Формирователь изображения

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается конструкции цифрового формирователя панорамного изображения состыкованием снимков его участков. Технический результат заключается в повышении точности взаимоположения участков сканируемого изображения. Формирователь изображения содержит сканирующий микроскоп, оснащенный цифровой фотокамерой, контроллер, блок формирования изображения, блок индикации и хранения изображения, блок памяти участков изображения, корреляционный анализатор и блок памяти координат участков изображения. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается конструкции цифрового формирователя панорамного изображения состыковыванием снимков его участков.

Известен формирователь изображения, содержащий источник светового излучения, сканирующее устройство, оснащенное узлом отклонения светового излучения и считывания оптического сигнала для поочередной съемки участков исследуемого объекта, и блок индикации (RU 2003124578, G02B 26/10, B41J 2/44, 2005). Для увеличения площади сканирования узел отклонения светового излучения и считывания оптического сигнала выполнен многолучевым (US 20050094234, G02B 26/08, 2005; US 20050018268, G02B 26/08, 2005)

Известен также формирователь изображения, содержащий источник оптического излучения, блок контроля, выполненный, например, на базе электронно-лучевой трубки, блок отклонения, двухкоординатный блок оптоэлектронных преобразователей, включающий координатно-управляемые видеокамеры, логический блок управления, управляемый коммутатор, систему полупрозрачных зеркал и координатный блок памяти (RU 2098865, G06K 9/20, H04N 5/30, 7/18).

Однако данные устройства является сложными в изготовлении и эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому является формирователь изображения, содержащий сканирующий микроскоп, оснащенный цифровой фотокамерой, контроллер, первый выход которого подключен к управляющему входу сканирующего микроскопа, блок формирования изображения и блок индикации и хранения изображения, подключенный к выходу блока формирования изображения (US 20040170312, G06K 9/00, 9/36, 2004).

Однако при использовании данного формирователя имеет место накопление ошибки неточного расположения участков сканирования под действием различных возмущений (люфтов движения моторизованного стола сканирующего микроскопа, вибрации и пр.).

Технической задачей изобретения является повышение точности взаимоположения участков сканируемого изображения.

Решение указанной технической задачи заключается в том, что в конструкцию формирователя изображения, содержащего сканирующий микроскоп, оснащенный цифровой фотокамерой, контроллер, первый выход которого подключен к управляющему входу сканирующего микроскопа, блок формирования изображения и блок индикации и хранения изображения, подключенный к выходу блока формирования изображения, вносятся следующие изменения:

1) формирователь дополнительно оснащен блоком памяти участков изображения, корреляционным анализатором и блоком памяти координат участков изображения;

2) выход фотокамеры подключен к входу блока памяти участков изображения;

3) первый выход блока памяти участков изображения подключен к первому информационному входу корреляционного анализатора;

4) второй выход блока памяти участков изображения подключен к второму информационному входу корреляционного анализатора;

5) координатный выход сканирующего микроскопа соединен с первым координатным входом корреляционного анализатора;

6) выход блока памяти координат соединен с вторым координатным входом корреляционного анализатора;

7) информационный выход корреляционного анализатора подключен к входу блока формирования изображения;

8) координатный выход корреляционного анализатора подключен к информационному входу блока памяти координат;

9) первый управляющий вход блока памяти участков изображения связан с первым выходом контроллера;

10) второй выход контроллера соединен с вторым управляющим входом блока памяти участков изображения и с управляющим входом блока памяти координат.

Причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым повышением точности состыковки участков формируемого изображения состоит во введении поправок координат каждого участка сканирования из расчета взаимоположения его с соответствующим базовым участком. Эта функция выполняется с помощью корреляционного анализатора, вычисляющего взаимокорреляционную функцию нескольких вариантов взаимного расположения сканируемых фрагментов областей перекрытия анализируемого и базового участков изображения.

В конструкции предлагаемого формирователя изображения может использоваться любой сканирующий корреляционный анализатор, позволяющий вычислять значения взаимокорреляционной функции входных цифровых сигналов значений интенсивности оптического изображения сравниваемых пикселей фрагментов областей перекрытия анализируемого и базового участков изображения. Корреляционный анализатор, блоки памяти и блок формирования изображения могут быть выполнены на базе ЭВМ. Возможно выполнение корреляционного анализатора согласно RU 2171499, G06T 5/00, 5/40, G06K 9/00, 9/62, 9/68, 9/70, 2001.

Наиболее целесообразно выполнение корреляционного анализатора с возможностью определения смещения координат анализируемого участка изображения под действием возмущений и передачи соответствующего исправленного по расположению изображения анализируемого участка в блок формирования изображения из расчета

где R - корреляционная функция анализируемого и базового участков изображения;

τ - координата смещения анализируемого участка относительно базового;

f_n(t) и f_m(t) - значения функции интенсивности сигнала изображения в сравниваемых точках сканирования анализируемого (n) и базового (m) участков изображения;

t - координата точки сканирования n-участка;

k - количество точек внутри сравниваемых областей пит.

Во взаимокорреляционной функции (1) искомая векторная координата смещения участков m и n задана в неявном виде. Она определяется по минимальному значению R (τ).

В качестве контроллера может использоваться ступенчатый импульсный прерыватель, таймер или иной прибор, задающий циклограмму работы устройства.

На чертеже приведена блок-схема формирователя изображений.

