(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）から対象物（１２）の高ダイナミックレンジ合成画像（２１）を取得するための顕微鏡（１０）であって、前記顕微鏡（１０）は、
前記対象物（１２）を異なる光度レベルで照明するためのインコヒーレントな光源（１６）と、
光学的開口を有する光学画像システム（２８）および前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を記録するための画像センサ（２６）を備える記録装置（１８）であって、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の各々は、異なる光度レベルで記録される記録装置（１８）と、
複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）が異なる光度レベルでキャプチャされ、複数の記録パラメータの少なくとも１つが一定に保たれるように、前記記録装置（１８）および前記インコヒーレントな光源（１６）を制御するための制御信号を提供するように構成されるコントローラ（１４）と、
を備え、
前記対象物（１２）の前記照明の前記異なる光度レベルは、光度オフセットによって特徴付けられ、前記光度オフセットは、
Ｉｉ＝Ｉｍ×ＲＨＤＲ｛（ｉ−ｍ）／（ｎ−１）｝
で与えられ、
Ｉｉは、個々の低ダイナミックレンジ入力画像を記録するための前記光度レベルであり、
Ｉｍは、キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）を記録するための前記光度レベルであり、
ｉは、前記個々の低ダイナミックレンジ入力画像のインデックスであり、
ｍは、前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）のインデックスであり、
ＲＨＤＲは、所定のダイナミックレンジ係数であり、
ｎは、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の数である、
顕微鏡（１０）。
【請求項２】
前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）をキャプチャする間のフレームレートが一定に保たれる間、前記コントローラ（１４）は、前記記録装置（１８）を制御するように構成される、
請求項１に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項３】
前記記録パラメータは、露光時間と、前記光学画像システム（２８）の開口と、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を取得するための前記画像センサ（２６）の感度と、のうちの１つまたは一群であり、一定に保たれる、
請求項１または２に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項４】
前記コントローラ（１４）は、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）のキーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）の所望の輝度レベルが取得されるように、前記記録装置（１８）を制御するように構成される、
請求項１から３のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項５】
前記コントローラ（１４）は、前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）の実際の輝度レベルと、ユーザによって入力された所定の輝度レベルと、の比較を実行することによって、前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）の前記所望の輝度レベルを取得するように構成される、
請求項４に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項６】
前記コントローラ（１４）は、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）からキーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）を決定するように構成され、
前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）のインデックスｍは、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の数ｎに基づいて決定される、
請求項１から５のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項７】
前記コントローラ（１４）は、
ｎが奇数の場合、ｍ＝（ｎ＋１）／２を用いて、または、
ｎが偶数の場合、ｍ＝ｎ／２を用いて、
前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）を決定するように構成され、
ｍは、前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）のインデックスであり、
ｎは、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の数である、
請求項６に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項８】
前記顕微鏡（１０）は、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）が、前記異なる光度レベルに対応する異なる輝度レベルを有するように構成される、
請求項１から７のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項９】
前記異なる光度レベルで記録された前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を結合し、前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）を取得するための結合器（２０）をさらに備える、
