CN102226852A - 一种数码体视显微镜的成像系统 - Google Patents

一种数码体视显微镜的成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数码体视显微镜的成像系统，包括二个摄像头，二个镜头在镜头下方聚焦，二个镜头的光轴汇聚于一点；主控器为二个传感器提供输出图像数据的统一的启动控制信号和统一的像素参考时钟信号；分别由二个传感器输出的左眼和右眼图像数据经一同步合成器进行同步和合成处理，形成的合并式图像数据输入至主控器中进行压缩和编码，形成RGB图像数据；主控器将RGB图像数据输入立体显示转换器中，形成具有立体显示屏可识别的显示格式的图像数据。本发明的成像系统无需通过光学双目镜头观察物体，通过同步合成器的合成，立体显示转换器的转换，即可通过立体显示屏直接用裸眼立体形式显示出来。

Description

一种数码体视显微镜的成像系统
技术领域
本发明涉及数码体视显微镜，特别涉及该数码体视显微镜的成像系统，该数码体视显微镜可应用于工业、科研、医疗、教学等领域。
背景技术
现有的体视显微镜均为光学显微镜，通过光学双目镜头观察物体，使用很不方便，没有经验的人甚至都无法观察到图像。如授权公告号为CN 201740916U，授权公告日为2011年2月9日的中国专利公开了一种体视显微镜，该体视显微镜包括双目观察装置和含调焦、支撑架的平行光体视变倍镜体、体视数码主体装置和数码显示屏装置，其在体视显微镜的一支光路中插入一个反光部件，通过反光部件及位于其后方的成像部件成像于体视数码主题装置的图像传感器上，然后将图像传感器感应到的图像通过数码显示屏装置显示出来。
另外，授权公告号为CN 201145766Y，授权公告日为2008年11月5日的中国专利公开了一种手术显微镜立体拍照成像系统，该成像系统采用两个数码相机同步拍照获取两张具有一定相位差的同步照片，并将两张照片冲洗在同一张照片的左、右两侧，并利用凸透镜获取与术者镜下相一致的立体视野，其中，同步拍照是通过操作相机快门控制器实现，这很难真正实现同步，并且还需要通过凸透镜获取立体视野，该种结构不仅对操作具有较高的要求，而且无法实现裸眼立体显示。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要通过双目镜头观察物体，且可将体视图像直接用裸眼立体形式显示出来的数码体视显微镜的成像系统。
本发明采用的技术方案为：一种数码体视显微镜的成像系统，包括二个具有相同光学倍率的摄像头，分别对应人的左眼和右眼，每个摄像头均包括镜头、用于成像的传感器和用于配置和控制传感器的微控制器；二个镜头在镜头下方聚焦，二个镜头的光轴汇聚于一点；
所述成像系统还包括主控器，所述主控器向二个微控制器下达用于配置和控制与各自相对应的传感器的指令；所述主控器为二个传感器提供输出图像数据的统一的启动控制信号和统一的供各传感器产生各自的像素时钟信号的像素参考时钟信号；
分别由二个传感器输出的左眼和右眼图像数据经一同步合成器进行同步和合成处理，形成左、右眼图像数据分别位于左、右侧的合并式图像数据；所述合并式图像数据输入至主控器中进行压缩和编码，形成与并列式图像数据相对应的RGB图像数据；以及，
所述成像系统还包括立体显示转换器和立体显示屏，所述主控器将RGB图像数据输入立体显示转换器中进行处理，形成具有立体显示屏可识别的显示格式的图像数据，所述图像数据输入至立体显示屏中进行立体显示。
优选地，二个镜头的光轴间的夹角小于等于18度。
优选地，所述立体显示转换器包括将接收到的RGB图像数据转换为交叉格式的立体格式转换模块，所述立体格式转换模块的输出端与立体显示转换器的LCD接口电连接，所述立体显示屏通过LCD接口与立体显示转换器通讯连接。
