專利名稱：：寬動(dòng)態(tài)范圍成像的制作方法寬動(dòng)態(tài)范圍成像相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求提交于2010年5月12日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/334，109(代理人案號(hào)020031-011800US)的權(quán)益，其公開通過引用整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及成像系統(tǒng)，并且更具體地涉及擴(kuò)展成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，特別是擴(kuò)展突光成像系統(tǒng)(fluorescenceimagingsystems)的動(dòng)態(tài)范圍。
背景技術(shù)：
：美國(guó)專利No.7，286，232和申請(qǐng)公開No.2009/0080194(兩者通過引用合并于此)描述基于激光的熒光成像系統(tǒng)，該熒光成像系統(tǒng)利用增強(qiáng)的光學(xué)過濾技術(shù)和使其能夠達(dá)到高靈敏度和高動(dòng)態(tài)范圍的均勻激光照明(uniformlaserillumination)。為了進(jìn)一步向更大范圍的應(yīng)用提供采用此技術(shù)的可重復(fù)的定量(repeatablequantification),希望擁有更寬動(dòng)態(tài)范圍的能力以便用戶不需要猜測(cè)使用什么曝光來對(duì)樣本進(jìn)行成像。此外，此設(shè)計(jì)能夠生成可重復(fù)的信噪性能(repeatablesignal-to-noiseperformance),并且激光功率、過濾效率和CCD曝光時(shí)間之間的關(guān)系通過設(shè)計(jì)已知。這使其非常適合于以下描述的高效實(shí)施以便擴(kuò)展其用途以便覆蓋具有不同動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用。Blinton等(美國(guó)專利No.6,496,309)描述使用燈光源、濾光器輪(filterwheel)和具有擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍的CXD照相機(jī)的裝置。如由美國(guó)專利No.7，286，232所確立的，特別是對(duì)寬區(qū)域成像，基于激光的熒光成像更易適合于增強(qiáng)的光譜過濾技術(shù)以便抑制光背景(opticalbackground)ο這轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)化為采用激光的檢測(cè)的更好的靈敏度,該靈敏度是實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展時(shí)的重要因素。131;[111011等使用散布圖算法方法(8031^61—8以111algorithmapproach)以便檢驗(yàn)飽和度，改變曝光時(shí)間，并且重復(fù)直到捕捉的圖像是噪聲占主導(dǎo)的(noise-dominated)。然而此方法是低效的，因?yàn)槠涫褂貌豢深A(yù)測(cè)的試錯(cuò)法并且受限于上述光背景噪聲和照相機(jī)噪聲(暗(dark)、高光溢出和輻射事件)。因此，希望提供克服以上和其他問題的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供用于擴(kuò)展成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法，更具體地用于擴(kuò)展熒光成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于擴(kuò)展具有低光背景(lowopticalbackground)和線性檢測(cè)器響應(yīng)的成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的過程，包括以一組曝光時(shí)間的每一個(gè)獲取圖像，減去每個(gè)曝光時(shí)間的系統(tǒng)級(jí)暗估算值(system-leveldarkestimate),并且將不同的曝光(exposure)合并為更寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。在某些方面,曝光時(shí)間的選擇包括副本(duplicate),并且被安排在最長(zhǎng)曝光時(shí)間的周圍。在某些方面，通過獲取具有低曝光時(shí)間的一組低光圖像(low-lightimages)和具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的另一組并且使用線擬合來找到在其他曝光時(shí)間的估算值而獲得暗估算值。對(duì)于非恒定的發(fā)射速率(emissionrate),在線性曝光時(shí)間尺度上重新映射獲得的零偏移量圖像。接著，獲得回歸線擬合以便估算作為系統(tǒng)的擴(kuò)展的寬動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)的度量的斜率。在某些方面，在回歸擬合和線性插值步驟中，使用加權(quán)因子來降低使用接近飽和的像素值的重要性。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于擴(kuò)展具有檢測(cè)器的成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該檢測(cè)器具有線性響應(yīng)。