Dieser
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei
dem die Bildanalyse aufgenommener Mikroskopbilder vereinfacht und weitestgehend
automatisiert ist. Charakteristisch ist, dass die Analyse- und Einstellvorgänge des
Mikroskops mit einem Mindestmaß an
Benutzereingaben auskommen.
Die
objektive Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet
ist:
- • Darstellen
eines Datensatzes in graphischer Form auf einem dem Mikroskop zugeordneten Display;
- • Auswählen mindestens
einer Position in der graphischen Form des Datensatzes, der das
Abbild des Objekts darstellt;
- • Automatisches
Ermitteln eines Bereiches aus dem Datensatz und der ausgewählten Position; und
- • Durchführen eines
Analyse- und/oder Einstellvorgangs.
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Anordnung zu schaffen
bei der die Bildanalyse aufgenommener Mikroskopbilder und die Systemparametrierung
vereinfacht und weitestgehend automatisiert ist.
Die
objektive Aufgabe wird gelöst
durch eine Anordnung die dadurch gekennzeichnet, dass
- – eine
Aufnahmeelektronik vorgesehen ist, welche die von den Detektoren
kommenden elektrischen Signale in digitale Signale konvertiert und vorverarbeitet,
- – ein
PC die digitalen Signale von der Aufnahmeelektronik empfängt und
aus den digitalen Signalen eine grafische Darstellung ermittelt,
die einem Abbild des Objekts entspricht,
- – ein
Display mit dem PC verbunden ist, das die grafische Darstellung
wiedergibt und ferner dem Benutzer auswählbare Einstellfunktionen anbietet,
- – eine
Eingabeeinheit zur Anwahl der Einstellfunktionen und Auswahl mindestens
einer interessierenden Struktur im Abbild des Objekts, und
- – eine
Steuerelektronik mit dem PC verbunden ist, über die Einstellelemente des
Mikroskops ansteuerbar sind.
Der
Vorteil der Erfindung ist, dass die Interaktion zwischen dem Benutzer
und dem Mikroskop auf ein Mindestmaß beschränkt ist und dennoch schnell
und qualitativ gute Ergebnisse erzeugt werden. Der Vorteil liegt
in der Kopplung der Interaktion der Eingabeeinheit (wobei die Eingabeeinheit
eine Maus, Tastatur oder auch Spracheingabe sein kann) mit der speziellen
Bildanalyse (Segmentierung). Auf diese Art kann ein Automatismus
ermitteln was der Benutzer will. Ein weiterer Vorteil ist, dass
eine extrem schnelle und ergonomische Grobeinstellung des Mikroskopsystems
erreichbar ist. Hinzu kommt eine Verbesserung der Systemergonomie,
da bisher sehr komplexe Interaktionen auf einen oder zwei Mausklicks
(oder andere Eingaben) reduziert werden.
Die
Unabhängigkeit
von der Dimensionalität des
Geometriemodels ist zusätzlich
ein Vorteil. Das beschriebene Verfahren ist unabhängig von
der Dimensionalität
des Geometriemodells. Im Prinzip ist es auch für (nur theoretisch relevante)
n-dimensionale Geometrien möglich.
In der Praxis sind aber drei dimensionale Geometrien wichtig. 3D
Körper
zu zeichnen ist für
den Benutzer schwierig, durch das angestrebte Verfahren jedoch praktikabel
automatisch durchführbar.
Die
kombinierte Auswertung minimaler Benutzereingaben (Mausklick) und
der erfassten Mikroskopiebilddaten zur Ermittlung von Geometriemodellen
durch eine Mustererkennung und die Nutzung derselben zur Systemparametrisierung
zeichnet diese Erfindung aus.
Die
Automatisierung der Bildanalyse durch die Einbettung von Mustererkennungsprozessen
in das Konzept eines Mikroskopsystems beruht auf dem Prinzip, dass
einzelne Bildteile (Zellen, Kompartments, Materialien) innerhalb
eines zu untersuchenden Bereichs die Eigenschaft haben, sich lokal von
der Bildumgebung abgrenzen. Beispiele: Homogene fluoreszierende
Objekte grenzen sich von einem homogenen dunklen Hintergrund ab.