請求項１から８のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１０】
前記結合器（２０）は、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９ａ〜１９ｆ）の各々の強度情報を加算し、前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）を取得するように構成される、
請求項９に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１１】
前記結合器（２０）は、連続する低ダイナミックレンジ入力画像（１９ｉ、１９ｊ）の第１の対（１９ｇ）の強度情報を加算し、第１の高ダイナミックレンジ合成画像（２１ａ）を取得するとともに、連続する低ダイナミックレンジ入力画像（１９ｊ、１９ｋ）の第２の対（１９ｈ）の強度情報を加算し、第２の高ダイナミックレンジ合成画像（２１ｂ）を取得するように構成され、
連続する低ダイナミックレンジ入力画像（１９ｉ、１９ｊ）の前記第１の対（１９ｇ）および連続する低ダイナミックレンジ入力画像（１９ｊ、１９ｋ）の前記第２の対（１９ｈ）は、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の共通の低ダイナミックレンジ入力画像（１９ｊ）を備える、
請求項９に記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１２】
トーンマッピング・アルゴリズムを前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）に適用し、トーンマッピングされた画像データ（２３）を取得するためのトーンマッパー（２２）をさらに備え、
前記トーンマッピングされた画像データ（２３）は、前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）のダイナミックレンジと比較して減少したダイナミックレンジを表す、
請求項１から１１のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１３】
前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）に基づいて、ライブ画像（２５）を生成するように構成されるライブストリーミング画像出力モジュール（２４）をさらに備える、
請求項１から１２のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１４】
前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の各々は、デジタル画像である、
請求項１から１３のいずれかに記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１５】
複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）から対象物（１２）の高ダイナミックレンジ合成画像（２１）を取得するための方法であって、前記方法は、
前記対象物（１２）を、異なる光度レベルで顕微鏡（１０）のインコヒーレントな光源（１６）を用いて照明するステップと、
前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を、光学的開口を有する光学画像システム（２８）および前記顕微鏡（１０）の画像センサ（２６）を備える記録装置（１８）を用いて記録するステップであって、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の各々は、異なる光度レベルで記録されるステップと、
複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）が異なる光度レベルでキャプチャされ、複数の記録パラメータの少なくとも１つが一定に保たれるように、前記顕微鏡（１０）の前記記録装置（１８）および前記インコヒーレントな光源（１６）を制御するための制御信号を提供するステップと、
を含み、
前記対象物（１２）の前記照明の前記異なる光度レベルは、光度オフセットによって特徴付けられ、前記光度オフセットは、
Ｉｉ＝Ｉｍ×ＲＨＤＲ｛（ｉ−ｍ）／（ｎ−１）｝
で与えられ、
Ｉｉは、個々の低ダイナミックレンジ入力画像を記録するための前記光度レベルであり、
Ｉｍは、キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）を記録するための前記光度レベルであり、
ｉは、前記個々の低ダイナミックレンジ入力画像のインデックスであり、
ｍは、前記キーフレーム（１９ｃ、１９ｉ）のインデックスであり、
ＲＨＤＲは、所定のダイナミックレンジ係数であり、
ｎは、前記低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の数である、
方法。
【請求項１６】
前記制御信号を提供するステップは、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）をキャプチャする間のフレームレートが一定に保たれる間、前記記録装置（１８）を制御するための制御信号を提供するステップを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記記録パラメータは、露光時間と、前記光学画像システム（２８）の開口と、前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を取得するための前記画像センサ（２６）の感度と、のうちの１つまたは一群であり、一定に保たれる、
請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記異なる光度レベルで記録された前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）を結合し、前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）を取得するステップをさらに含む、
