CN104133288B - 一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续变倍自动对焦显微成像装置，该装置的成像系统包括图像采集模块和显微镜头，实际应用中，保持成像系统始终定焦于透明封口玻璃的外表面，可通过分别调节图像采集模块和显微镜头的位置，实现连续变倍成像；同时，显微镜头连有微调电机，可利用图像分析的方法反馈调节显微镜头的位置，实现自动对焦功能；本发明可以同时实现对活体组织的连续变倍及自动对焦显微成像，解决了原位观测活体组织变倍成像的问题，使用方便快捷。

Description

一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置与方法

技术领域

本发明涉及显微成像系统领域，具体涉及一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置与方法。

背景技术

显微成像系统是生物医学微观领域观测及分析不可缺少的工具，传统的显微成像系统主要针对离体样品，面向活体组织的显微成像用于活体组织检测，与传统显微成像技术不同的是，可在自然状态下对组织样品进行成像，不需要经过封蜡，脱水，固定，染色，切片等复杂的样品制备过程。

对于传统的显微镜成像系统，通常需要更换目镜或者物镜获取不同放大倍数的图像，然而对于活体组织的显微成像，更换镜头后，成像系统的焦点难以重复定位于更换前成像的部位，因而针对活体组织显微成像，需要解决原位变倍，快速对焦成像的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向活体组织的能够实现连续变倍、自动对焦的显微成像装置，包括外壳、图像采集模块、显微镜头、输入输出控制模块、位移平台控制模块、第一电动位移平台、第二电动位移平台、光源和透明封口玻璃；所述图像采集模块和所述显微镜头构成该装置的成像系统；所述输入输出控制模块和位移平台控制模块连接；所述第一电动位移平台和所述位移平台控制模块连接，所述第二电动位移平台和所述位移平台控制模块连接，所述图像采集模块设置于所述第一电动位移平台，所述显微镜头设置于第二电动位移平台；所述透明封口玻璃设于所述外壳的下端；所述输入输出控制模块根据输入的成像系统的放大倍数，输出图像采集模块和显微镜头的位置信号，所述位移平台控制模块根据输入输出控制模块输出的所述位置信号控制所述第一电动位移平台和第二电动位移平台上下移动，从而获取所需放大倍数的图像。

所述输入输出控制模块内设置有图像采集模块和显微镜头的位置与成像系统的放大倍数一一对应的关系数据。

为了得到更清晰的图像，本发明的装置设置有微调结构，还包括图像分析模块、微调电机控制模块和微调电机，所述图像采集模块和所述图像分析模块连接，所述图像分析模块和微调电机控制模块连接，所述微调电机控制模块和微调电机连接，所述微调电机和显微镜头连接；图像分析模块分析图像采集模块采集的图像清晰度，所述微调电机控制模块根据所述图像分析模块的分析结果反馈控制所述微调电机驱动显微镜头的上下移动，从而获取清晰的图像。

上述中的微调电机的微调范围为1000微米以内；微调电机和第二电动位移平台连接，所述显微镜头通过微调电机和第二电动位移平台连接；所述图像采集模块、图像分析模块、微调电机控制模块设于一块电路板中；所述图像采集模块、微调电机、显微镜头、光源和透明封口玻璃同轴设置。

所述成像系统的焦点设置于透明封口玻璃的外表面。

所述显微镜头由一片或多片透镜组成。

本发明的又一目的在于提供一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像方法，该方法的具体步骤如下：

步骤1：检测时，将透明封口玻璃贴合待检测的活体组织；

步骤2：根据需要，在输入输出控制模块中输入所需的放大倍数，输入输出控制模块根据其内部的数据，选择和输入倍数相符的第一电动位移平台和第二电动位移平台的位置，并将位置信号发送给位移平台控制模块，位移平台控制模块根据接收的位置信号驱动第一电动位移平台和第二电动位移平台上下移动，第一电动位移平台和第二电动位移平台的移动将带动和他们连接的图像采集模块和显微镜头移动到相应位置；

步骤3：图像分析模块分析图像采集模块采集到的图像的清晰度，并将结果发送到微调电机控制模块，微调电机控制模块根据图像清晰度结果驱动微调电机运动，从而实现显微镜头的微调，使得成像系统精确对焦，获取清晰的图像；

步骤4：当需要切换放大倍数时，保持装置和活体组织的位置不变，在输入输出控制模块中输入新的放大倍数，重复执行上述步骤2和步骤3，即可获取新放大倍数的显微图像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明适用于自然状态下的活体组织的显微成像，没有传统的复杂样品制备过程，操作简单方便；

