WO1994000752A1 - Image processing arrangement - Google Patents

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WO1994000752A1
WO1994000752A1 PCT/DE1993/000537 DE9300537W WO9400752A1 WO 1994000752 A1 WO1994000752 A1 WO 1994000752A1 DE 9300537 W DE9300537 W DE 9300537W WO 9400752 A1 WO9400752 A1 WO 9400752A1
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WO
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image data
recording
sample
arrangement according
recording device
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PCT/DE1993/000537
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Reinhard Braeuer
Hans Helma
Josef Hoffmann
Bodo Luebbe
Rainer Ochs
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/4493—Type of detector with image intensifyer tube [IIT]

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a video camera system having a recording device and a controller for scanning a sample emitting photons, which induce charges on a light-sensitive converter layer of the recording device, from which an electrical signal is generated during the scanning process, between the sample and the recording device is arranged optical means, means for generating digital image data from the electrical signal, means for accumulating the image data and a display device for displaying an image corresponding to the image data.
  • the invention relates to an image processing system.
  • chemiluminescence is the emission of "cold light", which is emitted as a result of a chemical reaction of excited atoms or molecules.
  • a special type of chemiluminescence is bioluminescence, in which the light comes from the substrate's own enzyme-catalytically excited substrates.
  • Luciferase are enzymes that are capable of effective bioluminescence formation. The practical uses of the Luciferase gene from the North American firefly are of great importance.
  • genetic engineering genetic information, e.g. B. for the production of high-quality pharmaceutical products, built into the DNA of the host organism together with luminescence genes, so that the successfully changed cells via the Easy identification of luminescence excitation and possible separation.
  • an image processing device with means for recording an image of this sample is known from European patent application 0 404 568.
  • the sample is first illuminated by an illumination source, the reflected light is recorded, finally digitized and the image data is stored in a configuration memory. Then the illumination source is switched off, the weak light emitted by the sample is scanned in a so-called "photo counting mode" of the image recording means, digitized and fed via an adder accumulation means. The accumulated image data are fed back to the adder on the one hand and on the one hand superimposed on the image data of the configuration memory. Finally, the superimposed image data are supplied to display means for displaying an image corresponding to this image data.
  • this known device is the representation of dimly glowing
  • the present invention has for its object to provide an arrangement of the type mentioned with improved image quality.
  • This object is achieved in that the receiving device can be controlled in such a way that the charges are not scanned during predefinable time intervals, as a result of which the charges accumulate on the converter layer.
  • the recording device has a recording tube with a photoconductive layer that can be scanned with an electron beam.
  • the recording device is provided with a semiconductor sensor device with photosensitive picture elements, for. B. a device of the type CCD (Charged Coupled Device) which can be scanned via control signals.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the accumulation of the charge on the converter layer during predefinable time intervals brings about an improvement in the signal-to-noise ratio, that is to say an increase in the ratio of the signal voltage to the noise voltage.
  • the predefinable time intervals during which the charges are accumulated (integrated) on the converter layer of the recording device are between 20 msec and 10 minutes.
  • the signal-to-noise ratio improves by a factor that is proportional to the root of this integration time.
  • a further improvement in the signal-to-noise ratio is achieved in that the means for accumulating the image data
  • an image intensifier e.g. B. the type XX1382 from Philips, required, which, in contrast to known arrangements with two-stage image intensifiers, prevents a loss of resolution.
  • An image processing system is advantageously provided with the arrangement according to the invention, the video camera system being arranged on a dark room in such a way that the chemiluminescence or fluorescence of a sample deposited on a shelf of the dark chamber is made possible.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of an image processing arrangement
  • Figure 2 is a schematic representation of components of a video camera system
  • Figure 3 means for accumulating digital image data
  • Figure 4 an image processing system.
  • VK denotes a video camera system of an image processing arrangement.
  • This video camera system VK has a recording camera AR with a recording tube, e.g. B. from the Saticon type from Heimann, a one-stage image intensifier BV, a camera control KS and optical means OM with an iris that is opened or closed manually or controlled with electrical and mechanical means, not shown here.
  • a receiving tube e.g. B. a CCD semiconductor sensor can be used.
  • the recording camera AR forms a photon counting camera known per se, which has a converter layer, not shown here, to which the photons of a weakly illuminating sample reach. These photons induce charges, which a scanning process, also not shown here, converts into an analog signal.
  • the camera control KS carries its analog output signal Sa from an evaluation and graphics unit CP of a computer provided with a processor
  • RE which digitizes the signal, accumulates the digitized image data and displays it on a display device provided with a screen BS and a printer DR.
  • FIG. 2 shows the accumulation of the charges on the converter layer TA of a recording tube during predefinable time intervals in a schematic representation of components of the video camera system.
  • the photons of the sample PR induce charges on the converter layer TA of the pick-up tube AR, which an electron beam ES of an electron beam generator EZ scans.