請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
トーンマッピング・アルゴリズムを前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）に適用し、トーンマッピングされた画像データ（２３）を取得するステップをさらに含み、
前記トーンマッピングされた画像データ（２３）は、前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）のダイナミックレンジと比較して減少したダイナミックレンジを表す、
請求項１５から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記高ダイナミックレンジ合成画像（２１）に基づいて、ライブ画像（２５）を生成するステップをさらに含む、
請求項１５から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の低ダイナミックレンジ入力画像（１９）の各々は、デジタル画像である、
請求項１５から２０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の低ダイナミックレンジデジタル入力画像から対象物の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための顕微鏡に関するものである。さらに、本発明は、複数の低ダイナミックレンジデジタル入力画像から対象物の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日では、多くの民生の携帯電話カメラは、ある種の高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）モードを提供し、被写体におけるハイコントラストを処理する。ＨＤＲは、その名前が意味するとおり、より高いダイナミックレンジをデジタル画像に追加することを意図する方法であり、ダイナミックレンジとは、画像内の明対暗の比率である。限られたハードウェア能力でＨＤＲを達成するために、単に１つの画像を撮影する代わりに、ＨＤＲは、通常異なる露光時間または異なる開口または異なる感度（すなわちゲイン）で撮影されるいくつかの画像を用いて、これらを単一画像に結合する。
【０００３】
しかしながら、露光時間を変化させる周知の方法は、画像輝度を調節するためのいくつかの制限を導入する。特に、ＨＤＲ画像を取得するために露光時間を増加させることは、フレームレートの低下を引き起こしうる。さらに、開口を制御する周知の方法が用いられる場合、開口サイズが減少すると、それに応じて画像解像度も減少する。さらに、感度を増加させる周知の方法が用いられる場合、チップノイズが発生し、暗画像上の輝度変動が生じうる。
【０００４】
米国特許第６，７５３，８７６号明細書（ＵＳ６，７５３，８７６Ｂ２）から、照明用のレーザーを用いて、各ピクセルの複数の照明レベルを結合することによって画像ダイナミックレンジを増加させる方法が公知である。それは、浮動小数点の照明を提供し、高ダイナミックレンジ画像を達成する。しかしながら、この周知の方法は、特定の制限を有する。特に、照明測定用のレーザーを用いると、照明システムは、非常に複雑になる。さらに、この種のシステムは、カラー画像システムの使用には困難である。さらに、この種のシステムは、表面処理および表面ファセット角に高感度であり、用途を著しく制限する。さらに、この周知の方法の照明は、ストライプパターンを用いるので、ピクセル結合の困難を増加させる。
【０００５】
米国特許第７，４６０，１６８号明細書（ＵＳ７，４６０，１６８Ｂ２）から、ワイドダイナミックレンジ画像を生成するための画像処理装置が公知である。この周知の概念によれば、ワイドダイナミックレンジ画像は、複数の画像が異なる露光条件で記録されることによって生成される。第１に、適切な露光領域および不十分な露光領域が分けられる。さらに、各画像のグラデーションが実行される。次に、補正が実行され、補正画像を取得する。最後に、単一のワイドダイナミックレンジ画像が構成される。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１２／０２５７０７７号明細書（ＵＳ２０１２／０２５７０７７Ａ１）から、露光時間が制御されるという類似の技術を用いるＨＤＲ画像形成装置が公知である。
【０００７】
上述の従来技術の方法は、露光時間制御方法を用いて、異なる強度の画像を取得し、これらを１つのワイドダイナミックレンジ画像に結合する典型的な例である。実際、露光時間を制御する周知の方法は、技術的に単純であり、使いやすい。しかしながら、従来技術は、画像輝度を調節するための上述の制限を導入する。特に、露光時間を増加し、ＨＤＲ画像を取得することは、フレームレートの変化または低下を引き起こしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、複数の低ダイナミックレンジ入力画像から対象物の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための顕微鏡を特定することであり、この顕微鏡は、単純な構造を有し、画像生成における高い要求を回避することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１の特徴を有する顕微鏡によって、および、請求項１６の特徴を有する方法によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項において特定されている。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、単純な構造において、画像生成における高い要求を回避することができる。なぜなら、対象物が、顕微鏡のインコヒーレントな光源を用いて異なる光度レベルで照明され、複数の低ダイナミックレンジ（ＬＤＲ）入力画像が、光学的開口を有する光学画像システムおよび顕微鏡の画像センサを備える記録装置を用いて記録されるからである。さらに、複数の低ダイナミックレンジ入力画像が異なる光度レベルでキャプチャされ、複数の記録パラメータの少なくとも１つが一定に保たれるように、制御信号は、記録装置および顕微鏡のインコヒーレントな光源を制御するために提供される。それゆえ、画像生成の間、記録装置の記録特性を変更する必要はない。これにより、顕微鏡の単純な構造が可能になり、特に、画像生成における高い要求を回避することができる。
