專利名稱：一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，屬于顯微鏡裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國外全景顯微圖像拍攝產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟，基本是采用了逐行掃描法 (Progressive Scanning)、線陣掃描法(Line scanning)、塊7I專輸法(Area transference) 和光學(xué)矩陣法(Optical matrix)這四種原理之一來實(shí)現(xiàn)。但這些產(chǎn)品的售價(jià)普遍高昂，使得國內(nèi)對(duì)全景顯微產(chǎn)品有較大需求的中低端用戶難以接受。由于這些產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中普遍需要使用高精度掃描平臺(tái)和定位控制系統(tǒng)，而精密掃描平臺(tái)和控制系統(tǒng)的制作成本較高，使得產(chǎn)品制造成本難以下降，從而阻礙了產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)的推廣和應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制作成本低廉的全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為，一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，它至少包括有一個(gè)顯微鏡和計(jì)算機(jī)及校正玻片；所述顯微鏡的三目接口上設(shè)置有圖像拍攝裝置；所述顯微鏡的載物臺(tái)上設(shè)置有X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)；驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)上的標(biāo)本在X軸和Y軸方向移動(dòng)， 所述顯微鏡的載物臺(tái)上設(shè)置有X軸方向光柵尺和Y軸方向光柵尺；測(cè)量載物臺(tái)在X軸和Y 軸方向的移動(dòng)距離；所述的X軸方向光柵尺和Y軸方向光柵尺分別連接光柵信號(hào)讀取裝置； 所述顯微鏡的調(diào)焦旋鈕上設(shè)置有Z軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)的上下移動(dòng)，所述的Z軸電機(jī)連接聚焦控制器；聚焦控制器驅(qū)動(dòng)Z軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和對(duì)載物臺(tái)的聚焦控制，所述的圖像拍攝裝置、 光柵信號(hào)讀取裝置和聚焦控制器分別連接計(jì)算機(jī)。所述的X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)分別連接X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器；X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)；所述的X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器連接計(jì)算機(jī)。所述的校正玻片采用光刻技術(shù)制作，玻片上的圖案大小和位置與不同倍率的物鏡相對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型還可以通過增加Z軸方向的光柵尺，提供Z軸方向的載物臺(tái)上下精確定位。本實(shí)用新型在保證全景顯微圖像拼接精度的前提下，增加光柵尺的成本大大低于使用高精度掃描平臺(tái)和高精度定位控制系統(tǒng)的成本，從而使得整個(gè)裝置的成本大大下降。
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0010] 如圖1所示，一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，它至少包括有一個(gè)顯微鏡1和計(jì)算機(jī)15及校正玻片14 ；所述顯微鏡1的三目接口 13上設(shè)置有圖像拍攝裝置2 ；所述顯微鏡1的載物臺(tái)11上設(shè)置有X軸電機(jī)3和Y軸電機(jī)4，驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)11上的標(biāo)本在X軸和Y軸方向移動(dòng)；所述顯微鏡1的載物臺(tái)11上設(shè)置有X軸方向光柵尺8和Y軸方向光柵尺9，分別測(cè)量載物臺(tái)11在X軸和Y軸方向的移動(dòng)距離；所述的X軸方向光柵尺8和Y軸方向光柵尺9分別連接光柵信號(hào)讀取裝置10 ；所述顯微鏡1的調(diào)焦旋鈕12上設(shè)置有Z軸電機(jī)5驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)11的上下移動(dòng)，所述的Z軸電機(jī)5連接聚焦控制器7 ；聚焦控制器7驅(qū)動(dòng)Z軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和對(duì)載物臺(tái)的聚焦控制；所述的圖像拍攝裝置2、光柵信號(hào)讀取裝置10和聚焦控制器7分別連接計(jì)算機(jī)15。 