  • the analog electrical signal Sa is produced, which the camera control KS (FIG. 1) forwards to the computer RE for further processing.
  • the electron beam ES does not scan the converter layer TA, that is, the beam is blocked during this time interval.
  • the charges are integrated at the locations of the converter layer TA at which the photons of the sample act.
  • the electron beam ES in turn scans the converter layer TA, and the signal Sa now generated has an improved signal-to-noise ratio compared to a signal not accumulated in the camera.
  • the signal-to-noise ratio improves by a factor proportional to - T. ' , whereby
  • T 1. means the integration time on the converter layer.
  • the signal Sa accumulated in the recording camera AR (FIG. 1) is digitized by the computer RE and further
  • Image processing stored in a memory In order to further improve the signal-to-noise ratio, in contrast to the action and mode of operation of known accumulation means, the image data, as described below in FIG. 3, is accumulated:
  • digital image data of a dark current image stored with bxy (i) are designated, the indices x, y the coordinates of the respective image point on the converter layer and the index i the image data of the
  • Image i mean The dark current image is scanned with the iris of the optical means OM closed. During the scans, the image data are added up pixel by pixel by a summer SM1 and the sum is stored in a memory BM. Then BM is in the memory for the image data sum for each pixel
  • Image j mean.
  • this averaged image data kxy of an image point of a g 3 dark current image is first subtracted from the image data of the corresponding image point of the sample obtained in several scans, and the differences are then accumulated.
  • This method has the advantage that the dark current image does not occur in the accumulation and that
  • S (i) denotes the image data of the image point with the coordinates x, y, the index i again denoting the image data of the image i.
  • This image data and the averaged image data of the dark current images are one
  • Subtractor SU supplied, which forms the difference between these two quantities.
  • the difference S (i) - k is fed to a further summer SM2 which, in conjunction with a memory AS, accumulates the differences Sxy (i) - kxy in the manner described in FIG. 3a.
  • the accumulated difference is partially standardized with the factor M, so that the following applies to a pixel:
  • the signal-to-noise ratio improves by a factor that is equal to the root of the number M of the accumulated differences.
  • FIG. 4 shows an image processing system with an image processing arrangement as described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the same parts occurring in Figures 1 to 4 are provided with the same reference numerals.
  • the system has a dark room DK, on which a video camera system VK is arranged in such a way that the chemiluminescence or the fluorescence of a sample stored on a shelf in the dark room DK is made possible.
  • the storage is advantageously displaceable in the X, Y and Z directions with means not shown here arranged outside the dark room DK. The shift in the Z direction also serves to adjust the focus.

Abstract

The proposal is for an image processing arrangement having a video camera system with shooting device (AR, BV) and a control (KS) to scan a sample (PR) emitting photons. On a photosensitive converter layer of the shooting device (AR, BV), the sample (PR) induces charges, whereby the shooting device (AR, BV) can be controlled, to improve the signal to noise ratio, in such a way that the charges are not scanned during predeterminable intervals of time so that the charges accumulate on the converter layer. The invention is used in image processing and evaluation systems.

Description

BildverarbeitungsanordnungImage processing arrangement
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem eine Auf¬ nahmeeinrichtung und eine Steuerung aufweisenden Video¬ kamerasystem zum Abtasten einer Photonen aussendenden Probe, die auf einer lichtempfindlichen Wandlerschicht der Aufnahmeeinrichtung Ladungen induzieren, aus denen während des Abtastvorganges ein elektrisches Signal erzeugt wird, wobei zwischen der Probe und der Aufπahme- einrichtung optische Mittel angeordnet sind, Mitteln zum Erzeugen von digitalen Bilddaten aus dem elektrischen Signal, Mitteln zum Akkumulieren der Bilddaten und einer Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines den Bilddaten entsprechenden Bildes.The invention relates to an arrangement with a video camera system having a recording device and a controller for scanning a sample emitting photons, which induce charges on a light-sensitive converter layer of the recording device, from which an electrical signal is generated during the scanning process, between the sample and the recording device is arranged optical means, means for generating digital image data from the electrical signal, means for accumulating the image data and a display device for displaying an image corresponding to the image data.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfin¬ dung ein Bildverarbeitungssystem.In a preferred embodiment, the invention relates to an image processing system.