該方法通常包括使用檢測(cè)器獲取樣本的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像是以不同的曝光時(shí)間獲取的，每個(gè)圖像具有多個(gè)像素，每個(gè)像素具有亮度值。該方法通常還包括從每個(gè)獲取的圖像中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)獲取的圖像的曝光時(shí)間的校準(zhǔn)的暗圖像以便生成多個(gè)暗校正后的圖像，并且在每像素的基礎(chǔ)上，使用來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的值而確定合并后的像素值。在某些方面，確定合并后的像素值包括擬合對(duì)于來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的像素值的線性回歸。例如，擬合生成線性函數(shù)，并且合并后的像素值對(duì)應(yīng)于線性函數(shù)的斜率。在某些方面，減法包括訪問系統(tǒng)的校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)，其中校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)包括作為曝光時(shí)間的函數(shù)的每個(gè)像素的暗圖像值，以及在每像素的基礎(chǔ)上，從像素亮度值中減去像素的暗圖像值。在某些方面，通過以下過程確定校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)以第一曝光時(shí)間在沒有打開光源和沒有樣本存在的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第一暗圖像，以不同于第一曝光時(shí)間的第二曝光時(shí)間在沒有打開光源和沒有樣本存在的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第二暗圖像，并且對(duì)每個(gè)像素，在至少一個(gè)第一暗圖像和至少一個(gè)第二暗圖像之間擬合線，由此該擬合線表示作為曝光時(shí)間的線性函數(shù)的像素的暗圖像值。在某些方面，預(yù)先確定暗圖像數(shù)據(jù)并且將其存儲(chǔ)到成像系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種成像系統(tǒng)，其通常包括樣本平臺(tái)、具有線性響應(yīng)的檢測(cè)器(例如CCD或其他檢測(cè)器)，其中檢測(cè)器獲取在平臺(tái)上的樣本的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像是以不同的曝光時(shí)間獲取的，每個(gè)圖像具有多個(gè)像素，每個(gè)像素具有亮度值。該系統(tǒng)通常還包括存儲(chǔ)系統(tǒng)的校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，其中校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)包括作為曝光時(shí)間的函數(shù)的每個(gè)像素的暗圖像值。該系統(tǒng)通常還包括耦接到檢測(cè)器和存儲(chǔ)器的智能模塊(例如處理器)，其中智能模塊被適配為從檢測(cè)器中接收?qǐng)D像，從每個(gè)獲取的圖像中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)獲取的圖像的曝光時(shí)間的校準(zhǔn)的系統(tǒng)暗圖像以便生成多個(gè)暗校正后的圖像，以及在每像素的基礎(chǔ)上，使用來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素值確定合并后的像素值。在某些方面，該方法還包括例如在顯示設(shè)備上顯示合并后的像素值的表示。在某些方面，來自樣本的光發(fā)射具有基本上隨時(shí)間恒定的速率(例如熒光)，并且檢測(cè)器以增加或減少曝光時(shí)間的順序獲取多個(gè)圖像。在某些方面，來自樣本的光發(fā)射具有隨時(shí)間非恒定的速率(例如冷光)，并且檢測(cè)器以獲取重復(fù)的短曝光圖像的順序獲取多個(gè)圖像，重復(fù)的短曝光圖像的獲取被交錯(cuò)在具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)圖像的獲取周圍。在此情況下，在某些方面，對(duì)每個(gè)獲取的圖像確定有效曝光長(zhǎng)度，其中當(dāng)確定合并后的像素值時(shí)使用有效曝光長(zhǎng)度。在某些方面，系統(tǒng)還包括與處理器耦接的顯示設(shè)備，其中處理器在顯示設(shè)備上顯示合并后的像素值的表示。在某些方面，通過在來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素值之間擬合線而確定合并后的像素值，由此該擬合線代表像素的像素值。在某些方面，擬合線的斜率代表像素值。參考說明書的剩余部分(包括附圖和權(quán)利要求)將了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)指示同樣的或功能相似的元件。圖I示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的熒光成像系統(tǒng)。圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的獲得擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍的方法。圖3a示出獲取短曝光暗圖像和長(zhǎng)曝光暗圖像并且可選地對(duì)其進(jìn)行裁切和求平均；圖3b示出擬合到獲取的暗圖像的線的示例結(jié)果。圖4示意性示出用于確定寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像的過程。圖5a示出簡(jiǎn)單的加權(quán)因子圖，其由用于在接近飽和的限值以下的所有值的I以及用于限值以上的零組成；圖5b示出提供向零值的平滑過渡的加權(quán)因子。圖6描述發(fā)出冷光的基板可以具有的典型發(fā)射速率。圖7示出流程圖，其總結(jié)在發(fā)射速率是恒定的和發(fā)射速率隨時(shí)間變化的兩種情況下生成寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像的過程。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供用于擴(kuò)展成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法，更具體地用于擴(kuò)展熒光成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法。圖I示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的熒光成像系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括至少一個(gè)照明源(示出兩個(gè)照明源Ia和lb)。照明源通常包括激光器，然而其他照明源可以根據(jù)需要使用。如圖所示，在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)照明源包括激光二極管器件，該激光二極管器件被配置為以希望的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)(例如680nm或780nm)(或頻率)發(fā)射并且被配置為照亮平臺(tái)5。激光源通常與適當(dāng)?shù)睦鋮s元件和光學(xué)元件封裝在一起以便將激光源的輸出引導(dǎo)到平臺(tái)5上。由成像光學(xué)器件(imagingoptics)2將來自平臺(tái)5的光引導(dǎo)和聚焦到檢測(cè)器4(例如(XD檢測(cè)器)上。提供濾光器元件3以便促進(jìn)對(duì)到達(dá)檢測(cè)器4的光的過濾。在某些方面，系統(tǒng)10裝在諸如不透光的殼體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。實(shí)施例中的成像系統(tǒng)10包括以遠(yuǎn)心成像和濾光架構(gòu)(如美國(guó)專利No.7，286，232中所述，其通過引用整體合并于此)配置的基于CCD的成像系統(tǒng)。根據(jù)通過引用整體合并于此的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2009/0080194優(yōu)選地配置照明。系統(tǒng)還使用基于CXD的檢測(cè)器4，該檢測(cè)器4被設(shè)計(jì)和配置為線性地響應(yīng)檢測(cè)到的光量以及光暴露在檢測(cè)器上的時(shí)長(zhǎng)(曝光時(shí)間)。例如，操作在其全阱深度(full-welld印th)的下部2/3內(nèi)的索尼ICX285ALCXD示出對(duì)兩者的線性響應(yīng)并且允許約50μs的最短曝光。系統(tǒng)10還包括與檢測(cè)器4可通信地耦接的智能模塊(未示出)，例如一個(gè)或多個(gè)處理器。智能模塊被適配為接收和處理來自檢測(cè)器4的信號(hào)，例如代表在檢測(cè)器的檢測(cè)帶寬內(nèi)檢測(cè)到的照度的信號(hào)，或與在檢測(cè)器的檢測(cè)帶寬內(nèi)檢測(cè)到的照度成比例的信號(hào)。智能模塊可以在接收時(shí)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)和信號(hào)，或者其可以接收數(shù)據(jù)和信號(hào)并且隨后例如響應(yīng)于用戶命令而處理。在某些實(shí)施例中提供可選的顯示設(shè)備(未示出)以便顯示代表各種信號(hào)的數(shù)據(jù)和由系統(tǒng)10捕捉和/或處理的圖像。還可以提供存儲(chǔ)器模塊或設(shè)備以便存儲(chǔ)由智能模塊使用或用于另一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和代碼。例如，存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)可由處理器執(zhí)行的用于實(shí)施于此公開的方法的代碼，并且/或者來自檢測(cè)器和/或處理器的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)于其上。例如，如在此討論的校準(zhǔn)的系統(tǒng)暗圖像數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中用于如在此討論的由智能模塊稍后訪問和使用。存儲(chǔ)器可以包括RAM或ROM、硬盤或任何便攜的、非短期介質(zhì)，例如DVD或CD。圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于獲得擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍的方法100。