CN102636378A

CN102636378A - 基于机器视觉定位的生物芯片点样仪及其定位方法

Info

Publication number: CN102636378A
Application number: CN2012101046658A
Authority: CN
Inventors: 王振宇; 魏显东; 田小慧; 戴良
Original assignee: WUXI G S PRECISION TOOL CO Ltd
Current assignee: WUXI G S PRECISION TOOL CO Ltd
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2012-08-15
Also published as: WO2013152673A1

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪及其定位方法，工业相机通过相机调节台安装在点样头旁的XY向运动机构上，工业相机通过图像采集卡连接控制系统，工业相机与点样针同步进行XY向运动；工业相机及点样针在控制系统的控制下随XY向运动机构同步运动，工业相机所拍摄的图像经由控制系统对图像进行分析计算并标定被点样载体的特征点的坐标，并根据需点样点与特征点的相对坐标，由控制系统确定点样点的坐标从而开始点样作业。本发明的智能化程度高，利用机器视觉代替人的肉眼做点样起始位置坐标的标定，确保了点样精度，可操作性高，点样效果的一致性好，缩短点样时间，提高点样效率，减轻操作人员的工作强度。

Description

基于机器视觉定位的生物芯片点样仪及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种生物芯片点样仪，尤其是涉及一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪及其定位方法。

背景技术

目前，生物芯片点样仪广泛用于生物芯片的制备，为适应技术发展的需要，许多厂家均为其各自生产的全自动生物芯片点样仪，已有厂家研发基于机器视觉的生物芯片点样过程实时检测系统，其提供了一种利用机器视觉对生物芯片点样进行自动检测，解决了生物芯片质量检测需质检人员人工操作，易发生人的疲劳漏检，质检人员工作难度大的问题，但目前现有技术仍存在下列的问题：

1、点样起始位置坐标的标定依靠操作人员肉眼识别,需经过反复的手动调整来标定,点样精度难以保证，智能化程度及自动化程度低；

2、目前多数生物芯片点样仪的操作人员需要经过专业的培训和练习后才能够使用，人的肉眼参与，增加了误操作的风险，延长了点样时间，降低了点样效率，同时操作人员的工作强度大；

3、生物芯片的一致性差，由于被点样的载玻片、酶标板或者是其他特征孔板在人为装夹放置的时候存在重复性差的问题，不同的点样孔板、不同的操作人员、不同的操作过程均有可能造成完全不同的放置效果，从而无法做到同一种被点样载体的点样效果的一致性。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪及其定位方法，自动完成点样起始位置坐标的标定，提高点样精度，保证生物芯片点样的一致性，缩短点样时间，提高点样效率，同时减轻操作人员的工作强度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪，包括控制系统及XY向运动机构，安装点样头的Z向运动机构连接XY向运动机构，点样针设置在点样头上，点样针在控制系统的控制下随XY向运动机构及Z向运动机构同步运动，工业相机通过相机调节台安装在所述点样头旁的XY向运动机构上，工业相机通过图像采集卡连接控制系统，工业相机与点样针同步进行XY向运动。

进一步的：

所述工业相机下方设有照明光源。

所述相机调节台包括连接XY向运动机构的台架，台架上设有直线导轨，安装工业相机的滑动板连接直线导轨，微调千分尺设置在所述滑动板上，直线导轨的一侧设有锁定螺钉。

一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪的定位方法，工业相机及点样针在控制系统的控制下随XY向运动机构同步运动，从运动原点运行一个设定距离到被点样载体放置位置，作粗定位；工业相机拍摄视野范围内的图像，所拍摄的图像经过图像采集卡送入控制系统，由控制系统对图像进行分析计算并标定被点样载体的特征点的坐标，并根据需点样点与特征点的相对坐标，由控制系统确定点样点的坐标；由控制系统控制XY向运动机构及Z向运动机构使点样针运行到点样位置开始点样作业。