优选地，所述立体显示转换器包括将接收到的RGB图像数据转换为交叉格式的立体格式转换模块和LCD接口驱动模块，所述立体格式转换模块输出的交叉格式的图像数据输入至LCD接口驱动模块中，所述LCD接口驱动模块的输出端与立体显示转换器的LCD接口电连接。
优选地，所述主控器向二个摄像头的微控制器发送片选信号，以确定需要执行主控器发出的指令的对象。
优选地，所述同步合成器包括与摄像头一一对应配置的存储器，分别为左和右存储器，与存储器一一对应配置的写控制模块，分别为左和右写控制模块，以及，一个读控制模块和一个输出选择模块；左、右存储器均是读写操作可异步进行的异步双端口，二个传感器输出左眼和右眼图像数据在被分别输入至左和右写控制模块中后，将在左、右写控制模块的控制下被写入与各自相对应的左和右存储器中，其中，左、右写控制模块提供的控制写入的行场同步信号和像素时钟信号分别与二个传感器的行场同步信号和像素时钟信号相同；所述输出选择模块从左、右存储器中读出左眼和右眼图像数据，并在读出的过程中完成合成，形成所述合并式图像数据，所述读控制模块为输出选择模块提供控制读出的行场同步信号和像素时钟信号，控制读出的行场同步信号与控制写入的行场同步信号同频率，控制读出的像素时钟信号使输出选择模块在控制读出的一个行周期内将二个传感器的一行读出，并拼接在新的一行内。
优选地，输出选择模块在读控制模块的控制下采用全分辨率并列式的合成方式形成所述合并式图像数据，其中，控制读出的像素时钟信号的频率等于与左眼或者右眼相对应的传感器的像素时钟的频率的2倍。
优选地，所述传感器的像素时钟信号经一锁相环输入至读控制模块中，并由此产生控制读出的像素时钟信号。
优选地，输出选择模块在读控制模块的控制下采用半分辨率并列式的合成方式形成所述合并式图像数据，其中，控制读出的像素时钟信号的频率等于与左眼或者右眼相对应的传感器的像素时钟的频率。
优选地，某一传感器的行场同步信号经过一延时模块输入至读控制模块中，使读控制模块产生所述的控制读出的行场同步信号。
优选地，所述输出选择模块在控制读出的一个行周期内针对左、右存储器中存储的所要读出的行选择不同的起始点和终止点进行读出，以消除左眼和右眼图像数据的左右视差。
优选地，所述输出选择模块在读出时调整二个摄像头输出的左眼和右眼图像数据的水平视差，读出左眼和右眼图像数据的所需要的行，进而去除不齐行的数据，矫正左右镜头光轴的垂直偏差。
本发明的有益效果为：本发明的成像系统无需通过光学双目镜头观察物体，在单机内，通过同步合成器的合成将立体视频或者图片方便地进行压缩编码以及储存，通过立体显示转换器的转换即可利用立体显示屏直接用裸眼立体形式显示出来。另外，该成像系统还可连接大型立体屏幕进行显示，而且还具有普通的2D显示功能，使显微镜的作用大大增强，更加方便使用。
附图说明
图1示出了本发明所述数码体视显微镜的成像系统的双摄像头的电路结构；
图2示出了本发明所述数码体视显微镜的成像系统的同步合成器的电路结构；
图3示出了本发明所述数码体视显微镜的成像系统的立体显示转换器的电路结构。
具体实施方式
如图1所示，本发明的数码体视显微镜的成像系统包括二个具有相同光学倍率的摄像头1，分别对应人的左眼和右眼，每个摄像头1均包括镜头、用于成像的传感器和用于配置和控制传感器的微控制器，即通过微控制器调整成像参数，如亮度和对比度等，在此，如图1所示，微控制器可通过I2C总线与传感器间传递数据(主要为上述的成像参数)，微控制器输出控制信号CTR控制传感器的工作状态，如启动、复位等。二个镜头可在镜头下方聚焦，聚焦点一般位于镜头下方的载物盘上，该聚焦点可根据需要进行调整，在可获得清晰图像的前提下，聚焦点一般位于镜头下方4cm至10cm，二个镜头的光轴可汇聚于一点。考虑立体影像还原时的观察舒适度，光轴间的夹角优选为小于等于18度，18度相当于正常人观察20cm处的物体，过近的距离致使人的眼球向内过度靠拢，俗称对眼，这种状态对于人眼的肌肉及晶状体很容易造成疲劳，所以人眼不适应过近的观察距离，而20cm以外对于大多数普通人都已经可以较轻松地观察物体，所以在立体拍摄的时候，如果立体成像距离过近，或者视差角度过大，拍摄的内容很容易造成眼睛疲劳，甚至难以还原立体影像。