Radioaktive Markierungen werden zunehmend durch nicht- radioaktive Detektionsmethoden in der biochemischenRadioactive labels are increasingly used by non-radioactive detection methods in biochemical
Analytik und Labordiagnose ersetzt. Gegenwärtig gibt es natürliche sowie synthetisch erzeugte Chemilumineszenzen, die die Sensitivität radioaktiver Methoden erreichen und überschreiten. Unter Chemilumineszenz versteht man die Emission von "kaltem Licht", das infolge einer chemischen Reaktion von angeregten Atomen oder Molekülen emittiert wird. Eine spezielle Art der Chemilumineszenz ist die Biolumineszenz, bei der das Licht von arteigenen enzym- katalytisch angeregten Substraten stammt. Luciferase sind Enzyme, die zu einer effektiven Biolumineszenzbildung befähigt sind. Die praktischen Nutzmöglichkeiten des Luciferase-Geπs aus dem nordamerikanischen Leuchtkäfer sind von großer Bedeutung. In der Gentechnik werden Erbinformationen, z. B. zur Her- Stellung hochwertiger pharmazeutischer Produkte, gemeinsam mit Lumineszenz-Genen in die DNA der Wirtsorganismen ein¬ gebaut, um so die erfolgreich veränderten Zellen über die Lumineszenzanregung leicht identifizieren und eventuell abtrennen zu können.Analytics and laboratory diagnostics replaced. There are currently natural and synthetically produced chemiluminescences that reach and exceed the sensitivity of radioactive methods. Chemiluminescence is the emission of "cold light", which is emitted as a result of a chemical reaction of excited atoms or molecules. A special type of chemiluminescence is bioluminescence, in which the light comes from the substrate's own enzyme-catalytically excited substrates. Luciferase are enzymes that are capable of effective bioluminescence formation. The practical uses of the Luciferase gene from the North American firefly are of great importance. In genetic engineering, genetic information, e.g. B. for the production of high-quality pharmaceutical products, built into the DNA of the host organism together with luminescence genes, so that the successfully changed cells via the Easy identification of luminescence excitation and possible separation.
Zur Regelung und zum Automatisieren biotechnologischer Prozesse ist man auf die Erfassung indirekter Parameter, wie Temperatur, Sauerstoffkonzentration, pH-Wert usw., angewiesen. Direkte Einflußgrößen, wie die Nährstoff- und Produktkonzentration oder Vitalität der Mikroorganis¬ men, können bisher nicht gemessen werden. Beim Einsatz von Mikroorganismen, die ein Lumineszenz-Gen enthalten, ist die Intensität der Lumineszenzstrahlung definierter Proben ein Maß für die Vitalität der Zellkultur. Dies ermöglicht eine direkte Prozeßkontrolle und damit die Einstellung optimaler Parameter oder die maximale Ausbeutung und die sofortige Erkennung von Infektionen. Über die Vitalitäts- beurteilung eingesetzter Zellkulturen können z. B. Ab- wässer- oder Bodenproben auf bestimmte toxische Bestand¬ teile beurteilt werden. In der Medizin werden z. B. die mit Lumineszenz-Genen markierten Viren schnell und sicher identifiziert. Für diese breite Palette von Anwendungen benötigt man Geräte zur Detektion der Chemilumineszenz in Form von Bildern, welche die Zonen, wo diese Aktivitäten stattfinden, und deren Merkmale, z. B. die Intensität, zeigen.To control and automate biotechnological processes, you have to record indirect parameters such as temperature, oxygen concentration, pH value, etc. Direct influencing variables, such as the nutrient and product concentration or vitality of the microorganisms, have not hitherto been able to be measured. When using microorganisms that contain a luminescence gene, the intensity of the luminescence radiation of defined samples is a measure of the vitality of the cell culture. This enables direct process control and thus the setting of optimal parameters or the maximum exploitation and the immediate detection of infections. Via the vitality assessment of cell cultures used, e.g. B. sewage or soil samples for certain toxic constituents can be assessed. In medicine, e.g. B. the viruses labeled with luminescence genes quickly and reliably identified. For this wide range of applications, chemiluminescence detection devices are needed in the form of images showing the zones where these activities take place and their characteristics, e.g. B. show the intensity.