具體地，方法100包括在步驟110中獲得將用于寬范圍的曝光時(shí)間的系統(tǒng)級(jí)暗校準(zhǔn)圖像D(t)。如圖3a所示，以第一曝光時(shí)間獲取一個(gè)或多個(gè)暗圖像，并且以不同于第一曝光時(shí)間的第二曝光時(shí)間獲取一個(gè)或多個(gè)暗圖像。如圖3b所示，在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上，基于以第一和第二曝光時(shí)間獲取的暗圖像而確定函數(shù)(例如線)，其中該函數(shù)(例如線)表示作為曝光時(shí)間的函數(shù)的像素的暗圖像值。將在下文中更詳細(xì)討論步驟11的方面。在步驟120中，獲取具有希望的最長(zhǎng)曝光時(shí)間的圖像并且獲取具有較短曝光時(shí)間的一組圖像(示例tl=100s，t2=10s,t3=ls,t4=0.Is,t5=0.01s,以及t6=0.001s):im(ti)，i=l_6。在步驟130中，從每個(gè)獲取的圖像中減去對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)暗值，即11110(\)=加(\)-0(\)，以及在步驟140中，確定合并后的像素值。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，通過擬合對(duì)于以不同曝光得到的像素值的線性回歸，計(jì)算作為系統(tǒng)的合并后的響應(yīng)的度量的每像素斜率(其中每個(gè)像素的擬合線的斜率代表暗校正后的圖像的像素值)。系統(tǒng)暗校準(zhǔn)在一個(gè)實(shí)施例中，通過以下過程確定系統(tǒng)級(jí)暗校準(zhǔn)圖像(例如步驟110):首先以第一曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下(并且可選地在沒有樣本存在的情況下)由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第一暗圖像，接著以不同于第一曝光時(shí)間的第二曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下(并且可選地在沒有樣本存在的情況下)由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第二暗圖像，并且其后，對(duì)于每個(gè)像素，在至少一個(gè)第一暗圖像和至少一個(gè)第二暗圖像之間擬合線，由此該擬合線表示作為曝光時(shí)間的線性函數(shù)的像素的暗圖像值。在另一實(shí)施例中，如上獲取多個(gè)第一暗圖像并且獲取多個(gè)第二暗圖像。其后確定每個(gè)像素的平均第一暗圖像值并且確定每個(gè)像素的平均第二暗圖像值，并且擬合包括在平均第一暗圖像值和平均第二暗圖像值之間擬合線。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟中，獲得對(duì)直到預(yù)設(shè)最大值的任意曝光時(shí)間可縮放的(scalable)系統(tǒng)級(jí)暗圖像。此步驟包括關(guān)閉外殼內(nèi)的所有光源，并且在檢測(cè)器(例如CCD)前放置不透明堵塞物以便防止由成像光學(xué)器件2收集的光到達(dá)檢測(cè)器4。可以在濾光器輪3中的濾光器位置中的一個(gè)上放置此堵塞物?？蛇x地，可以在成像光學(xué)器件2前的另一個(gè)輪中放置此堵塞物。各種子系統(tǒng)的殼體和整體的外殼被設(shè)計(jì)為將來自外部的漏光和來自內(nèi)部的任何殘留光保持在合理低的水平，因此在CCD暗信號(hào)之上的任意經(jīng)認(rèn)定的信號(hào)(registeredsignal)為最小。然而，進(jìn)行“非刺激”或“系統(tǒng)級(jí)暗值”測(cè)量的一部分原因是為了在此校準(zhǔn)步驟中包括這樣的殘留影響。這樣，不需要外殼的絕對(duì)不透光。如圖3a所示，還獲取一組短曝光圖像和一組長(zhǎng)曝光圖像。例如，12x0.Is和12x30min。使用矩陣微積分，在每像素(矩陣元素)的基礎(chǔ)上運(yùn)算，舍棄頂部的一個(gè)或多個(gè)(如10%)值和底部的一個(gè)或多個(gè)(如10%)值，并且在每個(gè)組中對(duì)剩余值求平均，以便獲得短曝光(例如O.1s)的經(jīng)過裁切的平均圖像和長(zhǎng)曝光(例如30min)的另一經(jīng)過裁切的平均圖像。該裁切除去與事件相關(guān)的噪聲，例如來自福射事件的明亮像素(brightpixel)。求平均(averaging)用來平均掉隨機(jī)噪聲并因此降低噪聲水平，以便后續(xù)的減法不會(huì)大量增加整體噪聲。圖3b示出在此系統(tǒng)暗校準(zhǔn)過程中的剩余步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，在短曝光和長(zhǎng)曝光系統(tǒng)暗值之間擬合線，并且計(jì)算作為曝光時(shí)間t的線性函數(shù)的、每個(gè)像素的與系統(tǒng)級(jí)暗值相關(guān)的斜率值(Mu)和偏移量(Bu)，即Dij(t)=Mij·t+Bjj通過使用以上矩陣等式中的t，以后的運(yùn)算可以使用任意曝光時(shí)間t的系統(tǒng)級(jí)暗值估算值。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在圖像獲取期間將作為曝光時(shí)間t的線性函數(shù)的、每個(gè)像素的與系統(tǒng)級(jí)暗值相關(guān)的斜率值(Mij)和偏移量(Bij)存儲(chǔ)到成像系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中用于稍后使用。