顯微鏡自動控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用研究

1、顯微鏡自動控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用研究摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及顯微鏡的廣泛 應(yīng)用，目前已經(jīng)設(shè)計出一種基于圖像處理的顯微鏡自動調(diào)焦 系統(tǒng)，也就是將計算機(jī)自動控制系統(tǒng)作為輔助設(shè)滋安裝在顯 微鏡上，并通過計算機(jī)顯示來代替目鏡觀察到的顯微鏡圖片 樣品，具有節(jié)省掃描時間、防止眼睛疲勞、操作簡單、打印 方便等多種優(yōu)點(diǎn)。筆者現(xiàn)對計算機(jī)在顯微鏡自動控制系統(tǒng)中 的應(yīng)用進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：顯微鏡自動控制系統(tǒng)計算機(jī)應(yīng)用分析設(shè)計 中圖分類號：tp274文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號： 1674-098x (2013) 04 (c) -0077-01近些年來，隨著光學(xué)科技的飛速發(fā)展，顯微鏡也逐漸開 始應(yīng)用于科研、檢測、教學(xué)、社

2、會生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，尤其是 在生物醫(yī)學(xué)方面，顯微鏡的應(yīng)用最為普遍1。然而，顯微 鏡在使用過程中有很多不可避免的缺點(diǎn)，這也在一定程度上 限制了顯微鏡的應(yīng)用范圍，如操作使用、圖像信息的處理及 打印等方面都不很方便；另外有些物質(zhì)也不適用于近距離的 觀測，還有如果需要觀察的樣品較多，將會增加人體眼睛的 疲勞度，長期操作時也會導(dǎo)致觀察準(zhǔn)確度大大降低。目前， 已經(jīng)有廠家在顯微鏡上加上ccd,將其成像在電視機(jī)上，但 圖像清晰度仍不能滿足有關(guān)需要，且操作起來較為繁瑣。而顯微鏡自動控制系統(tǒng)就是通過計算機(jī)來控制顯微鏡的使用， 不僅能夠控制載物臺的移動，還可以對需要觀察的圖像進(jìn)行 采集、存儲及處理，同時方便的自動調(diào)焦

3、系統(tǒng)增加了觀察的 準(zhǔn)確及便利。1自動控制系統(tǒng)的組成顯微鏡自動控制系統(tǒng)主要由電動機(jī)與計算機(jī)接口、操縱 桿與計算機(jī)接口、ccd與計算機(jī)接口等部分組成。在操作過 程中，操作者要根據(jù)計算機(jī)上的有關(guān)成像，通過按下按鈕或 扳動操作桿手柄將該信息傳遞給計算機(jī)；計算機(jī)接收到信息 后，主要通過控制電動機(jī)而帶動載物臺的移動，從而實(shí)現(xiàn)焦 距的調(diào)整或者視野的變換；然后，顯微鏡上的攝像頭把圖像 采集回計算機(jī)，就可以完成圖像的存儲及處理工作。顯微鏡 自動控制系統(tǒng)將原來顯微鏡與操作人員間的直接式交互轉(zhuǎn) 化為現(xiàn)有的間接式交互，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的觀測，同 時在觀察毒性物質(zhì)時，還能有效避免或降低對人體的傷害。1.1電動機(jī)與計

4、算機(jī)接口電動機(jī)與計算機(jī)接口是該系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)， 通常可以采用限位保護(hù)、直流電機(jī)控制以及步進(jìn)電機(jī)控制等多種形式實(shí)現(xiàn)2。一般情況下，載物臺上下方向的移動多 由步進(jìn)電機(jī)來控制，從而達(dá)到調(diào)焦的目的；常采用直流電機(jī)來控制載物臺水平方向的移動。直流電機(jī)控制具有能夠最大限度調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺，使操作者手感更為舒適的優(yōu)點(diǎn)。在操作過程中，依次進(jìn)行直流電機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、限位 保護(hù)，通常出于安全方面考慮，載物臺在向各個方向進(jìn)行運(yùn) 動時都應(yīng)該采取限位保護(hù)。否則，若直流電機(jī)遇到機(jī)械障礙 或者運(yùn)動至極限情況時，將會發(fā)生堵轉(zhuǎn)并造成電流急劇增 加，若不采取相應(yīng)處理措施則可能會使電機(jī)受損；該系統(tǒng)設(shè) 計的限流電路，