Homogene fluoreszierende Objekte grenzen sich von den Kompartments
in der Umgebung durch die gemessene Intensitätsverteilung ab. Die lokale
Statistik innerhalb der Kompartments ist unterschiedlich. Bei Anwendungen
mit mehreren fluoreszenten Farbstoffen ist es vorteilhaft die multivariate
spektrale Intensitätsverteilung
zu nutzen. Ferner sind Objekte im Transmissionsbild dunkler als
der Rest. Diese Bildeigenschaften decken die meisten der relevanten
Anwenderwünsche
ab. Eine weitere Eigenschaft der Einstellvorgänge ist, dass in der Regel
grobe Geometrien ausreichend, bzw. nur Klassen von Geometrien (Bilder
sind immer Rechtecke) zulässig
sind. Die Summe aller Eigenschaften kann man nutzen um Bilddetails
automatisch zu detektieren, in Geometriemodelle zu wandeln und an
die Mikroskopsteuerung zu übergeben.
In
der Regel arbeiten Mustererkennungsprozesse nur bis zu einer gewissen
Genauigkeit zufriedenstellend (in 90% aller Fälle). Dieser Nachteil ist für die gegenwärtige Erfindung
nicht relevant, da nur grobe Einstellungen notwendig sind. Alle
Einstellvorgänge
des Mikroskopsystems können
optional (mit der alten Methode) auch manuell vollzogen und verfeinert
werden. Der Mustererkennungsprozess bietet somit die Alternative
der schnellen Grobeinstellung, die bei Bedarf verfeinert werden
kann. Dieses Vorgehen funktioniert sehr schnell und automatisch
und ist in der Regel schon für
eine Vielzahl der Anwendungen ausreichend.
In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine
schematische Darstellung eines Konfokalmikroskops unter Verwendung
der gegenwärtigen
Erfindung;
2 eine
spezielle Ausführungsform
des Bildschirmlayouts hinsichtlich der für die Untersuchung interessanten
Strukturen, und möglicher
Benutzereingaben;
3 eine
schematische Darstellung der gesamten für die Bildaufnahme, Bildanalyse
und Bilddarstellung erforderlichen Elektronik eines Mikroskopsystems;
4 eine
schematische Darstellung der Aufnahme der Bilddaten und einer möglichen
Datenvorbearbeitung; und
5 eine
Darstellung der Steuerelektronik, mit der einzelne Mikroskopelemente
angesteuert werden können.
1 zeigt
schematisch ein konfokales Scanmikroskop. Der von einem Beleuchtungssystem 1 kommende
Lichtstrahl 3 wird von einem Strahlteiler 5 zum
Scanmodul 7 reflektiert, das einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 9 beinhaltet,
der den Strahl durch die Mikroskopoptik 13 hindurch über bzw.
durch das Objekt 15 führt.
Der Lichtstrahl 3 wird bei nicht transparenten Objekten 15 über die
Objektoberfläche
geführt.
Bei biologischen Objekten 15 (Präparaten) oder transparenten
Objekten kann der Lichtstrahl 3 auch durch das Objekt 15 geführt werden.
Dies bedeutet, dass verschiedene Fokusebenen des Objekts nacheinander
durch den Lichtstrahl 3 abgetastet werden. Die nachträgliche Zusammensetzung
ergibt dann ein dreidimensionales Bild des Objekts. Der vom Beleuchtungssystem 1 kommende Lichtstrahl 3 ist
als durchgezogene Linie dargestellt. Das vom Objekt 15 ausgehende
Licht 17 gelangt durch die Mikroskopoptik 13 und über das
Scanmodul 7 zum Strahlteiler 5, passiert diesen
und trifft auf einen Detektor 19, der als Photomultiplier
ausgeführt ist.
Das vom Objekt 15 ausgehende Licht 17 ist in allen
Abbildungen (1 bis 3) als gestrichelte
Linie dargestellt. Im Detektor 19 werden elektrische, zur
Leistung des vom Objekt ausgehenden Lichtes 17 proportionale
Detektionssignale 21 erzeugt und an die Verarbeitungseinheit 23 weitergegeben.
Die im Scanmodul mit Hilfe eines induktiv oder kapazitiv arbeitenden
Positionssensors 11 erfassten Positionssignale 25 werden
ebenfalls an die Verarbeitungseinheit 23 übergeben.