进一步的：

所述被点样载体为载玻片，所述特征点为载玻片边角。

所述被点样载体为酶标板，所述特征点为酶标板上第一角孔的中心。

本发明的技术效果在于：

1、智能化程度高，利用机器视觉代替人的肉眼做点样起始位置坐标的标定，确保了点样精度，实现了真正意义上的自动化与智能化点样；

2、可操作性高，点样仪的使用不需要经过大量时间的培训和练习即可使用,只需要设定一些最基本的参数，按下启动按钮，无需人为参与，即可智能化实现整个点样过程；

3、点样效果的一致性好，由于采用视觉系统精确测量在不同被点样载体在不同的放置状态下的特征点相对于运动原点的真实坐标位置，避免了由于不同操作人员，不同放置位置和生物芯片放置重复性差所造成的点样不一致的问题；

4、缩短点样时间，提高点样效率，同时减轻操作人员的工作强度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A处放大图。

图3为工业相机成像系统的物像间长度比例关系示意图。

图4为图像像素与像素坐标示意图。

图5为载玻片边角坐标计算示意图。

图6为载玻片边角与第一点样点的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、2所示，本发明的基于机器视觉定位的生物芯片点样仪包括控制系统及XY向运动机构1，安装点样头2的Z向运动机构7连接XY向运动机构1，点样针5设置在点样头2上，点样针5在控制系统的控制下随XY向运动机构1及Z向运动机构7同步运动，工业相机3通过相机调节台4安装在点样头2旁的XY向运动机构1上，工业相机3下方设有照明光源6，照明光源6为工业相机3拍摄图像提供照明。相机调节台4包括连接XY向运动机构1的台架401，台架401上设有直线导轨402，安装工业相机3的滑动板403连接直线导轨402，微调千分尺404设置在滑动板403上，直线导轨402的一侧设有锁定螺钉405，调节微调千分尺404，可微动调焦，保证工业相机3拍摄图像的清晰，调整后，用锁定螺钉405锁紧。工业相机3通过图像采集卡连接控制系统，工业相机3拍摄的图像由控制系统处理，工业相机3、照明光源6与点样针5同步进行XY向运动，控制系统控制Z向运动机构7的上下运动完成点样针5的点样操作。

基于机器视觉定位的生物芯片点样仪在操作过程中，工业相机3及点样针5在控制系统的控制下随XY向运动机构1同步运动，从运动原点（即点样针5的初始位置）运行一个设定距离到被点样载体放置位置，作粗定位，被点样载体可以是载玻片、酶标板或者是其他特征形状的被点样载体；工业相机3拍摄视野范围内的图像，所拍摄的图像经过图像采集卡送入控制系统，由控制系统对图像进行分析计算并标定被点样载体的特征点的坐标；当被点样载体为载玻片时，特征点为载玻片边角，工业相机3所拍摄的图像经过图像采集卡输送到控制系统，由控制系统对所获取的图像进行处理，先对图像做二值化处理，然后分别从图像的XY两个轴的方向利用直线拟合法，找出载玻片的边角在图像上的像素坐标位置。当被点样载体为酶标板时，特征点为酶标板上第一角孔的中心，工业相机3所拍摄的图像经过图像采集卡输送到控制系统，由控制系统对所获取的图像进行处理，利用半径约束、灰度约束、代数距离约束、几何距离约束、二值化、圆拟合、圆心求解、圆排序等方法与步骤找出酶标板中第一角孔的中心在图像上的像素坐标位置。控制系统根据XY向运动机构1当前位置相对于运动原点的相对距离，可以将计算出来的特征点像素坐标位置再转化成载玻片边角或者是酶标板上第一角孔的中心相对于运动原点的坐标；根据点样针5与工业相机3镜头的中心点的相对坐标，可以将载玻片边角或者是酶标板上第一角孔中心的坐标位置转化为点样针5从运动原点出发所需要走过的距离，这样就计算出了当前在视觉系统视野范围内的某个载玻片边角或者酶标板上孔中心位置需要点样针5从运动原点所要运行的精确距离。由于在控制系统中需要用户自行设定需要点样的阵列中第一个点相对于载玻片边角或者是酶标板上孔与孔之间的的坐标差值（相对坐标），这样点样仪的控制系统就可以很精确地计算出需要点样阵列相对于运动原点的坐标位置，并且点样阵列相对于生物芯片边角位置的坐标或者是相对于孔中心的位置坐标其精度可以得到保证，从而避免了由于生物芯片放置重复性差所造成的点样一致性差的问题；最后由控制系统控制XY向运动机构1及Z向运动机构7使点样针5运行到点样位置开始点样作业。