所述的X軸電機(jī)3和Y軸電機(jī)4分別連接X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器6 ；X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器6驅(qū)動(dòng)X軸電機(jī)3和Y軸電機(jī)4的運(yùn)動(dòng)；所述的X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器6連接計(jì)算機(jī)15。所述的校正玻片14采用光刻技術(shù)制作，玻片上的圖案大小和位置與不同倍率的物鏡相對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型還可通過增加Z軸方向的光柵尺16，提高載物臺(tái)在Z軸方向上下移動(dòng)的定位精度。自動(dòng)聚焦控制器7讀取Z軸光柵尺16的位置信息，控制載物臺(tái)11在Z軸方向的上下移動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)11大范圍移動(dòng)的定位精度，可實(shí)現(xiàn)放置切片、更換切片的自動(dòng)化過程。本實(shí)用新型在安裝后的首次使用前，使用專用校正玻片14進(jìn)行學(xué)習(xí)校正，通過計(jì)算機(jī)軟件的自動(dòng)識(shí)別，建立起圖像像素和空間物理距離的映射關(guān)系。實(shí)際拍攝標(biāo)本圖像時(shí)， 計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)讀取的光柵測(cè)量數(shù)據(jù)，依據(jù)學(xué)習(xí)校正過程中獲得圖像像素和空間物理距離之間的映射關(guān)系，對(duì)拍攝得到的圖像進(jìn)行剪裁，獲得和當(dāng)前拍攝視野對(duì)應(yīng)的有效圖像塊，生成可進(jìn)行全景圖像拼接的單元圖像塊。放置在載物臺(tái)11上的標(biāo)本隨載物臺(tái)X-Y方向的移動(dòng)而移動(dòng)，通過計(jì)算機(jī)15對(duì)載物臺(tái)11進(jìn)行χ/Υ方向的移動(dòng)控制和上下聚焦控制，完成對(duì)整個(gè)標(biāo)本區(qū)域的拍攝。計(jì)算機(jī)15 將獲得的所有用于拼接的單元圖像塊，依據(jù)其圖像拍攝時(shí)通過X/Y方向光柵尺測(cè)得的載物臺(tái)物理位置，確定單元圖像塊的幾何空間拼接位置，進(jìn)行圖像位置拼接，從而得到全景顯微圖像。在高精度光柵尺的測(cè)量下，保證了拍攝圖像的剪裁精確性，也保證剪裁后單元圖像塊在全景顯微圖像拼接過程中的單元圖像定位的精確性。本實(shí)用新型裝置的學(xué)習(xí)校正過程是一種對(duì)專用校正玻片14上的特殊圖案的計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別。對(duì)不同位置拍攝的專用校正玻片14的圖像，通過計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別獲得不同位置的特征數(shù)據(jù)。根據(jù)在不同位置的光柵尺測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出圖像像素和空間物理距離之間的X軸、Y軸方向上映射關(guān)系，并被本裝置記憶。對(duì)不同倍率的物鏡，均要以同樣的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)校正。在沒有發(fā)生更換本裝置部件或重新安裝本裝置的情況下，本實(shí)用新型裝置不必再次進(jìn)行學(xué)習(xí)校正。標(biāo)本在正確放置到載物臺(tái)后，在聚焦控制器的控制下聚焦成清晰像。拍攝該視野中圖像，并讀取對(duì)應(yīng)該視野位置的光柵尺測(cè)量值。拍攝得到的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)并被保存。 在X軸方向移動(dòng)載物臺(tái)11，保持Y軸方向位置不變，移動(dòng)距離小于拍攝視野范圍的X軸方向大小。再次自動(dòng)聚焦并拍攝該位置的圖像，讀取該位置的光柵尺測(cè)量值。利用本次圖像拍攝位置的X軸方向光柵尺8測(cè)量值和上次圖像拍攝位置的X軸方向光柵尺8測(cè)量值，依據(jù)學(xué)習(xí)校正過程中得到的圖像像素和空間物理距離之間在X軸方向上的映射關(guān)系，對(duì)當(dāng)前拍攝的圖像進(jìn)行X方向的剪裁，生成對(duì)應(yīng)本次拍攝物理位置的可拼接單元圖像塊，并被單獨(dú)保存。重復(fù)X軸方向的拍攝過程和處理過程直至X軸拍攝范圍的最末端。在拍攝完X軸方向最后一幅圖像后，保持X軸不變，在Y軸方向移動(dòng)載物臺(tái)11，移動(dòng)距離小于拍攝視野范圍的Y軸方向大小。經(jīng)自動(dòng)聚焦后拍攝該位置圖像，并讀取該位置的光柵尺測(cè)量值。依據(jù)學(xué)習(xí)校正過程中得到的圖像像素和空間物理距離之間在Y軸方向上的映射關(guān)系，按照本次和上次圖像拍攝位置的Y軸方向光柵尺9測(cè)量值，并結(jié)合在Y軸方向上和本次拍攝圖像相鄰接的已有圖像信息，對(duì)本次拍攝得到的圖像進(jìn)行Y軸方向的剪裁，生成對(duì)應(yīng)本次拍攝物理位置的可拼接單元圖像塊，并被單獨(dú)保存。