Zum Erkennen leuchtender Stellen einer schwachleuchtenden Probe ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 404 568 eine Bildverarbeitungsvorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme eines Bildes dieser Probe bekannt. Die Probe wird zunächst von einer Beleuchtungsquelle beleuchtet, das reflektierte Licht aufgenommen, schließlich digitalisiert und die Bild¬ daten in einem Konfigurationsspeicher hinterlegt. An¬ schließend wird die Beleuchtungsquelle abgeschaltet, das schwache von der Probe ausgesendete Licht in einem soge¬ nannten "Photo Counting Mode" der Bildaufnahmemittel ab- getastet, digitalisiert und über einen Addierer Akkumu¬ lationsmitteln zugeführt. Die akkumulierten Bilddaten werden einerseits zum Addierer rückgeführt und anderer- seits den Bilddaten des Konfigurationsspeichers über¬ lagert. Schließlich werden die überlagerten Bilddaten Anzeigemitteln zum Darstellen eines diesen Bilddateπ entsprechenden Bildes zugeführt. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist die Darstellung von schwachleuchtendenIn order to identify luminous areas of a weakly luminous sample, an image processing device with means for recording an image of this sample is known from European patent application 0 404 568. The sample is first illuminated by an illumination source, the reflected light is recorded, finally digitized and the image data is stored in a configuration memory. Then the illumination source is switched off, the weak light emitted by the sample is scanned in a so-called "photo counting mode" of the image recording means, digitized and fed via an adder accumulation means. The accumulated image data are fed back to the adder on the one hand and on the one hand superimposed on the image data of the configuration memory. Finally, the superimposed image data are supplied to display means for displaying an image corresponding to this image data. With this known device is the representation of dimly glowing
Proben und das Erkennen der leuchtenden Stellen der Probe in Echtzeit möglich.Samples and the detection of the glowing points of the sample in real time possible.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art mit verbesserter Bilαqualität zu schaffen.The present invention has for its object to provide an arrangement of the type mentioned with improved image quality.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Aufnahme¬ einrichtung derart steuerbar ist, daß während vorgebbarer Zeitintervalle die Ladungen nicht abgetastet werden, wo¬ durch sich die Ladungen auf der Wandlerschicht akkumulie¬ ren.This object is achieved in that the receiving device can be controlled in such a way that the charges are not scanned during predefinable time intervals, as a result of which the charges accumulate on the converter layer.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Aufnahme- einrichtung eine Aufnahmeröhre mit einer mit einem Elek¬ tronenstrahl abtastbaren photokonduktiven Schicht auf.In one embodiment of the invention, the recording device has a recording tube with a photoconductive layer that can be scanned with an electron beam.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Aufnahmeeinrich- tung mit einer Halbleiter-Sensoreinrichtung mit photo- empfindlichen Bildelementen versehen, z. B. einer Ein¬ richtung des Typs CCD (Charged Coupled Device), die über Steuersignale abtastbar sind.In a further embodiment, the recording device is provided with a semiconductor sensor device with photosensitive picture elements, for. B. a device of the type CCD (Charged Coupled Device) which can be scanned via control signals.
Die Akkumulation der Ladung auf der Wandlerschicht während vorgebbarer Zeitintervalle bewirkt eine Verbesserung des Störabstandes, also eine Vergrößerung des Verhältnisses der Signalspannung zur Rauschspannung. Die vorgebbaren Zeitintervalle, während denen die Ladungen auf der Wandlerschicht der Aufnahmeeinrichtung akkumuliert (integriert) werden, liegen zwischen 20 msec und 10 Min. Der Störabstand verbessert sich um einen Faktor, der proportional der Wurzel aus dieser Integrationszeit ist. Eine weitere Verbesserung des Störabstandes wird dadurch erreicht, daß die Mittel zum Akkumulieren der BilddatenThe accumulation of the charge on the converter layer during predefinable time intervals brings about an improvement in the signal-to-noise ratio, that is to say an increase in the ratio of the signal voltage to the noise voltage. The predefinable time intervals during which the charges are accumulated (integrated) on the converter layer of the recording device are between 20 msec and 10 minutes. The signal-to-noise ratio improves by a factor that is proportional to the root of this integration time. A further improvement in the signal-to-noise ratio is achieved in that the means for accumulating the image data
- die Mittelwerte von Bilddaten einer vorgebbaren Anzahl von Dunkelstrombildern ermitteln, wobei die Dunkel- strombilder mit geschlossener Iris der optischen Mittel erzeugt werden,determine the mean values of image data of a predeterminable number of dark current images, the dark current images being generated with the iris of the optical means closed,
- die Mittelwerte von den in mehreren Abtastungen der Probe gewonnenen Bilddaten subtrahieren und die Diffe¬ renzen akkumulieren. Der Störabstand verbessert sich um den Faktor proportional zu "V/M, wobei M die Anzahl der akkumulierten Bilddaten ist.- Subtract the mean values from the image data obtained in several scans of the sample and accumulate the differences. The signal-to-noise ratio improves by a factor proportional to "V / M, where M is the number of image data accumulated.
Für die erfinduπgsgemäße Anordnung ist lediglich ein Bild- Verstärker, z. B. des Typs XX1382 der Fa. Philips, er¬ forderlich, wodurch im Gegensatz zu bekannten Anordnungen mit zweistufigen Bildverstärkern ein Auflösungsverlust vermieden wird.For the arrangement according to the invention, only an image intensifier, e.g. B. the type XX1382 from Philips, required, which, in contrast to known arrangements with two-stage image intensifiers, prevents a loss of resolution.
Ein Bildverarbeitungssystem ist vorteilhaft mit der erfin¬ dungsgemäßen Anordnung versehen, wobei das Videokamera¬ system derart an einer Dunkelkammer angeordnet ist, daß eine Aufnahme der Chemilumineszenz oder Fluoreszenz einer auf einer Ablage der Dunkelkammer abgelegten Probe ermδg- licht wird.An image processing system is advantageously provided with the arrangement according to the invention, the video camera system being arranged on a dark room in such a way that the chemiluminescence or fluorescence of a sample deposited on a shelf of the dark chamber is made possible.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteraπsprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the further sub-claims.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel derBased on the drawing, in which an embodiment of the
Erfindung veranschaulicht ist, werden die Erfindung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.Invention is illustrated, the invention, its configurations and advantages are explained in more detail.