下面以载玻片为例，对特征点坐标的标定及点样点坐标的确定结合图作详细说明：

如图3为工业相机成像系统的物像间长度比例关系示意图，

1/f=1/u+1/v （1）其中， f 为焦点，u为物距，v为像距；

A’B’=v/u*AB （2）其中， A’B’为像大小，AB为物大小；

如图4为图像像素与像素坐标示意图，以200万像素为例，分辨率为1600*1200 ，左上角为图像像素坐标的原点（0,0）位置，右下角为图像坐标的（1600,1200）位置，并且数值只代表像素，像素坐标（x,y），可转化为相对于工业相机镜头中心的实际坐标（X,Y），

X = (x-1600/2)/M；

Y = (y-800/2)/M；

其中，M为工业相机镜头的放大倍数。

基于上述结果，如图5所示，再将载玻片边角像素坐标（x,y）转化为该点相对于运动原点的实际坐标(l,n)，以200万像素图像为例，并设定拍摄上述图像时XY向运动机构1相对于运动原点的位移为（A,B），则有：

l = (x-1600/2)/M+A；

n = (y-800/2)/M+B。

如图5、图6，点样针5相对于工业相机镜头中心（视觉系统视野中心）的坐标位移为（g,k），当点样针要从运动原点驱动到载玻片边角的坐标（c,d）即可到达，

c = (x-1600/2)/M+A+g

d = (y-800/2)/M+B+k。

综合上述，图像上的某个点如果需要在该像素点进行点样，以200万像素为例，只需要将点样针从运动原点驱动到坐标位置（(x-1600/2)/M+A+g，(y -800/2)/M+B+k）即可。

如图6，在控制系统中需要用户设定一个需要点样阵列中左上角第一个点相对于生物芯片特征点的相对坐标（o,z）,则点样仪可以精确的计算出需要点样阵列中第一个点最准确的坐标位置（C,D）

C= (x-1600/2)/M+A+g+o

D= (y-800/2)/M+B+k+z。

有了点样阵列中第一个点的精确的坐标位置，依照控制系统中用户设定的阵列中点与点之间的相对坐标关系，就可以得出点样一致性非常理想，精度高的点样芯片。

Claims

1.一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪，包括控制系统及XY向运动机构，安装点样头的Z向运动机构连接XY向运动机构，点样针设置在点样头上，点样针在控制系统的控制下随XY向运动机构及Z向运动机构同步运动，其特征在于：工业相机通过相机调节台安装在所述点样头旁的XY向运动机构上，工业相机通过图像采集卡连接控制系统，工业相机与点样针同步进行XY向运动。

2.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪，其特征在于：所述工业相机下方设有照明光源。

3.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪，其特征在于：所述相机调节台包括连接XY向运动机构的台架，台架上设有直线导轨，安装工业相机的滑动板连接直线导轨，微调千分尺设置在所述滑动板上，直线导轨的一侧设有锁定螺钉。

4.一种权利要求1所述的基于机器视觉定位的生物芯片点样仪的定位方法，其特征在于：工业相机及点样针在控制系统的控制下随XY向运动机构同步运动，从运动原点运行一个设定距离到被点样载体放置位置，作粗定位；工业相机拍摄视野范围内的图像，所拍摄的图像经过图像采集卡送入控制系统，由控制系统对图像进行分析计算并标定被点样载体的特征点的坐标，并根据需点样点与特征点的相对坐标，由控制系统确定点样点的坐标；由控制系统控制XY向运动机构及Z向运动机构使点样针运行到点样位置开始点样作业。

5.按照权利要求4所述的一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪的定位方法，其特征在于：所述被点样载体为载玻片，所述特征点为载玻片边角。

6.按照权利要求4所述的一种基于机器视觉定位的生物芯片点样仪的定位方法，其特征在于：所述被点样载体为酶标板，所述特征点为酶标板上第一角孔的中心。