Es ist für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass die Position des Scanspiegels 9 auch über die
Verstellsignale ermittelt werden kann. Die eingehenden Analogsignale
werden in der Verarbeitungseinheit 23 zunächst digitalisiert.
Die Signale werden an einen PC 34 übergeben, an dem eine Eingabeeinheit 33 angeschlossen
ist. Der Benutzer kann bezüglich
der Verarbeitung der Daten mittels der Eingabeeinheit 33 entsprechende
Selektionen treffen. In 1 ist als eine Eingabeeinheit 33 eine Maus
dargestellt. Es ist jedoch für
jeden Fachmann selbstverständlich,
dass auch Tastatur und ähnliches als
Eingabeeinheit 33 verwendet werden kann. Auf einem Display 27 wird
z.B. ein Abbild 35 des Objekts 15 dargestellt.
Hinzu kommt, dass zusätzlich
auf dem Display 27 auch Einstellelemente 29, 31 für die Bildaufnahme
dargestellt werden. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Einstellelemente 29, 31 als Slider
dargestellt. Jede andere Ausgestaltung liegt im handwerklichen Können eines
Fachmanns. Der PC 34 gibt die entsprechenden Daten über die
Leitung 37 an die Verarbeitungseinheit 23 weiter.
Die Positions- und Detektionssignale werden in der Verarbeitungseinheit 23 in
Abhängigkeit
von den jeweils gewählten
Einstellungen zusammengesetzt und auf dem Display 27 angezeigt.
Die Slider 29, 31 werden als Einstellelemente
bezeichnet. Für
die Erfindung ist es unerheblich in welcher Form die Einstellelemente auf
dem Display 27 dargestellt werden. Das bei einem konfokalen
Scanmikroskop üblicherweise
vorgesehene Beleuchtungspinhole 39 und das Detektionspinhole 41 sind
der Vollständigkeit
halber schematisch eingezeichnet. Weggelassen sind wegen der besseren
Anschaulichkeit hingegen einige optische Elemente zur Führung und
Formung der Lichtstrahlen. Diese sind einem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann
hinlänglich
bekannt.
Eine
mögliche
Form der Bildschirmdarstellung ist in 2 gezeigt.
Das Display 27 definiert einen Bildschirmrand 27a.
Auf dem Display 27 wird ein erster Bereich 40 festgelegt,
in dem das Abbild 43 des Objekts 15 für den Benutzer
dargestellt wird. Das Abbild des Objekts 27 besteht in
der Regel aus mindestens einer Struktur 42, die sich deutlich
von einem Hintergrund 43a abhebt. In einem zweiten Bereich 44 ist
auf dem Display 27 eine Panelbox 45 dargestellt, mit
dem vom Benutzer verschiedene Funktionen anwählbar sind. Jeder der anwählbaren
Funktionen ist ein Klick-Button 46 zugeordnet. Auf dem
Display 27 ist der Mauszeiger z.B. durch ein Fadenkreuz 47 dargestellt.
Der Benutzer kann z.B. mit dem Mauszeiger die gewünschte Funktion aufrufen.
Hinzu kommt, dass der Benutzer ebenfalls mit dem Mauszeiger die gewünschte Struktur 42 des
Objekts 27 auswählt.
Es
bestehen eine Reihe unterschiedlicher und unabhängiger Implementierungsmöglichkeiten, die
im wesentlichen das selbe bewirken. Evtl. sind diese an spezielle
Sonderfälle
angepasst und bieten dort Vorteile. Der grobe Aufbau eines Mechanismus für ein derartiges
Verfahren besteht aus einer folgenden Kette von Verarbeitungseinheiten,
wie z.B. Einstellvorrichtung der Automatisierungsfunktion, Erfassung
der Maus Klicks, Anpassung der Daten an die Systemkapazität (was auch
optional sein kann), Vorverarbeitung, Anpassung an das menschliche
visuelle System, Segmentierung, Erzeugung des Geometriemodells aus
dem Binarisierten Bild, Übersetzung in
das benötigte
Geometriemodell und Lenkungseinheit zur Verteilung des Geometriemodells
auf die Systemkomponenten des Mikroskops. Im folgenden werden die
einzelnen Verarbeitungseinheiten kurz erläutert:
Einstellvorrichtung der
Automatisierungsfunktion:
Dies
erfolgt (in der Regel) durch Software im PC 34 des Mikroskopsystems.