Es zeigen Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer Bildverarbeitungs¬ anordnung, Figur 2 eine schematische Darstellung von Bestandteilen eines Videokamerasystems, Figur 3 Mittel zum Akkumulieren von digitalen Bilddaten und Figur 4 ein Bildverarbeituπgssystem.FIG. 1 shows a basic circuit diagram of an image processing arrangement, Figure 2 is a schematic representation of components of a video camera system, Figure 3 means for accumulating digital image data and Figure 4, an image processing system.
In Figur 1 ist mit VK ein Videokamerasystem einer Bild¬ verarbeitungsanordnung bezeichnet. Dieses Videokamera¬ system VK weist eine Aufnahmekamera AR mit Aufnahmeröhre, z. B. vom Saticon-Typ der Fa. Heimann, einen einstufigen Bildverstärker BV, eine Kamerasteuerung KS und optische Mittel OM mit einer Iris auf, die manuell oder gesteuert mit hier nicht dargestellten elektrischen und mechanischen Mitteln geöffnet bzw. geschlossen wird. Anstelle einer Aufnahmeröhre kann auch ein anderes Aufnahmeelement, z. B. ein CCD-Halbleiter-Sensor, eingesetzt werden. Die Auf¬ nahmekamera AR bildet mit dem einstufigen Bildverstärker BV eine an sich bekannte Photon-Counting-Kamera, die eine hier nicht dargestellte Wandlerschicht aufweist, auf welche die Photonen einer schwachleuchtenden Probe ge¬ langen. Diese Photonen induzieren Ladungen, die ein eben¬ falls hier nicht dargestellter Abtastvorgang in ein ana¬ loges Signal umwandelt. Die Kamerasteuerung KS führt ihr analoges Ausgangssignal Sa einer mit einem Prozessor ver- sehenen Auswerte- und Graphikeinheit CP eines RechnersIn Figure 1, VK denotes a video camera system of an image processing arrangement. This video camera system VK has a recording camera AR with a recording tube, e.g. B. from the Saticon type from Heimann, a one-stage image intensifier BV, a camera control KS and optical means OM with an iris that is opened or closed manually or controlled with electrical and mechanical means, not shown here. Instead of a receiving tube, another receiving element, e.g. B. a CCD semiconductor sensor can be used. With the single-stage image intensifier BV, the recording camera AR forms a photon counting camera known per se, which has a converter layer, not shown here, to which the photons of a weakly illuminating sample reach. These photons induce charges, which a scanning process, also not shown here, converts into an analog signal. The camera control KS carries its analog output signal Sa from an evaluation and graphics unit CP of a computer provided with a processor
RE zu, die das Signal digitalisiert, die digitalisierten Bilddaten akkumuliert und auf einer mit einem Bildschirm BS und einem Drucker DR versehenen Anzeigevorrichtung darstellt.RE, which digitizes the signal, accumulates the digitized image data and displays it on a display device provided with a screen BS and a printer DR.
In Figur 2 wird in einer schematischen Darstellung von Bestandteilen des Videokamerasystems die Akkumulation der Ladungen auf der Wandlerschicht TA einer Aufnahmeröhre während vorgebbarer Zeitintervalle verdeutlicht. Die Pho- tonen der Probe PR induzieren auf der Wandlerschicht TA der Aufnahmeröhre AR Ladungen, die ein Elektronenstrahl ES eines Elektronenstrahlerzeugers EZ abtastet. Dadurch entsteht das analoge elektrische Signal Sa, welches die Kamerasteuerung KS (Figur 1) zur weiteren Verarbeitung an den Rechner RE weiterleitet. Während eines Zeitintervalls, das nach Maßgabe eines im Rechner ablaufenden Steuer- programms zwischen 20 msec und 10 Min. von dem Rechner RE über eine Verbindung St (Figur 1) und die Kamerasteuerung KS einstellbar ist, tastet der Elektronenstrahl ES die Wandlerschicht TA nicht ab, d. h., der Strahl wird während dieses Zeitintervalls gesperrt. Dadurch werden die Ladun- gen auf den Stellen der Wandlerschicht TA integriert, an denen die Photonen der Probe einwirken. Nach Ablauf des Zeitintervalls tastet der Elektronenstrahl ES wiederum die Wandlerschicht TA ab, und das nun erzeugte Signal Sa weist einen verbesserten Störabstand gegenüber einem nicht in der Kamera akkumulierten Signal auf. Der Störabstand ver¬ bessert sich um einen Faktor proportional zu - T.', wobeiFIG. 2 shows the accumulation of the charges on the converter layer TA of a recording tube during predefinable time intervals in a schematic representation of components of the video camera system. The photons of the sample PR induce charges on the converter layer TA of the pick-up tube AR, which an electron beam ES of an electron beam generator EZ scans. Thereby the analog electrical signal Sa is produced, which the camera control KS (FIG. 1) forwards to the computer RE for further processing. During a time interval that can be set between 20 msec and 10 minutes by the computer RE via a connection St (FIG. 1) and the camera control KS in accordance with a control program running in the computer, the electron beam ES does not scan the converter layer TA, that is, the beam is blocked during this time interval. As a result, the charges are integrated at the locations of the converter layer TA at which the photons of the sample act. After the time interval has elapsed, the electron beam ES in turn scans the converter layer TA, and the signal Sa now generated has an improved signal-to-noise ratio compared to a signal not accumulated in the camera. The signal-to-noise ratio improves by a factor proportional to - T. ' , whereby
T 1. die Integ ~rationszeit auf der Wandlerschicht bedeutet.T 1. means the integration time on the converter layer.