多曝光合并在用于生成寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像的過程的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)以不同曝光獲取一組圖像，從每個(gè)圖像中減去對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)暗值以便生成暗校正后的圖像，并接著合并暗校正后的圖像以便形成寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。在某些方面，合并包括在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上使用來自每個(gè)暗校正后的圖像的對(duì)應(yīng)像素的值確定合并后的像素值。在某些方面，確定合并后的像素值包括將加權(quán)最小二乘擬合(回歸)應(yīng)用到這組圖像陣列以便獲得作為對(duì)于所有曝光的合并的“擬合”矩陣。在圖4中示意性地描述該過程。通過獲取具有低曝光時(shí)間的一組低光圖像和具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的另一組，以及使用線擬合以便找到其他曝光時(shí)間的估算值，而獲得暗估算值。對(duì)于非恒定的發(fā)射速率，在線性曝光時(shí)間尺度上重新映射獲得的零偏移量圖像。接著獲得回歸線擬合，以便估算作為系統(tǒng)的擴(kuò)展的寬動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)的度量的斜率。在某些方面，在回歸擬合和線性插值步驟中，使用加權(quán)因子來降低使用接近飽和的像素值的重要性。圖7示出總結(jié)對(duì)于發(fā)射速率恒定和發(fā)射速率隨時(shí)間變化的兩種情況生成寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像的過程的流程圖，并且對(duì)每種情況給出示例。I)恒定的發(fā)射速率的情況對(duì)于發(fā)射速率是恒定的并因此檢測(cè)信號(hào)隨曝光時(shí)間線性地縮放的熒光成像，可以在tl=100s,t2=10s,t3=ls,t4=0.1s,t5=0.010s,和t6=0.OOls獲取圖像。拍攝圖像的順序可以根據(jù)是否預(yù)計(jì)到將使用的染料有一些永久光致褪色而變化。在該情況下，希望首先從短曝光開始，因?yàn)槿魏蔚墓庵峦噬珜?duì)長(zhǎng)曝光比對(duì)較短曝光有更少的累積效果。結(jié)果是一組圖像im(tk),其中k為曝光編號(hào)(number)。如圖4所示,從每個(gè)圖像中減去對(duì)應(yīng)曝光時(shí)間的系統(tǒng)暗值，并接著在利用圖像中的每個(gè)像素的“計(jì)數(shù)/秒”值的每像素的最小二乘擬合中使用得到的這組暗校正后的圖像im0(tk)。此零偏移量回歸的線性擬合可以被表示為ImOij(t)=Immij·t+err^·(t)其中權(quán)利要求1.一種用于擴(kuò)展具有檢測(cè)器的成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的方法，該檢測(cè)器具有線性響應(yīng)，所述方法包括使用檢測(cè)器獲取樣本的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像是以不同的曝光時(shí)間獲取的，每個(gè)圖像具有多個(gè)像素，每個(gè)像素具有亮度值；從每個(gè)獲取的圖像中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)獲取的圖像的曝光時(shí)間的校準(zhǔn)的暗圖像，以便生成多個(gè)暗校正后的圖像；以及在每像素的基礎(chǔ)上，使用來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的值確定合并后的像素值。2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括顯示合并后的像素值的表示。3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中確定合并后的像素值包括擬合對(duì)于來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的像素值的線性回歸。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中擬合生成線性函數(shù)，并且其中合并后的像素值對(duì)應(yīng)于線性函數(shù)的斜率。5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中擬合包括將最小二乘擬合應(yīng)用到來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的像素值。6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中減法包括訪問系統(tǒng)的校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)，其中校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)包括作為曝光時(shí)間的函數(shù)的每個(gè)像素的暗圖像值，以及在每個(gè)像素的基礎(chǔ)上從像素亮度值中減去像素的暗圖像值。