Erfassung des Mausklicks:
Dies
erfolgt durch Software im PC 34 des Mikroskopsystems, aber
auch eine Koordinateneingabe mit Hilfe der Panelbox 45 und
eines Fadenkreuz 47 auf dem Display 27 ist denkbar.
Anpassung der Daten an
die Systemkapazität
(optional):
Das
herunterteilen (Downsampeln) des Bildes macht Sinn. Zweck hierfür ist es,
die Rechenzeiten für
den im folgenden beschriebenen Automatismus in Grenzen zu halten.
Es wird künstlich
ein Kompromiss zwischen Rechenzeit und Genauigkeit des Geometriemodells
erzwungen. Dieser Kompromiss ist beim heutigen Stand der Technik
noch notwendig. Die Verarbeitungs- und Reaktionszeiten werden für den Benutzer
erträglich
gemacht.
Die
Genauigkeit des Teilens kann an die konkrete Aufgabenstellung angepasst
werden und kann – mit
steigender Performance vorhandener Elektronikkomponenten – evtl.
auch entfallen. Dieser Schritt ist notwendigerweise der erste um
effizient Rechenzeit zu sparen. Das Downsampeln besteht in der Regel
aus zwei Stufen: a.) einem Filter zur Bandbegrenzung und b.) einer
Reduktionsstufe, die nur jeden zweiten, vierten, achten usw....
Pixel weiterleitet. Diese beiden Stufen sind miteinander gekoppelt.
Die Rate mit der das Bild heruntergeteilt wird, wird vorzugsweise
von aussen (Software) gesteuert und an den gegebenen Anwendungsfall
angepasst. Für
die Filter kommen alle phasentreue Tiefpassfilter in Frage, die
eine Begrenzung der Ortfrequenz auf die Auflösung des reduzierten Bildes
erreichen. Beispiele sind Mittelungs-, Binominal-, Gauß-, oder
Waveletbasierte Filter. Diese Operationen lassen sich mit diskreter
digital Elektronik, FPGA und/oder Digitalrechnern/Software lösen.
Vorverarbeitung.
Ziel
ist eine Bildfilterung zur wesentlichen Verbesserung der Signal/Noise-Verhältnisse
innerhalb der Szene. Für
diese Filterung kommen wiederum alle – möglichst phasentreue – Tiefpassfilter
in Frage (Mittelung, Binominal, Gauß, Wavelet basierte Filter,
siehe Anpassung der Daten an die Systemkapazität). Auch nichtlineare morphologische
Filter können
eingesetzt werden. Dieser Punkt ist nötig, da konfokale Bilddaten
verrauscht sind. Auch eine Signalglättung mit einem „Anisotropic
Diffusion" Filter
ist denkbar. Derartige Mechanismen sind Stand der Technik und mit
diskreter digital Elektronik, FPGA und/oder Digitalrechnern/Software
lösbar.
Anpassung an das menschliche
visuelle System:
Das
menschliche Auge hat eine logarithmische Empfindlichkeit auf Lichtreize.
Um die Grenzen des Geometriemodells mit den vom Auge wahrgenommenen
in Deckung zu bringen, bietet es sich an durch eine geeignete Amplitudentransformation
die Bilddaten mit einer derartigen logarithmischen Kennlinie zu
transformieren. Vermeidet man diesen Punkt, wird die vom Automatismus
und die vom Menschen wahrgenommene Struktur unterschiedlich sein.
Segmentierung.
Die
Segmentierung des Bildes in Regionen hat extrem viele Freiheitsgerade.
Aufgrund der Komplexität
wird hier das allgemeine Prinzip kurz erläutert. Das allgemeine Ziel
von Segmentierungsaufgaben ist die Unterteilung des Bildes, definiert
durch den erster Bereich 40 auf dem Display 27,
in unterschiedliche Regionen und im wesentlichen ein rein mathematischer
Formalismus.