Das in der Aufnahmekamera AR (Figur 1) akkumulierte Signal Sa wird vom Rechner RE digitalisiert und zur weiterenThe signal Sa accumulated in the recording camera AR (FIG. 1) is digitized by the computer RE and further
Bildverarbeitung in einem Speicher hinterlegt. Zur weite¬ ren Verbesserung des Störabstandes werden im Gegensatz zu Wirkungs- und Funktionsweise von bekannten Akkumulations¬ mitteln die Bilddaten, wie im folgenden in Figur 3 be- schrieben, akkumuliert:Image processing stored in a memory. In order to further improve the signal-to-noise ratio, in contrast to the action and mode of operation of known accumulation means, the image data, as described below in FIG. 3, is accumulated:
In Figur 3a sind mit bxy(i) abgespeicherte digitale Bild- daten eines Dunkelstrombildes bezeichnet, wobei die In¬ dizes x, y die Koordinaten des jeweiligen Bildpunktes auf der Wandlerschicht und der Index i die Bilddaten desIn FIG. 3a, digital image data of a dark current image stored with bxy (i) are designated, the indices x, y the coordinates of the respective image point on the converter layer and the index i the image data of the
Bildes i bedeuten. Das Dunkelstrombild wird mit geschlos¬ sener Iris des optischen Mittels OM abgetastet. Bei den Abtastungen werden die Bilddaten bildpunktweise durch einen Summierer SM1 aufsummiert und die Summe in einem Speicher BM hinterlegt. Danach ist in dem Speicher BM für jeden Bildpunkt die BilddatensummeImage i mean. The dark current image is scanned with the iris of the optical means OM closed. During the scans, the image data are added up pixel by pixel by a summer SM1 and the sum is stored in a memory BM. Then BM is in the memory for the image data sum for each pixel
bχy (j) j = 1b χy ( j ) j = 1
hinterlegt. Bei i = N abgetasteten Bildern wird diese Summe durch die Anzahl N der Abtastungen dividiert und in einem weiteren Speicher BS oder in einem Speicherbereich des Speichers BM hinterlegt. Für jeden Bildpunkt ergibt sich somit ein gemitteltes Bilddatum aus der Beziehungdeposited. With i = N scanned images, this sum is divided by the number N of scans and stored in a further memory BS or in a memory area of the memory BM. For each pixel, an averaged image date results from the relationship
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
wobei x, y wiederum die Koordinate eines Bildpunktes imwhere x, y in turn the coordinate of a pixel in the
Bild j bedeuten.Image j mean.
Wie in Figur 3b verdeutlicht, wird dieses gemittelte Bild- datum kxy eines Bildp ~unktes eines g3emittelten Dunkelstrom- bildes jeweils von den in mehreren Abtastungen gewonnenen Bilddaten des entsprechenden Bildpunktes der Probe zu¬ nächst subtrahiert und anschließend die Differenzen akku¬ muliert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Dunkel- strombild in der Akkumulation nicht vorkommt und dasAs illustrated in FIG. 3b, this averaged image data kxy of an image point of a g 3 dark current image is first subtracted from the image data of the corresponding image point of the sample obtained in several scans, and the differences are then accumulated. This method has the advantage that the dark current image does not occur in the accumulation and that
Signalbild mit Rauschen länger akkumuliert werden kann. Mit S (i) sind die Bilddaten des Bildpunktes mit den Koordinaten x, y bezeichnet, wobei wiederum der Index i die Bilddaten des Bildes i bedeutet. Diese Bilddaten und die gemittelten Bilddaten der Dunkelstrombilder sind einemSignal image with noise can be accumulated longer. S (i) denotes the image data of the image point with the coordinates x, y, the index i again denoting the image data of the image i. This image data and the averaged image data of the dark current images are one
Subtrahierer SU zugeführt, der die Differenz aus diesen beiden Größen bildet. Die Differenz S (i) - k wird einem weiteren Summierer SM2 zugeführt, der in Verbindung mit einem Speicher AS die Differenzen Sxy(i) - kxy ent- sprechend der in Figur 3a beschriebenen Art und Weise akkumuliert. Für den Fall, daß eine Anzahl M akkumulierter Differenzen vorliegt, wird die akkumulierte Differenz vor- teilhaft mit dem Faktor M normiert, so daß für einen Bild¬ punkt gilt:Subtractor SU supplied, which forms the difference between these two quantities. The difference S (i) - k is fed to a further summer SM2 which, in conjunction with a memory AS, accumulates the differences Sxy (i) - kxy in the manner described in FIG. 3a. In the event that there is a number M of accumulated differences, the accumulated difference is partially standardized with the factor M, so that the following applies to a pixel:
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Der Störabstand verbessert sich um einen Faktor, der gleich der Wurzel aus der Anzahl M der akkumulierten Differenzen ist.The signal-to-noise ratio improves by a factor that is equal to the root of the number M of the accumulated differences.