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)通過以下過程確定以第一曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第一暗圖像；以不同于第一曝光時(shí)間的第二曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第二暗圖像；對(duì)每個(gè)像素，在所述至少一個(gè)第一暗圖像和所述至少一個(gè)第二暗圖像之間擬合線，由此該擬合的線表示作為曝光時(shí)間的線性函數(shù)的像素的暗圖像值。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中獲取多個(gè)第一暗圖像，并且其中獲取多個(gè)第二暗圖像，所述方法還包括確定每個(gè)像素的平均第一暗圖像值；確定每個(gè)像素的平均第二暗圖像值；其中擬合包括在平均第一暗圖像值和平均第二暗圖像值之間擬合線。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中確定平均值的每個(gè)步驟包括在對(duì)暗圖像值求平均之前去除一個(gè)或多個(gè)最高暗圖像值和一個(gè)或多個(gè)最低暗圖像值。10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中預(yù)先確定校準(zhǔn)的系統(tǒng)暗圖像并且將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中來自樣本的光發(fā)射具有基本上隨時(shí)間恒定的速率。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中以增加或減少曝光時(shí)間的順序獲取多個(gè)圖像。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中成像系統(tǒng)是熒光成像系統(tǒng)。14.如權(quán)利要求I所述的方法,其中來自樣本的光發(fā)射具有隨時(shí)間非恒定的速率。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中以獲取重復(fù)的短曝光圖像的順序獲取多個(gè)圖像，所述重復(fù)的短曝光圖像的獲取被交錯(cuò)在具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)圖像的獲取周圍。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中成像系統(tǒng)是冷光成像系統(tǒng)。17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括確定每個(gè)獲取的圖像的有效曝光長(zhǎng)度，其中當(dāng)確定合并后的像素值時(shí)使用所述有效曝光長(zhǎng)度。18.一種成像系統(tǒng)，包括樣本平臺(tái)；檢測(cè)器，其具有線性響應(yīng)，其中所述檢測(cè)器獲取在平臺(tái)上的樣本的多個(gè)圖像，每個(gè)圖像是以不同的曝光時(shí)間獲取的，每個(gè)圖像具有多個(gè)像素，每個(gè)像素具有亮度值；存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)系統(tǒng)的校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)，其中所述校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)包括作為曝光時(shí)間的函數(shù)的每個(gè)像素的暗圖像值；智能模塊，其耦接到所述檢測(cè)器和所述存儲(chǔ)器，其中所述智能模塊被適配為——從檢測(cè)器中接收?qǐng)D像，——從每個(gè)獲取的圖像中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)獲取的圖像的曝光時(shí)間的校準(zhǔn)的系統(tǒng)暗圖像，以便生成多個(gè)暗校正后的圖像；以及——在每像素的基礎(chǔ)上，使用來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的值確定合并后的像素值。19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述智能模塊通過擬合對(duì)于來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的像素值的線性回歸而確定合并后的像素值。20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中擬合生成線性函數(shù)，并且其中合并后的像素值對(duì)應(yīng)于線性函數(shù)的斜率。21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中擬合包括將最小二乘擬合應(yīng)用到來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的像素值。22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述智能模塊通過以下過程執(zhí)行減法訪問存儲(chǔ)器以便獲得系統(tǒng)的校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)；以及在每像素的基礎(chǔ)上，從像素亮度值中減去像素的暗圖像值。