Formal
wird immer ein Homogenitätsmaß γ definiert,
das jeder Region R, dem Bild I, einen Wert γ(I, R) zuordnet. Auf der Basis
dieses Modells wird dann eine Partition
{R
1,
R
2, ...R
N}
mit
R
1 ∪ R
2 ∪ ... ∪ R
N = Bildfläche und R
1 ∩ R
2 ∩ ... ∩ R
N = {} (leere Menge) und der Eigenschaft
oder äquivalent (je nach Wahl des
Homogenitätsmaßes)
aus allen Möglichkeiten
gesucht. Die vielfältigen
unterschiedlichen Möglichkeiten
ergeben sich durch zwei Ursachen:
Das Homogenitätsmaß γ wird zielgerichtet
für die Aufgabenstellung
gewählt.
Aufgrund der Größe der Suchmöglichkeiten
werden viele Heuristiken genutzt, um die Suche zu Vereinfachen.
Aus diesem Grund gibt es etliche unterschiedliche Verfahren, um
diese Aufgabenstellung zu lösen.
In
dem hier beschriebenen Kontext vereinfacht sich die Aufgabenstellung
der Segmentierung wesentlich, da zusätzlich auf das vom Benutzer durch
den Mausklick mitgeteilte a priori Wissen zugegriffen werden kann,
welche Teile des Bildes interessant sind. Aus diesem Grund kann
die hier beschriebene Segmentierungsprozedur deutlich einfacher ausfallen
als herkömmliche
in der Literatur angegebene Segmentierungsansätze. Im wesentlichen muss nur
eine Region R, welche die Position des Fadenkreuzes 47 zum
Zeitpunkt des Mausklicks beinhaltet und für die γ(I, R) =
Minimumgilt, gefunden werden. Dies kann in der Praxis durch eine
relativ schnelle lokale Suche von in der Nähe der markierten Position
bewerkstelligt werden. Durch die geeignete Wahl des Homogenitätsmaßes findet
ein derartiger Algorithmus die vom Benutzer gewünschte Struktur. Im folgenden
werden einige Möglichkeiten diskutiert
ohne sich auf eine spezielle Methode für alle Einstellvorgänge gleichermaßen festzulegen.
Möglichkeit 1:
Für Fluoreszenzbilder aus einem
spektralen Band.
Das
Histogramm von Bild/Bildregion muss auf mehrere Schwellwerte untersucht
werden. Dies ergibt ein nur von den Intensitäten abhängiges Homogenitätsmaß. In diesem
Anwendungsfall ist mit einer trimodalen Verteilung und drei Intensitätsregionen
zu rechnen. Nominell sind dies: Bereiche dunkler als die Intensität an der
Position des Fadenkreuzes 47 zum Zeitpunkt Mausklicks,
Bereiche heller als die Intensität
an der Position des Fadenkreuzes 47 zum Zeitpunkt des Mausklicks,
und Bereiche die ungefähr gleich
hell sind wie die Intensität
an der Position des Fadenkreuzes 47 zum Zeitpunkt des Mausklick.
Diese Bereiche im Histogramm müssen
(brutal oder heuristisch) gesucht werden. Im eindimensionalen bietet sich
hier Verfahren der Diskriminanzanalyse, Clusteranalyse, clusterenden
Neuronalen Netzen, die Varianzminimierung nach Otsu, die Minimierung
der Kullback Information Distance oder eine Maximierung lokaler
Entropie an.
Die
Suche muss rekursiv fortgeführt
werden, bis man die gewünschte
Trimodalität
nachweist oder nicht. Das Homogenitätsmaß kann durch einfachen Intervallvergleich
konstruiert werden und direkt zu einem binarisierten Bild das nur
die Regionen enthält führen.
Diese
Variante auf der Basis der Maximierung lokaler Entropie könnte z.B.
in Verbindung mit einem Multibanddetektor realisiert werden, wodurch die
Erzeugung von ROIs (Region of Interest) zu reinen Analysezwecken
zufriedenstellend funktioniert. Ein Multibanddetektor ist in
DE 43 30 347 C2 und
DE 199 02 625 A1 bereits
offenbart. Implementierbar ist dieses Verfahren in FPGAs, Digitalrechnern
oder Software.
Möglichkeit 2:
Für Fluoreszenzbilder mit mehreren
spektralen Bändern
(Kanälen).
