CN102483802B - 用于生物/化学样本的成像设备的校准 - Google Patents

Abstract

提供用于成像生物/化学样本的方法、装置和系统。经校正的成像系统可允许用户获得针对任何有效距离(例如变焦设置)的优化聚焦设置(位置)。该优化聚焦可从定义有效距离和聚焦设置之间的关系的函数逼近来确定。用户可输入一尺寸，而成像系统可确定适宜的有效距离和聚焦。成像系统也可基于任何有效距离来确定一尺寸。也可针对任何有效距离或尺寸确定一平面场校正。

Description

用于生物/化学样本的成像设备的校准

背景

本发明总地涉及生物/化学样本的成像，并更具体地涉及校准成像系统以聚焦在样本上。

生物和化学样本可因多种原因而被成像。例如，可使用图像来识别某个细胞结构，涵盖从恶性肿瘤到DNA序列中的特定染色体。典型地，包含例如聚丙烯酰胺或琼脂糖的凝胶和印迹被用来盛装样本的分子。样本可用荧光染料标记，该荧光染料有助于图像中分子(可包括分子位置)的识别和/或表征。例如，样本可基于样本中分子的特性而被组织成不同的段，例如作为电泳结果。因此，特定分子的位置以及分子所反射或射出的光的颜色和强度可用于样本的识别和表征。然而，经常难以获得样本的良好图像，这会降低分子测量和表征的准确性。

因此，希望提供一种允许准确成像并相对易于实现的新方法和系统。

简述

本发明的实施例包括对生物/化学样本成像的方法、装置和系统。一种经校准的成像系统可允许用户对任何有效距离(例如变焦设置)获得优化的聚焦设置(位置)。因此，用户可对于任何有效的距离获得准确且可再现的图像，这进而允许任何期望的图像尺寸，由此也提供更大的精确性，因为样本可被成像至更高的分辨率。在一个实施例中，优化聚焦是从定义有效距离和聚焦设置之间的关系的函数逼近所确定的。另外，用户可输入一尺寸，并且成像系统可确定适宜的有效距离和聚焦。成像系统也能基于任何有效距离来确定尺寸。也能确定一准确的平面场校正。

根据一个实施例，提供一种对用于成像生物或化学样本的成像系统进行校准的方法。使用从成像系统的光学器件至样本位置的多个最初有效距离。对于每个最初有效距离，识别光学器件的优化聚焦设置。成像系统用于确定优化第一函数逼近的手段(例如数据和/或软件代码)被存储在至少一个计算机可读介质上，该第一函数逼近是从最初有效距离处的优化聚焦设置推导出的，该计算机可读介质适于可通信地耦合于成像系统。该第一函数逼近可被用于对不是最初有效距离之一的新有效距离计算优化聚焦设置。

根据另一实施例，提供一种用于成像生物或化学样本的成像系统。成像系统包括：具有多个聚焦设置的光学器件；改变从光学器件至生物或化学样本的有效距离的手段；被配置成将任何有效距离映射至优化聚焦设置的处理器；以及被配置成设置光学器件以具有映射至选定有效距离的优化聚焦设置的控制器。

根据另一实施例，提供一种使用成像系统来确定生物或化学样本的尺寸的方法。接收成像系统的光学器件和样本之间的输入有效距离。成像系统获得任何有效距离至相应尺寸的映射。成像系统基于映射来确定与输入有效距离相对应的尺寸。然后可将该尺寸提供给用户。

本发明的另一些实施例针对与本文描述的方法关联的系统和计算机可读介质。

如本文中使用的，术语“优化”可指因具有比其它设置更好的性能而被选择的任何设置。该设置不一定是最佳的可能设置，而是基于某些标准而优于另一设置而选择的。在一个实施例中，优化设置是通过优化方法来确定的以处于所期望的精确度内。

在本文中使用的术语“有效距离”指从光学器件(例如镜头)至样本位置的实际距离或模拟距离，在所述样本位置可放置一实际样本或校准目标。模拟距离可以是放大倍数(例如镜头的光学变焦)的结果。

在本文中使用的术语“函数逼近”指能接收输入参数并提供相应参数的任何函数。参数的示例包括样本尺寸和成像系统的设置。在一些实施例中，由用户提供的输入参数可被视为具有被识别的唯一对应参数。在其它实施例中，输入参数的值被转换成新值并随后识别相应的设置。这里，不同的输入参数可对应于同一设置。在这些实施例中，新参数可与输入参数几乎相同，并因此只会丧失很少的精确性。当函数逼近被公式化为具有相应聚焦设置的有效距离的列表时，就属于该实施例的情形，所述有效距离列表可从对其已确定了优化聚焦设置的最初有效距离的较小列表中推导出。

本发明的特性和优势的更好理解可参照下面的详细说明和附图而获得。

附图简述

图1示出根据本发明实施例的用于成像化学或生物样本的成像系统。

图2A是示出根据本发明实施例的用于对成像生物或化学样本的成像系统进行校准的方法的流程图。

图2B和2C示出根据本发明实施例的存储用于确定对有效距离至优化聚焦的关系的函数逼近的手段的方法。

图3示出根据本发明实施例的曲线图，绘出了在变化的最初有效距离处的诸个优化焦点的数据点的函数拟合所产生的函数逼近(如图所示的曲线)以及这些曲线的偏移校正。

图4是根据本发明实施例的用于确定在特定有效距离设置处的优化聚焦的方法的流程图。

图5示出根据本发明实施例的FCV相对于聚焦设置(位置)的曲线图。

图6A示出根据本发明实施例的针对一个或多个未聚焦图像的像素强度(单色级)相对于像素计数的直方图。

图6B出根据本发明实施例的针对一个或多个聚焦图像的像素强度(单色级)相对于像素计数的直方图。

图7是示出根据本发明实施例的将有效距离映射至样本尺寸的方法的流程图。

图8提供根据本发明实施例的方法700的不同方面的图示。

图9示出根据本发明实施例的描述镜头的变焦位置和由照相机获取的图像中的样本的物理尺寸之间的关系的函数逼近的曲线图。

图10是示出根据本发明一实施例的基于样本尺寸的输入来确定有效距离和聚焦的方法的流程图。

图11是示出根据本发明实施例的使用成像系统来确定生物或化学样本的尺寸的方法的流程图。

图12A示出根据本发明实施例的操作用于识别平面场校正的成像系统。

图12B示出根据本发明实施例的用于确定镜头的平面场校正的目标1220的一个例子。

图13是示出根据本发明实施例的对成像生物或化学样本的成像系统执行平面场校正的方法的流程图。

图14示出可用于根据本发明实施例的系统和方法的示例性计算机装置的方框图。

详细说明

生物和化学样本经常具有低对比度；因此，自动对焦照相机将无法良好地工作。因此，从样本所发射或反射的光的特性(例如位置、颜色、强度)难以被确定。即使有人要手动地执行对焦，用户也不能准确地设置聚焦，并且聚焦对与不同的用户或不同的样本也可能改变，由此使结果无法再现且不准确。这些测量误差会使识别和/或表征样本中的某些分子变得困难。有人可能要求具有已知优化聚焦的某些有效距离，但如此则样本可能大于可得图像，或过小而无法准确地确定其特性。

