CN101627899A - 微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，包括微循环双目双通道视频显微镜，双匹配低灵敏度高分辨率CCD或CMOS摄像头，微循环双目双通道视频显微镜下面依次设置内置可调光源，可调光阑装置，工作台上面设有外置可调侧光源。内置可调光源为光纤传导，以电压调节作为光度可调的内置垂直投射光源，其卤钨灯为250W。外置可调侧光源以光学衰减插片作为光度可调装置的外置侧光源，其汞灯为100W。本发明通过机器视觉的新技术和彩色修偏程序，以获取整合的仿真微循环血管图像。其效果是以较简单的机器成本和操作程序得到增强的立体效果和较清晰的生物组织彩色图象，以较好的性价比为疾病检测和诊断提供较丰富的图像信息。

Description

微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统

技术领域

本发明涉及一种彩色显微成像系统，尤其是一种以计算机视觉合成技术拾取整合人体甲皱微循环及某种生物载体的彩色显微成像系统。

背景技术

由于目前用于人体甲皱微循环变倍的体视显微镜拾取的视频图像为单通道接受，监视器和电脑图像分析均为平面效果，与人眼双目视觉成像有很大差别。在医学临床中，甲皱微循环的血管变异在一定时期内会随着身体变化而改变，其观察的深度为手指甲皱部皮下0.3mm左右，显微镜下观察景深范围在100μm左右。在检查屏幕上，为得到其细微的视觉图形，尤其是结团状血管的变异态势，以便诊断病情，需得到一个静止的清晰的彩色血管立体感图像，以判断血管的构造和观察临床各阶段的微细变化。人眼通过立体显微镜目镜配以合适的光照条件是能看到微循环中微血管的立体图形，但通过目镜拾取的信息倍数太小并且无法共同观察和纪录。目前先进的显微立体图象的建立是在单通道的条件下在一定的景深要求范围内获取不同深度的平面图象后进行整合处理获得，它需要一套精密的显微镜纵向伺服系统和复杂的需较长处理时间的图象数据处理系统，价格昂贵，不利于普通临床和科研的推广。目前微循环图象的计算机图象处理程序以标准白板为定标基准，尽量逼近真彩色，但微循环中的血管和红血球对蓝绿光段波长敏感，要得到形象的血管清晰图象需要一定的偏色和光亮度处理，同时，还要处理杂散光和过强的背景亮度。

在人类的感知信息中，视觉信息占80％以上，自上世纪中叶以来，模仿人类视觉产生的新学科机器视觉(或称人工视觉、计算机视觉)已得到逐步开发。目前此项技术已开始运用到机器人的仿真视觉等较大空间距离领域，但在显微体视的细微空间范围的仿真是新的尝试。

目前为配合人体甲皱微循环观察和某些工业的精细检测的要求，我们需要研制专用双目双视频的体视显微镜，通过机器视觉的新技术和光亮彩色修偏程序，以获取整合的仿真微循环血管图像。其效果是以较简单的机器成本和操作程序得到增强的立体效果和较清晰的生物组织彩色图象，为疾病检测诊断和某些工业检测提供更丰富的图像信息。

发明内容

本发明是要提供一种微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，以较简单的机器成本和操作程序得到增强的立体效果和较清晰的生物组织彩色图象，为疾病检测诊断和某些工业检测提供更丰富的图像信息。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，包括微循环双目双通道视频显微镜，双通道图象采集卡，双匹配低灵敏度高分辨率CCD或CMOS摄像头，其特点是：微循环双目双通道视频显微镜下面依次设置内置可调光源，可调光阑装置，工作台上面设有外置可调侧光源。

内置可调光源为光纤传导，以电压调节作为光度可调的内置垂直投射光源，其卤钨灯为250W。

外置可调侧光源以光学衰减插片作为光度可调装置的外置侧光源，其汞灯为100W。

微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统还配有彩色干预偏置调试标准板，专用立体调试光学精细划分板，计算机，彩色激光打印机。

本发明的有益效果是：

本发明在现有双目变倍体视显微镜的结构基础上进行改装，在成像系统中加装可调的双光源系统、可变光阑及双视频图像采集系统，为获取信息丰富的双视频图像提供硬件基础。利用双视频CCD对同一场景定点拍摄两幅不同曝光的照片图像，通过拟合出相机的光照响应曲线，以获得图像的像素值与曝光量之间的映射关系，进而将不同曝光的场景图像融合成一幅HDR图像的方法，具有研制成本低，实现简单，合成的HDR图像可以有效地表达亮区和暗区的光照信息等特点。其效果将满足对微循环的观察图象有点立体感(仿立体)，清晰度高些，色彩明亮些(伪彩色)，将会给目前检测水平提高到一个新水平，同时也对某些工业精细加工的观察与研究具有很大的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是本发明用仿立体视觉处理程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，包括微循环双目双通道视频显微镜1，双通道图象采集卡2，双匹配低灵敏度高分辨率CCD或CMOS摄像头3，内置可调光源4，可调光阑装置5，彩色干预偏置调试标准板6，专用立体调试光学精细划分板7，计算机8，彩色激光打印机9，外置可调侧光源10，专用图象处理程序。

