[发明专利]校准数字光学成像系统的方法、校正数字光学成像系统中像差的方法及数字光学成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于校准数字光学成像系统的方法、一种用于校正发生于各种光学单元(具体用于具有变焦系统的数字光学成像系统的像差)的方法。另外，本发明涉及一种数字光学成像系统，在该数字光学成像系统中实现此类方法。 

该数字光学成像系统优选地是数字显微镜，该数字显微镜具有变焦系统和物镜，该变焦系统和该物镜是可互换的。然而，该成像系统还可以是远心的或其他没有物镜的变焦系统，如例如用于各种测量任务。 

该说明书下面继续从数字显微镜开始，然而该数字显微镜并不表示对本申请的任何限制。 

背景技术

如果产生于物点的各种光线并没有全部聚焦在一个像点，会产生像差。最重要的像差是球面像差和色像差。通过由多个不同玻璃类型的透镜所组成的系统对球面像差和色像差进行校正，并且通过非球面透镜或梯度透镜对球面像差进行校正。玻璃板(平板)产生随着孔径角的增大而增大的像平面偏移或锐度不足。 

使用透镜的成像总是在或大或小的程度上遭受误差。当透镜数量增大时，校正是可改进的。光学单元和载片的成本会增加。例如，在显微图像中 产生彩色边缘或所谓的像场弯曲。通过巧妙地构造物镜，可以在很大程度上排除此类像差。平面消色差透镜、复消色差透镜是其示例。在复消色差物镜中，通过物镜中的不同透镜的复杂安排在显微图像中抑制彩色边缘。校正平面消色差透镜的方式为使得消除显微图像中通常出现的像场弯曲。 

在所有的物镜当中，平面复消色差透镜具有最复杂的构造。在这些物镜中，大部分地消除了如平面消色差透镜中的像场弯曲。另外，在这些物镜中通过非常复杂的构造防止了通常发生的红色和蓝色条纹。所述物镜非常昂贵并且主要用于要求最高的彩色显微摄影中。 

在变焦系统中，还产生由于变焦构造的定心差别而造成的像差(图像不稳定性)。 

DE 102 25 193 A1披露了一种用于校准立体显微镜的放大率的方法，其中，旨在能够在初始校准的基础上推导出整个放大率范围上的校准。使用物镜/目镜参考测量对，通过致动变焦来设置显微镜上所规定的实际放大率。对这种情况下存在的变焦的不同透镜的位置进行捕捉，并存储标称放大率值以用于每种变焦设置。通过将实际放大率与标称放大率进行计算性比较，计算出了用于校准整个变焦范围的校正因数。 

在数字摄影中，可以手动地例如通过软件对物镜失真进行校正，其中，用于相机和物镜的大规模数据库必须是可用的。在内部使用相机(例如索尼)的固件部分地执行物镜校正(失真、色像差和渐晕)。 

DE 101 14 757 B4描述了一种具有变焦光学单元和数字相机的显微系统。在校正单元(PC)中(根据对应的放大率)根据图像校正数据对数字拍 摄的图像进行校正。图像校正数据在此是标准背景图像的摄影图像数据。针对每个图像元件，执行根据物像和标准背景图像的异或功能。 

DE 10 2010 025 888 A1披露了一种数字相机，该数字相机具有一种用于生产无失真的数字图像的实现方法，该方法允许与各种情况下存在的相机物镜匹配的最佳图像失真校正。在该方法中，一旦被实验性地确定并后续地存储在所有相同物镜类型的数字相机中，就确定了用于每一类相机物镜的校正值。失真函数在此取决于已设定的焦距和离有待记录的物体的距离，并且可以被确定为来自常数的二维矩阵并存储在数字相机中。在此，可以从所存储的矩阵通过插值而确定这些因数。 

US 2008/0239107 A1和US 2009/0268078 A1披露了用于数字相机的失真校正方法，在这些方法中，取决于变焦和焦点设置将系数存储在表中。通过用高阶多项式在校正的过程中进行插值来确定中间值。 

在数字显微术中，物镜和变焦系统通常在彼此内部是可配置的。也就是说，变焦系统可以与不同的物镜一起使用。由于变焦系统和物镜都会造成不同的像差，为了实现令人满意的图像质量，不同的校正是必需的。 

发明内容

本发明基于详述一种用于校准数字光学成像系统的方法的目的，该方法允许在操作过程中校正像差。进一步的目的是对一种用于校正数字光学成像系统中的像差的方法和这种数字光学成像系统的生产的详述，该数字光学成像系统包括电动或编码变焦系统以及可能地物镜，其中，图像校正旨在发生于具有较高精确度和可靠性的所有变焦设置中。 

该目的是根据本发明通过具有独立权利要求1和6的特征的方法并通过具有权利要求11的特征的数字光学成像系统而实现的。 

在从属权利要求中限定了有利的配置实施例。