这些实施例可校准和提供一些系统，这些系统提供生物/化学样本的准确图像。一种经校准的成像系统可允许用户针对任何有效距离(例如变焦设置)获得优化的聚焦设置(位置)。因此，用户可针对任何有效距离获得精确和可再现的图像，这进而能够允许任何期望的图像尺寸，由此也提供更高的精确度，因为样本能被成像至更高的分辨率。在一个实施例中，优化聚焦是从定义有效距离和聚焦设置之间的关系的函数逼近所确定的。另外，用户可输入一尺寸，并且成像系统可确定适宜的有效距离和聚焦。成像系统也能基于任何有效距离来确定尺寸。也能确定一准确的平面场校正。

校准可在样本的位置使用特定的目标，该目标具有比生物/化学样本更高的对比度。这些校准目标也可具有已知位置或尺寸的特征。这些校准目标可被用来校准成像系统以识别照相机的镜头(或其它光学器件)的聚焦、照相机的变焦设置(或其它有效距离)、样本尺寸以及样本图像的平面场校正。一些实施例可提供向导程序以帮助用户进行校准。一个实施例可在一旦校准目标已被放置入样本位置的单次激活时就执行校准。

I.系统

图1示出根据本发明实施例的用于对化学或生物样本成像的成像系统100。当样本被放置在样本位置105时，照相机110用来对样本成像。在一个实施例中，照相机110可包括二维阵列检测器，例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器，用以对样本或校准目标140进行成像，所述校准目标140也可放置在样本位置105。校准目标140可被用来确定镜头120的设置并可具有用于校准的具体特征(例如，图案)。

在一个实施例中，光源被设置在样本位置下方以提供对样本的照明。在另一实施例中，样本(例如从染料)发光使得不再需要光源。光从样本射出通过镜头120到达照相机110。成像系统100可由包套所围绕以使除光源以外的光不被照相机110接收。

在一个实施例中，从镜头120至样本位置105的距离115可被改变以提供对样本的更高分辨率。例如，如果样本占据所摄取图像的大多数面积，则可投入更多像素(并因此更高的准确性)以对样本进行成像。然而，有人不希望切除一部分样本。在一个实施例中，样本可位于平台上，该平台可使用齿轮、滑轮系统、滑车或其它本领域内技术人员已知的机构而提升。照相机110也可例如沿一机械系统移动，在该机械系统中可对多个位置进行量化。除镜头外的其它光学器件(例如反射镜)可用来在样本上聚焦。

在另一实施例中，从镜头120至样本位置105的距离可以是固定的，而镜头120可以是变焦镜头。变焦镜头120可被用来改变至样本位置105的有效距离。该有效距离可对应于变焦设置，这使样本看上去比其真实尺寸更大(因此更近)。术语“有效”距离可指实际距离或由于缩放倍数而产生的模拟距离。尽管许多下面的讨论涉及变焦设置，但本领域内技术人员将理解改变实际距离的可适用性。

控制器130可被用来控制照相机110，而照相机110可将信息提供给控制器130。例如，控制器130可将命令和补充信息发送至照相机130。命令可包括打开/关闭快门、用于成像电子器件中的增益的设置、CCD如何运作(例如分格(binning))、以及其它命令。在各实施例中，照相机110可向控制器130发送状态信息(例如照相机的设置)、关于照相机正在做什么的信息以及图像。

照相机130也可被用来控制镜头120，这也可通过与照相机110的连接来完成。例如，控制器130可发送命令以控制变焦、聚焦和光圈设置。镜头120也可向控制器130发送信息，例如状态信息(例如描述镜头状态的电压)。电压可对应于用来改变镜头设置的电动机的位置。因此，具体电压可对应于具体设置。在一个实施例中，用于变焦、聚焦和光圈中的每一个的相应电压(数字或模拟)从镜头120被发送至控制器。为了获得一种特定设置，控制器130可发送命令以转动电动机，在电压改变时接收相应电压，并使用该电压来确定何时当获得要求的设置(电压)时提供停止命令。在一个实施例中，模-数转换器从电动机接收模拟电压并将其转换成数字电压值以供控制器130处理。转换器可位于镜头120或控制器130中。作为校准的一部分，控制器130可获得每个电动机的最小和最大电压。也可使用这些电压使得控制器不会通过尝试使电动机超出其工作范围而损坏电动机。

控制器130可处理图像并当距离115是变量时也可移动样本的机械装置。在一个实施例中，控制器是标准计算机。在另一实施例中，控制器可以是具有硬线电路的专门器件，例如专用集成电路(ASIC)或具有一些可编程能力的器件，比如现场可编程门阵列(FPGA)。

由于样本可能难以成像，可执行照相机和/或镜头设置的校准。在一个实施例中，校准目标140是棋盘图案。在各实施例中，校准目标140可被用来确定针对特定有效距离的聚焦设置，被用来确定针对特定有效距离的尺寸或针对特定尺寸的有效距离。其它目标可被用于平面场校正。

II.聚焦

如果至样本位置的有效距离改变，则镜头120设置的聚焦需要改变。人们可手动地确定该聚焦，但这是费时的并且是不可再现的，因此每次测量都可能不同。替代地，人们可使用具有针对这些有效距离的特定聚焦设置的预定有效距离。但是，这样的话成像系统就被限制在这些预定有效距离。在这些情形下，预定有效距离可使样本成为图像的相对小的部分(并因此具有样本的相对低分辨率)，或者该样本可能大于最大图像尺寸。因此，这些实施例可对任何有效距离提供准确和可再现的聚焦设置。

A.校准成像系统以使用任何有效距离

在一些实施例中，校准过程可测量针对最初有效距离的优化聚焦设置。这些测得的优化聚焦设置可被用来确定其它有效距离的优化聚焦设置。在一个实施例中，校准过程是自动的，用户只要设置校准目标并初始化校准过程即可。在另一实施例中，用户可手动地执行某些步骤。在一个方面，该自动化方法可提供跨诸个样本的图像的更大再现性。

图2A是根据本发明实施例的用于对成像生物或化学样本的成像系统进行校准的方法的流程图。该方法使用一校准目标，该校准目标具有比待成像的生物或化学样本更高的对比度。

在步骤210，接收多个最初有效距离。这些有效距离是从样本位置(例如样本位置105)至成像系统的光学器件(例如镜头120)的距离。在一个实施例中，聚焦算法选择N个有效距离(例如照相机的变焦范围内的变焦设置)。N个变焦设置可在整个变焦范围上具有均等间隔。

在步骤220，针对每个有效距离识别光学器件的优化聚焦设置。在一个实施例中，校准目标被设置在样本位置处并被用来确定优化聚焦设置。在一个方面，可在N个变焦设置(例如11个)处确定优化聚焦设置，这N个变焦设置包括最小设置和最大设置。

在步骤230，用于确定优化焦距设置与有效距离的依赖关系的函数逼近的手段被存储在计算机可读介质上，该计算机可读介质适于通信地耦合于成像系统。该计算机可读介质可以是成像系统的固定部分或者是可移除的。当被通信地耦合时，该手段允许成像系统针对任何有效距离来确定优化聚焦设置。下面的图2B和2C提供用于确定函数逼近的手段的示例。计算机可读介质的示例包括随机存取存储器(RAM)、包括闪存驱动器的闪存、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或任何其它类型的存储器存储设备。