该成像系统还包括主控器2，该主控器2一般可以采用DSP(数字信号处理器)，主控器2与二个摄像头的微控制器通讯连接，以向各微控制器发送指令，各微控制器接收到来自主控器2的指令后会将其转换为自身的指令，并据此对与各自相对应的传感器进行控制(对应上述的控制传感器的工作状态)和配置(对应上述的调整成像参数)。主控器2可经缓冲器3为二个传感器提供输出图像数据的统一的像素参考时钟信号，传感器内部的锁相环将由此系统时钟而产生自己的像素时钟信号。该控制器2还为二个传感器提供统一的启动控制信号。与右眼相对应的传感器输出的右眼图像数据101和与左眼相对应的传感器输出的左眼图像数据102经如图2所示的同步合成器形成左眼和右眼图像数据分别位于左侧和右侧的并列式图像数据，同步合成器将该并列式图像数据输入至主控器2中，主控器2将该并列式图像数据作为普通的二维图像进行压缩和编码，形成与并列式图像数据相对应的RGB图像数据。
主控器2将RGB图像数据输入至图3所示的立体显示转换器5中进行处理，以形成立体显示屏12可识别的显示格式。
如图3所示，该立体显示转换器5包括立体格式转换模块501、LCD接口驱动模块502和输出方式选择模块503，该立体格式转换模块501可将接收到的并列式的RGB图像数据转换为交叉格式，如点对点显示格式(Dot by Dot)、SUBPIXEL或棋盘式(checker board)，相应格式的转换模块是现有技术，在此不再具体说明。输入至立体显示转换器5的RGB图像数据一路输入至该立体格式转换模块501中进行格式转换，另一路输入至该输出方式选择模块503的第一通道，该立体格式转换模块501输出的交叉格式的图像数据一路输入至LCD接口驱动模块502中，另一路输入至该输出方式选择模块503的第二通道，该LCD接口驱动模块502的输出输入至该输出方式选择模块503的第三通道，该输出方式选择模块503的三个通道可选择地与立体显示转换器5的LCD接口电连接。目前，该LCD接口驱动模块502有三种，RGB、CPU和串行SPI。立体显示屏12通过LCD接口与该立体显示转换器5通讯连接。
在此，主控器2可向二个摄像头的微控制器发送片选信号，以确定需要执行主控器2发出的指令的对象，设置片选信号有利于对成像系统进行调试，在二个片选信号均为选中状态时，即主控器2向二个摄像头的微控制器群发指令。传感器的性能不尽相同，某些参数需要分别调整，这个时候需要利用片选信号分别对左右传感器进行参数配置。
由于二个传感器采用统一的像素参考时钟，因此，在各传感器的已经配置好参数以及启动一致的情况下，二个传感器几乎可在同时向外输出原始的图像数据，但是，由于各传感器是独立工作的，因此，无论控制的多么精确，也很难保证各传感器输出图像数据的同步性，通常会产生或多或少的延迟，而在该种条件下的延迟通常为相互间的最大延迟在0.5行的范围内。
如图2所示，该同步合成器包括与二个摄像头一一对应配置的左存储器402和右存储器401，与左和右存储器一一对应配置的左写控制模块602和右写控制模块601，以及，一个读控制模块9和一个输出选择模块7。左、右存储器均是读写操作可异步进行的异步双端口，二个传感器输出左眼图像数据102和右眼图像数据101后，就被立即输入至同步合成器的左写控制模块602和右写控制模块601中，并分别在左、右写控制模块的控制下被写入与左存储器402和右存储器401中，在此，左、右写控制模块在控制写入时采用与二个传感器相同的行场同步信号和像素时钟信号，写控制模块就相当于缓存器，根据与各自相对应的存储器的容量将适当容量的图像数据逐步写入至存储器的指定地址中；而该输出选择模块7负责从左、右存储器中读出各图像数据，并在读出的过程中完成合成，形成并列式图像数据，该读控制模块9为输出选择模块7提供控制读出的行场同步信号和像素时钟信号，控制读出的行场同步信号与控制写入的行场同步信号同频率(即与各传感器的行场同步信号同频率)，控制读出的像素时钟信号使输出选择模块7在控制读出的一个行周期内将二个传感器的一行读出，并合并在新的一行内，即在控制读出的一个行周期内包含了二个传感器的一行数据，进而将左眼图像数据102和右眼图像数据101分别拼接在并列式图像数据的左侧和右侧。