對(duì)顯微鏡設(shè)備異步排序的同時(shí)利用卷簾式快門照相機(jī)采集圖像的系統(tǒng)和方法
【專利說明】對(duì)顯微鏡設(shè)備異步排序的同時(shí)利用卷簾式快門照相機(jī)采集圖像的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月12日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/727，374的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并通過引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般涉及從光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)采集圖像，尤其涉及在對(duì)這種顯微鏡設(shè)備的組件異步地排序的同時(shí)利用卷簾式快門照相機(jī)采集圖像。
【背景技術(shù)】
[0004]自動(dòng)化顯微鏡系統(tǒng)可由圖像采集系統(tǒng)控制來(lái)對(duì)分布在這種顯微鏡的X-Y載物臺(tái)上的一個(gè)或多個(gè)樣本采集圖像。除了載物臺(tái)，顯微鏡可包括其它設(shè)備，如照相機(jī)支架、置于該支架中的照相機(jī)、閃光燈裝置、透鏡系統(tǒng)等。這些設(shè)備可在圖像采集系統(tǒng)的控制下移動(dòng)從而使得照相機(jī)能夠采集樣本的不同部分的圖像、采集不同樣本的圖像、在不同的聚焦平面上采集圖像、和/或使用不同的照明條件采集圖像。顯微鏡設(shè)備還可包括光學(xué)元件，包括濾波器、相環(huán)、分光鏡、帶通濾波器。在實(shí)驗(yàn)過程中，這些顯微鏡設(shè)備的位置可在自動(dòng)化顯微鏡捕捉的樣本的框架內(nèi)進(jìn)行改變。
[0005]通常，數(shù)字照相機(jī)中使用的傳感器包含以二維圖案布置的多行像素元件。一些適合使用自動(dòng)化顯微鏡的照相機(jī)利用全局快門。在這種照相機(jī)中，照相機(jī)傳感器的所有像素被同時(shí)地以預(yù)定的曝光時(shí)間曝光給從樣本反射的、樣本放射的、和/或從樣本透射出的光線。曝光時(shí)間結(jié)束時(shí)，來(lái)自傳感器的所有像素的數(shù)據(jù)都被讀取并被傳送到圖像采集系統(tǒng)作為像幀。
[0006]其它照相機(jī)，特別是使用CMOS傳感器的照相機(jī)，使用卷簾式快門。通常，這些快門在不同的時(shí)間對(duì)照相機(jī)傳感器的每行(或排)像素開始曝光。這些照相機(jī)中，存在一個(gè)時(shí)間周期，該時(shí)間周期內(nèi)所有的或一組多行像素被同時(shí)曝光。此外，一些使用卷簾式快門的照相機(jī)可在像素被曝光時(shí)讀取和傳送來(lái)自這些行的像素的數(shù)據(jù)。
[0007]當(dāng)在自動(dòng)化顯微系統(tǒng)中使用時(shí)，多個(gè)顯微鏡設(shè)備的移動(dòng)必須與照相機(jī)進(jìn)行的圖像采集相協(xié)調(diào)，從而避免所采集的圖像中的偽影。例如，如果在曝光期間樣本的位置相對(duì)于照相機(jī)的位置發(fā)生了改變，則使用全局快門采集的圖像中會(huì)出現(xiàn)全局圖像模糊。在這種移動(dòng)過程中使用卷簾式快門捕捉的圖像會(huì)展現(xiàn)出，在圖像的某些部分出現(xiàn)水平的和/或垂直的位移，或者在所捕捉的圖像的不同部分中出現(xiàn)亮度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，其用于將與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的移動(dòng)跟與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的照相機(jī)的圖像采集同步化。該計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法接收來(lái)自與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的照相機(jī)的曝光信號(hào)。對(duì)曝光信號(hào)進(jìn)行分析從而識(shí)別與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備可能被移動(dòng)的時(shí)間周期。此外，接收與曝光信號(hào)相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)。另外，在識(shí)別的時(shí)間周期中，向與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備發(fā)出一個(gè)命令從而將與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備移動(dòng)到新的位置。
[0009]一種圖像采集系統(tǒng)，其用于將與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的移動(dòng)跟與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的照相機(jī)的圖像采集同步化。該圖像采集系統(tǒng)包括照相機(jī)控制器、系統(tǒng)控制器、圖像采集模塊、移動(dòng)控制器。照相機(jī)控制器接收來(lái)自與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的照相機(jī)的曝光信號(hào)。系統(tǒng)控制器對(duì)曝光信號(hào)進(jìn)行分析從而識(shí)別與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備可能被移動(dòng)的時(shí)間周期。圖像采集模塊接收與曝光信號(hào)相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)。移動(dòng)控制器在識(shí)別的時(shí)間周期中向與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備發(fā)出命令從而將與顯微鏡相關(guān)聯(lián)的設(shè)備移動(dòng)到新的位置。
