CN103064811A

CN103064811A - 一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置

Info

Publication number: CN103064811A
Application number: CN2012105549995A
Authority: CN
Inventors: 刘全俊; 李金超; 姚慧; 刘雪松; 应松; 黄培林
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，包括：数字相机、一台主控计算机、从机、触发控制器和交换机；主控计算机和每台从机分别连接一台数字相机，主控计算机的1394端口与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的1394端口分别与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的RJ45网口与交换机的RJ45网口连接，交换机的RJ45网口与主控计算机的RJ45网口连接，主控计算机的USB端口与触发控制器的RS232串口连接，触发控制器的外部触发输出口分别与每台数字相机的外部触发口连接。该采集存储装置能够支持两台或多台生物显微镜数字相机同时拍照，并且可以高速稳定地获得高分辨率无压缩的图像。

Description

一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置

技术领域

本发明涉及一种图像的采集存储装置，具体来说，涉及一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置。

背景技术

图像采集存储系统是指能够高速采集存储数字相机图像的系统，一般具备高速性和大容量硬盘。在很多场合下，为了保证采集过程没有信息丢失，图像不允许被压缩。图像采集存储系统广泛应用于工业生产和科学研究领域，尤其针对高速数字相机和高分辨率图像的采集和存储。一般而言，数字相机包括CCD（即Charge-coupled Device，意为电荷耦合器件，可作为图像传感器）和CMOS（即Complementary Metal Oxide Semiconductor，意为互补金属氧化物半导体，可制成感光元件应用于图像采集）两种。近年来，随着高速数字相机的不断快速发展，高速图像采集存储系统明显滞后，并成为了数字相机图像采集的一大瓶颈，因此衍生出了很多解决方案。

目前，已有的图像存储系统多采用FPGA（即Field-Programmable GateArray，意为现场可编程门阵列，是一种集成电路）和高速缓存的方案，但其可扩展性差、多数字相机支持能力弱和相机之间同步性不佳的缺点也显而易见。FPGA是一种新型的可编程器件，它解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，具有快速响应和低功耗的特点。但是由FPGA和高速缓存组成的图像采集系统支持多种数字相机的能力较弱，开发周期长而复杂，而且在要求多个相机同步拍照时，该系统不能给出准确的保证，这是FPGA方案的重大缺陷。

而另一种采用单计算机的方案，由于接口速度的限制，在多台相机同时工作的情况下，想实现图像高速存储并不容易。单计算机图像采集存储系统是传统的解决方案。针对1394A（IEEE 1394接口标准的一种，是一种串行通信协议）接口而言，就是将一块1394A转PCI-E（即PCI-Express总线接口）接口扩展卡插于计算机的主板上，这样方便了同时控制多台数字相机，但是由于数字相机都是连接与一块板子，加上PCI-E总线速度的限制，单计算机的方案并不能够做到高速图像采集和存储，这也是单计算机方案的重大不足。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，该采集存储装置能够支持两台或多台生物显微镜数字相机同时拍照，并且可以高速稳定地获得高分辨率无压缩的图像。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，所述的采集存储装置包括：

用于对生物显微镜进行图像采集的数字相机；

一台用于运行主控程序的主控计算机；

用于运行图像采集和存储程序的从机；

用于产生触发信号的触发控制器；

用于主控计算机和从机之间数据通信的交换机；

所述的数字相机至少为两台，且数字相机的数量等于主控计算机和从机的数量之和；主控计算机和每台从机分别连接一台数字相机，主控计算机的1394端口通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的1394端口分别通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的RJ45网口通过网线与交换机的RJ45网口连接，交换机的RJ45网口通过网线与主控计算机的RJ45网口连接，主控计算机的USB端口通过USB转RS232通用串口线与触发控制器的RS232串口连接，触发控制器的外部触发输出口通过外部触发线分别与每台数字相机的外部触发口连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）数字相机能够同时接收到触发信号，进而同步采集图像。本发明的采集存储装置中，触发控制器的外部触发输出口通过外部触发线分别与每台数字相机的外部触发口连接。外部触发线具有一转多功能。这样，触发控制器可以同时向多台数字相机发送触发信号，多台数字相机可以同步采集图像。