在步骤240，接收不是最初有效距离之一的新有效距离。在一个实施例中，可从用户接收新有效距离以对生物/化学样本进行成像。用户可通过改变变焦设置直到样本大致填满图像的足够部分(例如至少90％)而选择有效距离。在一个方面，足够部分是仅沿一个维度的。在另一方面，输入有效距离可由用户使用非优化聚焦设置来估算。一旦输入了有效距离，就可确定优化聚焦设置。在另一实施例中，可通过成像系统本身提供新的有效距离，如下面图10中的方法1000所述那样。

在步骤250，从函数逼近来确定针对新有效距离的优化聚焦设置。函数逼近可提供来自任何有效距离(例如用户的输入)的映射以获得针对该有效距离的优化聚焦设置。例如，函数逼近可以是接收有效距离作为输入并提供优化聚焦设置的函数。在一个实施例中，控制器130可确定优化聚焦设置。在另一实施例中，可通信地耦合于控制器130的另一处理器件确定优化聚焦设置并将设置提供给控制器130。控制器130随后将命令发送至镜头120以获得优化聚焦设置。

图3示出根据本发明实施例的有效距离(变焦位置)相对于聚焦位置的函数逼近310。如图所示，函数逼近310是连续曲线；然而，也可采用其它表现。其它例子包括具有(例如使用有限元或有限差)定义在非重叠分段中的或定义为M个数据点{变焦，聚焦}的多个连续部分的不连续函数，其中M大于N(最初有效距离的数目)。从概念上说，能选择任何变焦位置并能从曲线图确定相应的优化聚焦设置。在一个实施例中，曲线310被定义为一公式(可具有多个分量)，该公式针对X轴(变焦位置)上的每个值提供Y轴(焦点位置)上的一值。

在一个实施例中，曲线310是通过计算最初有效距离和相应优化聚焦设置的N个数据点的函数拟合来获得的。例如，可基于函数形式对N个数据点的拟合(例如最小二乘法)来选择具有优化后的参数的函数形式(多项式、S形(sigmoid)、小波或有限差)。在另一实施例中，可使用插值法(例如线性插值或二次插值)来确定曲线310，其具有被约束以在最初有效距离上具有所确定的优化聚焦设置的已定义函数形式。插值法可使用具有最接近于输入有效距离(例如在其任一侧上)的最初有效距离的数据点。其它确定任何形式函数逼近的方法可包括本文描述的方法的组合以及其它从一组数据点获得函数逼近的适宜方法。

作为一个示例，诸个最初变焦位置可相对于优化聚焦位置来绘制，这可由控制器130执行。在诸个最初变焦位置之间的诸个变焦位置处的诸个聚焦值可使用函数逼近来确定。在一个方面，可通过使用更多的最初数据值来提高或降低中间值的准确性。在一个方面，可通过使用更多的用于逼近的复变函数(例如较高次的多项式或更多小波)来提高准确性。

在图3中，曲线310被示出在最小变焦位置和最大变焦位置之间，这两个变焦位置可对应于镜头上可用的设置的限值。函数逼近可为落在最小/最大范围之外的变焦设置提供聚焦设置，但通过已完成校准的变焦镜头则可能无法获得这些位置。不同的变焦镜头可提供不同的最小/最大范围。

用于确定函数逼近的手段可以多种形式来呈现。在一个实施例中，该手段可用以在成像系统上从最初有效距离的N个数据点来计算函数逼近。在另一实施例中，函数逼近可以是已经计算的，并且该手段可仅检索函数逼近并输入新的有效距离以确定相应的优化聚焦设置。

图2B示出根据本发明实施例的存储用于确定有效距离至优化聚焦设置的关系的函数逼近的手段的方法260。方法260可被用于实现方法200的步骤230。

在步骤231b，针对每个最初有效距离的优化聚焦设置被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质适于通信地耦合于成像系统。在一个实施例中，优化聚焦设置可由成像系统来确定，并因此可被自动地存储在永久存储器中。在另一实施例中，优化聚焦设置可由用户来确定并随后被存储在计算机可读介质上。一旦介质可通信地耦合于成像系统，可由成像系统使用优化聚焦设置来确定函数逼近。在一个实施例中，{最初有效距离，聚焦设置}的数据点被存储为表格或其它阵列。

在步骤232b，提供代码和/或硬件以从存储的{变焦，聚焦}数据点来确定函数逼近。在一个实施例中，软件代码被存储在永久和/或可移动计算机可读介质上。代码可被存储在与数据点相同的介质上。代码可由成像系统的处理器使用以使用数据点来计算函数逼近。可使用各个算法以确定函数逼近，例如插值法、对多项式的最小二乘法拟合等。

在另一实施例中，成像系统可具有硬线连接的硬件(例如ASIC)以使用一个或多个算法(例如前面提到的算法)来基于数据点计算函数逼近。在又一实施例中，成像系统可使用软件和硬线连接的硬件两者。例如，软件代码可作为包含ASIC部分的FPGA的配置数据而被加载。同样地，微处理器可包含硬线连接以执行某些指令的某些部件。

图2C示出根据本发明实施例的存储用于确定对有效距离至优化聚焦设置的关系的函数逼近的手段的方法270。方法270可用来执行方法200的步骤230。

在步骤231c，计算对优化聚焦设置相对于有效距离的函数逼近。可如前所述地计算函数逼近。在一个实施例中，计算可由不耦合于成像系统的计算机来执行。在另一实施例中，计算可由成像系统来执行。

函数形式可以为多种方式来表现。在一个实施例中，函数逼近被存储为一系列数据点{变焦，聚焦}。这些数据点比初始有效距离更多。事实上，在一个实施例中，数据点的数目可等于变焦镜头的可能设置的数目。这些数据点也可被用作确定另一函数逼近(例如步骤232b所做那样)的基础。在另一实施例中，函数逼近可被存储为定义一函数的一组参数。例如，可存储一个或多个多项式(或其它函数)的系数。当使用插值法或有限元法时，针对函数逼近的不同部分可以有多个多项式。

在步骤232c中，函数逼近被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质适于可通信地耦合于成像系统。该成像系统可具有识别并使用(例如在方法200的步骤250中)函数逼近的程序代码和/或硬线硬件。该程序代码可被存储在同一计算机可读介质中或另一计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以是成像系统的固定部分或者是可移除的。

图3还示出一偏移函数逼近320，该函数逼近可将样本位置的偏离考虑在内。在一些实施例中，样本可从平台移动一固定距离(偏移)。例如，由于在光源和样本之间(其中光源在样本之下)提供滤光器的不同照明板，系统可具有不同的高度。在一个示例中，滤光器可改变光源的频谱至一期望的频谱。在这些实施例中，对于新的有效距离的聚焦设置的计算包括基于由样本平移一固定距离所导致的偏移来平移函数拟合。