微循环双目双通道视频显微镜1下面依次设置内置可调光源4，可调光阑装置5，并设有外置可调侧光源10。工作台11可拆卸，显微镜可为反射式和透射式二种工作方式。

微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统还配有彩色干预偏置调试标准板6，专用立体调试光学精细划分板7，计算机8，彩色激光打印机9。

彩色微循环显微镜的双光源可调系统：内置可调光源4为光纤传导，以电压调节作为光度可调的内置垂直投射光源，其卤钨灯为250W。外置可调侧光源10以光学衰减插片作为光度可调装置的外置侧光源，其汞灯为100W。

本发明的微循环体视显微镜的特殊结构为在光路中加装可变光阑，在物镜前加装附加模块：能具有滤光、偏振光；显微镜具有双目镜和双视频出光口。

双视频电脑转换卡，选配低灵敏度高清晰度双匹配彩色CCD或CMOS摄像头。

专用的机器视频程序及显微镜调试用精细光学标示组合板。

机器视觉程序编制，以整合双路视频图像，较单路视频能凸出体视效果。

彩色微循环伪彩色干预偏置程序，以增加色彩透亮度，增加立体效果和清晰度。

专用伪彩色干预偏置调试标准组合板。

本发明对现有变倍体式光学显微镜的结构加以改造，并结合机器视觉和图像处理技术，研制适用于人体微循环检测的高清伪立体显微镜。具体方法是：

1)在现有双目变倍体视显微镜的结构基础上进行改装，在成像系统中加装可调的双光源系统、可变光阑及双视频图像采集系统，为获取信息丰富的双视频图像提供硬件基础。光学显微镜的分辨率与光的波长和物镜数值孔径相关，既波长越短，分辨率越高，分辨率受λ/2的限制。为了兼顾彩色和分辨率，本系统采用卤钨灯和球型汞灯等的混合光源。这是由于血球对汞灯的绿色光谱有很强的吸收率，使得血管和背景之间的反差增加，图象清晰度提高。为配合显微镜变倍时的所需光强的不一，以免造成CCD感光的不足或过强时信号的溢出，因此设计的灯源为可调的。光路的改进采用积木式结构，可以接入同轴落射光、偏光装置、内置分划板、可变光阑、滤光选择等附件。其中，通过手动光阑控制，改变光学系统的通光孔径，来加大图象的景深和提高图象的清晰度，以便仿立体视频图象的确立。因为本系统不是全仿真立体图象，为简化和实用不采用对观察物体的深度分层扫描法，而以增大摄取的景深来凸显物体的可视厚度，由程序处理成伪立体图象，其所要求的效果是能在平面图象上凸显点立体效果。以可变光阑提高清晰度和透亮度作用是，微循环检查时的透射光亮度要大，穿透皮肤后反射目标的光就强，但背景光也强，对比度就差，立体感也差，需整体调节光通量达最佳状态。

2)显微镜设计以双光路目镜观察和分别切换的双视频输出，系统为双CCD或CMOS接受，采用双通道视频采集卡，图象处理采用双目视觉图象识别系统。其原理是因人眼对双目镜观察时对观察目标有一固定夹角，“人眼从有一定距离(瞳距)的两个点上观察同一个目标，两眼的视线不是平行的而是汇集在这个物体上，这样两条视线间就有一个夹角。(人眼会聚)。物体距离人眼位置不同夹角也不同。从而产生不同的深度感。”双光路在某一光照的条件下拾取的图象将有视觉上差别，可将两副图象整合为一形成伪立体图象。同时对同一场景不同曝光的双视频图像进行滤波，增强和配准等处理、通过对配准后的图像进行采样，试图用最小二乘原理拟合出相机的最佳光照响应曲线，获得图像中像素值与曝光量之间的映射关系，进而将不同曝光的场景照片图像融合成一幅高动态范围图像进行视频输出，实现高清晰仿立体成像系统。我们知道在图像拍摄领域，特别是显微成像系统，由于光照的影响，不论是高亮度的背景图像还是阴暗的被检测的物体都需要充分表现。一般情况下，当拍摄背景遇到这种场景的亮度范围大大超过载体所能记录能力以外的时候，我们只能选择或偏重、倾向高光部位或偏重、倾向暗部区域的景物层次。如果反差超过5级EV值，就已经不适宜拍摄。然而，随着数字图像时代的来临，人们已经不能满足这种LDRI(低动态范围图像)的画质，因为它难于充分表现现实宏观世界和微观显微世界极其丰富多彩的自然影调层次和细节信息。HDRI技术应运而生。HDRI(高动态范围图像)，顾名思义，即具有比LDRI高得多的动态范围。与之不同，高动态范围(high dynamic range，HDR)图像是一种可以表示实际场景中亮度大范围变化的图像类型，图像的像素值(一般用浮点小数表示)正比于实际场景中对应点的实际亮度值，可以更好地记录和表达场景中亮区和暗区的光学特性，增加其细节特征。基于HDRI的特点，研究利用普通双视频CCD对同一场景定点拍摄两幅不同曝光的照片图像，拟合出相机的光照的最佳响应曲线，以获得图像的像素值与曝光量之间的映射关系，进而将不同曝光的场景图像融合成一幅HDR图像，实现显微图像的仿立体效果。其流程效果图如图2所示：