合并时可以采用两种格式，如全分辨率并列式和半分辨率并列式，其中，半分辨率并列式相当于对左眼图像数据102和右眼图像数据101均进行了横向压缩。该控制读出的像素时钟信号与控制输出的行场同步信号的频率及每行的总像素有关，当采用全分辨率并列式合并格式时，控制读出的像素时钟信号的频率＝传感器的像素时钟的频率的2倍；当采用半分辨率并列式合并格式时，控制读出的像素时钟信号的频率＝传感器的像素时钟的频率，根据需要可以直接选择对应于左眼或者右眼的传感器发出的像素时钟。
二个传感器的行场同步信号经过延时模块11、像素时钟信号经过锁相环8(需要倍频的时候，即采用全分辨率并列式合并格式时)输入至读控制模块9中，使读控制模块7根据上述要求产生控制读出的行场同步信号和像素时钟信号。
由上可知，二个存储器的容量要满足至少可以存储两行图像数据的要求，一行用来在写控制模块的控制下进行写入，另一行用来在读控制模块的控制下进行读出。由于存储器的缓冲作用，加上读出时采用单一的行场同步信号和像素时钟信号，这就实现了图像信号的同步，并且输出选择模块7在读出时直接实现合成。
当然，该输出选择模块7也可在读控制模块9的控制下仅读取左眼图像数据或者右眼图像数据，以进行二维显示。
由于二个摄像头间会产生左右视差，但是在不同的显示屏上显示的时候，相同的视差也会造成不同的感受。另外，不同的人对于视差的大小有不同的容忍度。因此，为了更好的让使用者得到舒适的立体图像观感，则需要调节视差的大小。视差调节是通过输出选择模块7在控制读出的一个行周期内针对二个存储器中存储的所要读出的行选择不同的起始点和终止点，即通过选择性读出的方式来实现的。
另外，二个摄像头在安装时要尽量使光轴位于同一水平平面上，使二个传感器输出的图像数据尽量不存在上下视差，但这就对安装精度提出了较高的要求。针对该问题，除了机械光学调整外，还需要通过电子调整的方法进行细调。上下视差的调整可通过去除开始或者末尾的整行图像数据达到上下对齐的目的。在此，能够上下移动的最大范围由各存储器的容量决定，例如，如果各存储器只能存储10行图像数据，则输出选择模块7在读出时也只能实现上下10行，相对20行的移动，消除上下视差后，对于那些不齐部分的图像一律去掉。这样，就会在图像的纵向视场上进行了部分压缩。
该成像系统还可以配置与主控器2通讯连接的存储卡，另外该主控器2还可与SD卡接口模块、USB接口模块、TV接口模块和/或HDMI接口模块通讯连接。
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种数码体视显微镜的成像系统，其特征在于：包括二个具有相同光学倍率的摄像头，分别对应人的左眼和右眼，每个摄像头均包括镜头、用于成像的传感器和用于配置和控制传感器的微控制器；二个镜头在镜头下方聚焦，二个镜头的光轴汇聚于一点；
所述成像系统还包括主控器，所述主控器向二个微控制器下达用于配置和控制与各自相对应的传感器的指令；所述主控器为二个传感器提供输出图像数据的统一的启动控制信号和统一的供各传感器产生各自的像素时钟信号的像素参考时钟信号；
分别由二个传感器输出的左眼和右眼图像数据经一同步合成器进行同步和合成处理，形成左、右眼图像数据分别位于左、右侧的合并式图像数据；所述合并式图像数据输入至主控器中进行压缩和编码，形成与并列式图像数据相对应的RGB图像数据；以及，