2.在活体组织的显微成像过程中，当使用者需要变换放大的倍数时，只需要在输入输出控制模块中输入所需的倍数值，装置会根据输入输出控制模块内的数据经过位移平台控制模块自动调节图像采集模块和显微镜头的位置，不需要更换不同倍数的显微镜，可以快速的达到变倍的效果，并且不会改变使用者需要进行变倍位置的焦点；

3.装置中设置的微调电机对成像图像做进一步自动对焦，使成像图像更清晰，可以满足使用者的高要求。

附图说明

图1是本发明的连续变倍自动对焦显微成像装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，包括外壳11，输入输出控制模块1，位移平台控制模块2，第一电动位移平台3和第二电动位移平台7，图像采集模块5，图像分析模块4，微调电机控制模块8，微调电机9，显微镜头10，光源6，透明封口玻璃12，图像采集模块5、微调电机9、显微镜头10、光源6和透明封口玻璃12同轴设置，其中光源6为环形光源。

所述外壳11的上端设置输入输出控制模块1，下端设置透明封口玻璃12。

所述外壳11内部设置有位移平台控制模块2；输入输出控制模块1和位移平台控制模块2连接，位移平台控制模块2连接两个一维电动位移平台，即第一电动位移平台3和第二电动位移平台7，所述第一电动位移平台3和第二电动位移平台7相对设于所述外壳11的内部；所述图像采集模块5和微调电机9分别设置于第一电动位移平台3和第二电动位移平台7的滑台上；所述图像采集模块5、图像分析模块4和微调电机控制模块8设置于一块电路板，所述微调电机9与显微镜头10连接；所述位移平台控制模块2根据输入输出控制模块1发出的位置信号控制所述第一电动位移平台3和第二电动位移平台7上下移动；所述图像采集模块5和所述图像分析模块4连接，所述图像分析模块4和所述微调电机控制模块8连接，所述微调电机控制模块8和所述微调电机9连接；图像分析模块4分析图像采集模块5采集的图像清晰度，微调电机控制模块8根据图像分析模块4分析的图像清晰度结果反馈控制微调电机9驱动显微镜头10的移动；位移平台控制模块2控制第一电动位移平台3和第二电动位移平台7移动，第一电动位移平台3和第二电动位移平台7的移动分别带动图像采集模块5和微调电机9移动，图像分析模块4和微调电机控制模块8会与图像采集模块5一起移动，显微镜头10会与微调电机9一起移动。

所述图像采集模块5和显微镜头10构成该装置的成像系统，该成像系统的焦点设置于透明封口玻璃12的外表面，成像系统的输出为所需的图像信息；

成像系统的焦点确定后，成像系统的放大倍数取决于图像采集模块5和显微镜头10的位置，调节图像采集模块5和显微镜头10的位置，即可调整成像系统的放大倍数，一个放大倍数对应一组图像采集模块和显微镜头的位置。

将图像采集模块和显微镜头的位置与成像系统的放大倍数一一对应，并将对应关系数据内置于输入输出管理模块1；

所述输入输出控制模块1用于管理该装置的输入与输出信号，外界输入一个放大倍数，可在该模块内转换为对应的图像采集模块5和显微镜头10的位置信息。

所述微调电机9用于小范围控制显微镜头10的位置，当外界输入一个放大倍数，装置调整图像采集模块5和显微镜头10的位置，其相当于先对显微成像做初步的对焦，此时图像分析模块4分析图像的清晰度，并发送信号给微调电机控制模块8，由微调电机控制模块8控制微调电机9的运动，从而实现对显微镜头10的微调，使显微成像图形更精确；微调电机9可在1000微米以内对显微镜头进行微调，小范围调整显微镜头10的位置，使得成像系统精确对焦于样品表面，提高成像图片的质量。

所述显微镜头10由一片或多片透镜组成；

所述图像采集模块与外部控制和显示装置连接；

所述第一电动位移平台3和第二电动位移平台7为齿轮传动、带传动、链传动、涡轮蜗杆传动等或者相互组合的其他熟知的传动结构。

本发明提供了一种面向活体组织的连续变倍自动对焦的显微成像方法：

步骤1：检测时，将透明封口玻璃贴合待检测的活体组织；

步骤2：根据需要，在输入输出控制模块中输入所需的放大倍数，输入输出控制模块根据其内部的数据，选择和输入倍数相符的第一电动位移平台和第二电动位移平台的位置，并将位置信号发送给位移平台控制模块，位移平台控制模块根据接收的位置信号驱动第一电动位移平台和第二电动位移平台上下移动，第一电动位移平台和第二电动位移平台的移动将带动和他们连接的图像采集模块和显微镜头移动到相应位置；