【００１１】
換言すれば、画像取得の記録パラメータを一定に保ちながら、インコヒーレントな光源のための制御信号を変化させるだけで十分となりうる。
【００１２】
好ましくは、コントローラは、複数の低ダイナミックレンジ入力画像をキャプチャする間のフレームレートが一定に保たれる間、記録装置を制御するように構成される。それゆえ、画像生成の間、フレームレートの変化または低下を回避することができる。
【００１３】
記録パラメータが、露光時間と、光学画像システムの開口と、複数の低ダイナミックレンジ入力画像を取得するための画像センサの感度（すなわちゲイン）と、のうちの１つまたは一群であるとき、および、これらの１つまたは一群が一定に保たれる場合、有利である。それゆえ、画像生成の間、露光時間および／または開口を調整するための労力はない。
【００１４】
さらに、有利には、コントローラは、複数の低ダイナミックレンジ入力画像のキーフレームの所望の輝度レベルが取得されるように、記録装置を制御するように構成される。好ましくは、コントローラは、キーフレームの実際の輝度レベルと、ユーザによって入力された所定の輝度レベルと、の比較を実行することによって、キーフレームの所望の輝度レベルを取得するように構成される。それゆえ、画像の記録されたセットのキーフレームの所望の輝度レベルを容易に達成することができる。
【００１５】
さらに、有利には、コントローラは、複数の低ダイナミックレンジ入力画像からキーフレームを決定するように構成され、キーフレームのインデックスｍは、低ダイナミックレンジ入力画像の数ｎに基づいて決定される。好ましくは、コントローラは、
ｎが奇数の場合、ｍ＝（ｎ＋１）／２を用いて、または、
ｎが偶数の場合、ｍ＝ｎ／２を用いて、
キーフレームを測定するように構成され、ｍは、キーフレームのインデックスであり、ｎは、複数の低ダイナミックレンジ入力画像の数である。それゆえ、画像の記録されたセットのキーフレームを容易に決定することができる。
【００１６】
さらに、有利には、顕微鏡は、複数の低ダイナミックレンジ入力画像が、異なる光度レベルに対応する異なる輝度レベルを有するように構成される。それゆえ、対象物の高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）合成画像の生成のための画像の適切なセットを取得することができる。
【００１７】
さらに、有利には、顕微鏡は、対象物の照明の異なる光度レベルが、光度オフセットによって特徴付けられるように構成され、光度オフセットは、
Ｉｉ＝Ｉｍ×ＲＨＤＲ｛（ｉ−ｍ）／（ｎ−１）｝
で与えられ、Ｉｉは、個々の低ダイナミックレンジ入力画像を記録するための光度レベルであり、Ｉｍは、キーフレームを記録するための光度レベルであり、ｉは、個々の低ダイナミックレンジ入力画像のインデックスであり、ｍは、キーフレームのインデックスであり、ＲＨＤＲは、所定のダイナミックレンジ係数であり、ｎは、低ダイナミックレンジ入力画像の数である。それゆえ、対象物の高ダイナミックレンジ合成画像の生成のために用いられる低ダイナミックレンジ入力画像の記録されたセットのための光度オフセットを適切に調整することができる。
【００１８】
さらに、有利には、顕微鏡は、異なる光度レベルで記録された複数の低ダイナミックレンジ入力画像を結合し、高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための結合器をさらに備える。好ましくは、結合器は、低ダイナミックレンジ入力画像の各々の強度情報を加算し、高ダイナミックレンジ合成画像を取得するように構成される。それゆえ、高ダイナミックレンジ合成画像を効率的な方法で生成する第１の可能性が存在する。あるいは、結合器は、連続する低ダイナミックレンジ入力画像の第１の対の強度情報を加算し、第１の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するとともに、連続する低ダイナミックレンジ入力画像の第２の対の強度情報を加算し、第２の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するように構成され、連続する低ダイナミックレンジ入力画像の第１の対および連続する低ダイナミックレンジ入力画像の第２の対は、複数の低ダイナミックレンジ入力画像の共通の低ダイナミックレンジ入力画像を備える。それゆえ、高ダイナミックレンジ合成画像を効率的な方法で生成する第２の可能性が存在する。
【００１９】
さらに、有利には、顕微鏡は、トーンマッピング・アルゴリズムを高ダイナミックレンジ合成画像に適用し、トーンマッピングされた画像データを取得するためのトーンマッパーをさらに備える。トーンマッピングされた画像データは、高ダイナミックレンジ合成画像のダイナミックレンジと比較して減少したダイナミックレンジを表す。それゆえ、画像の非常に暗い領域および非常に明るい領域内の詳細を依然維持する、モニタによって表示される、減少したダイナミックレンジを表すトーンマッピングされた画像データを生成することができる。
【００２０】
好ましくは、顕微鏡は、高ダイナミックレンジ合成画像に基づいて、ライブ画像を生成するように構成されるライブストリーミング画像出力モジュールをさらに備える。
【００２１】
好ましくは、複数の低ダイナミックレンジ入力画像の各々は、デジタル画像である。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、複数の低ダイナミックレンジ入力画像から対象物の高ダイナミックレンジ合成画像を取得する方法が提供される。方法は、対象物を、異なる光度レベルで顕微鏡のインコヒーレントな光源を用いて照明するステップと、複数の低ダイナミックレンジ入力画像を、光学的開口を有する光学画像システムおよび顕微鏡の画像センサを備える記録装置を用いて記録するステップと、複数の低ダイナミックレンジ入力画像が異なる光度レベルでキャプチャされ、複数の記録パラメータの少なくとも１つが一定に保たれるように、顕微鏡の記録装置およびインコヒーレントな光源を制御するための制御信号を提供するステップと、を含む。
