(shí)別操作中的一個(gè)或者兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)；并且 經(jīng)由硬線連接的或者無(wú)線的數(shù)據(jù)裝置向用戶接口模塊發(fā)送所輸出的數(shù)據(jù)，以至少用于 因而輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法包括： 通過(guò)確定相似感興趣對(duì)象的總和來(lái)對(duì)檢測(cè)或者識(shí)別的感興趣對(duì)象進(jìn)行分類； 通過(guò)重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)樣品的生成圖像； 生成包括確定的總和以及樣品的生成圖像中的一個(gè)或者兩個(gè)的輸出數(shù)據(jù)；并且 經(jīng)由硬線連接的或者無(wú)線的數(shù)據(jù)裝置向用戶接口模塊發(fā)送所輸出的數(shù)據(jù)，以用于因而 輸出。
9. 一種材料分析系統(tǒng)，包括： 存儲(chǔ)器設(shè)備，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)接收器模塊，其與數(shù)據(jù)獲取裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且被配置為接收由數(shù)據(jù)獲取裝 置獲取的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度 圖案；以及 圖像處理器，其被配置為處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行檢測(cè)和識(shí)別所述樣品中 的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的操作中的一個(gè)操作或者兩個(gè)操作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述圖像處理器包括： 關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，所 述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括這樣一種空間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與所述數(shù)據(jù)獲取裝 置相關(guān)聯(lián)的光照在該種空間上傳播以有助于獲取所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；以及 對(duì)象分類器，其被配置為將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器設(shè)備中的與對(duì)象 相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹配，因而有助于樣品中的至 少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，所述對(duì)象描 述符為傳播空間不變量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述存儲(chǔ)器設(shè)備存儲(chǔ)多個(gè)對(duì)象描述 符，每個(gè)對(duì)象描述符包括與所述傳播空間中的多個(gè)期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符 子集，其中，每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述材料分析系統(tǒng)包括訓(xùn)練模 塊，其被配置為確定所述對(duì)象描述符，其中，所述訓(xùn)練模塊被配置為，對(duì)于每個(gè)對(duì)象而言： 接收所述對(duì)象的圖像； 對(duì)于所述傳播空間之上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像應(yīng)用波形傳播算法，因而生成與所 述傳播空間之上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案； 確定在所述傳播空間之上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；并且 使用確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示所述傳播空間之上的相關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，以生成 與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)接收器模塊與 數(shù)據(jù)獲取裝置進(jìn)行硬線連接數(shù)據(jù)通信或者與包括多個(gè)地理上分布的分析站進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù) 通信，每個(gè)分析站包括數(shù)據(jù)獲取裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的材料分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取裝置 或者多個(gè)地理上分布的分析站，每個(gè)分析站包括數(shù)據(jù)獲取裝置，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)獲取裝置包 括數(shù)字全息顯微鏡配置，其至少包括用于生成光照的光照源和用于在使用中響應(yīng)于在其上 入射的生成光照而生成全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的圖像傳感器，其中，所述傳播空間包括在光照源和 圖像形成裝置之間的三維空間的至少一部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字全息顯微鏡配置還包括： 空間濾波器，其位于離所述光照源預(yù)先確定的距離處，所述空間濾波器至少包括一個(gè) 光照孔，以用于來(lái)自所述光照源的光照從光照孔通過(guò)；以及 樣品保持器，其可去除地定位在離所述空間濾波器的預(yù)先確定的距離處，所述樣品保 持器被配置為保持感興趣的材料的樣品，其中，所述圖像傳感器與所述樣品保持器間隔開(kāi)， 從而在使用中，通過(guò)所述樣品保持器保持感興趣的材料的樣品并且將其保持在所述圖像傳 感器上，來(lái)自光照源的光照從所述光照源傳播通過(guò)所述光照孔，其中，所述圖像傳感器響應(yīng) 于在其上入射的光照而生成感興趣的材料的樣品的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；其中，所述傳播空間包 括三維空間，來(lái)自光照源的或者從光照孔和樣品保持器中的一個(gè)或者兩個(gè)傳播的光照在所 