在这些情形下，人们不想重做整个校准过程。因此，可从函数逼近310来确定偏移函数逼近320。在一个实施例中，在最小有效距离(即最大变焦)处只取一个新的数据点。使最大有效距离(最小变焦设置)具有与曲线310相同的优化聚焦设置。其它聚焦设置基于具体变焦设置相对于整个可用范围的百分比作出平移。例如，如果变焦具有从150mm至650mm的范围(500mm的范围)，则600mm的变焦位置将具有在650mm改变的90％。因此，如果在650mm处的改变从570至620，则在600处的聚焦位置将是615。在其它实施例中，也可计算在最大有效距离处的数据点。在一个实施例中，优化聚焦设置之比被保留，例如：包括变焦设置相对于在最小和最大有效距离处的经平移的焦距设置之比。

当样本偏离最初位置时，函数逼近320(图示为连续曲线)可提供在任何随意变焦位置处的聚焦位置。该偏移方法也可被应用于将样本移动实际距离的实施例。在这些实施例中，最初距离中的每一个将被平移，但只需要确定最近距离的偏移处的优化聚焦设置。其它平移的聚焦设置可如前所述地来确定。

B.搜索优化聚焦设置

针对特定最初有效尺寸的优化聚焦设置的确定可手动或自动地完成。如果用计算机自动完成的话，则可使用成像系统或另一计算设备。在一个实施例中，针对特定有效距离的优化聚焦设置的自动确定使用最佳化方法来确定聚焦对比值的极限(即最小值或最大值)。为了获得更准确的聚焦设置，校准目标(例如140)可由一个或多个高对比度要素构成。可设置高对比度要素以使得在图像中一直存在至少一个高对比度要素。在一个实施例中，高对比度要素是不同颜色的两个物体之间的边，例如黑色物体和灰色物体。

图4是根据本发明实施例的用于确定在一特定有效距离设置上的优化聚焦的方法400的流程图。在一个方面，镜头的优化聚焦位置是通过跨聚焦设置范围获得多个图像并例如使用像素值直方图来计算每个图像的聚焦对比度值(FCV)来确定的。具有最小(或最大，这取决于如何定义FCV)的聚焦位置可被用作针对该特定变焦设置的优化聚焦位置。下面的讨论针对FCV为最小的情形，但可轻易地应用于当FCV为最大的情形。

方法400执行在固定的有效距离上。例如，镜头被变焦至一特定位置。在一个实施例中，镜头的光圈在获取图像过程中完全打开。完全打开的光圈可收窄视场的深度并帮助确定最佳聚焦位置。也可获得近似自动曝光值。在一个方面，自动曝光被用来确保该获得的图像具有足够的动态范围以得到黑色像素值和灰色像素值之间最好的区分。自动曝光可例如通过确定快门速度或在读出信号前控制光敏检测器上的积分时间来获得。

在步骤410，随着在各个聚焦位置摄取图像，镜头(或其它光学器件)的聚焦设置从最小值移动至最大值。可在聚焦改变的同时尽可能快地获得图像。在一个实施例中，当摄取图像时，聚焦设置相对快地移动并不保持在一特定聚焦位置。在一个方面，用于聚焦设置的最小值和最大值可以是镜头所能取得的最小值和最大值。在另一方面，该最小值和最大值可单纯为已知的或估计为分别小于和大于优化聚焦设置的值。

在步骤420，确定用不同的聚焦设置摄取的每个图像的聚焦对比度值(FCV)。可使用如本文描述的和本领域内技术人员熟知的各种类型的FCV。每个数据点具有FCV和聚焦设置。图5示出根据本发明一个实施例的FCV相对于聚焦设置(位置)的曲线图500。

在步骤430，确定与快速最小值至最大值扫描的最小值FCV对应的第一聚焦位置。在一个实施例中，第一聚焦位置可与用来确定具有最小值FCV的图像的多个图像之一相对应。在另一实施例中，可在多个数据点上执行函数拟合，该拟合被用来确定最小值FCV和相应的聚焦设置。因此，第一聚焦位置可能不是用来在步骤410中获得图像的聚焦设置中的一个。

在步骤440，步骤410-430被重复，除了将聚焦设置从最大值聚焦移动至最小值聚焦，由此获得第二聚焦位置。第一和第二聚焦位置一般是不同的。从最小值至最大值的任一扫描方向可首先完成。

第一和第二聚焦位置是针对优化聚焦设置的粗略估计(并可提供一范围)。由于该聚焦在相对大的范围内快速移动，这些值可能不如所期望的那样准确。因此，可执行进一步的细调步骤。

在步骤450，对于FCV中的最小值的搜索在步骤430、440中确定的第一和第二聚焦位置之间的区域内细调。细调可以多种方式进行。

在一些实施例中，聚焦设置在步骤430、440确定的第一和第二聚焦位置之间缓慢移动。在一个方面，该范围小于最小值至最大值范围。聚焦设置缓慢移动以提供更大的准确性。针对聚焦设置的这种扫描确定对应于最小值FCV的第三聚焦位置。聚焦设置也可沿相反方向缓慢地移动以获得与最小值FCV对应的第四聚焦位置。计算第三和第四聚焦位置的平均值。该平均值可被视为在特定变焦位置的优化聚焦位置。替代地，该过程可进一步继续以第三和第四聚焦位置之间的另一次扫描，以此类推，并可使用最后一个聚焦设置的平均值。

在其它实施例中，在聚焦保持固定(即不从一个聚焦变至另一聚焦)的同时，在获得的设置处摄取图像。所得到的值则可用来搜索越来越小的范围以用于优化聚焦设置。在一个实施例中，该搜索是在每步骤之后将该范围一分为二的二元搜索。例如，第一和第二聚焦位置的FCV与在25％、50％和75％范围的三个其它聚焦位置的FCV一起使用。可再次取第一和第二聚焦位置处的FCV，这次聚焦将停止在这些设置处。从这五个点可以确定最小值是处于该范围的第一半部还是第二半部，例如：通过识别25％点和75％点中的哪一个具有较低的FCV、通过使用不包括中央点的两对点的平均、或通过使用函数拟合。

该过程可重复直到获得要求的准确性为止。在多个实施例中，要求的准确性可基于FCV的绝对值，FCV中变化以及从镜头返回的电压的分辨率。例如，如果两个点的电压的数字值之间的差为1，则聚焦设置无法被确定至更高的细节。

在一个实施例中，使用具有两种颜色的校准目标有助于提供一种图像，该图像可将抛物线形状提供给聚焦相对于FCV的曲线，与具有多个最小值的曲线正好相反。其它实施例可使用其它优化方法来确定具有优化FCV的聚焦设置。

C.聚焦对比度值的计算

在一个实施例中，使用具有50％为一种颜色且50％为另一颜色的校准目标来确定FCV。例如，一种颜色可以是黑色(或几乎黑色)而另一颜色为白色(或几乎白色)。如果得到的图像很好地居中，则可使用前面提到的棋盘图案。如果颜色是黑色和白色，则可使用单色度来确定每个像素的颜色。

图6A示出根据本发明一个实施例的对于未聚焦图像的像素强度(单色级)相对于像素计数的直方图600。在一些实施例中，可针对每个图像确定质心610。质心610可以是与平均或中值强度相对应的整数或分数像素强度。在一个实施例中，质心610可被确定为多个像素强度的加权平均值，其中权重对应于具有特定强度的像素个数。在另一实施例中，质心610是针对所有像素的中值像素强度。质心对于每个图像可以是不同的。