其中，对于两副图象的整合、显微镜的误差将以精密光学划分板来校准。

3)在图象处理程序中对图象色彩的自动处理部分加入人工修正，选择相对标准彩色有一固定偏置的伪彩色，借以增强微循环的图象效果，适应微循环对蓝绿波段的需求，同时加入人工对光亮度的修正，凸显立体的透亮度。其中，专门研制一组色彩反射标准板，对通用标准色彩有一偏置修正的样本，利于标准化。

本方案仅对普通显微成像系统进行改装，利用双视频CCD对同一场景定点拍摄两幅不同曝光的照片图像，通过拟合出相机的光照响应曲线，以获得图像的像素值与曝光量之间的映射关系，进而将不同曝光的场景图像融合成一幅HDR图像的方法，具有研制成本低，实现简单，合成的HDR图像可以有效地表达亮区和暗区的光照信息等特点。其效果将满足对微循环的观察图象有点立体感(仿立体)，清晰度高些，色彩明亮些(伪彩色)，将会给目前检测水平提高到一个新水平，同时也对某些工业精细加工的观察与研究具有很大的应用前景。

本发明仪器的操作程序如下：

1)启动计算机微循环(或工业)检测程序进入图象摄取程序。显微镜(通道拉杆)置某一单视频位置。

2)打开微循环专用显微镜配置的内置投射卤钨灯和外置汞灯开关，灯源亮度均调至适中，汞灯射光头调整为倾斜45°，对准目标。计算机图象框内有光亮显示。

3)将精细光学标示组合板中的标准立体成像标示板放置在显微镜载物台中央。

4)将显微镜放大倍数调整至最小，物镜位置调整至对准焦点。

5)将摄取的标示板图象的位置、光亮、计算机处理调整至最佳。

6)更换另一通道摄取图象，注意焦距不变。

7)综合调整至在两个CCD摄取靶面为同一焦距，色差、清晰度均衡，可整合成理想的仿立体彩色图象。预调完毕。

8)撤去标示板，放入手指托架(工作台)，恢复显微镜单通道状态。

9)将所检查的手指放入托架中的适当位置，涂上香柏油，将侧光对准所检查部位，调整载物拖板平台的左右调整装置，调整显微镜的焦点至计算机动态图象清晰。

10)按4)到7)的步骤调整和摄取图象，观察活动靶体图象：将系统设为单一通道状态。获取靶体静止图象：可摄取凝固单一通道图象，也可摄取处理为双通道仿立体伪彩色图象。

在摄取微循环时将双灯光、计算机彩色处理程序以人工综合调整至最佳位置状态。必要时使用彩色标示板，争取达到在色彩鲜艳逼真，图象透亮度较好。

11)在摄取工业靶体时，按以上步骤进行，但计算机色彩处理程序设定为自动处理挡。

12)显微镜工作状态可为反射光和透射光两种工作模式。

13)工作完毕时：计算机按程序退出；卤钨灯源调至最小后关闭，以延长灯管寿命；汞灯可直接关闭，待灯壁冷却后恢复原状。

Claims (4)

1.一种微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，包括微循环双目双通道视频显微镜(1)，双通道图象采集卡(2)，双匹配低灵敏度高分辨率CCD或CMOS摄像头(3)，其特征在于：所述微循环双目双通道视频显微镜(1)下面依次设置内置可调光源(4)，可调光阑装置(5)，工作台(11)上面设有外置可调侧光源(10)。

2.根据权利要求1所述的微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，其特征在于：所述内置可调光源(4)为光纤传导，以电压调节作为光度可调的内置垂直投射光源，其卤钨灯为250W。

3.根据权利要求1所述的微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，其特征在于：所述外置可调侧光源(10)以光学衰减插片作为光度可调装置的外置侧光源，其汞灯为100W。

4.根据权利要求1所述的微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统，其特征在于：所述微循环双通道仿立体伪彩色显微视频成像系统还配有彩色干预偏置调试标准板(6)，立体调试光学精细划分板(7)，计算机(8)，彩色激光打印机(9)。

Images