23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中校準(zhǔn)的暗圖像數(shù)據(jù)通過以下過程確定以第一曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第一暗圖像；以不同于第一曝光時(shí)間的第二曝光時(shí)間在沒有打開光源的情況下由檢測(cè)器獲取多個(gè)像素的至少一個(gè)第二暗圖像；對(duì)每個(gè)像素，在所述至少一個(gè)第一暗圖像和所述至少一個(gè)第二暗圖像之間擬合線，由此該擬合的線表示作為曝光時(shí)間的線性函數(shù)的像素的暗圖像值。24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中獲取多個(gè)第一暗圖像并且其中獲取多個(gè)第二暗圖像，其中對(duì)于每個(gè)像素確定平均第一暗圖像值；其中對(duì)于每個(gè)像素確定平均第二暗圖像值；以及其中擬合包括在平均第一暗圖像值和平均第二暗圖像值之間擬合線。25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中在去除一個(gè)或多個(gè)最高暗圖像值后和去除一個(gè)或多個(gè)最低暗圖像值后確定每個(gè)平均暗圖像值。26.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中來自樣本的光發(fā)射具有基本上隨時(shí)間恒定的速率。27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述檢測(cè)器以增加或減少曝光時(shí)間的順序獲取多個(gè)圖像。28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)是熒光成像系統(tǒng)。29.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中來自樣本的光發(fā)射具有隨時(shí)間非恒定的速率。30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述檢測(cè)器以獲取重復(fù)的短曝光圖像的順序獲取多個(gè)圖像，所述重復(fù)的短曝光圖像的獲取被交錯(cuò)在具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)圖像的獲取周圍。31.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)是冷光成像系統(tǒng)。32.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述智能模塊還確定每個(gè)獲取的圖像的有效曝光長(zhǎng)度，其中當(dāng)確定合并后的像素值時(shí)使用有效曝光長(zhǎng)度。33.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述檢測(cè)器包括CCD陣列檢測(cè)器。34.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述智能模塊包括處理器。35.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括與處理器耦接的顯示設(shè)備，其中處理器顯示合并后的像素值的表示。36.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述智能模塊通過在來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的值之間擬合線而確定合并后的像素值，由此該擬合的線代表像素的像素值。37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該擬合的線的斜率代表像素值。38.如權(quán)利要求I所述的方法，其中確定合并后的像素值包括在來自多個(gè)暗校正后的圖像中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)像素的值之間擬合線，由此該擬合的線代表像素的像素值。39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中該擬合的線的斜率代表像素值。全文摘要用于擴(kuò)展成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法，以及更具體地用于擴(kuò)展熒光或冷光成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法，所述成像系統(tǒng)具有低光背景和線性檢測(cè)器響應(yīng)。獲取一組曝光時(shí)間的每一個(gè)的樣本的圖像，從每個(gè)圖像中減去每個(gè)曝光時(shí)間的系統(tǒng)級(jí)暗估算值以便形成暗校正后的圖像，并且將不同的曝光(暗校正后的圖像)合并成更寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。通常在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上執(zhí)行合并。文檔編號(hào)G01B11/24GK102985808SQ201180034278公開日2013年3月20日申請(qǐng)日期2011年5月12日優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日發(fā)明者C.J.萊斯亞克,A.布奇德,D.弗蘭岑申請(qǐng)人:利-考股份有限公司