质心范围620可居中在质心610周围，例如固定量的像素强度或最大强度的一个百分比，例如+或-5％。在一个实施例中，柱状图曲线600下方的用于质心范围620的区域630被视为FCV。该区域可对应于居中在质心610周围的范围620内的像素个数。因此，FCV可以是该范围内的全部点。在一个方面，该范围对每个图像具有相同的宽度。使用该质心范围620，可针对每个图像计算该图像的FCV。

如柱状图600所示，质心610某种程度上处于整个像素强度范围的中间。因此，最大共同强度大约为一半强度或一灰度颜色。由于该目标只具有黑色和白色，因此该直方图展现出未经聚焦的图像的特征。

图6B示出根据本发明实施例的对于一个或多个聚焦图像的像素强度(单色级)相对于像素计数的柱状图650。如图所示，柱状图650下方的用于质心范围620的区域630的数量远小于柱状图曲线600的数量。这是两种颜色的更大区分的结果，并因此具有更好的对比度分辨率和聚焦。

在另一实施例中，可将两峰值的像素强度的区分用作FCV。在这些实施例中，FCV的最大值将对应于优化聚焦设置。而另一实施例可使用两峰值的高度。

III.尺寸

前面的章节描述了有效距离与聚焦设置的映射。然而，合适的有效距离可能无法轻易地得知。因此，一些实施例也可提供了用于确定合适有效距离的机制。某些实施例也可提供用于确定样本尺寸的机制，从而例如有助于执行样本的结构分析。

A.尺寸对有效距离的映射

尺寸算法可确定在每个最初有效距离处的图像大小。在一个实施例中，确定横跨已知尺寸L的给定目标特征的图像像素的数目K，并且每个图像像素的长度(或其它尺寸)可被计算为K/L。然后可将每个图像像素的尺寸与图像传感器的x轴和y轴中的像素数目相乘以提供图像的总尺寸。成像系统也可确定图像的某个部分的像素个数，并随后基于K/L来确定尺寸。本领域内技术人员将理解从已知尺寸的目标特征来确定尺寸的其它方法。可相对于每个有效距离绘制所得到的尺寸，并以与聚焦设置相同的方式确定中间有效距离处的尺寸。因此，可确定尺寸和有效距离之间的关系的函数逼近。

图7是示出根据本发明实施例的用于确定样本的有效距离和尺寸之间的关系的函数逼近的方法700的流程图。方法700可使用具有已知尺寸物体的校准目标，例如两个特征(例如边)之间的距离是已知的。例如，使用由例如黑色和40％灰色(见图8的附图标记1)的两个不同灰度强度的棋盘图案构成的测试图案；然而，也可使用其它形状的物体和特征。一旦识别出与那些特征对应的像素，则可确定图像(以及在该有效距离处摄取的任何图像)的尺寸。

在步骤710，例如使用方法200中确定的优化聚焦在特定有效距离(例如变焦位置)摄取校准目标的图像。可设置已知尺寸的物体以使对于任何有效距离在图像中永远存在至少一个物体。因此，可分析该图像以识别已知尺寸的物体。在一个实施例中，特定有效距离可以是方法200中使用的最初有效距离中的一个。在另一实施例中，特定有效距离不是已直接确定优化聚焦设置的距离之一，而是使用因变于有效距离的优化聚焦设置的函数逼近来确定的。

在步骤720，针对在步骤710中的图像识别该图像中至少一个物体的边。在图8中，这些边可以是黑色方格或灰色(发白的)方格的边。在其它实施例中，可使用其它物体的边或任意两个其它特征。一个边可被识别为其中对比度发生某种变化的像素。例如，可识别像素强度变化最陡峭位置的一个像素。在其它实施例中，特征可以是方格的中间位置。可将该中间位置识别为强度的最大值或最小值。

为了识别这些边，一个实施例创建在图像中的任意y或x位置处的水平或垂直像素分布(强度值)。图8中的直线810表示沿其创建像素分布820的直线。对于单色校准目标，像素分布820可与像素强度成比例(正比或反比)。在图8中，这种关系是相反的，因为最高值是黑色方格所在的位置。在一个方面，可使用恰好在图像中间开始的水平分布。基于该分布，可确定边。

在一个实施例中，确定分布的二次导数。可将二次导数为零(例如符号从正改变至负或相反)位置的点识别为边。二次导数可使用任何有限差公式来确定。例如，这样一个像素，在该像素与前一像素之间的强度变化小于从该像素至下一像素的强度变化。

在另一实施例中，可计算并使用像素分布的平均像素强度830。例如，对比度边可通过对分布的每个像素值检测下列标准之一来找到：(1)分布中当前像素左侧的像素值小于平均值而分布中当前像素右侧的像素值大于平均值；(2)分布中当前像素左侧的像素值大于平均值而分布中当前像素右侧的像素值小于平均值。在一些实例中，两个不同像素可对应于该边，例如当没有像素具有平均强度值时。在这种情形下，可选择最靠近平均值的那一个或选择任意一个。

回来参见图7，在步骤730，确定边(或其它特征)之间的像素数目。在一个实施例中，可简单计数两边之间的像素数目。可针对几个物体确定像素数目并随后对其求平均以提供确定的像素数目。

图8示出相邻边之间的间距840。在一个实施例中，间距的标准差可被用来检测误差。例如，为了避免无效像素分布(例如，靠近垂直边的水平分布)的情形，标准差应当小(例如小于2.5％)。在无效像素分布的情形下，选择不同的像素分布(例如沿下一相邻的y像素位置的水平分布)。

在步骤740，使长度关联于像素。这可通过将各边之间的已知距离除以位于各边之间的所确定的像素数目来完成，由此提供每像素的长度。等效地，也可获得每长度的像素数目。可通过控制器130从存储器或由用户经由输入来接收已知的距离(例如校准目标上的特征之间的距离)。在一个方面，每个物体之间的距离可以是相等的，例如每个棋盘方格可具有0.5cm的长度。

在步骤750，基于来自当前有效距离上的图像的像素总数来计算总尺寸(例如长度)。在一个实施例中，将每个图像像素的图像面积(或长度)乘以图像传感器的x轴和y轴中的像素数目。这种计算可通过控制器130、通过成像系统中的另一计算机或通过外部计算机来完成。

在另一实施例中，计算完全可见的棋盘方格的数目。完全可见的方格的数目可被确定为边数减1。在分布的开始和结束处的部分可见棋盘的尺寸可基于剩余像素的数目来估算。图像的物理尺寸(例如长度)是完全可见的棋盘方格和两个部分可见的棋盘方格之和。

在又一实施例中，从第一/最末边至图像边界的计算得到的距离可被除以相邻边之间的间距，由此提供部分可见的方格的百分比。例如，如果从开始至第一边的距离是40像素且两个相邻边之间的间距大约为100像素，因此仅有40％的第一棋盘是可见的。由于棋盘的尺寸是已知的，因此可计算部分可见棋盘的物理尺寸，例如0.5cm的40％是0.2cm。