【００２３】
この文脈において、ＨＤＲ画像の合成が演算動作に基づくということが明確に指摘される。これは、強度情報がさらなる演算のために用いられない、純粋な抽出動作に基づいて合成を実行することと実際には同一ではない。
【００２４】
画像センサの全領域のすべてのピクセル、または、異なる入力画像内の同一サイズおよび同一位置を有する、画像センサの対応するＲＯＩ（関心）領域のピクセルの強度値がＨＤＲ合成の演算動作のために用いられるということもまた、ここで明確に指摘される。
【００２５】
本発明のさらなる特徴および効果は、添付の図面に関連する実施形態に基づいてさらに詳細に本発明を説明する以下の記載から生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】コントローラ、インコヒーレントな光源および記録装置を備える顕微鏡の概略図を示す。
【図２】結合器、トーンマッパーおよびライブストリーミング画像出力モジュールをさらに備える、図１に従う顕微鏡の概略図を示す。
【図３】記録された低ダイナミックレンジ入力画像から高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための、図１に従う顕微鏡の結合器を示す。
【図４】記録された低ダイナミックレンジ入力画像から第１の高ダイナミックレンジ合成画像および第２の高ダイナミックレンジ合成画像を取得するための、図１に従う顕微鏡の結合器を示す。
【図５】輝度調節のための一実施態様のブロック図を示す。
【図６】高ダイナミックレンジ画像システムの概要の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、コントローラ１４、インコヒーレントな光源１６および記録装置１８を備える顕微鏡１０の概略図を示す。図１に示すように、記録装置１８は、画像センサ２６および光学画像システム２８を備える。光学画像システム２８は、対象物１２を画像センサ２６上に撮像するように構成される。光路は、参照番号３２によって示される。さらに、光学画像システム２８の光軸は、破線３３によって示される。
【００２８】
図１を参照すると、インコヒーレントな光源１６は、異なる光度レベルで対象物１２を照明するように構成される。インコヒーレントな光源１６によって放出される光は、参照番号３０の矢印によって示される。記録装置１８は、対象物１２の複数の低ダイナミックレンジ入力画像を記録するように構成される。特に、低ダイナミックレンジ入力画像の各々は、異なる光度レベルで記録される。さらに図１を参照すると、コントローラ１４は、画像センサ２６を備える記録装置１８に動作可能に結合される。コントローラ１４は、複数の低ダイナミックレンジ入力画像を取得するための記録特徴が一定に保たれるように、記録装置１８を制御するように構成される。例えば、記録特徴は、フレームレート、露光時間および／または開口である。
【００２９】
図１の顕微鏡１０は、記録された低ダイナミックレンジ入力画像に基づいて、対象物１２の高ダイナミックレンジ合成画像を生成するように構成される。特に、高ダイナミックレンジ合成画像のダイナミックレンジは、記録された低ダイナミックレンジ入力画像のダイナミックレンジより高い。ダイナミックレンジは、それぞれの画像において、最高強度値と最低強度値との比として定義される。例えば、高ダイナミックレンジ合成画像は、１６ビットのダイナミックレンジを有し、一方、記録された低ダイナミックレンジ入力画像は、８ビットのダイナミックレンジを有する。複数の低ダイナミックレンジ入力画像は、異なる光度レベルに対応する異なる輝度レベルを有する。さらに、記録された低ダイナミックレンジ入力画像は、同一の対象物１２の異なる画像を表す。
【００３０】
図１に示すように、顕微鏡１０は、制御ループの構成要素３４、３６、３８をさらに備える。特に、制御ループは、画像取得モジュール３４、画像輝度計算モジュール３６および光度調整モジュール３８を含む。画像取得モジュール３４は、画像センサ２６によって記録される画像を提供するように構成される。画像輝度計算モジュール３６は、画像取得モジュール３４により提供される画像の輝度情報を計算するように構成される。光度調整モジュール３８は、画像輝度計算モジュール３６によって計算される輝度情報に基づいて、インコヒーレントな光源１６によって生成される光の光度レベルを調整するように構成される。それゆえ、構成要素３４、３６、３８を備える制御ループによって、画像センサ２６によって記録された画像に依存して、インコヒーレントな光源１６を制御することができる。
【００３１】
換言すれば、本発明は、図１に示すような輝度調節システムを提供する。このシステムは、対象物の画像を電子信号に変換するための画像センサ２６を含む。光学システム２８は、対象物画像をセンサ２６上に形成する。参照番号１２は、検出される対象物を示す。対象物からの反射光は、光学システムによって収集される。照明装置１６は、対象物１２を照明するために用いられる。画像取得モジュール３４は、センサから画像を受け取り、必要な画像前処理を実行するために用いられる。画像輝度計算モジュール３６は、画像を分析し、現在画像の輝度を計算するために用いられる。光度調整モジュール３８は、画像輝度計算モジュール３６において取得された対象物の輝度に従って照明装置１６を制御するために用いられる。
【００３２】