Figur 4 zeigt ein Bildverarbeitungssystem mit einer wie anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Bildverarbei¬ tungsanordnung. Die in den Figuren 1 bis 4 vorkommenden gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das System weist eine Dunkelkammer DK auf, an der ein Videokamerasystem VK derart angeordnet ist, daß eine Aufnahme der Chemilumineszenzen oder der Fluoreszenzen einer auf einer Ablage in der Dunkelkammer DK abgelegten Probe ermöglicht wird. Vorteilhaft ist die Ablage mit außerhalb der Dunkelkammer DK angeordneten, hier nicht dargestellten Mitteln in X-, Y- und Z-Richtung verschieb¬ bar. Die Verschiebung in Z-Richtung dient auch zur Schärfeneinstellung. FIG. 4 shows an image processing system with an image processing arrangement as described with reference to FIGS. 1 to 3. The same parts occurring in Figures 1 to 4 are provided with the same reference numerals. The system has a dark room DK, on which a video camera system VK is arranged in such a way that the chemiluminescence or the fluorescence of a sample stored on a shelf in the dark room DK is made possible. The storage is advantageously displaceable in the X, Y and Z directions with means not shown here arranged outside the dark room DK. The shift in the Z direction also serves to adjust the focus.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anordnung mit1. Arrangement with
- einem eine Aufnahmeeinrichtung (AR, BV) und eine Steue- rung (KS) aufweisenden Videokamerasystem (VK) zum Ab¬ tasten einer Photonen aussendenden Probe (PR), die auf einer lichtempfindlichen Wandlerschicht der Aufnahme¬ einrichtung (AR, BV) Ladungen induzieren, aus denen während des Abtastvorganges ein elektrisches Signal (Sa) erzeugt wird, wobei zwischen der Probe (PR) und der Auf¬ nahmeeinrichtung (AR, BV) optische Mittel (OM) angeord¬ net sind,a video camera system (VK) having a recording device (AR, BV) and a control (KS) for scanning a sample (PR) emitting photons, which induce charges on a light-sensitive transducer layer of the recording device (AR, BV) , from which an electrical signal (Sa) is generated during the scanning process, optical means (OM) being arranged between the sample (PR) and the recording device (AR, BV),
- Mitteln (CP, RE) zum Erzeugen von digitalen Bilddaten aus dem elektrischen Signal (Sa), - Mitteln (RE, CP) zum Akkumulieren der Bilddaten und- means (CP, RE) for generating digital image data from the electrical signal (Sa), - means (RE, CP) for accumulating the image data and
- einer Anzeigevorrichtung (RE, BS, DR) zur Darstellung eines den Bilddaten entsprechenden Bildes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,a display device (RE, BS, DR) for the display of an image corresponding to the image data, ie a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß die Aufnahmeeinrichtung (AR, BV) derart steuerbar ist, daß während vorgebbarer Zeitintervalle die Ladungen nicht abgetastet werden, wodurch sich die Ladungen auf der Wandlerschicht akkumulieren.- That the recording device (AR, BV) can be controlled in such a way that the charges are not scanned during predeterminable time intervals, as a result of which the charges accumulate on the converter layer.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t ,2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t,
- daß die Aufnahmeeinrichtung (AR, BV) eine Aufnahme¬ kamera (AR) mit einer Aufnahmeröhre aufweist, wobei ein Elektronenstrahl die Wandlerschicht (TA) abtastet.- That the recording device (AR, BV) has a recording camera (AR) with a recording tube, wherein an electron beam scans the converter layer (TA).