在又一实施例中，计算图像的子区域(例如不是已知物体中的一个)的物理尺寸。例如，可使用图像中央的图像宽度和高度的一半。通过将子区域的尺寸乘以整个图像的像素数目再除以子区域中的像素数目来计算整个图像的物理尺寸。可使用前述实施例的任意组合以及本领域内技术人员所能理解的其它方法。

在步骤760，确定是否任何更有效的设置需要确定一尺寸。如果是，该方法针对这些其它的有效距离重复步骤710-750。在一个方面，在沿变焦范围均等间隔的N个变焦位置(以及相关联的聚焦设置)处获得N个图像。在一些实施例中，每个有效距离的相应尺寸(例如长度)可被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质适于可通信地耦合于成像系统。在一个实施例中，该计算机可读介质可以是控制器130的部件。

在步骤770，从数据点{尺寸，最初有效距离}中确定尺寸-有效距离的关系的函数逼近。该函数逼近可按照前述的针对聚焦-有效距离的函数逼近的任何方式来计算出。确定该函数逼近的手段也可以相类似的方式被存储在计算机可读介质中。

图9示出根据本发明实施例的描述镜头的变焦位置和通过照相机所获得的图像中的样本的物理尺寸之间的关系的函数逼近910的曲线图。函数逼近910可提供任何尺寸对有效距离的映射，反之亦然。

B.使用输入尺寸以确定有效距离和聚焦设置

来自方法700的尺寸至有效距离的映射可与方法200一起使用以允许基于样本尺寸的用户输入来确定聚焦和有效距离。如果用户知道样本的尺寸，则用户不需要手动地估算适宜的尺寸。另外，在一些实施例中，用户可向成像系统传送适宜的样本尺寸。用户可输入正在使用哪种凝胶，并且成像系统可将其关联于已知尺寸，这进而被用来确定有效距离和聚焦设置。在一个实施例中，可保存输入凝胶的设置以供之后使用。

图10是示出根据本发明一个实施例的基于样本尺寸的输入来确定有效距离和聚焦的方法1000的流程图。在步骤1010，在成像系统(例如系统100)接收样本尺寸。样本尺寸可从用户那里被接收为一值，或样本所在的容器类型的指示，该值或指示可随后与尺寸相互参照。例如，用户可将尺寸输入为面积或长度。样本尺寸可对应于准确地分析样本所需的图像尺寸。例如，用户可提供技术上大于实际样本但只足以确保对整个样本进行成像的输入样本尺寸。在一个方面，输入样本尺寸可以不是最初有效距离(例如方法700中使用的最初有效距离)中的一个。

在步骤1020，成像系统确定有效距离至样本尺寸的函数逼近。函数逼近可以本文描述的多种方式来确定，例如图2B和2C中提到的那样。在一个实施例中，函数逼近可从永久的或可移除计算机可读介质中检取。在另一实施例中，函数逼近可基于包含最初有效距离和相应尺寸的一组数据点来计算得出，如在方法700中前述的那样来确定。

在步骤1030中，确定基于映射的与样本尺寸相对应的有效距离。该有效距离可通过评价针对输入尺寸的函数逼近来确定。例如，图9中的曲线910可被用来将变焦位置确定为输入物理尺寸。这种确定可涉及将尺寸输入一函数并接收变焦位置。如前面提到的，映射可以是一对一或多对一的映射。例如，如果函数逼近被存储为一组有限数据点(与逐段的连续函数的参数相反)，则最靠近数据点中某一尺寸的任何输入尺寸可被映射至同一相应的有效距离。

在步骤1040中，基于所确定的有效距离来选择一聚焦设置。该聚焦设置可基于有效距离至聚焦设置的函数逼近来确定，例如经由方法200确定的函数逼近。因此，用户可简单地输入一样本尺寸(作为一数目或作为已知尺寸的容器的标识符)，并且该成像系统可将光学器件调整至准确的设置。

C.使用映射以确定样本的尺寸

尺寸至有效距离的映射也可被用于将样本尺寸(例如尺寸图例)提供给成像系统的最终用户。图11是示出根据本发明实施例的使用成像系统确定生物或化学样本的尺寸的方法1100的流程图。

在步骤1110，接收成像系统的光学器件和样本之间的输入有效距离。例如，用户可改变镜头上的变焦，直到样本在图像上完全可见为止。该变焦设置可被用作为输入有效距离。

在步骤1120，获得有效距离至尺寸的函数逼近。该函数逼近可按照前述任何方式来确定。例如，可从耦合于控制器130的计算机可读介质(例如非易失存储器)来读取，或通过控制器130从读取自存储器的最初数据点来确定。

在步骤1130，与输入有效距离相对应的尺寸是基于该函数逼近来确定的。如前面提到的，在一个实施例中，多个尺寸可对应于输入有效距离。在其它实施例中，尺寸可唯一地对应于输入有效距离中的一个值。

在步骤1140，尺寸被显示给用户。例如，成像系统可具有监视器或其他显示屏，用于标注有尺寸的样本。在一个实施例中，该尺寸可作为图例来提供，该图例将屏幕尺寸等同于样本的尺寸。在另一实例中，成像系统可打印该尺寸。

IV.平面场校正

在对样本分子成像时，希望在整个成像区域上具有均一的信号响应。也就是说，提供等量光的两个点应当被成像为具有同一亮度。该均一性可提供识别和表征分子时更高的准确性。然而，镜头和照明源可使某些点(特别是沿着边的某些点)不具有与其它点相等的亮度。某些实施例可通过对具有基本均一亮度特性的平面场目标进行成像并随后计算每个像素的校正因子来校正这种效果，从而使所有像素具有相同的亮度。美国专利No.5,799,773提供可使用的校正因子的示例。

A.对于用光源照亮的样本

图12A示出根据本发明实施例的具有平面场目标1210的成像系统1200，该成像系统1200可被用来确定镜头和光源的平面场校正。在一个实施例中，平面场目标1210是UV透照器，该UV透照器是当由均一光源照射时具有基本均一的发光特性的发光(例如荧光)材料片。可摄取目标1210的图像，并可使用与均一值的差来校正样本的图像。

在获取平面场模型图像的过程中，目标1210可位于光源之上的成像板上。尽管该目标可被构造成当由均一光源照射时具有基本均一的发光特性，然而光源可能是不均一的。目标1210可被用来对给定光源和镜头非均一性两者进行建模，因为它们都将被图像捕捉。

B.对于不用光源照亮的样本

图12A也示出根据本发明实施例的具有可用来确定镜头的平面场校正的平面场目标1220的成像系统。在一个实施例中，用于仅仅对镜头的非均一性进行建模的平面场目标1220是具有基本均一的发光特性的发光(例如荧光)材料片。当获取平面场模型图像时，该目标可被放置在紧靠变焦镜头的位置，很好地位于镜头聚焦范围的最小工作距离内。

图12B示出根据本发明实施例的用于确定镜头的平面场校正的目标1220的一个示例。具有滤光器1224以对光进行衰减的塑料荧光片1222可附连于镜头的玻璃前端。使用紫外光从下方照射荧光塑料1222。由于荧光塑料1222离光源相对较远，因此光源中的非均一性可以是最小的。