図２は、結合器２０、トーンマッパー２２およびライブストリーミング画像出力モジュール２４をさらに備える、図１に従う顕微鏡１０の概略図を示す。図２において、図１に従う顕微鏡１０で取得された複数の低ダイナミックレンジ入力画像は、参照番号１９によって示される。結合器２０は、異なる光度レベルで記録された複数の低ダイナミックレンジ（ＬＤＲ）入力画像１９を結合し、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）合成画像２１を取得するように構成される。トーンマッパー２２は、トーンマッピング・アルゴリズムを高ダイナミックレンジ合成画像２１に適用し、トーンマッピングされた画像データ２３を取得するように構成される。特に、トーンマッピングされた画像データ２３は、高ダイナミックレンジ合成画像２１のダイナミックレンジと比較して、減少したダイナミックレンジを表す。ライブストリーミング画像出力モジュール２４は、トーンマッパー２２により提供されるトーンマッピングされた画像データ２３に基づいて、ライブ画像２５を生成するように構成される。ライブストリーミング画像出力モジュール２４によって出力されるライブ画像２５は、モニタによって表示される。それゆえ、高ダイナミックレンジ合成画像２１のダイナミックレンジは、減少されるので、ライブ画像２５は、直ちにモニタによって表示可能であり、画像の非常に暗い領域および非常に明るい領域内の詳細を依然表示することができる。
【００３３】
図３は、記録された低ダイナミックレンジ入力画像１９から高ダイナミックレンジ合成画像２１を取得するための、図１に従う顕微鏡１０の結合器２０を示す。記録された低ダイナミックレンジ入力画像１９は、図１に示される顕微鏡１０の記録装置１８で取得された複数の低ダイナミックレンジ入力画像に対応する。図３の例において、記録された低ダイナミックレンジ入力画像１９は、６つの低ダイナミックレンジ入力画像１９ａ〜１９ｆを備える。これらの６つの低ダイナミックレンジ入力画像１９ａ〜１９ｆは、図１に示される顕微鏡１０のインコヒーレントな光源１６によって調整される異なる光度レベルに対応する異なる輝度レベルを有する。特に、図３に示される入力画像１９ａ〜１９ｆは、増加する輝度レベルを有し、第１の入力画像１９ａは、最低輝度レベルを有し、最後の入力画像１９ｆは、最高輝度レベルを有する。さらに、輝度レベルは、入力画像１９ａ〜１９ｆのセットの連続画像間において所定量で増加する。結合器２０は、低ダイナミックレンジ入力画像１９ａ〜１９ｆの各々の強度情報を加算し、高ダイナミックレンジ合成画像２１を取得するように構成される。強度情報は、それぞれの入力画像１９ａ〜１９ｆ内のピクセルの強度値に対応する。結合器２０によって出力される合成画像２１は、加算された強度情報によって特徴付けられ、入力画像１９ａ〜１９ｆと比較して高いダイナミックレンジを有する。それゆえ、図３の例は、ＨＤＲ画像の合成を表す。
【００３４】
換言すれば、画像合成モジュールに入力され、または、画像合成モジュールから生成される一連の画像が図３に示される。画像１９ａ〜１９ｆのセットは、対象物が照明装置の異なる光度下で照明された状態でキャプチャされる。次に、高ダイナミックレンジ画像２１は、画像１９ａ〜１９ｆのセットから特別な画像合成アルゴリズムにより合成される。
【００３５】
図４は、記録された低ダイナミックレンジ入力画像１９ｉ、１９ｊ；１９ｊ、１９ｋ；・・・；１９ｑ、１９ｒから第１の高ダイナミックレンジ合成画像２１ａおよび第２の高ダイナミックレンジ合成画像２１ｂを取得するための、図１に従う顕微鏡１０の結合器２０を示す。記録された低ダイナミックレンジ入力画像１９ｉ、１９ｊ；１９ｊ、１９ｋ；・・・；１９ｑ、１９ｒは、図１に示される顕微鏡１０の記録装置１８で取得された複数の低ダイナミックレンジ入力画像に対応する。図４の例において、２つの連続する低ダイナミックレンジ入力画像１９ｉおよび１９ｊ、１９ｊおよび１９ｋ、・・・、１９ｑおよび１９ｒがそれぞれ存在する。特に、それぞれの２つの連続する入力画像１９ｉおよび１９ｊ、１９ｊおよび１９ｋ、・・・、１９ｑおよび１９ｒは、図１に示される顕微鏡１０のインコヒーレントな光源１６によって調整される異なる光度レベルに対応する異なる輝度レベルを有する。図４の例において、連続する低ダイナミックレンジ入力画像１９ｉ、１９ｊの第１の対１９ｇおよび連続する低ダイナミックレンジ入力画像１９ｊ、１９ｋの第２の対１９ｈが存在する。第１の対１９ｇの第１の入力画像１９ｉは、比較的高い輝度レベルを有し、一方、第１の対１９ｇの第２の入力画像１９ｊは、比較的低い輝度レベルを有する。さらに、第２の対１９ｈの第１の入力画像１９ｊは、比較的低い輝度レベルを有し、一方、第２の対１９ｈの第２の入力画像１９ｋは、比較的高い輝度レベルを有する。特に、第１の対１９ｇおよび第２の対１９ｈは、比較的低い輝度レベルを有する共通の低ダイナミックレンジ入力画像１９ｊを備える。
【００３６】
図４に示すように、結合器２０は、第１の結合ユニット２０ａおよび第２の結合ユニット２０ｂを備える。第１の結合ユニット２０ａは、連続する低ダイナミックレンジ入力画像１９ｉ、１９ｊの第１の対１９ｇの強度情報を加算し、第１の高ダイナミックレンジ合成画像２１ａを取得するように構成され、一方、第２の結合ユニット２０ｂは、連続する低ダイナミックレンジ入力画像１９ｊ、１９ｋの第２の対１９ｈの強度情報を加算し、第２の高ダイナミックレンジ合成画像２１ｂを取得するように構成される。この手順は、入力画像１９ｉ〜１９ｒの全部のセットのためにもまた、それに応じて繰り返すことができる。特に、結合ユニット２０ａ〜２０ｉは、高ダイナミックレンジ合成画像２１ａ〜２１ｉの対応するセットを取得するために使用可能である。それゆえ、図４の例は、明画像および暗画像の交互のストリームがＨＤＲ画像のストリームの合成のために用いられることを表す。
【００３７】
換言すれば、交互に生ずる明画像プラス暗画像および暗画像プラス明画像から合成されるライブ画像ストリーミングを生成する概念が図４に示される。第１に、明画像１９ｉは、暗画像１９ｊと結合され、第１のＨＤＲ画像２１ａを生成する。次に、暗画像１９ｊは、明画像１９ｋと結合され、第２のＨＤＲ画像２１ｂを生成する。このプロセスは、必要に応じて繰り返される。この合成プロセスを交互に繰り返すことによって、一連のＨＤＲ画像が生成される。この方法を用いて、標準的なライブ画像の速度と同程度に高速に、ＨＤＲライブ画像ストリームを作成することができる。
【００３８】
図５は、輝度調節のための実施態様１００を示す。図５の実施態様１００は、構成要素４０〜６４を備える。構成要素４０〜６４は、輝度調節の実施態様１００の方法ステップを表す。輝度調節の実施態様１００は、図１に示される顕微鏡１０で実行される。