述三維空間上傳播，以到達(dá)所述所述圖像傳感器，因而形成所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的材料分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用戶接口模塊， 其被配置為接收用戶輸入和輸出，并且在所述存儲(chǔ)器設(shè)備中至少存儲(chǔ)與由所述圖像處理器 模塊執(zhí)行的檢測(cè)操作和識(shí)別操作中的一個(gè)或者兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的生成輸出數(shù)據(jù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的材料分析系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)為用于分析與人類用戶相 關(guān)聯(lián)的生物材料的樣品的生物材料分析系統(tǒng)，因此，所述系統(tǒng)包括用戶交互模塊，其被配置 為在存儲(chǔ)器設(shè)備中生成用于系統(tǒng)的至少一個(gè)用戶的用戶配置文件，所述用戶配置文件存儲(chǔ) 與具體用戶相關(guān)聯(lián)的生成輸出數(shù)據(jù)。
18. -種材料分析設(shè)備，包括： 外殼，其被配置為在使用中可去除地接收用于攜帶感興趣的材料的樣品的樣品保持 器； 位于外殼中的數(shù)據(jù)獲取裝置，其用于獲取感興趣的材料的樣品的全息強(qiáng)度圖案； 存儲(chǔ)器設(shè)備，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； 圖像處理器，其被配置為處理所獲取的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行樣品中的至少一個(gè) 感興趣對(duì)象的檢測(cè)操作和識(shí)別操作中的一個(gè)操作或者兩個(gè)操作，因而生成與所述操作相關(guān) 聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)；以及 用戶接口，其配置為接收用戶輸入并且輸出至少包括由所述圖像處理器生成輸出數(shù)據(jù) 的信息。
19. 一種材料分析設(shè)備，其中，圖像處理器包括： 關(guān)鍵字提取模塊，其被配置為從接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)，所 述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)與包括這樣一種空間的傳播空間中的離散位置相關(guān)聯(lián)，與所述數(shù)據(jù)獲取裝 置相關(guān)聯(lián)的光照在該種空間上傳播以有助于獲取所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)；并且 對(duì)象分類器，其被配置為將所確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與在所述存儲(chǔ)器設(shè)備中存儲(chǔ)的與對(duì)象 相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符進(jìn)行比較，以確定匹配，因而有助于樣品中的至 少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟，其中，所述對(duì)象描 述符為傳播空間不變量并且包括與所述傳播空間中的多個(gè)期望離散位置分別相關(guān)聯(lián)的多 個(gè)描述符子集，并且其中，每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的材料分析設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)獲取裝置包括數(shù)字全 息顯微鏡配置，其包括： 光照源，其被配置為生成光照； 空間濾波器，其其位于離所述光照源預(yù)先確定的距離處，所述空間濾波器至少包括一 個(gè)光照孔，以用于來(lái)自所述光照源的光照從光照孔通過(guò)；其中，所述樣品保持器可去除地定 位在離所述空間濾波器的預(yù)先確定的距離處；以及 與所述樣品保持器間隔開(kāi)的圖像傳感器，所述圖像傳感器至少被配置為在使用中響應(yīng) 于在其上入射的生成光照，生成所述樣品保持器中的感興趣的材料的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案； 其中，所述傳播空間包括這樣一種空間，來(lái)自光照源的或者從光照孔和樣品保持器中的一 個(gè)或者兩個(gè)傳播的光照在該種空間上傳播，以到達(dá)所述所述圖像傳感器，因而形成所述全 息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的材料分析設(shè)備，所述設(shè)備包括通信模塊，其 被配置為從所述設(shè)備無(wú)線地接收數(shù)據(jù)并且發(fā)射數(shù)據(jù)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的材料分析設(shè)備，其中，所述系統(tǒng)為用于分析 與人類用戶相關(guān)聯(lián)的生物材料的樣品的生物材料分析設(shè)備，因此，所述設(shè)備包括用戶交互 模塊，用戶交互模塊被配置為在存儲(chǔ)器設(shè)備中生成用于設(shè)備的至少一個(gè)用戶的用戶配置文 件，所述用戶配置文件存儲(chǔ)與設(shè)備的具體用戶相關(guān)聯(lián)的生成輸出數(shù)據(jù)。
23. -種非暫態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其包括一組指令，當(dāng)所述指令由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行 時(shí)，所述指令使計(jì)算設(shè)備執(zhí)行包括以下步驟的方法： 接收至少包括與感興趣的材料的樣品相關(guān)聯(lián)的全息強(qiáng)度圖案的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所述全 息強(qiáng)度數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)獲取裝置獲取；并且 處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以至少執(zhí)行樣品中的至少一個(gè)感興趣對(duì)象的檢測(cè)步驟和識(shí)別 步驟中的一個(gè)步驟或者兩個(gè)步驟。
【文檔編號(hào)】G03H1/08GK104115075SQ201280068906
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】特加朗·奈杜, 約翰·昂德里克·斯瓦特, 蘇珊娜·雨果, 皮特·萬(wàn)羅伊恩 申請(qǐng)人:Csir公司