在一个实施例中，目标1220是配合在镜头上方或之上的罩。在另一实施例中，目标由另一装置支承或与镜头脱开。目标1220可靠近镜头以更好地逼近镜头中的非均一性。在一种实现中，目标足够靠近以使镜头的视场充满来自目标的光，并且目标落在焦距之外。例如，镜头的聚焦可设置在光源上，并且发光目标的图像形成在设置的聚焦处。随后可针对所形成的图像计算出平面场校正。

C.多变焦系统的平面场校正

图13是示出根据本发明一个实施例的对用于成像生物或化学样本的成像系统执行平面场校正的方法1300的流程图。方法1300可使用相应的优化聚焦设置来获得每个最初变焦位置处的平面场模型图像。然而，可使用具有从一函数逼近(如前所述)所确定的优化聚焦设置的其它变焦设置。方法1300可被独立地执行，以对使用光源所获得的样本图像进行校正，并对不使用光源所获得的图像进行采样。处于中间变焦值的平面场模型图像可从变焦设置相对于平面场校正的函数逼近(例如两个最靠近的变焦位置的平面场模型图像之间的像素值插值)来确定。因此，可针对任何有效距离获得平面场校正。

在步骤1310，针对从成像系统的光学器件至样本的多个最初有效距离中的每一个确定平面场校正。例如，可在N个变焦位置中的每一个处确定平面视场校正，所述N个变焦位置沿变焦范围具有均等的间隔。在使用目标1210的实施例中，目标1210可设置在同一位置并因此当使用相应优化聚焦位置时应当对于一特定有效距离而处于焦点对准。在使用目标1220的实施例中，光源可设置在样本位置。

在一个实施例中，平面场校正包括在图像每个像素的一个值。该校正可被计算为确保均一图像所需的乘法值。例如，如果平均强度为M，则像素的校正可被确定为M除以平面场图像的该像素处的强度。如此，过亮(即比平均值更亮)的像素被乘以小于1的数，而较暗的像素被乘以大于1的数。

在步骤1320，计算平面场校正和相应有效距离之间的关系的函数逼近。在一个实施例中，函数逼近是针对每个像素独立地执行的。例如，使用来自1310的针对每个像素的平面场校正值来对该像素执行单独的函数逼近。每个函数逼近可经由前述任何方法来计算得出，例如使用存储在计算机可读介质上的手段。

在步骤1330，接收不是最初有效距离之一的输入有效距离。在一个实施例中，输入有效距离是从用户那里接收的。在另一实施例中，输入有效距离是从样本尺寸的输入所确定的，例如经由方法1000所完成的那样。

在步骤1340，在输入有效距离上获得图像。在一个实施例中，使用如使用方法200所确定的输入有效距离的优化聚焦来获得图像。图像可由一组像素值构成，每个像素值可通过平面场校正予以校正。

在步骤1350，对于输入有效距离的平面场校正是使用函数逼近来确定的。例如，可将输入有效距离输入到一函数中，该函数为图像的每个像素提供相应的平面场校正。在一个实施例中，通过在1310中所获得的两个适宜的平面场图像之间的插值在输入变焦设置处合成地形成特定平面场。因此，可针对任何变焦设置确定每个像素的平面场校正。

在步骤1360中，所确定的平面场校正被用来形成样本的经校正图像。例如，所获得图像的每个像素可乘以输入有效距离的相应平面场校正。在一个实施例中，控制器130可用来确定经校正的图像。

图14示出可用于根据本发明实施例的系统和方法的示例性计算机装置1400的方框图。该计算机装置可利用任何适宜数量的子系统。这些子系统或组件的示例被示出于图14。图14中所示的子系统经由系统总线1475互连。示出了例如打印机1474、键盘1478、硬盘1479、耦合于显示适配器1482的监视器1476之类的附加子系统及其它。耦合于I/O控制器1471的外设和输入/输出(I/O)设备可通过本领域内技术人员已知的任意数量的装置(例如串行端口1477)而被连接至计算机系统。例如，串行端口1477或外部接口1481可被用来将计算机装置连接于例如因特网的广域网、鼠标输入设备或扫描仪。经由系统总线的互连允许中央处理器1473与各子系统进行通信并控制来自系统存储器1472或硬盘1479的指令的执行以及子系统之间的信息交换。系统存储器1472和/或硬盘1479可被具体化为计算机可读介质。

特殊实施例的具体细节可以任何适宜方式结合而不脱离本发明实施例的精神和范围。然而，本发明的其它实施例可针对关联于各个方面或这些方面的特定组合的特定实施例。

应当理解，上面描述的本发明可以控制逻辑的形式实现，所述控制逻辑以模块化或集成方式使用硬件和/或使用计算机软件。基于这里提供的公开和教义，本领域内普通技术人员将知晓和理解使用硬件以及硬件和软件组合实现本发明的其它方式和/或方法。

本申请中描述的任何软件组件或函数可被实现为软件代码，该软件代码由处理器使用例如Java、C++或Perl任何适宜的计算机语言来执行，Java、C++或Perl语言使用例如传统的或面向对象技术。软件代码可被存储在计算机可读介质上作为一系列指令或命令以供存储和/或传输，适宜的介质包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、例如硬盘驱动器磁盘或软盘的磁性介质或例如压缩盘(CD)或数字多功能盘(DVD)的光学介质、闪存等。计算机可读介质可以是这些存储或传输设备的任意组合。

这些程序也可使用适于经由遵循包括因特网的多种协议的有线、光和/或无线网络传输的载波信号来编码和传输。同样，根据本发明一个实施例的计算机可读介质可使用通过这些程序所编码的数据信号来形成。用程序代码编码的计算机可读介质可用可兼容设备来打包或从其它设备单独地提供(例如经由因特网下载)。任何这样的计算机可读介质可留驻在单个计算机程序产品(例如硬盘驱动器或整个计算机系统)之上或之内，并可出现在系统或网络中的不同计算机程序产品之上或之中。计算机系统可包括监视器、打印机或用于将任何前述的结果提供给用户的其它适宜的显示器。

已经为了解说和描述目的而给出本发明的示例性实施例的前面描述。这不旨在是穷举性的或将本发明限制在所述的精确形式，并且许多修改和变化鉴于前面的教示是可能的。选择和描述这些实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实践应用以由此允许本领域内其它技术人员最好地利用各实施例中的本发明并能使用所预期的适用于具体用途的各种改型。

对“一”、“一个”或“该”的引述旨在表示“一个或多个”，除非具体指示相反情形。

前述所有专利、专利申请和描述因为各种目的全篇地援引包含于此。没有任何一篇文献被承认为现有技术。

Claims (26)

1.一种用于对成像生物或化学样本的成像系统进行校准的方法，所述方法包括：

对于从所述成像系统的光学器件至样本位置处的校准目标的多个最初有效距离中的每一个，识别所述光学器件的最初优化聚焦设置，其中不同的最初有效距离对应于不同的最初优化聚焦设置；以及