【００３９】
ステップ４０において、画像センサ２６および光学画像システム２８を含む記録装置の露光時間、開口および感度の設定が実行される。ステップ４１において、後述されるルーチンのための出発値として用いられる照明制御パラメータのデフォルト値が設定される。ステップ４２において、周期的画像カウンタが、入力画像を１からｎまで計数するために用いられ、ｎは、単一の結果として生じるＨＤＲ画像を計算するために用いられるＬＤＲ画像の最大数である。ＬＤＲ入力画像の数に対応する最大数ｎに到達するとき、カウンタは、リセットされる。ステップ４４において、入力画像がキーフレームか否かが調べられる。ステップ４６において、インコヒーレントな光源のための照明制御パラメータの設定が実行される。ステップ５０において、画像取得が実行される。ステップ５２において、取得画像がキーフレームか否かが調べられる。ステップ４２〜５２は、入力画像を取得するためのエンドレスループを表す。特に、これらのステップは、ＨＤＲライブ画像機能がアクティブな限り、エンドレスループを表す。ステップ４４において調べられる条件が満たされる場合にのみ、ステップ４６から開始するステップは実行される。その他の場合、ステップ４８が実行される。ステップ４８において、オフセットの照明制御パラメータが設定される。ステップ５２において調べられる条件が満たされる場合、ステップ５４から開始する次のステップが実行される。ステップ５４において、キーフレーム画像の輝度計算が実行される。ステップ５６において、ユーザ入力が実行される。ステップ５８において、予め設定された画像輝度の入力が実行される。ステップ６０において、現在のキーフレームの輝度と予め設定された輝度との比較が実行される。ステップ６２において、予め設定された輝度を満足する条件が満たされるか否かが調べられる。この条件が満たされない場合、ステップ６４において、新規な照明制御パラメータの計算が実行される。
【００４０】
キーフレームは、ユーザによって設定される所望の輝度レベルを有するべきである個々のフレームとして定義される。キーフレームのインデックスｍは、記録された入力画像の数ｎに基づいて決定される。
【００４１】
図５の輝度調節の実施態様１００において、ステップ４０が実行され、画像システムの適切な露光時間および感度を設定するので、システムは、最適性能、例えば高いフレームレートおよび低い信号対雑音比等によって動作することができる。次に、ステップ４２が実行され、画像インデックスを１からｎまで周期的に走査する。インデックスは、入力ごとに１増加し、最大値ｎを超えると１に戻る。現在画像が、ステップ４４において調べられたようにキーフレーム（ｍ）の場合、ステップ４６に進み、キーフレーム（ｍ、ｍ＜ｎ）の以前の輝度の計算結果に従って、照明制御パラメータを設定する。さもなければ、ステップ４８が実行され、照明制御パラメータを、露光過多または露光不足の画像キャプチャリングに必要なオフセット輝度に従って設定する。ステップ５０が実行され、新規な光度が設定された後、画像を取得する。現在画像がキーフレーム（ｍ）でない場合、シーケンスはステップ４２から繰り返される。さもなければ、シーケンスは、キーフレームの輝度計算のためのステップ５４に続く。次に、ステップ６０が実行され、現在画像の輝度結果と、ステップ５６および５８によって設定されたターゲット値と、の間の比較が行われる。輝度がターゲット輝度レベルに到達しない場合、ステップ６４が実行され、新規な照明装置の輝度調節パラメータを計算および更新し、次に、ステップ４２等のシーケンスを繰り返す。
【００４２】
図５を参照すると、画像輝度調節方法を用いて、入力画像のセットが、最適光度において確実にキャプチャされる。以下、制御手順が例示的に記載される。第１に、カメラのための予め設定された輝度値の設定が実行される。特に、ユーザは、画像輝度を好適な値（すなわち１００、２４０、・・・）に調節してもよい。次に、キーフレーム画像の全領域または関心領域（ＲＯＩ）の平均輝度が計算される。次に、キーフレームの輝度は、設定値と比較され、差が取得される。次に、輝度の差に基づいて、キーフレームのための新規な照明制御パラメータが計算される。次に、キーフレームの照明制御パラメータに基づいて、後続の画像フレームは、照明パラメータに対応するように、必要な露光不足または露光過多のオフセットを用いて取得可能である。次に、後続フレームの照明制御パラメータは、照明装置１６に適用され、光度はそれに応じて調整される。次に、後続の画像フレームは、新規な照明条件下で取得される。上述した制御手順の第２のステップから開始し、同制御手順のすべてのステップを含む繰り返しループは、画像輝度が一定に保たれるように行われ、一連の照明環境は、キャプチャされた画像のために提供され、照明環境のいくつかは、露光過多照明、キーフレーム照明および露光不足照明を含む。
【００４３】
さらに、照明制御オフセットの設定は、対象物の照明条件に従って決定可能である。以下は、照明制御オフセットを決定するのに用いられる例示的プロセスである。特に、ｎ個（ｎ≧２）の入力画像が、ＨＤＲ画像合成のために必要である。しかしながら、入力画像の数は、計算量を比例して増加させるほど大きくすべきでない。ｎの値が大きいほど、照明のために提供される光度は高くなる。キーフレームは、輝度計算のために選択されるフレームである。これは、輝度計算のための計算量を減少し、輝度の一定性を改善し、瞬間的な輝度調節を提供する。キーフレームを用いて照明パラメータを調整するので、露光過多が少なく、良好な信号対雑音比を有するフレームを用いることが必要である。例えば、インデックスｍを有するキーフレームは、以下のように選択される。
ｍ＝（ｎ＋１）／２（ｎが奇数の場合）
ｍ＝ｎ／２（ｎが偶数の場合）
【００４４】
ダイナミックレンジ係数ＲＨＤＲは、予め設定されたパラメータである。ダイナミックレンジ係数ＲＨＤＲは、画像取得に用いられる照明の全範囲比率のために定められる。各フレームｉのための照明オフセットは、以下で決定される。
Ｉｉ＝Ｉｍ×ＲＨＤＲ｛（ｉ−ｍ）／（ｎ−１）｝
Ｉｉは、ｉ番目フレームの画像をキャプチャするための照度パラメータであり、Ｉｍは、キーフレーム画像をキャプチャするための照度パラメータである。
【００４５】