[0010]本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將基于過對(duì)下面的詳細(xì)描述的思考而變得清晰。
【附圖說明】
[0011]圖1是用于對(duì)自動(dòng)化顯微鏡的照相機(jī)的圖像采集進(jìn)行控制的系統(tǒng)的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；
[0012]圖2是可由圖1的系統(tǒng)控制的照相機(jī)中的傳感器的曝光的示例性時(shí)序圖；
[0013]圖3至圖5是由圖1的系統(tǒng)承擔(dān)的用于使照相機(jī)的操作與自動(dòng)化顯微鏡的設(shè)備的移動(dòng)同步化的處理的流程圖；以及
[0014]圖6A至圖6F是由圖1的系統(tǒng)的用戶界面生成的用于從它的操作員獲得信息的對(duì)話框。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參照?qǐng)D1，圖像采集系統(tǒng)100對(duì)包括照相機(jī)104和照明源106的顯微鏡設(shè)備102進(jìn)行控制。圖像采集系統(tǒng)100包括系統(tǒng)控制器108、移動(dòng)控制器110、照相機(jī)控制器112、照明控制器114、系統(tǒng)存儲(chǔ)器115。操作員使用圖像采集系統(tǒng)100的用戶界面116輸入命令，這些命令指導(dǎo)圖像采集系統(tǒng)100來(lái)對(duì)位于顯微鏡載物臺(tái)上的一個(gè)或多個(gè)樣本的一個(gè)或多個(gè)圖像的捕捉進(jìn)行控制。這種命令存儲(chǔ)在移動(dòng)指令存儲(chǔ)器118中，移動(dòng)指令存儲(chǔ)器118是系統(tǒng)存儲(chǔ)器115的一部分。
[0016]如上面所描述，對(duì)于存儲(chǔ)在移動(dòng)指令存儲(chǔ)器中的每個(gè)指令，系統(tǒng)控制器108會(huì)指導(dǎo)移動(dòng)控制器110將顯微鏡設(shè)備102放置在該指令所指定的位置。此后，系統(tǒng)控制器108指導(dǎo)照相機(jī)控制器112來(lái)指導(dǎo)照相機(jī)104開始一個(gè)曝光循環(huán)并指導(dǎo)照明控制器114打開照明源106。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器108等待接收到來(lái)自照相機(jī)104的信號(hào)，并作為響應(yīng)，指導(dǎo)照明控制器114打開照明源106。圖像采集系統(tǒng)100的圖像采集模塊120接收照相機(jī)104傳送的圖像幀并將接收到的圖像幀存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器115的圖像存儲(chǔ)器122部分。該圖像幀隨后可由操作員通過用戶界面116獲得或者傳送給另一個(gè)系統(tǒng)(未展示)進(jìn)行分析。
[0017]從上面可以看到，如果照相機(jī)104使用了卷簾式快門，則這種照相機(jī)104的傳感器的不同行的曝光會(huì)在不同的時(shí)間開始。參照?qǐng)D2，照相機(jī)104的像素行A具有第一時(shí)間周期200A，在該時(shí)間周期中，該行的像素會(huì)吸收到達(dá)該像素的光線。此后，存在第二時(shí)間周期202A，在該時(shí)間周期中，像素行A的像素不會(huì)吸收任何其他的光線。通常，在該第二周期202A中，從像素行A包含的每個(gè)像素讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送給圖像采集系統(tǒng)100，并將這些像素重置。該數(shù)據(jù)代表圖像幀的一行像素。同樣在時(shí)間周期202A中，行A的像素隨后被重置。
[0018]時(shí)間周期202A終止后，在周期204A中，像素行A的像素開始吸收光線，用于照相機(jī)104捕捉的下一個(gè)圖像幀。
[0019]行B至J的像素在時(shí)間周期200B至200J期間被分別同樣地進(jìn)行曝光。此后，在時(shí)間周期202B至2021期間，行B至I的像素被分別讀取并重置，以準(zhǔn)備分別在時(shí)間周期204B至204J中再次曝光。如圖2中所展示，對(duì)于每個(gè)行A至J，每個(gè)曝光周期200A至200J分別在不同的時(shí)間開始。照相機(jī)104的卷簾式快門將每行開始曝光的時(shí)間錯(cuò)開。同樣，每行都具有對(duì)該行進(jìn)行曝光的時(shí)間窗口。
[0020]在照相機(jī)104的一個(gè)實(shí)施例中，存在時(shí)間周期206 (—個(gè)“共享曝光周期”)，在該時(shí)間周期內(nèi)，時(shí)間周期200A至200J重疊。如圖2中所展示，該時(shí)間周期206在周期200A至200J中的最后的周期的開始時(shí)啟動(dòng)，并在周期200A至200J中的最早的周期終止時(shí)結(jié)束。[0021 ] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)行A至J中的第一個(gè)開始曝光時(shí)，照相機(jī)400可為照相機(jī)控制器112生成一個(gè)信號(hào)。在圖2的示例性時(shí)序圖