3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t ,3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t,
- daß die Aufnahmeeinrichtung (AR, BV) eine Aufnahme¬ kamera (AR) mit einer Halbleiter-Sensoreinrichtung mit photoempfindlichen Bildelementen aufweist, die über Steuersignale abtastbar sind. - That the recording device (AR, BV) has a recording camera (AR) with a semiconductor sensor device with photosensitive picture elements which can be scanned using control signals.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel zum Akkumulieren der Bilddaten4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the means for accumulating the image data
- die Mittelwerte von Bilddaten einer vorgebbaren Anzahl von Dunkelstrombildern ermitteln, wobei die Dunkelstrom¬ bilder mit geschlossener Iris der optischen Mittel erzeugt werden,determine the mean values of image data of a predeterminable number of dark current images, the dark current images being generated with the iris of the optical means closed,
- die Mittelwerte von den in mehreren Abtastungen der Probe gewonnenen Bilddaten subtrahieren und die Diffe- renzen akkumulieren.- Subtract the mean values from the image data obtained in several scans of the sample and accumulate the differences.
5. Anordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t ,5. Arrangement according to claim 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t,
- daß die Mittel zum Akkumulieren der Bilddaten die akku- ulierten Bilddaten mit einer vorgebbaren Anzahl der akkumulierten Bilder normieren.- That the means for accumulating the image data normalize the accumulated image data with a predeterminable number of the accumulated images.
6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , - daß die Iris manuell oder gesteuert mit elektrischen und mechanischen Mitteln geöffnet bzw. geschlossen wird.6. Arrangement according to claim 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t - that the iris is opened or closed manually or in a controlled manner using electrical and mechanical means.
7. Bildverarbeitungssystem mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Videokamerasystem (VK) derart an einer Dunkelkammer (DK) angeordnet ist, daß eine Aufnahme der Chemilumineszenz oder Fluoreszenz einer auf einer Ablage der Dunkelkammer (DK) abgelegten Probe ermög¬ licht wird.7. Image processing system with an arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the video camera system (VK) is arranged in such a way in a dark room (DK) that a recording of the chemiluminescence or fluorescence of a sample stored on a shelf of the dark room (DK) enables light becomes.
8. Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 7, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,8. Image processing system according to claim 7, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß die Ablage mit außerhalb der Dunkelkammer (DK) angeordneten Mitteln in X-, Y- und Z-Richtung verschieb¬ bar ist. - That the shelf is displaceable in the X, Y and Z directions with means arranged outside the darkroom (DK).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9417845U1 (en) * 1994-11-08 1995-04-20 Popp Fritz Albert Dr System for measuring ultra-weak photon emission (photon measuring system)
DE19915310A1 (en) * 1999-04-03 2000-10-05 Bayer Ag Diffusion-controlling sensor layer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4584607A (en) * 1983-04-14 1986-04-22 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric element control system
EP0194132A2 (en) * 1985-03-06 1986-09-10 Murex Corporation Imaging immunoassay detection system and method
US4614966A (en) * 1982-08-20 1986-09-30 Olympus Optical Co., Ltd. Electronic still camera for generating long time exposure by adding results of multiple short time exposures
EP0404568A2 (en) * 1989-06-22 1990-12-27 Hamamatsu Photonics K.K. Image processing apparatus
US5049752A (en) * 1990-10-31 1991-09-17 Grumman Aerospace Corporation Scanning circuit
EP0486005A2 (en) * 1990-11-14 1992-05-20 Sony Corporation Linear image sensor with adjustable integration time

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4614966A (en) * 1982-08-20 1986-09-30 Olympus Optical Co., Ltd. Electronic still camera for generating long time exposure by adding results of multiple short time exposures
US4584607A (en) * 1983-04-14 1986-04-22 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric element control system
EP0194132A2 (en) * 1985-03-06 1986-09-10 Murex Corporation Imaging immunoassay detection system and method
EP0404568A2 (en) * 1989-06-22 1990-12-27 Hamamatsu Photonics K.K. Image processing apparatus
US5049752A (en) * 1990-10-31 1991-09-17 Grumman Aerospace Corporation Scanning circuit
EP0486005A2 (en) * 1990-11-14 1992-05-20 Sony Corporation Linear image sensor with adjustable integration time

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF IMAGING TECHNOLOGY Bd. 11, Nr. 5, 1. Oktober 1985, Seiten 215 - 220 TSUCHIYA ET AL. 'PHOTON COUNTING IMAGE ACQUISITION SYSTEM,ETC.' INSGESAMT *
JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA A Bd. A7, Nr. 7, 1. Juli 1990, Seiten 1231 - 1236 TYSON 'PROGRESS IN LOW LIGHT LEVEL ,ETC.' *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 14, no. 234 (E-929)17. Mai 1990 *
TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY Bd. 9, Nr. 8, 1. August 1990, Seiten 269 - 277 HOOPER ET AL. 'QUANTITATIVE LUMINESCENCE IMAGING,ETC.' in der Anmeldung erwähnt *

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