図６は、高ダイナミックレンジ画像システム２００の概要の概略図を示す。図６には、本発明の顕微鏡１０のためのデジタル画像システムの基本構造の一例が示される。高ダイナミックレンジ画像システム２００は、構成要素６６〜７８を備える。構成要素６６は、対象物を照明するための照明装置を表す。構成要素７２は、試験される対象物を表す。構成要素６８は、ユーザが快適な画像輝度を決定するための輝度値入力を表す。構成要素７０は、現在画像の輝度を計算し、照明装置を制御し、画像輝度がターゲット値を確実に満たすための輝度調節モジュールを表す。このモジュールを用いて、露光不足および露光過多の画像キャプチャのための照明装置６６の輝度のオフセットもまた制御する。特に、構成要素７０は、図５の輝度調節プロセスのために用いられる。構成要素７４は、画像形成光学システム、画像センサ、カメラおよびカメラの電子システムを備える画像キャプチャモジュールを表す。画像キャプチャモジュール７４の鍵となる特徴は、後処理および視覚化のための画像を送出することである。構成要素７６は、画像キャプチャモジュール７４によってキャプチャされた入力画像のセットを、より広いダイナミックレンジを有する画像に合成するのに用いられる画像合成モジュールを表す。構成要素７８は、画像合成モジュール７６から受け取られた静止画像またはライブ画像を表示するのに用いられる画像出力モジュールを表す。具体的には、構成要素７６は、対象物の高ダイナミックレンジ合成画像を生成するために用いられる。
【００４６】
要約すると、本発明の顕微鏡のデジタル画像システムは、照明装置制御モジュール、画像キャプチャモジュール、画像融合モジュールおよびライブストリーミング画像出力モジュールを備える。照明装置制御モジュールは、光度を自動制御し、異なる対象物に対してターゲット画像輝度に確実に到達することができる。画像キャプチャモジュールは、同一の対象物を撮像することによって異なる光度を有する入力画像のセットを取得することができる。画像融合モジュールは、異なる光度の入力画像のセットから、合成画像を生成する。ライブストリーミング画像出力モジュールは、画像キャプチャモジュールからの異なる光度を有するキャプチャ画像のセットによって生成される合成画像に基づいて、ＨＤＲライブ画像を生成する。
【００４７】
具体的には、本発明は、高速のＨＤＲ取得のための照度の変調を提供する。さらに、本発明は、異なる光度レベルでキャプチャされた複数の画像を合成することによって、画像またはライブ画像のダイナミックレンジを増加する方法を提供する。
【００４８】
顕微鏡法においてＨＤＲ画像を生成するための本発明は、照明装置からの光度を制御することに基づく。本発明によれば、ＨＤＲシーケンスは、露光時間の変化を用いるより高速である。なぜなら、カメラまたは記録装置は、異なる露光時間を設定する必要はないからである。それゆえ、顧客は、明るく光る対象物に集中し、詳細がこれらの領域内に見られることを確認することができる。暗い領域内の詳細は、本発明のＨＤＲ−ＬＥＤ方法を用いて容易に追加することができる。標準的な写真撮影では、光度の制御は通常不可能である。なぜなら、日光または場面の全体輝度を変更することができないからである。しかしながら、本発明は、ＬＥＤの光度を制御し、暗い領域内および明るい領域または光る領域内の詳細を有する一連の画像を作成することが可能になる、または、少なくとも非常により容易であるという顕微鏡法における利点を提供する。
【００４９】
本発明の顕微鏡において、記録装置は、低ダイナミックレンジ入力画像を記録するためのピクセルの二次元領域を有する画像センサを備えてもよい。さらに、記録装置は、可変開口を有する光学画像システムを備えてもよい。さらに、インコヒーレントな光源は、対象物に均一の照明を出力するための発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよい。さらに、検出される対象物は、電子回路でもよい。
【００５０】
本発明を用いて、特定の照度下でそれぞれキャプチャされた一連の画像を取得することができる。ローカルトーンマッピング・アルゴリズムは、画像のセットを広いダイナミックレンジを有する１つの画像に合成するために適用可能である。
【００５１】
さらに、本発明は、交互の合成方法に基づいて生成されるライブＨＤＲ画像を提供する。フレームｉは、例えば、画像ｉ、ｉ＋１、・・・、ｉ＋ｎ−１から生成される。この交互の合成方法を用いて、標準的なライブ画像の速度にほとんど到達する非常に高速なＨＤＲライブ画像ストリームを作成することができる。
【００５２】
いくつかの態様が装置の文脈において記載されてきたが、これらの態様は、対応する方法の説明をも表すことが明白であり、この場合、ブロックまたは装置は、方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法ステップの文脈において記載されている態様は、対応するブロックまたは項目の説明または対応する装置の特徴をも表す。
【符号の説明】
【００５３】
１０    顕微鏡
１２    対象物
１４    コントローラ
１６    インコヒーレントな光源
１８    記録装置
１９、１９ａ〜１９ｆ、１９ｉ〜１９ｒ    低ダイナミックレンジ入力画像
１９ｇ、１９ｈ    低ダイナミックレンジ入力画像の対
２０、２０ａ〜２０ｉ    結合器
２１、２１ａ〜２１ｉ    高ダイナミックレンジ合成画像
２２    トーンマッパー
２３    トーンマッピングされた画像データ
２４    ライブストリーミング画像出力モジュール
２５    高ダイナミックレンジライブ画像
２６    画像センサ
２８    光学画像システム
３０    光
３２    光路
３３    光軸
３４、３６、３８    制御ループ構成要素
４０〜６４    輝度調節の実施態様の構成要素
６６〜７８    高ダイナミックレンジ画像システムの構成要素
１００    輝度調節の実施態様
２００    高ダイナミックレンジ画像システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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