步骤3：图像分析模块分析图像采集模块采集到的图像的清晰度，并将结果发送到微调电机控制模块，微调电机控制模块根据图像清晰度结果驱动微调电机运动，从而实现显微镜头的微调，使得成像系统精确对焦，获取清晰的图像；

步骤4：当需要切换放大倍数时，保持装置和活体组织的位置不变，在输入输出控制模块中输入新的放大倍数，重复执行上述步骤2和步骤3，即可获取新放大倍数的显微图像。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，包括筒状外壳、图像采集模块、显微镜头、输入输出控制模块、位移平台控制模块、第一电动位移平台、第二电动位移平台、光源和透明封口玻璃；所述图像采集模块和所述显微镜头构成该装置的成像系统，所述第一电动位移平台和第二电动位移平台为设置在外壳内部的一维电动位移平台；

所述输入输出控制模块和位移平台控制模块连接；所述第一电动位移平台和所述位移平台控制模块连接，所述第二电动位移平台和所述位移平台控制模块连接，所述图像采集模块设置于所述第一电动位移平台，所述显微镜头设置于第二电动位移平台；所述透明封口玻璃设于所述外壳的下端；

所述输入输出控制模块根据输入的成像系统的放大倍数，输出图像采集模块和显微镜头的位置信号，所述位移平台控制模块根据输入输出控制模块输出的所述位置信号控制所述第一电动位移平台和第二电动位移平台上下移动，从而获取所需放大倍数的图像；

所述成像装置还设置有微调结构，所述微调结构包括图像分析模块、微调电机控制模块和微调电机；

所述微调电机和第二电动位移平台连接，所述显微镜头通过微调电机和第二电动位移平台连接；

所述图像采集模块、图像分析模块、微调电机控制模块设于一块电路板中；

所述图像采集模块、微调电机、显微镜头、光源和透明封口玻璃同轴设置；

所述筒状外壳内，自下而上依次设置封口玻璃、环形光源、显微镜头、微调电机、图像采集模块、图像分析模块、微调电机控制模块，所述平台控制模块和输入输出控制模块设置在所述外壳的顶端，所述图像采集模块和显微镜头分别连接所述筒状外壳，连接部分相对设置。

2.根据权利要求1所述的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，还包括图像分析模块、微调电机控制模块和微调电机，所述图像采集模块和所述图像分析模块连接，所述图像分析模块和微调电机控制模块连接，所述微调电机控制模块和微调电机连接，所述微调电机和显微镜头连接；图像分析模块分析图像采集模块采集的图像清晰度，所述微调电机控制模块根据所述图像分析模块的分析结果反馈控制所述微调电机驱动显微镜头的上下移动，从而获取清晰的图像。

3.根据权利要求1至2任一项所述的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，微调电机的微调范围为1000微米以内。

4.根据权利要求1至2任一项所述的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述成像系统的焦点设置于透明封口玻璃的外表面。

5.根据权利要求1至2任一项所述的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述显微镜头由一片或多片透镜组成。

6.根据权利要求1至2任一项所述的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像装置，其特征在于，所述输入输出控制模块内设置有图像采集模块和显微镜头的位置与成像系统的放大倍数一一对应的关系数据。

7.一种应用权利要求1中所述装置的面向活体组织的连续变倍自动对焦显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：检测时，将透明封口玻璃贴合待检测的活体组织；

步骤2：根据需要，在输入输出控制模块中输入所需的放大倍数，输入输出控制模块根据其内部的数据，选择和输入倍数相符的第一电动位移平台和第二电动位移平台的位置，并将位置信号发送给位移平台控制模块，位移平台控制模块根据接收的位置信号驱动第一电动位移平台和第二电动位移平台上下移动，第一电动位移平台和第二电动位移平台的上下移动将带动和他们连接的图像采集模块和显微镜头上下移动到相应位置；

步骤3：图像分析模块分析图像采集模块采集到的图像的清晰度，并将结果发送到微调电机控制模块，微调电机控制模块根据图像清晰度结果驱动微调电机运动，从而实现显微镜头的微调，使得成像系统精确对焦，获取清晰的图像；

步骤4：当需要切换放大倍数时，保持装置和活体组织的位置不变，在输入输出控制模块中输入新的放大倍数，重复执行上述步骤2和步骤3，即可获取新放大倍数的显微图像。