Multivariaten
Histogramme werden im Leica Jargon als Cytofluorogramme bezeichnet
und sind z.B. in der Publikation von Demandolx D., Davoust J.: MULTICOLOUR;
ANALYSIS AND LOCAL IMAGE CORRELATION IN CONFOCAL MICROSCOPY, Journal
of Microscopy, Vol. 185, Pt1, January 1997, Seiten 21– 36 offenbart.
Diese können
auch zu Zwecken der ROI-Findung benutzt werden. Man kann den gleichen
Mechanismus wie oben erzeugen indem man im mehrdimensionalen die
Annahme der Trimodalität
fallen lässt
und die rekursive Suche weiter erstreckt. Dies ist implementierbar
in großen FPGA
und Software.
Möglichkeit 3:
Für Fluoreszenzbilder mit mehreren
spektralen Bändern
(Kanälen).
Durch
einfache Reduktion der Intensitäten auf
die Signalenergie und anschliessende Anwendung von Möglichkeit
1, erhält
man ebenfalls gute Resultate. Dies ist auch schon implementiert
in TCS SP2 (True Confocal Sanner Spectro Photometer 2.
Möglichkeit 4:
Nutzung beliebiger Segmentierungsalgorithmen.
Aufsetzend
auf jedem beliebigen Segmentierungsalgorithmus, kann man natürlich aus
der Menge an Regionen eine passende, die die markierte Position
beinhaltet, nutzen. Die Qualität
und Implementierbarkeit dieser Verfahren hängt extrem stark von der Applikation
und dem Verfahren selber ab.
Möglichkeit 5:
Spektren.
Mit
multivariaten faktoriellen Statistiken (Principle Component Analysis)
und Energiebetrachtungen können
auch Spektralbilder vereinfacht werden und den oben skizzierten
Möglichkeiten
zugeführt
werden.
Erzeugung des Geometriemodells
aus dem Binarisierten Bild.
Für alle Einstellvorgänge wird
die äußere Hülle der
bei der Segmentierung gefundenen Region gebraucht. Derartige Algorithmen
sind dem Fachmann hinlänglich
bekannt. In der Regel werden diese durch „Contour following" Algorithmen aus
dem binarisierten Bild extrahiert. Dies wird Vorteilsweise durch einen
Digitalrechner gemacht. Alternativen sind „scan line" basierte Algorithmen die auch FPGA
tauglich sind. Die auf diese Art gefundenen benötigten Regionen können durch
vielfältige
Mechanismen wie Active Contours oder Snakes weiter verfeinert werden.
Hierzu muss nach Stand der Technik Software eingesetzt werden.
Übersetzung
in das benötigte
Geometriemodell
Mitunter
sind Anpassungen nötig.
Z.B kann eine Zoomfunktion eines Mikroskops nur rechteckige Bilder
erzeugen. Aus sternförmigen
Geometrien muss also erst das umschließende Rechteck bestimmt werden.
Der
elektronische Teil eines konfokalen Mikroskops ist in 3 dargestellt.
Zentrale Einheit des elektronischen Teils eines konfokalen Mikroskops
ist der PC 34. Über
einen ersten Eingang 60 empfängt der PC 34 die
einer Aufnahmeelektronik 50 erzeugten Daten. Diese Daten
entsprechen den von Detektoren 19 (siehe 4)
aufgenommenen optischen Signalen. Über einen ersten Ausgang 61 steuert
der PC 34 ein Display 27 an, auf dem die Bilddaten,
wie in 2 gezeigt, dargestellt werden. Die Eingabeeinheit 33 ist über einen
zweiten Eingang 62 mit dem PC 34 verbunden. Wie
bereits oben beschreiben kann die Eingabeeinheit 33 eine
Maus, eine herkömmliche Tastatur,
oder auch eine Spracheingabe sein. Mittels der Eingabeeinheit 33 werden
Funktionen (siehe 2) und auch die Position der
interessierenden Struktur 42 ausgewählt. Der PC 34 besitz
ferner einen zweiten, dritten und vierten Ausgang 63, 64 und 65,
die mit einer Steuerelektronik 67 verbunden sind. Der zweite
Ausgang 63 liefert die Information über das Geometriemodel an die
Steuerelektronik 67. Der dritte Ausgang 64 liefert
Information für
weitere Steuersignale und der vierte Ausgang 65 liefert
Information über
die Wahl der Funktion, die mit der Panelbox 45 aus 2 getroffen
wurde. Die Steuerelektronik 67 besitzt mehrere Ausgänge 661 , 662 ... 66n , die entsprechende Steuersignale an
Mikroskopkomponenten liefern, um bezüglich den vom Benutzer getroffenen
Wahl die richtige und geeignete Bildaufnahme zu erhalten. Die Aufgaben
der adressierten Mikroskopkomponenten sind: Beleuchtung auf die
Proben richten oder nicht, Intensität der Beleuchtung modulieren,
Scangeschwindigkeit, Einstellung des zur Bildaufnahme gewählten Wellenlängenbereichs,
Steuerung der Laserstrahlauslenkung, Zoom, Bildzentrierung, Detektionsempfindlichkeit,
Beleuchtungslichtleistung, spektrale Zusammensetzung der Beleuchtung,
Polarisation der Beleuchtung, spektrale Detektion des ermittelten
Bereichs und Rotation des ermittelten Bereichs.