5、而在電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，電流急劇增加，能夠 將相關(guān)信息反饋到計算機(jī)上，從而停止輸出指示電機(jī)發(fā)生堵 轉(zhuǎn)，提示操作者向反方向扳動電機(jī)，使電流減小，最終恢復(fù) 正常的工作。1.2操縱桿與計算機(jī)接口本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的操縱桿，目前其應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛,在使用過程中操作人員能夠根據(jù)具體的需要來進(jìn)行合理選 擇3。操作桿的位置信息則以windows的標(biāo)準(zhǔn)方式傳遞， 在計算機(jī)連上操縱桿時，經(jīng)過有關(guān)設(shè)置就可以非常便捷的接 收操縱桿傳來的消息。因此，操作人員調(diào)節(jié)手柄后，也能夠 通過該窗口直接獲得操縱桿的狀態(tài)信息。1. 3 ccd與計算機(jī)接口攝像頭的視頻信號一旦輸入到計算機(jī)的圖像采集系統(tǒng)中，就能夠立即實(shí)現(xiàn)成像。在使用過程中，可

6、以根據(jù)實(shí)際的 觀察需要選擇合適的采集卡及ccdo通常采集卡上不僅具有 相應(yīng)的圖像采集、存儲功能，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對圖片的對比 度、飽和度及亮度的調(diào)節(jié)。2自動調(diào)焦顯微鏡自動控制系統(tǒng)從原理上來講，其自動調(diào)焦可以分 為兩類：一種是根據(jù)屏幕上圖像的清晰度進(jìn)行，另一種是通 過測量鏡頭與被攝物體之間的距離進(jìn)行4。近些年來，隨 著數(shù)字圖像處理技術(shù)及計算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，圖像的快速 發(fā)展也逐漸成為了可能。該系統(tǒng)的自動調(diào)焦原理就是根據(jù)采 集到的圖像清晰度，不斷進(jìn)行載物臺高度的調(diào)整，最終得到 最為清晰的圖像。3信息的處理在采集到圖像信息后，就可以逐步完成后續(xù)的處理工 作，如進(jìn)行數(shù)字圖像處理、打印圖像等。信息處理的目

7、的就 是最大程度的改善圖像的質(zhì)量，使其效果更清晰，或者從圖 像中提取某些所需的信息。根據(jù)本顯微鏡自動控制系統(tǒng)的應(yīng) 用，主要從圖像分析及改善圖像質(zhì)量兩個方面予以處理。其 中圖像分析主要包括邊緣增強(qiáng)、輪廓提取、邊緣檢測等多方 面的技術(shù)；而圖像質(zhì)量的改善則包括對比度和亮度的調(diào)節(jié), 銳化、平滑、矯正技術(shù)的使用，主要完成圖像上噪聲及畸變 信息的剔除，使其清晰度有所提高，以便實(shí)現(xiàn)樣本更準(zhǔn)確的 測量。4結(jié)語目前，顯微鏡自動控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于實(shí)際5, 并取得了較好的效果。由于該系統(tǒng)能夠作為附件設(shè)施安裝在 顯微鏡上，因此操作起來較為方便，信息處理也比較簡單； 該系統(tǒng)中的自動調(diào)焦功能不僅可以應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)方面，

8、在工 業(yè)生產(chǎn)等實(shí)際中也能發(fā)揮很大的作用。在醫(yī)院試用過程中， 主要應(yīng)用于檢驗(yàn)科，與診斷醫(yī)生互連不僅可建立病人數(shù)據(jù) 庫、實(shí)現(xiàn)資源共享，圖像信息也可作為以后的參考資料，存 儲起來作為病歷的一部分；此外，使用圖像識別技術(shù)還能夠 實(shí)現(xiàn)智能診斷?？傊?，顯微鏡自動控制系統(tǒng)具有圖像清晰、 分辨率高、操作觀察隨意方便等優(yōu)點(diǎn)，還具有廣闊的應(yīng)用前 景。參考文獻(xiàn)1 尤明慧，劉鋼，徐爽計算機(jī)自動控制mbe algaas/gaas生長系統(tǒng)研究j.電腦編程技巧與維護(hù)，2010, 11 (4)： 13-142 劉冰川，曲利娟，劉慶宏，等透射電子顯微鏡數(shù) 字成像系統(tǒng)的研制j醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009, 26 (7)： 12-13.3 龔丹，曾立波，張宏波，等，透射電子顯微鏡ccd 數(shù)字圖像系統(tǒng)的研制j.分析測試技術(shù)與分析，2011, 12(3)： 145-1