存储用于成像系统的手段以确定第一函数逼近，所述第一函数逼近是从在所述最初有效距离处的最初优化聚焦设置所推导出的，所述手段被存储在适于可通信地与所述成像系统耦合的至少一个计算机可读介质中，其中所述第一函数逼近被用来计算针对新有效距离的新优化聚焦设置，所述新有效距离不是所述最初有效距离中的一个，所述新有效距离是从生物或化学样本至光学器件的距离，所述生物或化学样本不是所述校准目标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述成像系统接收不是所述最初有效距离中的一个的所述新有效距离；

所述成像系统使用存储在至少一个计算机可读介质中的所述手段来确定所述第一函数逼近；以及

所述成像系统使用所述第一函数逼近来计算针对所述新有效距离的新优化聚焦设置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一函数逼近的手段包括定义所述第一函数逼近的公式以及检索所述公式的程序代码。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一函数逼近的手段包括针对每个最初有效距离的最初优化聚焦设置以及用于计算所述第一函数逼近的程序代码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新有效距离和所述最初有效距离是通过设置所述光学器件的变焦来获得的，且其中所述光学器件是镜头。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准目标具有比所述生物或化学样本更高的对比度。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，标识所述光学器件的最初优化聚焦设置是由所述成像系统来执行的。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述校准目标包括已知尺寸的至少一个物体，所述方法还包括：

对于在所述最初有效距离处获得的多个图像中的每一个，使用所述光学器件的识别出的最初优化聚焦设置来确定所述已知尺寸与像素数目的关联；以及

基于已知尺寸与像素数目的关联，确定所述图像的尺寸；以及

存储用于成像系统的手段以确定第二函数逼近，所述第二函数逼近是从在所述最初有效距离处的尺寸所推导出的，所述手段被存储在适于可通信地耦合于所述成像系统的至少一个计算机可读介质中，其中所述第二函数逼近用来从一尺寸计算不作为所述最初有效距离之一的新有效距离。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

所述成像系统从用户那里接收一样本尺寸；

所述成像系统使用存储在至少一个计算机可读介质中的手段来确定所述第二函数逼近；

基于所述第二函数逼近来确定与所述样本尺寸对应的有效距离；以及

基于所确定的有效距离，使用所述第一函数逼近来选择变焦设置。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定已知尺寸与像素数目的关系包括：

对于在所述最初有效距离处获得的多个图像中的每一个：

确定具有已知尺寸的至少一个物体的两个特征之间的距离；

识别所述图像中的两个特征；

识别所述特征之间的像素数目；以及

使用已知尺寸和像素数目将尺寸关联于像素。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

使用第一函数逼近来确定当生物或化学样本偏离所述样本位置时所使用的偏移函数逼近；以及

存储用于所述成像系统的手段以确定所述偏移函数逼近，所述手段被存储在适于可通信地耦合于所述成像系统的至少一个计算机可读介质中。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

针对最小最初有效距离的偏移，识别所述光学器件的优化聚焦设置；以及

确定在最小最初有效距离和偏移最小最初有效距离处的优化聚焦设置的改变；以及

其中使用所述第一函数逼近来确定所述偏移函数逼近包括使每个最初聚焦设置的每个优化聚焦设置平移与所述改变成比例的相应量。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

针对每个最初有效距离确定平面场校正；

存储用于所述成像系统的手段以确定第二函数逼近，所述第二函数逼近是从在所述最初有效距离处的平面场校正所推导出的，所述手段被存储在适于可通信地耦合于所述成像系统的至少一个计算机可读介质中，其中所述第二函数逼近用来针对不作为所述最初有效距离之一的新有效距离来计算平面场校正，所述新有效距离是从生物或化学样本至所述光学器件的距离。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

所述成像系统使用存储在所述至少一个计算机可读介质中的手段来确定所述第二函数逼近；以及

所述成像系统使用所述第二函数逼近来计算针对新有效距离的平面场校正；以及

使用所述平面场校正来形成样本的经校正的图像。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二函数逼近包括用于每个像素的区分函数。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述成像系统的光学器件和生物或化学样本之间的输入有效距离；

所述成像系统获得任何有效距离与相应尺寸的映射；以及

所述成像系统基于所述映射来确定与所述输入有效距离对应的尺寸。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：

所述成像系统将所述尺寸提供给用户。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述有效距离至尺寸的映射是使用校准目标来确定的，并且所述校准目标包括具有已知尺寸的至少一个物体，所述方法还包括：

对于在多个最初有效距离处获得的多个图像中的每一个，使用所述光学器件的经识别的最初最佳聚焦设置来确定所述已知尺寸与像素数目的关联；以及

基于所述已知尺寸与像素数目的关联，确定所述图像的尺寸；以及

存储用于成像系统的手段以确定一函数逼近，所述函数逼近是从所述最初有效距离的尺寸所推导出的，所述手段被存储在适于可通信地耦合于所述成像系统的至少一个计算机可读介质中，其中所述函数逼近用来针对不是所述最初有效距离之一的新有效距离来计算尺寸。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述映射是通过检索多个最初有效距离以及与每个最初有效距离相对应的尺寸来获得的；

使用所述最初有效距离和所述相对应的尺寸来确定对所述尺寸对有效距离的依存性做出逼近的函数。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，对所述尺寸对有效距离的依存性做出逼近的所述函数是在最接近所述输入有效距离的几个有效距离之间使用插值来确定的。

21.一种用于对生物或化学样本成像的成像系统，所述成像系统包括：

具有多个聚焦设置的光学器件；

改变从所述光学器件至生物或化学样本的有效距离的装置；

配置成通过确定一函数逼近并将选定的有效距离输入到所述函数逼近中以获得优化聚焦设置而将任何有效距离映射至优化聚焦设置的处理器；以及

配置成将所述光学器件设置为具有映射至所述选定有效距离的优化聚焦设置的控制器，

其中所述函数逼近是从自光学器件至样本位置处的校准目标的多个最初有效距离中的每一个的最初优化聚焦设置推导出的，其中不同的有效距离对应于不同的最初优化聚焦设置，

并且其中所述函数逼近能操作用于计算针对新有效距离的新优化聚焦设置，所述新有效距离不是所述最初有效距离中的一个，所述新有效距离是从生物或化学样本至光学器件的距离，所述生物或化学样本不是所述校准目标。

22.如权利要求21所述的成像系统，其特征在于，还包括：

从用户那里接收选定的有效距离的接口。

23.如权利要求21所述的成像系统，其特征在于，还包括：

用于从用户那里接收样本尺寸的接口，其中所述处理器被进一步配置成将任何样本尺寸映射至一有效距离，所述样本尺寸对应于选定的有效距离；并且

其中所述改变有效距离的手段能基于所述处理器的映射将所述有效距离改变至选定的有效距离。

24.如权利要求21所述的成像系统，其特征在于，所述处理器通过针对多个最初有效距离中的每一个读出最初优化聚焦设置并计算所述函数逼近来确定所述函数逼近。

25.如权利要求24所述的成像系统，其特征在于，所述控制器被配置成设定所述光学器件以通过在与最靠近新有效距离的最初有效距离相对应的优化聚焦设置之间进行插值而具有针对所述新有效距离的新优化聚焦设置，所述新有效距离不是所述选定的有效距离之一。

26.如权利要求21所述的成像系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置成将任何输入样本尺寸映射至一有效距离，并随后将所述有效距离映射至一优化聚焦设置。