所述成像系统还包括立体显示转换器和立体显示屏，所述主控器将RGB图像数据输入立体显示转换器中进行处理，形成具有立体显示屏可识别的显示格式的图像数据，所述图像数据输入至立体显示屏中进行立体显示。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：二个镜头的光轴间的夹角小于等于18度。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：所述立体显示转换器包括将接收到的RGB图像数据转换为交叉格式的立体格式转换模块，所述立体格式转换模块的输出端与立体显示转换器的LCD接口电连接，所述立体显示屏通过LCD接口与立体显示转换器通讯连接。
4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：所述立体显示转换器包括将接收到的RGB图像数据转换为交叉格式的立体格式转换模块和LCD接口驱动模块，所述立体格式转换模块输出的交叉格式的图像数据输入至LCD接口驱动模块中，所述LCD接口驱动模块的输出端与立体显示转换器的LCD接口电连接。
5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：所述主控器向二个摄像头的微控制器发送片选信号，以确定需要执行主控器发出的指令的对象。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的成像系统，其特征在于：所述同步合成器包括与摄像头一一对应配置的存储器，分别为左和右存储器，与存储器一一对应配置的写控制模块，分别为左和右写控制模块，以及，一个读控制模块和一个输出选择模块；左、右存储器均是读写操作可异步进行的异步双端口，二个传感器输出左眼和右眼图像数据在被分别输入至左和右写控制模块中后，将在左、右写控制模块的控制下被写入与各自相对应的左和右存储器中，其中，左、右写控制模块提供的控制写入的行场同步信号和像素时钟信号分别与二个传感器的行场同步信号和像素时钟信号相同；所述输出选择模块从左、右存储器中读出左眼和右眼图像数据，并在读出的过程中完成合成，形成所述合并式图像数据，所述读控制模块为输出选择模块提供控制读出的行场同步信号和像素时钟信号，控制读出的行场同步信号与控制写入的行场同步信号同频率，控制读出的像素时钟信号使输出选择模块在控制读出的一个行周期内将二个传感器的一行读出，并拼接在新的一行内。
7.根据权利要求6的成像系统，其特征在于：输出选择模块在读控制模块的控制下采用全分辨率并列式的合成方式形成所述合并式图像数据，其中，控制读出的像素时钟信号的频率等于与左眼或者右眼相对应的传感器的像素时钟的频率的2倍；或者，所述传感器的像素时钟信号经一锁相环输入至读控制模块中，并由此产生控制读出的像素时钟信号。
8.根据权利要求6的成像系统，其特征在于：输出选择模块在读控制模块的控制下采用半分辨率并列式的合成方式形成所述合并式图像数据，其中，控制读出的像素时钟信号的频率等于与左眼或者右眼相对应的传感器的像素时钟的频率。
9.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于：某一传感器的行场同步信号经过一延时模块输入至读控制模块中，使读控制模块产生所述的控制读出的行场同步信号。
10.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于：所述输出选择模块在控制读出的一个行周期内针对左、右存储器中存储的所要读出的行选择不同的起始点和终止点进行读出，以消除左眼和右眼图像数据的左右视差；或者，所述输出选择模块在读出时调整二个摄像头输出的左眼和右眼图像数据的水平视差，读出左眼和右眼图像数据的所需要的行，进而去除不齐行的数据，矫正左右镜头光轴的垂直偏差。
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