[发明专利]用于增强的预测自动聚焦的系统和方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请是2007年8月23日提交的美国专利申请No.11/843,754(标题为“PREDICTIVE AUTOFOCUSING(预测自动聚焦)”)的继续申请，其以引用方式并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及成像，并且更具体地，涉及成像装置的预测自动聚焦。

背景技术

对诸如癌症、传染病、以及其它失调的生理情况的预防、监视和处理需要对这些生理情况的及时诊断。一般地，来自患者的生物学样本用于分析和识别疾病。显微镜分析是在分析和评估这些采样中广泛使用的技术。更特别地，可研究所述采样以检测可指示疾病状态的细胞和/或组织的异常数量或种类的存在。已经开发了自动化显微镜分析系统，以促进快速分析这些采样并相对手工分析(其中，技术人员随着时间过去而经受疲劳，导致不准确的读取采样)具有准确性的优点。典型地，载玻片(slide)上的采样加载到显微镜上。可将显微镜的透镜或物镜聚焦到采样的具体区域上。然后，出于感兴趣的一个或多个目的扫描(scan)采样。可注意到，最重要的是合适地聚焦采样/目标，以促进获得高质量图像。

数字光学显微镜用于观察很多种采样。在诸如高吞吐量配药筛选(pharmaceutical screening)和大规模自动微机器人细胞操纵(microrobotic cell manipulation)的自动化生物学应用和生物医学应用中，快速自动聚焦是重要的。在诸如集成电路芯片检查和混合微机电系统(MEMS)的微组装件的其它应用中，快速自动聚焦也是重要的。因此，在不能承受相当大的时间延迟来调整采样的快照之间的焦距的实时图像获取应用中，十分期望快速自动聚焦。

传统成像装置通过以下方式执行自动聚焦：将激光束定向到采样、测量采样反射的激光束以提供单个参考点、并使用反馈回路调整焦距。尽管此方法可提供快速自动聚焦，但单个参考点可能缺乏用于准确自动聚焦的足够信息。某些其它现在可用的技术还通过以下方式来执行自动聚焦：在多个焦距处获得稳态采样的多个图像、对各图像确定最优焦距、并使用反馈回路来调整焦距。尽管此方法可比使用激光束提供更准确的自动聚焦，但获取许多个图像经常产生阻止自动聚焦的时间延迟。

此外，为了符合数字载玻片扫描仪的扫描速度需要，可在台持续运动的同时执行自动聚焦计算和调整。在这些情况下，诸如但不限于与扫描台和/或采样相关联的可重复变量的某些因素可负面地影响聚焦预测，导致未聚焦的图像。

因此，可期望开发健壮的技术和系统，其配置成在实时图像获取应用中执行准确快速自动聚焦，这有利地促进了增强的扫描速度，同时保持图像质量。此外，需要配置成为机械变化负责同时在实时图像获取应用中执行准确快速自动聚焦的系统。

发明内容

根据本技术的方面，在具有物镜和用于保持将要成像的采样的台的成像装置中，呈现了用于自动聚焦的方法。该方法包括确定与多个逻辑图像段的至少第一个对应的测量的聚焦值。此外，该方法包括使用该测量的聚焦值来成像第一逻辑图像段。该方法还包括使用测量的聚焦值和存储的聚焦变化参数来确定用于该多个逻辑图像段的第二个的预测的聚焦值。另外，该方法包括使用该预测的聚焦值来成像第二逻辑图像段。

根据本技术的另一个方面，呈现了成像装置。该装置包括物镜。而且，该装置包括主要图像传感器，配置成以主要帧速率来生成采样的主要图像。此外，该装置包括辅助图像传感器，其配置成以快于主要帧速率的辅助帧速率生成采样的一个或多个辅助图像。另外，该装置包括控制器，其配置成调整物镜和采样之间沿光轴的聚焦值，以自动聚焦采样的图像。此外，该装置包括扫描台，以支撑采样并在与光轴基本正交的至少横向方向中移动采样。在成像装置中，控制器配置成确定相应于多个逻辑图像段的至少第一个的测量的聚焦值、使用该测量的聚焦值成像第一逻辑图像段、使用测量的聚焦值和存储的聚焦变化参数来确定用于该多个逻辑图像段的第二个的预测的聚焦值、以及使用该预测的聚焦值来成像第二逻辑图像段。

根据本技术的另一个方面，呈现了成像装置。该装置包括物镜、配置成以主要帧速率生成采样的主要图像的主要图像传感器、配置成以快于主要帧速率的辅助帧速率生成采样的一个或多个辅助图像的辅助图像传感器、配置成调整物镜和采样之间沿光轴的聚焦值以自动聚焦采样的图像的控制器、支撑采样并在与光轴基本正交的至少横向方向中移动采样的扫描台。在成像装置中，控制器包括确定采样的扫描计划的宏图像和扫描计划组件、获取和处理辅助图像的自动聚焦组件、控制采样相对物镜的运动的运动控制组件、以及同步用于辅助图像获取、主要图像获取、或两者的获取的定时的定时组件。