再次保持Y軸方向位置不變，沿X軸反方向移動(dòng)載物臺(tái)，同樣移動(dòng)距離小于拍攝視野范圍的X軸方向大小。再次自動(dòng)聚焦和拍攝圖像，讀取該拍攝位置的光柵尺測(cè)量值。依據(jù)學(xué)習(xí)校正過程中得到的圖像像素和空間物理距離之間在 X軸方向上的映射關(guān)系，根據(jù)本次和上次圖像拍攝位置的X軸方向光柵尺8測(cè)量值，對(duì)當(dāng)前拍攝的圖像進(jìn)行X方向的剪裁。同時(shí)根據(jù)本次拍攝位置的Y軸方向光柵尺9測(cè)量值，結(jié)合在Y軸方向和本次拍攝圖像相鄰接的圖像信息，依據(jù)圖像像素和空間物理距離之間在Y軸方向上的映射關(guān)系，對(duì)本次拍攝圖像進(jìn)行Y軸方向的剪裁。最終本次拍攝圖像被生成在X 軸、Y軸方向均經(jīng)過剪裁的單元圖像塊，并被單獨(dú)保存。保持Y軸方向位置不變，沿X軸反方向重復(fù)拍攝過程和圖像剪裁過稱直至X軸拍攝范圍的最末端。和上次到達(dá)X軸拍攝最末端一樣，再次保持X軸方向位置不變，沿Y軸方向移動(dòng)載物臺(tái)。如此重復(fù)，形成類似逐行來回移動(dòng)掃描的拍攝過程，最終將所有標(biāo)本區(qū)域拍攝完，形成對(duì)應(yīng)每個(gè)拍攝位置的圖像塊。 生成全景圖像時(shí)，根據(jù)每幅單元圖像塊對(duì)應(yīng)的拍攝位置，對(duì)圖像進(jìn)行初步的幾何位置拼接，并采用位置匹配算法和融合處理對(duì)相鄰兩幅圖像塊的邊緣進(jìn)行精細(xì)校準(zhǔn)，消除因載物臺(tái)、光柵尺的機(jī)械、電子等因素引起的測(cè)量誤差，從而形成了一幅完整的精確的全景拼接顯微圖像。由于每幅單元圖像塊的位置和剪裁大小由光柵尺的高精度測(cè)量數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制，保證了全景顯微圖像拼接的精確性，大大減少圖像拼接邊緣的精細(xì)校準(zhǔn)計(jì)算時(shí)間，在滿足全景拼接時(shí)間的要求下獲得高質(zhì)量的全景顯微圖像。
權(quán)利要求1.一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，它至少包括有一個(gè)顯微鏡(1)、計(jì)算機(jī)(15) 和校正玻片(14 )；其特征在于所述顯微鏡(1)的三目接口(13 )上設(shè)置有圖像拍攝裝置(2 )； 所述顯微鏡(1)的載物臺(tái)(11)上設(shè)置有X軸電機(jī)(3)和Y軸電機(jī)(4)；所述顯微鏡(1)的載物臺(tái)(11)上設(shè)置有X軸方向光柵尺(8)和Y軸方向光柵尺(9)；所述的X軸方向光柵尺 (8)和Y軸方向光柵尺(9)分別連接光柵信號(hào)讀取裝置(10);所述顯微鏡(1)的調(diào)焦旋鈕 (12)上設(shè)置有Z軸電機(jī)(5)；所述的Z軸電機(jī)(5)連接聚焦控制器(7)；所述的圖像拍攝裝置(2)、所述的光柵信號(hào)讀取裝置(10)和聚焦控制器(7)分別連接計(jì)算機(jī)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，其特征在于所述的X軸電機(jī)(3)和Y軸電機(jī)(4)分別連接X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(6);所述的X/Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器 (6)連接計(jì)算機(jī)(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，其特征在于所述的校正玻片(14)采用光刻技術(shù)制作，校正玻片(14)上的圖案大小和位置與不同倍率的物鏡相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，其特征在于所述的圖像拍攝裝置(2)為CCD或CMOS數(shù)字相機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，其特征還可以增加Z軸方向的光柵尺(16)，所述Z軸光柵尺(16)和聚焦控制器(7)連接。
專利摘要一種全景顯微圖像拍攝的顯微鏡裝置，它至少包括有一個(gè)顯微鏡和計(jì)算機(jī)及校正玻片；所述顯微鏡的三目接口上設(shè)置有圖像拍攝裝置；所述顯微鏡的載物臺(tái)上設(shè)置有X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)；所述顯微鏡的載物臺(tái)上設(shè)置有X軸方向光柵尺和Y軸方向光柵尺；所述的X軸方向光柵尺和Y軸方向光柵尺分別連接光柵信號(hào)讀取裝置；所述顯微鏡的調(diào)焦旋鈕上設(shè)置有Z軸電機(jī)；所述的Z軸電機(jī)連接聚焦控制器；所述的圖像拍攝裝置、光柵信號(hào)讀取裝置和聚焦控制器分別連接計(jì)算機(jī)；本實(shí)用新型在保證全景顯微圖像拼接精度的前提下，增加光柵尺的成本大大低于使用高精度掃描平臺(tái)和高精度定位控制系統(tǒng)的成本，從而使得整個(gè)裝置的成本大大下降。
文檔編號(hào)G02B21/36GK202141852SQ20112025500
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者葉志前, 姜磊, 章慶和 申請(qǐng)人:浙江格林藍(lán)德信息技術(shù)有限公司