Формирователь изображения содержит сканирующий микроскоп 1, оснащенный моторизованным предметным столом 2, цифровой фотокамерой 3, контроллер 4, первый выход которого подключен к управляющему входу сканирующего микроскопа 1, блок 5 формирования изображения и блок 6 индикации и хранения изображения, подключенный к выходу блока 5 формирования изображения, блок 7 памяти участков изображения, корреляционный анализатор 8 и блок 9 памяти координат участков изображения. Выход фотокамеры 3 подключен к входу блока 7 памяти участков изображения, первый выход блока 7 памяти участков изображения подключен к первому информационному входу корреляционного анализатора 8, второй выход блока 7 памяти участков изображения подключен к второму информационному входу корреляционного анализатора 8, координатный выход сканирующего микроскопа 1 соединен с первым координатным входом корреляционного анализатора 8, выход блока 9 памяти координат соединен с вторым координатным входом корреляционного анализатора 8, информационный выход корреляционного анализатора 8 подключен к входу блока 5 формирования изображения, координатный выход корреляционного анализатора 8 подключен к информационному входу блока 9 памяти координат, первый управляющий вход блока 7 памяти участков изображения связан с первым выходом контроллера 4, а второй выход контроллера 4 соединен с вторым управляющим входом блока 7 памяти участков изображения и с управляющим входом блока 9 памяти координат.

Формирователь изображения работает следующим образом. Контроллер 4 задает циклограмму работы формирователя изображений. С первого выхода контроллера 4 подается управляющий сигнал выбора текущего участка n изображения. Этот сигнал, поступив к управляющему входу сканирующего микроскопа 1, дает команду на перемещение предметного стола 2 последнего с исследуемым объектом в позицию микроскопирования n-участка с исходными n-координатами. Одновременно, поступив на управляющий вход блока 7 памяти участков изображения, этот сигнал дает команду на запись n-участка изображения в блок 7 от фотокамеры 3 сканирующего микроскопа 1 и передачи снимка n-участка от первого выхода блока 7 к первому информационному входу корреляционного анализатора 8. На втором выходе контроллера 4 формируется сигнал m координат базового участка, имеющего с n-участком перекрывающиеся области, используемые для сравнения и выравнивания взаиморасположения участков m и n. Сигнал m, поступив с второго выхода контроллера 4 к управляющим входам блока 7 памяти участков изображения и блока 9 памяти координат участков изображения, управляет передачей снимка m-участка изображения от второго выхода блока 7 к второму информационному входу корреляционного анализатора 8. При этом сигнал m, поступив с второго выхода контроллера 4 на управляющий вход блока 9 памяти координат, управляет выдачей блоком 9 координат m-участка на первый координатный вход корреляционного анализатора 8. На второй координатный вход корреляционного анализатора 8 поступает сигнал обратной связи положения моторизованного предметного стола 2 сканирующего микроскопа 1, несущий информацию о текущих координатах n-участка.

Корреляционный анализатор 8 в данном примере производит расчет взаимокорреляционной функции 1 сканированием и попиксельным сравнением освещенностей в нескольких вариантах виртуального взаимоположения общих зон перекрываемых областей n- и m-участков. Координаты n-участка, соответствующие минимальному значению взаимокорреляционной функции (1) с координатного выхода корреляционного анализатора 8, являются скорректированными в отношении возможного сдвига заданного n-участка изображения. Они передаются на вход блока 9 памяти координат для последующего использования в качестве координат m-участка при последующем соответствующем цикле сканирования. В этот момент скорректированный по положению снимок n-участка передается с информационного выхода кореляционного анализатора 8 на вход блока 5 формирования изображения и записывается в соответствующих регистрах этого блока. Далее циклы работы формирователя изображения повторяются. По мере записи скорректированных снимков n-участков блок 5 формирует на своем выходе все более полное скорректированное изображение сканируемой области микроскопируемого объекта, которое поступает на вход блока 6 для индикации сканируемого изображения и его сохранения для использования по соответствующему запросу.

Использование предлагаемого устройства на базе сканирующих микроскопов "Биолам-М" и "МКД-М" позволяет точно совмещать границы стыкуемых участков панорамного изображения и исключить накопление систематической ошибки, связанной с неидеальностью перемещения предметного стола, тогда как в отсутствие формирователя изображений наблюдались перехлесты стыкуемых участков.

Формирователь изображения, содержащий сканирующий микроскоп, оснащенный цифровой фотокамерой, контроллер, первый выход которого подключен к управляющему входу сканирующего микроскопа, блок формирования изображения и блок индикации и хранения изображения, подключенный к выходу блока формирования изображения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок памяти участков изображения, корреляционный анализатор и блок памяти координат участков изображения, при этом выход фотокамеры подключен к входу блока памяти участков изображения, первый выход блока памяти участков изображения подключен к первому информационному входу корреляционного анализатора, второй выход блока памяти участков изображения подключен ко второму информационному входу корреляционного анализатора, координатный выход сканирующего микроскопа соединен с первым координатным входом корреляционного анализатора, выход блока памяти координат соединен со вторым координатным входом корреляционного анализатора, информационный выход корреляционного анализатора подключен к входу блока формирования изображения, координатный выход корреляционного анализатора подключен к информационному входу блока памяти координат, первый управляющий вход блока памяти участков изображения связан с первым выходом контроллера, а второй выход контроллера соединен со вторым управляющим входом блока памяти участков изображения и с управляющим входом блока памяти координат.

2. Формирователь изображения по п.1, отличающийся тем, что корреляционный анализатор выполнен с возможностью определения смещения координат анализируемого участка изображения под действием возмущений и передачи соответствующего исправленного по расположению изображения анализируемого участка в блок формирования изображения из расчета

где R - корреляционная функция анализируемого и базового участков изображения;

τ - координата смещения анализируемого участка относительно базового;

f_n(t) и f_m(t) - значения функции интенсивности сигнала изображения в сравниваемых точках сканирования анализируемого (n) и базового (m) участков изображения;

t - координата точки сканирования n-участка;

k - количество точек внутри сравниваемых областей n и m.