（2）具有快速响应能力，能够高速存储高分辨率无压缩的图像。本发明的采集存储装置中，主控计算机的1394端口通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的1394端口分别通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接。主控计算机和每台从机分别与一台数字相机连接。这样，整个装置具有快速响应能力，能够高速存储高分辨率无压缩的图像。

（3）数字相机采用外部触发模式拍照，能够利用触发控制器精准控制数字相机拍照时间。本发明的采集存储装置中，在数字相机进行曝光时，何时开始曝光、何时停止曝光，都由触发控制器的设置决定。通过触发控制器，能够对数字相机的拍照动作精确控制。

（4）根据实际需要，确定从机数量。本发明的采集存储装置中，主控计算机为一台，但是从机数量能够任意组装。根据实际需要，设定从机的数量，具有很大的选择自由度。

（5）主控计算机基于网络操作从机，不会受限于物理距离。本发明的采集存储装置中，每台从机的RJ45网口通过网线与交换机的RJ45网口连接，交换机的RJ45网口通过网线与主控计算机的RJ45网口连接。主控计算机通过网络操作从机，不会受限于物理距离。

（6）从机不需要显示屏，由主控计算机控制显示，方便对多路数字相机进行查看。本发明的采集存储装置中，从机和主控计算机实时交互，通过主控计算机控制多台从机，不需要直接在从机上进行操作，主控计算机能够很方便地对从机进行指令操纵和状态查询。

（7）主控计算机或从机能够对采集到的图像本地化管理，实现图像快速转移。本发明的采集存储装置中，连接在从机上的数字相机将拍照的图像传输到从机上，从机将采集到的图像保存在本机上，并能接收主控计算机发送的指令对图像进行管理和转移。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中的触发控制器的原理图。

图3为本发明中实施例1的结构框图。

图4为本发明中实施例2的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明的一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，包括：用于对生物显微镜进行图像采集的数字相机；一台用于运行主控程序的主控计算机；用于运行图像采集和存储程序的从机；用于产生触发信号的触发控制器；用于主控计算机和从机之间数据通信的交换机。数字相机至少为两台，且数字相机的数量等于主控计算机和从机的数量之和。数字相机优选科学级CCD或CMOS相机。主控计算机和每台从机分别连接一台数字相机。主控计算机的1394端口通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的1394端口分别通过1394火线与一台数字相机的1394端口连接，每台从机的RJ45网口通过网线与交换机的RJ45网口连接，交换机的RJ45网口通过网线与主控计算机的RJ45网口连接，主控计算机的USB端口通过USB转RS232通用串口线与触发控制器的RS232串口连接，触发控制器的外部触发输出口通过外部触发线分别与每台数字相机的外部触发口连接。

进一步，触发控制器包括通信模块、单片机模块和信号输出模块，通信模块通过RS232串口与电平转换电路连接到单片机模块，单片机模块和信号输出模块连接，单片机模块接收通信模块传递的信息，通过信号输出模块将指令发出。信号输出模块包含隔离电路和外部触发输出口。通过上述结构，触发控制器能够精确产生脉冲信号，以实现对数字相机精确的时间控制。如图2所示，触发控制器包括通信模块、单片机模块和信号输出模块。通信模块包含RS232串口和电平转换电路，单片机模块包含单片机系统，信号输出模块包含隔离电路和外部触发输出口。

上述采集存储装置的工作过程是：由主控计算机通过软件程序经交换机向从机发送指令：将数字相机初始化；从机响应后，向各自连接的数字相机发送初始化命令，数字相机进行初始化；初始化完成后，数字相机进入待拍照状态；主控计算机发出拍照命令，传递给触发控制器，待触发控制器响应后，触发控制器产生一个触发信号脉冲，触发信号脉冲送到数字相机时，数字相机进行拍照；数字相机拍照完成后产生的图像，由从机上的软件按照指定的位置进行存储。