In 4 ist
die Aufnahme der Bilddaten und einer evtl. Datenvorbearbeitung schematisch
dargestellt. Eine Aufnahmeelektronik 50 wandelt die optischen
Signale in elektrische Signale um. Die Aufnahmeelektronik 50 besitzt
mehrere Eingänge 51, über die
den optischen Signalen entsprechende analoge elektrische Signale
der Aufnahmeelektronik 50 übergeben werden. Jedem der
Eingänge 51 ist
ein Detektor 19 zugeordnet. In einer besonderen Ausführungsform
kann der Detektor 19 ein Photomultiplier sein. Jeder der
Detektoren 19 empfängt
Licht einer Wellenlänge.
Ebenso ist jedem der Eingänge 51 ein
Analog-Digital-Wandler 52 zugeordnet, der die von den Detektoren
kommenden elektrischen Signale in entsprechende digitale Signale
umwandelt. Den Analog-Digital-Wandlern 52 nachgeschaltet
ist ein elektronischer Schaltkreis 53, der die digitalen
Daten, wie oben bereits beschrieben, weiter verarbeiten kann.
5 beschreibt
den Aufbau der Steuerelektronik 67 aus 3.
Wie bereits oben erwähnt
liefert der zweite Ausgang 63 Information über das
Geometriemodel an die Steuerelektronik 67. Die Steuerelektronik 67 umfasst
einen Speicher 72, der als Zwischenspeicher für die geometrische
Bereichsinformation dient. Ferner ist die Steuerelektronik 67 mit einem
Pixeltaktgeber 74 versehen, der einen Ausgang 75 aufweist.
Der Ausgang 75 führt
zum Speicher 72 und an einem Abzweig 73 gelangt
der Pixeltakt ebenfalls über
eine Leitung 71 zu einer in der Steuerelektronik 67 vorgesehenen
Lenkungseinheit 70. Somit wird eine pixelsynchrone Verteilung
der Steuersignale auf die Steuerelemente des Mikroskops gewährleistet.
Der dritte Ausgang 64 liefert Information für weitere
Steuersignale, von der Steuerelektronik 67 nicht beeinflusst
werden. Diese Signale werden über
die Ausgänge 664 , 665 bis 66n entsprechend weitergegeben.
In
der Steuerelektronik 67 ist die Lenkungseinheit 70 vorgesehen,
die direkt die Daten von vierten Ausgang 65 erhält. Die
Lenkungseinheit 70 weist mehrere Ausgänge auf, die den Ausgängen 661 , 662 und 663 der Steuerelektronik 67 entsprechen.
Wie bereits erwähnt
erhält
die Lenkungseinheit 70 über eine
Leitung 76 vom Speicher 72 die Geometriedaten.
Der Pixeltakt kommt über
die Leitung 71. Die in der Lenkungseinheit 70 ankommenden
Daten werden mittels entsprechender Algorithmen verrechnet und anschließend die
Steuerelemente des Mikroskops direkt über die Ausgänge 661 , 662 und 663 angesteuert.
Die
Erfindung wurde in bezug auf eine besondere Ausführungsform beschreiben. Es
ist jedoch selbstverständlich,
dass Änderungen
und Abwandlungen durchgeführt
werden können,
ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.