上述采集存储装置，主控计算机和从机通过RJ45网线分别连到交换机上，使主控计算机和从机能够同时进行通信。从机和数字相机通过1394火线相连，使从机能够控制所连接的数字相机。主控计算机通过USB（即Universal SerialBUS，意为通用串行总线）转RS232通用串口线与触发控制器相连，使主控计算机能够向触发控制器发出命令，产生触发信号。触发控制器将触发信号通过外部触发线同时传给数字相机，数字相机同时接收到触发信号并同时拍照。

下面给出两个具体的实例。

实施例1

如图3所示，该实施例是两路数字相机图像采集存储装置，包括一台主控计算机、一台从机、两台CCD数字相机、两块PCI-E转1394A接口扩展卡、一台交换机、一个触发控制器、两根RJ45网线、一根USB转RS232通用串口线、两根CCD数字相机的外部触发线和两根1394A火线。该外部触发线为一转二转接线。

具体实施步骤：

1.准备各部件：包括一台主控计算机、一台从机、两台CCD数字相机、两块PCI-E转1394A接口扩展卡、一台交换机、一个触发控制器、两根RJ45网线、一根USB转TTL数据线、两根CCD数字相机外部触发线和两根1394A火线。

2.连接各部件：将主控计算机和从机通过RJ45网线连接在交换机上，将触发控制器通过USB转RS232通用串口线连接在主控计算机的USB A类端口上，将CCD数字相机通过外部触发线连接在触发控制器上，将PCI-E转1394A扩展卡插于从机主板上的PCI-E插槽上，将CCD数字相机通过1394A火线连接于从机的1394A接口上。

3.安装软件：在主控计算机上安装主控软件程序，在从机上安装下位软件程序。

4.开启系统：打开电源，使主控计算机、从机、触发控制器、CCD数字相机正常供电。

5.启动软件：启动主控软件程序，主控程序软件启动完成后，由主控软件程序发出启动下位软件程序的指令，等从机响应后，完成下位软件程序的启动。

6.操作软件：包括在主控软件上设置CCD数字相机参数，此时下位软件同步响应到这些参数。在主控软件界面上接收到两台CCD数字相机已准备好的状态指示。在主控软件上点击拍照按钮，则两台CCD数字相机同时拍照，并将图像保存在从机中。在主控软件上点击连续拍照按钮，则两台CCD数字相机同时连续拍照，并将图像保存在从机中。

7.关闭软件。在主控软件上点击关闭按钮，则关闭软件。

8.关闭系统。

根据本装置的特点，软件程序实现的功能是对数字相机具体的操作控制，包括相机初始化，获取图像，显示图像，存储图像，数字相机单张拍照，连续拍照，实时显示，普通模式拍照，外部触发模式拍照，参数设置以及主机、从机之间通信功能。

实施例2

如图4所示，该实施例是三路数字相机图像采集存储装置，包括：一台主控计算机、两台从机、三台数字相机、三块PCI-E转1394A接口扩展卡、一台交换机、一个触发控制器、三根RJ45网线、一根USB转RS232通用串口线、三根CCD数字相机的外部触发线和三根1394A火线。外部触发线为一转三转接线。

具体实施步骤参见实施例1中的相应部分。其中，在第2步中.连接各部件：将主控计算机和从机通过RJ45网线连接在交换机上，将触发控制器通过USB转RS232通用串口线连接在主控计算机的USB A类端口上，将CCD数字相机通过外部触发线连接在触发控制器上，将PCI-E转1394A接口扩展卡插于从机主板上的PCI-E插槽上，将CCD数字相机通过1394A火线连接于从机的1394A接口上。

本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，其特征在于，所述的采集存储装置包括：

用于对生物显微镜进行图像采集的数字相机；

一台用于运行主控程序的主控计算机；

用于运行图像采集和存储程序的从机；

用于产生触发信号的触发控制器；

用于主控计算机和从机之间数据通信的交换机；

2.根据权利要求书1所述的用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，其特征在于，所述的数字相机是指科学级CCD或CMOS相机。

3.根据权利要求书1所述的用于生物显微镜的高速高分辨率图像的采集存储装置，其特征在于，所述的触发控制器包括通信模块、单片机模块和信号输出模块，通信模块通过RS232串口与电平转换电路连接到单片机模块，单片机模块和信号输出模块连接，单片机模块接收通信模块传递的信息，通过信号输出模块将指令发出。